《第5章1故障模式影响及危害度分析ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章1故障模式影响及危害度分析ppt课件.ppt（67页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、2023/1/10,1,故障模式影响及危害度分析FMECA,2023/1/10,2,内容提要,概述FMECA的定义、目的和作用FMECA的方法FMECA的步骤系统定义故障模式影响分析危害性分析危害性矩阵图FMECA输出与注意的问题应用案例,2023/1/10,3,失效模式影响与危害度分析（FMECA）是“在系统设计过程中，通过对系统各组成单元潜在的各种失效模式及其对系统功能的影响，与生产后果的严重程度进行分析，提出可能采取的预防改进措施，以提高产品可靠性的一种设计分析方法”FMECA是一种非常有效的可靠性保证技术，如果在设计、制造阶段没有货不认真进行FMECA，即使是小的疏忽，也会造成严重的灾
2、难性的事故。,2023/1/10,4,概述,元部件的故障对系统可造成重大影响灾难性的影响挑战者升空爆炸发动机液体燃料管垫圈不密封致命性的影响起落架上位锁打不开以往设计师依靠经验判断元部件故障对系统的影响依赖于人的知识和工作经验系统的、全面的和标准化的方法FMECA设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件故障设计更改、可靠性补偿是可靠性、维修性、保障性和安全性设计分析的基础,2023/1/10,5,FMEA（FMECA）发展历程,FMEA由Grumman航空公司在20世纪50年代开发，该公司用它分析舰载飞机飞控系统的安全性。从20世纪70年代到90年代，各种军用、专业协会标准和规格中定义和改进了F
3、MEA方法。1971年，电子工业协会（EIA）G-41可靠性委员会颁布了“失效模式和影响分析”1974年，美国国防部处出版了美军标Mil-Std 1629“失效模式、影响和危害性分析执行程序”。1985年，国际电工技术委员会（IEC）介绍了IEC812“系统可靠性分析技术失效模式和影响分析程序”,2023/1/10,6,FMEA（FMECA）发展历程,20世纪80年代末期，汽车行业开始采用FMEA。1993年，由Chrysler、Ford和GM代表组成的供应商质量需求小组通过QS-9000过程将FMEA引入到质量手册中。1994年，汽车工程师协会（SAE）出版了SAEJ-1739“设计中的潜在
4、失效模式及影响分析和制造、装配过程中的潜在模式及影响分析”参考手册，提供了进行FMEA工作时的基本指南。1999年，Daimler、Chrysler、Ford和GM作为汽车工作组的一部分同意认可新的国际标准“ISO/TS 16949”，其中包括FMEA且在2006年最终取代QS-9000,2023/1/10,7,FMECA的概念,FMECA的定义故障模式影响及危害性分析(Failure Mode,Effects and Criticality analysis,简记为FMECA)是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以
5、分类的一种归纳分析方法。FMECA是一种自下而上的归纳分析方法；FMEA和CA。FMECA是FMEA合理的扩展，它具有了定量分析的特点，进行FMECA必先进行FMEA,2023/1/10,8,FMECA的目的 FMECA 技术的目的实际上是找出一种全面的、系统的分析故障的方法，并将这种方法程序化、标准化和格式化。从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设计）、生产（生产可行性分析、工艺设计、生产设备设计与使用）和产品使用角度发现各种影响产品可靠性的缺陷和薄弱环节，为提高产品的质量和可靠性水平提供改进依据。,2023/1/10,9,FMECA作用,保证有组织地定性找出系统的所有可能的故障模式及其影响
6、，进而采取相应的措施。为制定关键项目和单点故障等清单或可靠性控制计划提供定性依据。为可靠性（R）、维修性（M）、安全性（S）、测试性（T）和保障性（S）工作提供一种定性依据。为制定试验大纲提供定性信息。为确定更换零部件、元器件清单提供使用可靠性设计的定性信息。为确定需要重点控制质量及工艺的薄弱环节清单提供定性信息。可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。,2023/1/10,10,FMECA方法,FMECA是FMEA和CA的综合(是基于分层方法来确定潜在失效模式是怎样影响一个产品的。（FMEA)仍然是一种六西格玛工具。FMEA方法 FMEA的目的是为了研究技术装备故障对其工作所产生的后果和影响，并将
7、其可能的故障模式按严重程度分类，并采取必要的改进措施。1.硬件法：硬件法是列出各个硬件产品，并对它们可能出现的故障模式加以分析，根据硬件产品的功能对每个故障模式进行评价。当硬件产品已具有图纸和其他资料时，一般采用硬件法。这种分析方法适用于从零部件级开始，自下而上进行分析，再扩展到系统级。,2023/1/10,11,2.功能法：功能法认为每个产品用于完成多种功能。功能法从分析系统的设备功能图开始，而不是从硬件产品开始。当硬件产品功能不能明确确定时，例如在技术装备研制初期，各个零部件设计尚未完成，得不出详细的零部件明细表，系统原理图及系统总装图，一般采用功能法。,2023/1/10,12,CA分析
8、方法 CA的目的是按每一故障的严重程度及故障模式发生概率所产生的综合影响来对其进行分类，以便全面地评价各故障模式的影响。（1）故障率p（2）故障模式比率j 是指产品以第j种故障模式出现占所有故障模式的百分比。（3）故障影响概率j 是分析人员根据经验判断得到的，它是产品以第j中故障模式发生故障而导致产品任务丧失的条件概率（4）工作时间,2023/1/10,13,（5）故障模式危害度Cmj Cmj是产品危害度数值的一部分，是产品在特定的故障严重级别下第j个故障模式所具有的危害度值。Cmj=pjjt(6)产品危害度Cr 在某一特定的故障严重级别和任务阶段，产品危害度就是该产品在此故障严重级别情况下的
9、各种故障模式危害度Cmj的总和,2023/1/10,14,FMECA的步骤,明确分析范围,故障模式分析,产品功能与任务分析,明确产品的故障判据,危害性分析,故障影响分析,补偿措施分析,故障检测方法分析,故障原因分析,得出分析结果,系统定义,FMEA,CA,2023/1/10,15,1 系统定义,确定系统中进行FMECA的产品范围产品层次示例约定层次规定的FMECA的产品层次初始约定层次系统最顶层最低约定层次系统最底层描述系统的功能任务及系统在完成各种功能任务时所处的环境条件任务剖面、任务阶段及工作方式功能描述制定系统及产品的故障判据、选择FMECA方法等故障判据分析方法,2023/1/10,1
10、6,2 故障模式影响分析FMEA,2023/1/10,17,3 危害性分析(CA),分类：定性和定量CA表,2023/1/10,18,危害性矩阵图,2023/1/10,19,FMECA输出与注意的问题,FMECA输出单点故障模式清单、类故障模式清单可靠性关键件、重要件不可检测故障模式清单危害性矩阵图等FMEA/CA表,2023/1/10,20,实施FMECA应注意的问题,为了得到精确的FMECA，零件设计工程师、系统设计工程师、可靠性工程师之间必须密切配合，分工合作。可靠性工程师承担实施FMECA的总责任，零件和系统设计工程师负责失效模式的分析。FMECA必须及时地和反复地进行。FMECA的主
11、要任务是为产品设计和研制过程的决策及时提供信息，因此在实施FMECA的计划过程中要规定时间进度，以保证分析结果有助于产品设计和研制过程的决策。一个适时的粗略分析比一个不能满足进度要求的详细分析更有价值。,2023/1/10,21,实施FMECA应注意的问题,要先进行FMECA分析，后进行可靠性预计。对于机械及机电产品，不可能对所有零部件都进行可靠性预计、应力分析和可靠性试验，必须以FMECA的分析结果为基础，对关键的零部件进行应力分析和试验，然后再进行可靠性预计。,2023/1/10,22,实施FMECA应注意的问题,保证FMECA的实时性、规范性、有效性实时性。FMECA工作应纳入研制工作计
12、划、做到目的明确、管理务实；FMECA工作与设计工作应同步进行，将FMECA结果及时反馈给设计过程。规范性。分析工作应严格执行FMECA计划、有关标准/文件的要求。分析中应明确某些关键概念，比如：故障检测方法是系统运行或维修时发现故障的方法；严酷度是对故障模式最终影响严重程度的度量，危害度是对故障模式后果严重程度的发生可能性的综合度量，两者是不同的概念，不能混淆。有效性。对分析提出的改进、补偿措施的实现予以跟踪和分析，以验证其有效性。这种过程也是积累FMECA工程经验的过程。,2023/1/10,23,实施FMECA应注意的问题,FMECA的剪裁和评审FMECA作为常用的分析工具，可为可靠性、
13、安全性、维修性、测试性和保障性等工作提供信息，不同的应用目的可能得到不同的分析结果。各单位可根据具体的产品特点和任务对FMECA的分析步骤、内容进行补充，剪裁，并在相应文件中予以明确。,2023/1/10,24,实施FMECA应注意的问题,FMECA的数据故障模式是FMECA的基础。能否获得故障模式的相关信息是决定FMECA工作有效性的关键。若进行定量分析时还需故障的具体数据，这些数据除通过试验获得外，一般是需要通过相似产品的历史数据进行统计分析。有计划有目的地注意收集、整理有关产品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及频数比的相关故障信息库，这是开展有效的FMECA工作的基本保障之一。FME
14、CA应与其他分析方法相结合FMECA虽是有效的可靠性分析方法，但并非万能。它不能代替其他可靠性分析工作。应注意FMECA一般是静态的、单一因素的分析方法。在动态方面还很不完善，若对系统实施全面分析还需与其他分析方法（如FTA、ETA等）相结合。,2023/1/10,25,故障模式,故障与故障模式故障是产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态（对机械产品也称失效）故障模式是故障的表现形式，如起落架撑杆断裂、作动筒间隙不当、收放不到位等产品功能与故障模式一个产品可能具有多种功能起落架：支撑、滑跑、收放等每一个功能有可能具有多种故障模式支撑：降落时折起滑跑：震动收放：收不起、放不下,2
15、023/1/10,26,典型故障模式,GJB1391故障模式影响及危害性分析,2023/1/10,27,机械产品典型故障模式,故障模式可分为以下七大类：损坏型：如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等。退化型：如老化、腐蚀、磨损等。松脱性：松动、脱焊等失调型：如间隙不当、行程不当、压力不当等。堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等。功能型：如性能不稳定、性能下降、功能不正常。其他：润滑不良等。,2023/1/10,28,故障原因,直接原因：导致产品功能故障的产品自身的那些物理、化学或生物变化过程等，直接原因又称为故障机理。间接原因：由于其他产品的故障、环境因素和人为因素等引起的外部原因。例如起落架上位锁
16、打不开直接原因：锁体间隙不当、弹簧老化等间接原因：锁支架刚度差,2023/1/10,29,故障影响,故障影响局部影响:某产品的故障模式对该产品自身和与该产品所在约定层次相同的其他产品的使用、功能或状态的影响高一层次影响:某产品的故障模式对该产品所在约定层次的高一层次产品的使用、功能或状态的影响最终影响:指系统中某产品的故障模式对初始约定层次产品的使用、功能或状态的影响,2023/1/10,30,严酷度类别,严酷度：产品故障造成的最坏后果的严重程度严酷度类别定义(GJB1391),2023/1/10,31,故障检测方法,故障检测方法一般包括目视检查、离机检测、原位测试等手段：自动传感装置传感仪器
17、音响报警装置显示报警装置故障检测一般分为事前检测与事后检测两类，对于潜在故障模式，应尽可能设计事前检测方法。,2023/1/10,32,补偿措施,设计补偿措施产品发生故障时，能继续安全工作的冗余设备安全或保险装置(如监控及报警装置)可替换的工作方式(如备用或辅助设备)可以消除或减轻故障影响的设计或工艺改进(如概率设计、计算机模拟仿真分析和工艺改进等)操作人员补偿措施特殊的使用和维护规程，尽量避免或预防故障的发生一旦出现某故障后操作人员应采取的最恰当的补救措施,2023/1/10,33,危害性分析（CA）,危害性分析（CA）的目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生的概率所产生的综合影响对
18、系统中的产品划等分类，以便全面评价系统中各种可能出现的产品故障的影响。CA是FMEA的补充或扩展，只有在进行FMEA的基础上才能进行CA.CA常用的方法有两种：风险优先数(Risk Priority Number,RPN)法和危害性矩阵法，前者主要用于汽车等民用工业领域，后者主要用于航空、航天等军用领域,2023/1/10,34,风险优先数法,某一产品的故障模式的风险优先数RPN由故障模式发生概率等级(Occurrence Probability Ranking,OPR)和影响严酷度等级(Effect Severity Ranking,ESR)的乘积计算得出，即 RPN=OPRESR,2023
19、/1/10,35,风险优先数法,发生概率评分准则,2023/1/10,36,风险优先数法,严酷度评分准则,2023/1/10,37,2023/1/10,38,危害性矩阵法定性分析方法,故障概率等级定性分析方法A级-经常发生 20%B级-有时发生 10%20%C级-偶然发生 1%10%D级-很少发生 0.1%1%E级-极少发生.0.1%数据来源预计值分配值外场评估值等,2023/1/10,39,危害性矩阵法定量分析方法,故障模式频数比故障模式频数比是产品的某一故障模式占其全部故障模式的百分比率。如果考虑某产品所有可能的故障模式，则其故障模式频数比之和将为1模式故障率m是指产品总故障率p与某故障模
20、式频数比的乘积例：故障模式频数比及模式故障率,2023/1/10,40,故障影响概率,故障影响概率是指假定某故障模式已发生时，导致确定的严酷度等级的最终影响的条件概率。某一故障模式可能产生多种最终影响，分析人员不但要分析出这些最终影响还应进一步指明该故障模式引起的每一种故障影响的百分比，此百分比即为。这多种最终影响的值之和应为1故障影响概率示例,2023/1/10,41,故障模式危害度与产品危害度,故障模式危害度评价单一故障模式危害性Cm(j)=pt,j=，产品危害度评价产品的危害性Cr(j)=Cmi(j)，i=1,2,nn为该产品的故障模式总数，j=，Cmi(j)产品在第j类严酷度类别下的所
21、有故障模式的危害度之和,2023/1/10,42,危害性矩阵图,危害性增加,产品危害度Cr故障模式危害度Cm(j)故障概率等级,严酷度等级,2023/1/10,43,E,B,C,D,A,2104,2023/1/10,44,某一民用供热系统的FMECA,一民用供热系统，其工作任务是冬天为居民住房提供足够的热空气，保持室温22，而且不能对室内居民造成任何伤害。系统的工作寿命为10年。凡导致室温不能保持22的事件均认为故障。系统要求保证连续供电和供气，电源及燃气源中断不算作系统故障,2023/1/10,45,某一民用供热系统的FMECA,系统定义 系统组成及功能 约定层次 绘制可靠性方框图故障判据
22、严酷度类别 FMECA表的填写FMECA表格的选取 FMECA表中信息来源 主要故障模式 系统在不同严酷度下的危害度 FMECA报告,2023/1/10,46,（一）定义系统及其要求 一个系统的完整定义应包括它的功能、用途、预期的性能、系统的约束条件和构成故障的条件等。由于给定系统都有一个或多个工作模式，并且可能处于系统工作的不同阶段，因此系统的定义还应包括系统工作的每个模式及其持续工作期内的功能说明。工作任务 首先应明确系统的工作任务系统的组成及其功能 功能要求包括对每项任务所作的说明，被分析系统各分析级别的任务、功能及工作模式，组成零部件发生故障的条件等环境条件任务时间,2023/1/10
23、,47,手动截流阀,安全控制活门,燃烧器,控制器,热控传感器,过热传感器,回气导管,分气管道,燃烧室,鼓风机,过滤器,恒温器,240V电源,热空气传感器,120V交流,热空气,可调燃气,加热分系统,控制分系统,空气分配分系统,控制分系统自动地控制燃烧器的燃气供给鼓风机的工作，防止其过热。该分系统由恒温器、热空气传感器及过热传感器组成。室内的恒温器通过激励安全控制阀来控制燃烧器的燃气源；当达到预定的温度时，热空气传感器激励鼓风机；当系统过热时，过热传感器截断通往燃烧室的燃气流。,加热分系统传输并加热燃气。手动截流阀用来切断气源与安全控制活门间的燃气；安全控制活门用来向燃烧器供气，当控制器或热传感
24、器发生故障时，使系统停止工作；燃烧器用来通过燃烧燃油与空气混合的气体产生热量；控制器用来控制安全活门打开时点燃可燃气体；热控传感器用来在控制器发生故障时立即切断安全控制活门。,空气分配分系统使燃烧器周围的空气在室内循环，并使空气分布均匀。使来自室内的空气经过滤、加热后再分配。,2023/1/10,48,（二）拟定框图（1）将系统分解为包含功能关系的若干主要子系统（2）对每个单元都要适当标明其所有的输入和输出以及识别代码，并且每个子系统都要始终使用这些代码。（3）能提供“故障安全”措施的所有冗余、替换信号通路和其他工程特性。方框图分为功能框图和可靠性框图1.功能框图,2023/1/10,49,2
25、.可靠性框图 可靠性方框图表示系统各个单元之间的任何串联和冗余关系，以及它们功能上的相关性。系统的所有余度及其预防故障的措施也应在可靠性框图上表示出来，因为在采用防止单个故障影响的措施时，该故障对高一级的设备就不会造成灾害性的影响。对每一工作阶段或每一工作模式都需要有一个独立的可靠性框图，因为产品的用途及危害性可能随着任务阶段或工作模式的不同而变化。,2023/1/10,50,手动截流阀,安全控制活门,燃烧器,控制器,热控传感器,过热传感器,回气导管,分气管道,燃烧室,鼓风机,过滤器,恒温器,240V电源,热空气传感器,120V交流,热空气,可调燃气,加热分系统,控制分系统,空气分配分系统,控
26、制分系统自动地控制燃烧器的燃气供给鼓风机的工作，防止其过热。该分系统由恒温器、热空气传感器及过热传感器组成。室内的恒温器通过激励安全控制阀来控制燃烧器的燃气源；当达到预定的温度时，热空气传感器激励鼓风机；当系统过热时，过热传感器截断通往燃烧室的燃气流。,加热分系统传输并加热燃气。手动截流阀用来切断气源与安全控制活门间的燃气；安全控制活门用来向燃烧器供气，当控制器或热传感器发生故障时，使系统停止工作；燃烧器用来通过燃烧燃油与空气混合的气体产生热量；控制器用来控制安全活门打开时点燃可燃气体；热控传感器用来在控制器发生故障时立即切断安全控制活门。,空气分配分系统使燃烧器周围的空气在室内循环，并使空气
27、分布均匀。使来自室内的空气经过滤、加热后再分配。,2023/1/10,51,供热系统,控制分系统10,加热分系统20,空气分配分系统30,手动截流阀21,安全控制活门22,控制器23,热控传感器24,燃烧器25,燃烧管道,控制电压,供热系统的可靠性框图,2023/1/10,52,（三）确定分析层次 选择系统的分析层次就要考虑进行分析的详细程度，因为上至分析项目的输入和输出，下至分析项目的单独部件，在任何一个层次上均能考虑故障情况。要确定：分析者应该确定在什么样的层次上分析？在选择这一层次时应考虑什么样的原则？在方法的全部约束条件下怎样才能实现最佳效益？在示例的供热系统中，我们选择加热分析系统为
28、当前的分析层次，采用硬件法进行分析。,2023/1/10,53,（四）制定填写FMEA表格,（四）制定填写FMEA表格,2023/1/10,54,2023/1/10,55,供热系统故障严重等级,2023/1/10,56,（五）制定填写CA表格CA表,2023/1/10,57,加热分系统CA定性分析表格,2023/1/10,58,危害性矩阵图,危害性增加,产品危害度Cr故障模式危害度Cm(j)故障概率等级,严酷度等级,2023/1/10,59,E,B,C,D,A,2104,2023/1/10,60,2023/1/10,61,（六）建立危害性矩阵（七）填写关键产品清单（八）FMECA报告输出,20
29、23/1/10,62,转向架系统,钢轨使用区域 100,钢轨与轴箱间的零部件200,轮/轨210,轮对220,轴承230,轴箱300,轴箱与构架间的零部件400,转向架构架500,构架与车体的零部件600,车体700,一系弹簧悬挂(垂向)410,轮对导向装置420,轮对构架421,轴向间定位装置422,二系弹簧悬挂（垂向、横向）610,转向架、车体的连接620,旁承631,偏转阻尼装置632,抗扭阻力装置630,弹簧611,横向运动限制装置622,减振器613,抗侧滚装置614,纵向阻挡621,缓冲挡612,垂直缓冲挡623,2023/1/10,63,2023/1/10,64,2023/1/1
30、0,65,组成一个5个人组成的team，分别代表市场设计试验质量与可靠性客户支持Team成员确定一个感兴趣的产品确定产品的可靠性指标、条件、判别依据可靠度（R(t)）平均寿命（MTTF/MTBF)失效率(%fail/hour)画出产品的结构逻辑图，功能逻辑图（可靠性框图）选出一个代表作team的可靠性陈述提交写有所有团队成员名单的书目报告,班级团队项目,2023/1/10,66,完成产品的FMECA定义产品的功能任务及系统层次定义产品的故障判据定义产品的严酷度选择产品的一个子系统完成各层次产品的FMECA根据你的经验用RPN方法(或危害矩阵法）评价所分析故障模式的危害性,2023/1/10,67,谢谢大家,
