FMECA方法及工程方法及工程应用案例用案例北京航空航天大学北京航空航天大学2015年年1月月1整理课件整理课件主要内容主要内容可靠性概述可靠性概述1FMECA方法方法2FMECA在工在工业企企业的的应用用3结束束语42整理课件整理课件1. 可靠性概述可靠性概述可靠性基本概念可靠性基本概念三三规定一能力定一能力:产品在品在规定的条件下和定的条件下和规定的定的时间内，完成内，完成规定功能的定功能的能力。能力。故障故障: :可靠性是一可靠性是一门与与产品故障作斗争的新品故障作斗争的新兴学科。学科。量化指量化指标: :可靠度可靠度R(t)R(t)；失效率；失效率(t)(t)；平均故障；平均故障间隔隔时间MTBFMTBF；寿命概率密度寿命概率密度f(t)f(t)；定定义核心核心特征特征值3整理课件整理课件2. FMECA方法方法FMECA （故障模式影响（故障模式影响及危害性分析）及危害性分析）定定义作用作用目的目的FMECA是分析是分析产品所有品所有可能的可能的故障模式故障模式及其可及其可能能产生的生的影响影响，并按每，并按每个故障模式个故障模式产生影响的生影响的严重程度重程度及其及其发生概率生概率予以分予以分类的一种的一种归纳分分析方法。析方法。为维修性、修性、测试性、性、安全性和保障性工安全性和保障性工作的开展提供定性作的开展提供定性依据。依据。从不同角度从不同角度发现产品品的各种缺陷和薄弱的各种缺陷和薄弱环节，并采取有效的改，并采取有效的改进和和补偿措施以提高措施以提高可靠性水平。可靠性水平。4整理课件整理课件2. FMECA方法方法产品周期寿命各品周期寿命各阶段的段的FMECA方法方法5整理课件整理课件2. FMECA方法方法2.1 FMECA实施步施步骤6整理课件整理课件2. FMECA方法方法确定系确定系统中中进行行FMECA的的产品范品范围产品品层次次约定定层次次规定的定的FMECA的的产品品层次次初始初始约定定层次次系系统最最顶层最低最低约定定层次次系系统最底最底层描述系描述系统的功能任的功能任务及系及系统在完成各种功能任在完成各种功能任务时所所处的的环境条件境条件任任务剖面、任剖面、任务阶段及工作方式段及工作方式功能描述功能描述制定系制定系统及及产品的故障判据、品的故障判据、选择FMECA方法等方法等故障判据故障判据分析方法分析方法步步骤一：系一：系统定定义7整理课件整理课件步步骤二：二：FMEA分析分析2. FMECA方法方法8整理课件整理课件2. FMECA方法方法故障是故障是产品或品或产品的一部分不能或将不能完成品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或定功能的事件或状状态（对机械机械产品也称失效）品也称失效）故障模式是故障的表故障模式是故障的表现形式，如起落架撑杆断裂、作形式，如起落架撑杆断裂、作动筒筒间隙不隙不当、收放不到位等当、收放不到位等故障与故障模式故障与故障模式一个一个产品可能具有多种功能品可能具有多种功能起落架：支撑、滑跑、收放等起落架：支撑、滑跑、收放等每一个功能有可能具有多种故障模式每一个功能有可能具有多种故障模式支撑：降落支撑：降落时折起折起滑跑：震滑跑：震动收放：收不起、放不下收放：收不起、放不下产品功能与故障模式品功能与故障模式9整理课件整理课件序故障模式序故障模式序故障模式1结构故障(破损)12 超出允差(下限)23 滞后运行2捆结或卡死13 意外运行24 错误输入(过大)3振动14 间歇性工作25 错误输入(过小)4不能保持正常位置15 漂移性工作26 错误输出(过大)5打不开16 错误指示27 错误输出(过小)6关不上17 流动不畅28 无输入7误开18 错误动作29 无输出8误关19 不能关机30 (电的)短路9内部漏泄20 不能开机31 (电的)开路10 外部漏泄21 不能切换32 (电的)漏泄11 超出允差(上限)22 提前运行33 其它GJB1391典型故障模式典型故障模式2. FMECA方法方法10整理课件整理课件2. FMECA方法方法 故障模式可分故障模式可分为以下七大以下七大类：损坏型：坏型：如断裂、如断裂、变形形过大、塑性大、塑性变形、裂形、裂纹等。等。退化型：退化型：如老化、腐如老化、腐蚀、磨、磨损等。等。松脱性：松脱性：松松动、脱、脱焊等等失失调型：型：如如间隙不当、行程不当、隙不当、行程不当、压力不当等。力不当等。堵塞或渗漏型：堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等。如堵塞、漏油、漏气等。功能型：功能型：如性能不如性能不稳定、性能下降、功能不正常。定、性能下降、功能不正常。其他：其他：润滑不良等。滑不良等。机械机械产品典型故障模式品典型故障模式11整理课件整理课件2. FMECA方法方法直接原因：直接原因：导致致产品功能故障的品功能故障的产品自身的那些物理、品自身的那些物理、化学或生物化学或生物变化化过程等，直接原因又称程等，直接原因又称为故障机理。故障机理。间接原因：接原因：由于其他由于其他产品的故障、品的故障、环境因素和人境因素和人为因素因素等引起的外部原因。等引起的外部原因。例如例如起落架上位起落架上位锁打不开打不开直接原因：直接原因：锁体体间隙不当、隙不当、弹簧老化等簧老化等间接原因：接原因：锁支架支架刚度差度差故障原因故障原因12整理课件整理课件2. FMECA方法方法任任务剖面剖面又由多个任又由多个任务阶段段组成成起落架任起落架任务阶段：段：起起飞着着陆空中空中飞行行地面滑行地面滑行工作方式：工作方式：可替可替换有余度有余度上位上位锁开开锁：液：液压、手、手动钢索、冷气索、冷气因此，在因此，在进行故障模式分析行故障模式分析时，要，要说明明产品的故障模式品的故障模式是在哪一个任是在哪一个任务剖面的哪一个任剖面的哪一个任务阶段的什么工作方式段的什么工作方式下下发生的。生的。任任务阶段与工作方式段与工作方式13整理课件整理课件任任务剖面剖面L=123L=209T=12.15L=419.6T=24.40L=117.7T=6.84L=38L=827.4T=48.10T=48.1投投720L副副油箱油箱投投960L副副油箱油箱T=12.2M=0.86M=0.86M=0.86M=0.86航航程程L（km）航航时T（min）高高度度H（km）T=24.4T=6.8T=5.0 空空空剖面空剖面1 15101114整理课件整理课件2. FMECA方法方法故障影响与故障影响与约定定层次次约定定层次示例次示例故障影响故障影响局部影响局部影响:某某产品的故障模式品的故障模式对该产品自身和与品自身和与该产品所在品所在约定定层次相同的其他次相同的其他产品的使用、功能或状品的使用、功能或状态的影响的影响高一高一层次影响次影响:某某产品的故障模式品的故障模式对该产品所在品所在约定定层次的高一次的高一层次次产品的使用、功能或状品的使用、功能或状态的影响的影响最最终影响影响:指系指系统中某中某产品的故障模式品的故障模式对初始初始约定定层次次产品的使品的使用、功能或状用、功能或状态的影响的影响故障影响故障影响15整理课件整理课件约定定层次示例次示例16整理课件整理课件严酷度：酷度：产品故障造成的最坏后果的品故障造成的最坏后果的严重程度重程度严酷度酷度类别定定义(GJB1391)严酷度类别严 重 程 度 定 义类(灾难的)这是一种会引起人员死亡或系统(如飞机、坦克、导弹及船舶等)毁坏的故障。类(致命的)这种故障会引起人员的严重伤害、重大经济损失或导致任务失败的系统严重损坏。类(临界的)这种故障会引起人员的轻度伤害，一定的经济损失或导致任务延误或降级的系统轻度损坏。类(轻度的)这是一种不足以导致人员伤害、一定的经济损失或系统损坏的故障，但它会导致非计划性维护或修理。严酷度酷度类别2. FMECA方法方法17整理课件整理课件故障故障检测方法一般包括目方法一般包括目视检查、离机、离机检测、原位、原位测试等手段：等手段：自自动传感装置感装置传感感仪器器音响音响报警装置警装置显示示报警装置警装置故障故障检测一般分一般分为事前事前检测与事后与事后检测两两类，对于潜在于潜在故障模式，故障模式，应尽可能尽可能设计事前事前检测方法。方法。故障故障检测方法方法2. FMECA方法方法18整理课件整理课件2. FMECA方法方法设计补偿措施措施产品品发生故障生故障时，能，能继续安全工作的冗余安全工作的冗余设备安全或保安全或保险装置装置(如如监控及控及报警装置警装置)可替可替换的工作方式的工作方式(如如备用或用或辅助助设备)可以消除或减可以消除或减轻故障影响的故障影响的设计或工或工艺改改进(如概率如概率设计、计算算机模机模拟仿真分析和工仿真分析和工艺改改进等等)操作人操作人员补偿措施措施特殊的使用和特殊的使用和维护规程，尽量避免或程，尽量避免或预防故障的防故障的发生生一旦出一旦出现某故障后操作人某故障后操作人员应采取的最恰当的采取的最恰当的补救措施救措施补偿措施措施19整理课件整理课件2. FMECA方法方法步步骤三：三：CA分析分析20整理课件整理课件2. FMECA方法方法故障概率等故障概率等级定性分析方法定性分析方法A级-经常常发生生 20%B级-有有时发生生 10% 20%C级-偶然偶然发生生 1% 10%D级-很少很少发生生 0.1% 1%E级-极少极少发生生 .0.1%数据来源数据来源预计值分配分配值外外场评估估值等等故障概率等故障概率等级或数据来源或数据来源21整理课件整理课件故障模式故障模式频数比数比是是产品的某一故障模式占其全部故障模式的百分品的某一故障模式占其全部故障模式的百分比率。如果考比率。如果考虑某某产品所有可能的故障模式，品所有可能的故障模式，则其故障模式其故障模式频数比数比之和将之和将为1 1模式故障率模式故障率mm是指是指产品品总故障率故障率pp与某故障模式与某故障模式频数比数比的乘的乘积例：故障模式例：故障模式频数比及模式故障率数比及模式故障率气体控制活门故障模式 故障模式频数比产品故障率p模式故障率m不闭合不打开外部漏气34%57%9%0123450.041970.070360.01111总 计10 0.123452. FMECA方法方法故障模式故障模式频数比数比22整理课件整理课件故障影响概率故障影响概率是指假定某故障模式已是指假定某故障模式已发生生时，导致确定的致确定的严酷度酷度等等级的最的最终影响的条件概率。某一故障模式可能影响的条件概率。某一故障模式可能产生多种最生多种最终影响，影响，分析人分析人员不但要分析出不但要分析出这些最些最终影响影响还应进一步指明一步指明该故障模式引故障模式引起的每一种故障影响的百分比，此百分比即起的每一种故障影响的百分比，此百分比即为。这多种最多种最终影响影响的的值之和之和应为1故障影响概率示例故障影响概率示例故障影响概率故障影响概率2. FMECA方法方法23整理课件整理课件2. FMECA方法方法故障模式危害度故障模式危害度评价价单一故障模式危害性一故障模式危害性Cm(j)=pt, j=， 产品危害度品危害度评价价产品的危害性品的危害性Cr(j)= Cmi(j)，i=1,2,nn为该产品的故障模式品的故障模式总数，数，j=，Cmi(j)产品在第品在第j类严酷度酷度类别下的所有故障模式的危害度下的所有故障模式的危害度之和之和故障模式危害度故障模式危害度24整理课件整理课件2. FMECA方法方法危害性矩危害性矩阵图25整理课件整理课件2. FMECA方法方法单点故障模式清单FMEA/CA表I、II类故障模式清单可靠性关键件、重要件危害性矩阵图等不可检测故障模式清单FMECA输出2.2 FMECA输出出26整理课件整理课件2. FMECA方法方法“谁设计、谁分析分析”的原的原则，也就是，也就是产品品设计人人员应负责完成完成该产品的品的FMECA工作，可靠性工作，可靠性专业人人员应提供分析必提供分析必须的技的技术支支持。持。实践表明，践表明，FMECA工作是工作是设计工作的一部分。工作的一部分。“谁设计、谁分分析析”、及、及时改改进是是进行行FMECA的宗旨，是确保的宗旨，是确保FMECA有效性有效性的基的基础，也是国内外开展，也是国内外开展FMECA工作工作经验的的结晶。如果不由晶。如果不由产品品设计者者实施施FMECA，必然造成分析与，必然造成分析与设计的分离，也就背离的分离，也就背离了了FMECA的初衷。的初衷。2.3 实施施FMECA的注意事的注意事项1.强调“谁设计、谁分析分析”原原则27整理课件整理课件2. FMECA方法方法实施施FMECA前，前，应对所需所需进行的行的FMECA活活动进行完整、全面、系行完整、全面、系统地策划，尤其是地策划，尤其是对复复杂大系大系统，更，更应强调FMECA的重要性。其必的重要性。其必要性体要性体现在以下几方面：在以下几方面：有助于保有助于保证FMECA分析的目的性、有效性，以确保分析的目的性、有效性，以确保FMECA工作工作与研制工作同步与研制工作同步协调，避免事后，避免事后补做的做的现象。象。对复复杂大系大系统，总体体级的的FMECA往往需要低往往需要低层次的分析次的分析结果作果作为输入，入，对相关分析活相关分析活动的策划将有助于确保高的策划将有助于确保高层次次产品品FMECA的的实施。施。FMECA计划划阶段事先段事先规定的基本前提、假定的基本前提、假设、分析方法和数据，、分析方法和数据，将有助于在不同将有助于在不同产品等品等级和承制方之和承制方之间交流和共享，确保分析交流和共享，确保分析结果的一致性、有效性和可比性。果的一致性、有效性和可比性。2.3 实施施FMECA的注意事的注意事项2.重重视FMECA的策划的策划28整理课件整理课件2. FMECA方法方法实时性。性。FMECA工作工作应纳入研制工作入研制工作计划、做到目的明确、管理划、做到目的明确、管理务实；FMECA工作与工作与设计工作工作应同步同步进行，将行，将FMECA结果及果及时反反馈给设计过程。程。规范性。分析工作范性。分析工作应严格格执行行FMECA计划、有关划、有关标准准/文件的要求。文件的要求。分析中分析中应明确某些关明确某些关键概念，比如：故障概念，比如：故障检测方法是系方法是系统运行或运行或维修修时发现故障的方法；故障的方法；严酷度是酷度是对故障模式最故障模式最终影响影响严重程度的度重程度的度量，危害度是量，危害度是对故障模式后果故障模式后果严重程度的重程度的发生可能性的生可能性的综合度量，合度量，两者是不同的概念，不能混淆。两者是不同的概念，不能混淆。有效性。有效性。对分析提出的改分析提出的改进、补偿措施的措施的实现予以跟踪和分析，以予以跟踪和分析，以验证其有效性。其有效性。这种种过程也是程也是积累累FMECA工程工程经验的的过程。程。2.3 实施施FMECA的注意事的注意事项3.保保证实时性、性、规范性、有效性范性、有效性29整理课件整理课件2. FMECA方法方法FMECA作作为常用的分析工具，可常用的分析工具，可为可靠性、安全性、可靠性、安全性、维修性、修性、测试性和保障性等工作提供信息，不同的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用目的可能得到不同的分析结果。各果。各单位可根据具体的位可根据具体的产品特点和任品特点和任务对FMECA的分析步的分析步骤、内容内容进行行补充，剪裁，并在相充，剪裁，并在相应文件中予以明确。文件中予以明确。2.3 实施施FMECA的注意事的注意事项4.FMECA的裁剪和的裁剪和评审30整理课件整理课件2. FMECA方法方法故障模式是故障模式是FMECA的基的基础。能否。能否获得故障模式的相关信息是决定得故障模式的相关信息是决定FMECA工作有效性的关工作有效性的关键。若。若进行定量分析行定量分析时还需故障的具体数据，需故障的具体数据，这些数据除通些数据除通过试验获得外，一般是需要通得外，一般是需要通过相似相似产品的品的历史数据史数据进行行统计分析。有分析。有计划有目的地注意收集、整理有关划有目的地注意收集、整理有关产品的故障信品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及息，并逐步建立和完善故障模式及频数比的相关故障信息数比的相关故障信息库，这是是开展有效的开展有效的FMECA工作的基本保障之一。工作的基本保障之一。2.3 实施施FMECA的注意事的注意事项5.FMECA的数据的数据31整理课件整理课件2. FMECA方法方法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。可靠性分析工作。应注意注意FMECA一般是静一般是静态的、的、单一因素的分析方一因素的分析方法。在法。在动态方面方面还很不完善，若很不完善，若对系系统实施全面分析施全面分析还需与其他分需与其他分析方法（如析方法（如FTA、ETA等）相等）相结合。合。2.3 实施施FMECA的注意事的注意事项6.FMECA应与其他分析方法相与其他分析方法相结合合32整理课件整理课件3. FMECA在工在工业企企业的的应用用系系统定定义 系系统组成及功能成及功能 约定定层次次 绘制可靠性方框制可靠性方框图故障判据故障判据 严酷度酷度类别 FMECA表的填写表的填写FMECA表格的表格的选取取 FMECA表中信息来源表中信息来源 主要故障模式主要故障模式 系系统在不同在不同严酷度下的危害度酷度下的危害度 FMECA报告告3.1 某型某型军用教用教练飞机升降陀系机升降陀系统FMECA33整理课件整理课件系系统定定义系系统组成及功能成及功能某型某型军用教用教练飞机升降舵系机升降舵系统是是单梁盒式薄壁梁盒式薄壁结构，并是由梁、构，并是由梁、小梁、肋、蒙皮所小梁、肋、蒙皮所组成的双成的双闭室剖面室剖面结构。构。为保保证升降舵系升降舵系统的的操作由操作由负载、配平性能需要，、配平性能需要，还装有配重的装有配重的调整片、翼尖配重。整片、翼尖配重。 约定定层次次 初始初始约定定层次次为某型某型军用教用教练机机约定定层次次图 绘制方框制方框图绘制功能制功能结构方框构方框图绘制可靠性框制可靠性框图故障判据故障判据 严酷度酷度类别34整理课件整理课件某型某型军用教用教练飞机升降舵系机升降舵系统约定定层次次35整理课件整理课件功能功能结构方框构方框图36整理课件整理课件可靠性框可靠性框图37整理课件整理课件故障判据故障判据升降舵系升降舵系统凡凡发生不生不满足以下要求的情况之一，即足以下要求的情况之一，即认为该系系统发生了故障：生了故障：舵面偏舵面偏转时应准确及准确及时偏偏转到到规定位置；定位置；左、右升降舵左、右升降舵应保持同步偏保持同步偏转；飞机机长期期稳定定飞行行时，舵面，舵面应保持确定的平衡位置；保持确定的平衡位置；舵面偏舵面偏转时无卡滞无卡滞现象；象；飞行中舵面无行中舵面无强烈振烈振动现象；象；调整片按要求能正常偏整片按要求能正常偏转；配重无松配重无松动现象；象；舵面舵面结构构满足了足了强度、度、刚度要求，没有因疲度要求，没有因疲劳、腐、腐蚀等等导致其致其结构的构的损伤。 38整理课件整理课件严酷度酷度类别升降舵系升降舵系统严酷度酷度类别的定的定义 严酷度类别 严重程度定义 类（灾难的） 危及人员或安全（如一等、二等飞行事故及重大环境损坏） 类（致命的） 损伤人员或飞机损伤（如三等飞行事故及严重环境损害） 类（临界的） 人员程轻度伤害或影响任务完成（如误飞、中断或取消飞行、降低飞行品质、增加着陆困难、中等程度环境损害） 类（轻度的） 无影响或影响很小，增加非计划性维护或修理 39整理课件整理课件FMECA表格的填写表格的填写FMECA表格的表格的选取取根据本案例的根据本案例的实际情况，将情况，将FMEA表、表、CA表合并成一个表。表合并成一个表。这使使FMECA表更表更简明、直明、直观和减少工作量。和减少工作量。FMECA表中信息来源表中信息来源表中的故障模式、故障原因、故障率等均是在多个相似表中的故障模式、故障原因、故障率等均是在多个相似飞机升降舵的机升降舵的调研和分析研和分析基基础上上进行的，其行的，其结果比果比较真真实可靠。可靠。主要故障模式主要故障模式归纳该升降舵的故障模式是：升降舵的故障模式是：舵面偏舵面偏转不到位。其表不到位。其表现为驾驶杆行程加大，操杆行程加大，操纵不到位。不到位。舵面偏舵面偏转困困难（偏重），但无卡死（偏重），但无卡死现象。象。卡滞。舵面卡滞。舵面转动不灵活，有卡滞不灵活，有卡滞现象。象。振振动。由舵面的振。由舵面的振动导致致驾驶杆抖杆抖动。结构故障。由于构故障。由于长期使用，舵面期使用，舵面结构局部构局部损伤，造成，造成结构构强度、度、刚度下降，度下降，变形形加大。加大。针对上述故障模式提示了相上述故障模式提示了相应的改的改进措施，措施，进而提高了而提高了产品的可靠性、保品的可靠性、保证了了该教教练机机飞行一次成功。行一次成功。系系统在不同在不同严酷度下的危害度酷度下的危害度据表据表结果，升降舵系果，升降舵系统在不同在不同严酷度下的危害度是：酷度下的危害度是：CRs(I)6.001 106；CRs()31.6724106；CRs()1.4183106；CRs()0.025210640整理课件整理课件FMECA表格表格41整理课件整理课件FMECA报告告可靠性关可靠性关键产品清品清单、类故障模式清故障模式清单单点故障模式清点故障模式清单不可不可检测故障模式清故障模式清单危害性矩危害性矩阵图等等42整理课件整理课件3. FMECA在工在工业企企业的的应用用3.2 某型洗衣机某型洗衣机电脑板板FMEA系系统定定义 系系统组成及功能成及功能 约定定层次次 绘制可靠性方框制可靠性方框图故障判据故障判据 严酷度酷度类别 FMEA表的填写表的填写FMEA表格的表格的选取取 FMEA表中信息来源表中信息来源 主要故障模式主要故障模式 系系统在不同在不同严酷度下的危害度酷度下的危害度 FMEA报告告43整理课件整理课件3.2 某型洗衣机某型洗衣机电脑板板FMEA初始初始约定定层次：次：电源板源板第二第二约定定层次：各功能次：各功能电路，包括：路，包括：滤波波电路，整流功能路，整流功能电路，路，电压转换电路，反路，反馈电路，路，电源源总开关，开关，电机机驱动，水，水阀驱动，可控，可控硅硅继电器器驱动，检测电路路1，检测电路路2，蜂，蜂鸣器器最低最低约定定层次：元器件，如次：元器件，如电容，容，电阻，阻，电感，二极管，感，二极管，变压器，器，开关开关电源芯片，端子，光耦，源芯片，端子，光耦，稳压模模块，可控硅，可控硅，继电器，器，ULN2003,三极管，喇叭三极管，喇叭约定定层次划分次划分44整理课件整理课件3.2 某型洗衣机某型洗衣机电脑板板FMEA产品功能框品功能框图45整理课件整理课件3.2 某型洗衣机某型洗衣机电脑板板FMEA严酷度类别严重程度定义类电源板关键功能丧失（关键功能包括：电机正反转，电源供电，进排水）类电源板部分功能丧失（包括蜂鸣告警，模糊检测功能）类电源板功能不影响，性能下降严酷度等酷度等级46整理课件整理课件3.2 某型洗衣机某型洗衣机电脑板板FMEAFMEA表格表格47整理课件整理课件3.2 某型洗衣机某型洗衣机电脑板板FMEAFMEA表格表格48整理课件整理课件3.2 某型洗衣机某型洗衣机电脑板板FMEA可靠性关可靠性关键产品清品清单、类故障模式清故障模式清单单点故障模式清点故障模式清单不可不可检测故障模式清故障模式清单FMEA表格表格FMEA报告清告清单49整理课件整理课件4. 结束束语FMECA是一种自下而上的是一种自下而上的归纳方法。方法。FMECA的的实施需施需贯穿于穿于产品的整个寿命周期。品的整个寿命周期。FMECA能有效能有效寻找找产品的薄弱品的薄弱环节，预防防产品可能品可能发生生的故障。的故障。50整理课件整理课件谢谢大家！大家！51整理课件整理课件