FMECA故障模式影響及危害性分析與軟件質(zhì)量

1、fmeca故障模式影響及危害性分析與軟件質(zhì)量人們對軟件產(chǎn)品質(zhì)量的認識如同對其它客觀事物一樣，隨著社會的發(fā)展和科學技術的進步而不斷演變、進化。傳統(tǒng)的質(zhì)量觀強調(diào)產(chǎn)品“符合規(guī)定的要求”，即“符合性”；產(chǎn)品只要符合生產(chǎn)圖紙和工藝規(guī)定的要求，就是好的。當代的質(zhì)量觀既重視產(chǎn)品的符合性要求，更強調(diào)產(chǎn)品的“適用性”要求，也就是說，產(chǎn)品只要在適用時能成功地適合用戶的需要才是高質(zhì)量的。用戶的需要是多方面的，因此產(chǎn)品質(zhì)量是產(chǎn)品滿足規(guī)定或潛在需要的特性的總和。這些性能包括性能、可靠性、安全性、維修性、保障性、經(jīng)濟性等等。一個好的產(chǎn)品不僅要具備所需要的性能（固有能力），而且要能長期保持這種性能，使用中無故障或少故障；發(fā)

2、生故障時要好維修，使功能得到迅速恢復，還要使用安全、易于保障，整個壽命周期費用較低等。 隨著科學技術的發(fā)展，軟件結構日益復雜化，研制時間不斷增長、壽命周期費用不斷增加，如果在使用過程中發(fā)生故障，很可能會造成無法挽回的經(jīng)濟損失甚至人員傷亡,樹立當代質(zhì)量觀，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為國民經(jīng)濟和國防科技發(fā)展中引人注目的關鍵問題。可靠性、維修性、安全性、保障性是產(chǎn)品質(zhì)量的重要內(nèi)涵，要提高產(chǎn)品質(zhì)量，就要從這些方面入手，從而使其具有較高的效能及較低的壽命周期費用，以達到獲取最佳效費比的目的。 fmeca的特征 故障模式影響及危害性分析（failuremodeeffectsandcriticalityanal

3、ysisfmeca）是一種可靠性、安全性、維修性、保障性分析與設計技術，用來分析、審查系統(tǒng)及其設備的潛在故障模式，確定其對系統(tǒng)和設備工作能力的影響，從而發(fā)現(xiàn)設計中潛在的薄弱環(huán)節(jié)，提出可能采取的預防改進措施，以消除或減少故障發(fā)生的可能性，提高系統(tǒng)和設備的可靠性、安全性、維修性、保障性水平。我們同樣可以將其應用于軟件質(zhì)量管理領域。 fmeca本質(zhì)上是一種定性的邏輯推理方法，通過它，可以識別故障的根本原因，確定可靠性、安全性、維修性關鍵部件，并提出預防改進措施，使工程設計人員對系統(tǒng)和設備進行優(yōu)化設計，以提高系統(tǒng)和設備的可靠性、安全性、維修性水平，從而達到提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少系統(tǒng)生命周期費用的目的。 f

4、meca技術是從工程實踐中總結出來的科學方法，它起源于美國。fmeca是一種有效、經(jīng)濟而且比較容易掌握的可靠性分析方法，所以深受廣大工程設計人員的喜愛；但同時，fmeca又是一項煩瑣、乏味而且非常耗時間、容易出錯的工作。實際應用中，為了判別故障發(fā)生與否，需要故障判據(jù)；為了判別系統(tǒng)是否成功地實現(xiàn)其全部功能以及繪制可靠性框圖，需要系統(tǒng)工作原理圖和功能方塊圖；為了確定各種故障模式及原因，需要各種方案的比較及相應的工作限制；為了確定被分析系統(tǒng)的約定層次劃分，需要從系統(tǒng)開始直至最低一級產(chǎn)品的結構、接口關系等描述。為了進行fmeca的定性和定量分析，需要有大量的可靠性信息，包括系統(tǒng)的可靠性分析資料、使用或

5、實驗數(shù)據(jù)；為了不斷提高fmeca的分析水平，需要過去fmeca中積累的設計、工藝、生產(chǎn)和使用經(jīng)驗等等?；谶@些數(shù)據(jù)，還要找出每一種潛在的故障模式以及潛在故障模式的機理，并進一步分析產(chǎn)品故障模式對每一約定層次上的項目功能、使用或狀態(tài)所造成的故障影響；并對每一種故障模式按最壞的潛在后果確定其嚴酷度類別；分析或計算每一種故障模式的發(fā)生概率或危害度等等。最后，還需形成各種報表清單，包括fmea和ca表格、各種框圖、危害性矩陣等等。上述過程，其工作量和費用都是巨大的，手工作業(yè)不但因為過多的重復性勞動導致效率低下，而且也會由于標準的不同及人為的差錯導致分析結果的差異，另外分析中獲得的結果和數(shù)據(jù)還不能直接被

6、引用等等。 fmeca是按規(guī)定的規(guī)則記錄產(chǎn)品設計中所有可能的故障模式，分析每種故障模式對系統(tǒng)的工作及狀態(tài)（包括整體完好、任務成功、維修保障、系統(tǒng)安全等）的影響并確定單點故障，將每種故障模式按其影響的嚴酷度及發(fā)生概率排序，從而發(fā)現(xiàn)設計中潛在的薄弱環(huán)節(jié)，提出可能采取的預防改進措施（包括設計、工藝或管理），以消除或減少故障發(fā)生的可能性，保證產(chǎn)品的可靠性。 fmeca由兩部分工作構成，即故障模式影響分析（failuremodeandeffectsanalysisfmea）和危害性分析（criticalityanalysisca）。 fmeca通常又分析硬件法和功能法兩種。目前，工程上運用最為廣泛的是硬

7、件法。 硬件法 這種分析方法根據(jù)產(chǎn)品的功能對每個故障模式進行評價，用表格列出各個產(chǎn)品，并對可能發(fā)生的故障模式極其影響進行分析。各產(chǎn)品的故障影響與分系統(tǒng)或系統(tǒng)的功能有關。當產(chǎn)品可按設計圖紙及其它工程設計資料明確確定時，一般采用硬件法。這種分析方法適用于從零件級開始分析，再擴展到系統(tǒng)級即自下而上進行分析，然而也可以從任一層開始向任一方向進行分析。采用這種分析方法進行fmeca是較為嚴格的，應用也比較廣泛。 功能法 這種分析方法認為每個產(chǎn)品可以完成若干功能，而功能可以按輸出進行分類。使用這種分析方法時，將輸出一一列出，并對它們的故障模式進行分析。當產(chǎn)品構成不能明確確定時（如產(chǎn)品研制初期，各部件設計未

8、完成，無詳細部件清單，無產(chǎn)品原理圖及裝配圖），或當產(chǎn)品復雜程度要求從初始約定層次開始向下分析時，一般采用功能法。然而也可以從產(chǎn)品的任一層次開始向任一方向進行。這種分析方法比硬件法簡單，所以可能忽略某些故障模式。 fmeca的作用及目的 實踐表明，fmeca是目前最基本的、應用最廣泛的、收效最大的分析設計方法。 fmeca的作用是： (1)保證有組織地、系統(tǒng)地、全面地查明一切可能的故障模式及其影響，對它們應該或是已采取適當?shù)难a救措施，或是確認其風險已低于可以接受的水平。 (2)找出被分析對象的“單點故障”。所謂單點故障是指這種故障單獨發(fā)生時，就會導致不可接受的或嚴重的影響后果。一般來說，如果單點

9、故障出現(xiàn)概率不是極低的話，則應在設計、工藝、管理等方面采取切實有效的措施。產(chǎn)品發(fā)生單點故障的方式就是產(chǎn)品的單點故障模式。 (3)為制定關鍵項目清單或關鍵項目可靠性控制計劃提供依據(jù)。 (4)為可靠性建模、設計、評定提供信息。 (5)揭示安全性薄弱環(huán)節(jié)，為安全性設計（例如載人飛船的應急系統(tǒng)、火箭地面爆炸等等）提供依據(jù)。 (6)為制定試驗大綱提供信息，以便試驗前作好充分檢測、盡可能達到預定目的。 (7)為確定需要及時更換那些有限壽命的零部件、元器件的清單，以提供使用可靠性（包括貯存可靠性）設計的信息。 (8)為確定需要重點控制質(zhì)量及生產(chǎn)工藝（包括采購、檢驗）的薄弱環(huán)節(jié)清單信息。 (9)為確定維修方案

10、、機內(nèi)測試（bit）、測試點設計、編定維修指南、維修保障設計提供信息。 (10)為設計故障診斷、隔離及結構重組等提供信息。 (11)作為使可靠性指標符合要求的一種反復疊代的設計手段。 (12)及早發(fā)現(xiàn)設計、工藝中的各種缺陷，以便提出改進措施。 fmeca的目的： (1)為確定可靠性關鍵件和重要件提供依據(jù)。這些產(chǎn)品是進行設計、工藝改進，進而提高其可靠性的重要目標，也是詳細分析，可靠性增長試驗、鑒定試驗、應力分析和保證安全性的主要對象。 (2)有助于設計人員考慮在薄弱環(huán)節(jié)上是否采用冗余設計、元器件篩選、工藝改進、降額設計和熱設計等可靠性設計技術。 (3)為確定可靠性性試驗和檢驗的程序、方法提供重要

11、信息。 此外，fmeca還為安全性分析與設計、維修性分析與設計、測試性分析與設計、保障性分析、以可靠性為中心的維修分析（rcma）、試驗計劃的制定，質(zhì)量檢驗點的設置，可靠性設計和評審等提供信息和技術決策依據(jù)。 fmeca的適用范圍及使用原則 fmeca適用于軟件產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和使用等各階段,隨設計的進展不斷地修改，即使跟蹤設計的變動。產(chǎn)品的故障必然和該故障的零部件之間存在著一定的因果關系。fmeca方法就是從這種因果關系出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問題，找出原因，明確影響（后果），進而制定有效的改進途徑。 為使fmeca卓有成效，在實施時應遵循如下原則： (1)分析工作的及時性 fmeca的首要目的是為產(chǎn)品的

12、設計改進提供有效的信息和依據(jù)。因此fmeca工作應與產(chǎn)品的設計同步進行，尤其應在設計的早期階段就開始進行fmeca。這樣有助于及時發(fā)現(xiàn)設計中的薄弱環(huán)節(jié)并為安排改進措施的先后順序提供依據(jù)。同時，應按照產(chǎn)品研制階段的不同，進行不同程度、不同層次的分析。也就是說，fmeca應及時反映設計、工藝上的變化，并隨著研制階段的展開而不斷補充、完善和反復迭代。 (2)分析工作的有效性 fmeca的有效程度，取決于可利用的資料和分析人員的技術水平和經(jīng)驗。，因此為了提高fmeca的有效程度，fmeca工作應由設計人員完成，即貫徹“誰設計、誰分析”的原則，這里因為設計人員對自己設計的產(chǎn)品最了解。在分析過程中還應當充

13、分吸收生產(chǎn)、管理和使用等各部門有經(jīng)驗的工程技術人員，特別是可靠性工程技術人員參與fmeca工作。在fmeca之前，還應當廣泛收集有助于實施分析的各種信息和資料。此外，fmeca的結果可以為其它分析工作提供必要的信息，因此當其它分析工作需要fmeca的結果時，可以對fmeca的基本步驟和方法進行適地剪裁和修改，以滿足這些分析的特殊要求。這可以提高fmeca的有效程度，并避免在工程研制中出現(xiàn)要求過多或工作重復的現(xiàn)象。(3)分析工作的一致性 fmeca分析應加強規(guī)范化工作，以保證產(chǎn)品fmeca的分析結果具有可比性。分析開始前，產(chǎn)品的總設計師單位就應遵循國標gb1391的要求，結合產(chǎn)品特點，對fmec

14、a的分析約定層次、故障判據(jù)、嚴酷度與危害度定義、分析表格、故障率數(shù)據(jù)源和分析報告要求等均應作統(tǒng)一規(guī)定及必要說明。若承制單位或轉承制單位為尋找所負責產(chǎn)品（系統(tǒng)或設備）的薄弱環(huán)節(jié)、關鍵部件而需進行fmeca，亦應作好統(tǒng)一要求，尤其對故障影響層次、嚴酷度定義更應作出明確規(guī)定。 (4)分析結果的可跟蹤性 依據(jù)fmeca結果，所制定出相應的改進措施是否會引發(fā)系統(tǒng)新的故障？其效果如何？以及所找出的產(chǎn)品故障是否全面而無遺漏等問題，均應從管理角度對fmeca的分析結果進行跟蹤與分析，以驗證其正確性和改進措施的有效性。這種跟蹤分析的過程，也是fmeca反復疊代、逐步積累工程經(jīng)驗的過程。這個過程也是對系統(tǒng)再認識、

15、再理解的過程，這種認識和理解最終體現(xiàn)在fmeca技術報告中。一套完整的fmeca資料，是各方面經(jīng)驗的積累和總結，是寶貴的工程財富，應當不斷積累并歸檔，以備查考。 (5)分析方法的綜合性 為了有效地進行故障分析，可以視工程研制中的需要與可能采用fmeca和其他技術的綜合分析方法，以取長補短，更全面地找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，并針對每個薄弱環(huán)節(jié)制定相應的設計、工藝和使用補償措施。這對減少產(chǎn)品設計、工藝缺、保證研制進度、降低費用具用重要作用。在復雜軟件項目研制中，應該普遍地開展fmea或fmeca工作，進而針對其中發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)重大故障后果有重點地進行fta。此外，值得再次強調(diào)的是，fmeca和fta雖都是有效的可靠性、安全性和維修性分析方法，但并非萬能。它們不能代替其它可靠性分析工作。特別應注意，fmeca和fta均是靜態(tài)分析方法，在動態(tài)分析方面還不完善，若對系統(tǒng)實施全面的分析還應與時間序列有關的方法（如事件樹分析）相結合。