故障類型和影響分析WJL

1、故障類型及影響分析（FMEA）2016年10月8日 深圳南山 故障類型及影響分析（Falure Mode & Effect Anlysis,FMEA）是一種廣泛使用的非常重要的系統(tǒng)安全分析方法。我國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：FMEA是找出設(shè)計上潛在缺陷的手段，是設(shè)計審查中必須重視的資料之一。1. 目的故障類型及影響分析的目的是辨識設(shè)備或系統(tǒng)的故障及每種故障模式對系統(tǒng)或裝置造成的影響。評價人員通常提出增加設(shè)備可靠性的建議，進而提出工藝安全對策。2. 基本概念2.1 故障：一般指元件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)在規(guī)定的運行時間和條件內(nèi)，達(dá)不到設(shè)計規(guī)定功能的情況。2.2 故障類型：系統(tǒng)、子系統(tǒng)或元件的每一種故障的形

2、式稱為故障類型。例如，一個閥門故障可以有四種故障類型：內(nèi)漏、外漏、打不開、關(guān)不嚴(yán)。表2-1列出了一般故障類型的分類，各種故障類型一般可按表中分類考慮。表2-1 故障類型及原因故障類型運行過程中的故障各類故障細(xì)分故障原因1. 過早的啟動2. 規(guī)定的時間內(nèi)不能啟動3. 規(guī)定的時間內(nèi)不能停車4. 運行能力降級、超量或受阻1. 構(gòu)造方面的故障、物理性咬緊、振動、不能定位、不能打開、不能關(guān)閉2. 打開時故障、關(guān)閉時故障3. 內(nèi)部泄漏、外部泄漏4. 高于允許偏差、低于允許偏差5. 反向動作、間歇動作、誤動作、誤指示6. 流向偏向一側(cè)、傳動不良、停不下來7. 不能啟動、不能切換、過早啟動、動作滯后8. 輸入

3、量過大、輸入量過小、輸出量過大、輸出量過小9. 電路短路、電路開路10. 漏電、其他1. 設(shè)計上的缺陷（由于設(shè)計上的技術(shù)先天不足，或者圖樣不完善等）2. 制造上的缺陷（加工方法不當(dāng)或者組裝上的失誤）3. 質(zhì)量管理上缺陷（檢查不夠或失誤以及管理不當(dāng)）4. 使用上的缺陷（誤操作或未按設(shè)計條件操作）5. 維修方面或檢測程序不當(dāng)6. 維修方面的缺陷（維修操作失誤或檢修程序不當(dāng)）2.3 故障等級：根據(jù)故障類型對系統(tǒng)或子系統(tǒng)影響的程度不同而劃分的等級稱為故障等級。3. 故障類型分級方法3.1 定性分級方法通常，定性分級方法按故障類型對子系統(tǒng)或系統(tǒng)影響的嚴(yán)重程度分為四級（見表2-2）。劃分故障等級的目的主要

4、是劃分輕重緩急，以采取相應(yīng)的對策，提高系統(tǒng)安全性。3.2 半定量故障等級劃分方法半定量的等級劃分是依據(jù)損失的嚴(yán)重程度、故障的影響范圍、故障發(fā)生的概率、防止故障的難易程度和工藝設(shè)計情況確定的。在難以取得可靠性數(shù)據(jù)的情況下，可以采用評點法，此法簡單，劃分精確。它從幾個方面來考慮故障對系統(tǒng)的影響程度，用一定點數(shù)表示影響程度的大小，通過計算，求出故障等級。表2-2 故障類型分級表故障等級影響程度可能造成的危害或損壞級致命性可能造成死亡或系統(tǒng)損壞級嚴(yán)重性可能造成嚴(yán)重傷害、嚴(yán)重職業(yè)病或主要系統(tǒng)損壞級臨界性可造成輕傷、輕職業(yè)病或次要系統(tǒng)損壞級可忽略性不會造成傷害和職業(yè)病，系統(tǒng)也不會損壞評點數(shù)計算公式為：Cs

5、=式中 Ci因素系數(shù)，0Ci10； Cs總點數(shù)，0Cs10。如何確定點數(shù)Ci呢？可采取專家座談會法，即由3-5位有經(jīng)驗的專家座談討論，提出該給Ci什么數(shù)值，這種方法又稱BS法（Brain Storming），意思是集中智慧。另一種方法是德菲爾法，就是函詢調(diào)查法，即將提出的問題和必要的背景材料，用通信的方式向有經(jīng)驗的專家提出，然后把他們的答復(fù)意見進行綜合，再反饋他們，如此反復(fù)多次，直到得到認(rèn)為合適的意見為止。另一種求點數(shù)的方法見表2-3，可根據(jù)評點數(shù)因素求出點數(shù)，相加后計算出總點數(shù)Cs。表2-3 評點參考表評點因素內(nèi)容點數(shù)故障影響大小F1造成生命損失5.0造成相當(dāng)素食3.0功能損失1.0對系統(tǒng)造

6、成的影響F2對系統(tǒng)造成二個以上的重大影響2.0對系統(tǒng)造成一個以上的重大影響1.0對系統(tǒng)無太大影響0.5故障發(fā)生的概率F3易于發(fā)生1.5能夠發(fā)生1.不太發(fā)生0.7防止故障的可能性F4不能1.3能夠防止1.0易于防止0.7是否新設(shè)計的工藝F5相當(dāng)新的內(nèi)容設(shè)計1.2類似的設(shè)計1.0同一設(shè)計0.8由以上兩種方法求出的總點數(shù)，均可按表2-4評選故障等級。表2-4 評點數(shù)與故障等級故障等級評點數(shù)Cs內(nèi)容應(yīng)采取的措施級致命710完不成任務(wù)，人員傷亡變更設(shè)計級重大47大部分任務(wù)完成重新討論，也可變更設(shè)計級輕微24一部分任務(wù)完不成不必變更設(shè)計級小2無影響無3.3 風(fēng)險矩陣法故障的發(fā)生可能性和故障發(fā)生后引起的后果

7、，綜合考慮后會得到比較準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)被稱為風(fēng)險（也稱危險度），它代表故障概率和嚴(yán)重度的綜合評價。3.3.1 嚴(yán)重度。指故障類型對系統(tǒng)功能的影響程度，分為四個等級（見表2-5）。表2-5 嚴(yán)重度的等級與內(nèi)容嚴(yán)重度等級內(nèi)容低的（1）對系統(tǒng)任務(wù)無影響（2）對子系統(tǒng)造成的影響可忽略不計（3）通過調(diào)整，故障易于消除主要的（1）對系統(tǒng)的任務(wù)隊友影響但可忽略（2）導(dǎo)致子系統(tǒng)的功能下降（3）出現(xiàn)故障，但能夠立即修復(fù)關(guān)鍵的（1）系統(tǒng)的功能有所下降（2）子系統(tǒng)的功能嚴(yán)重下降（3）出現(xiàn)故障，不能立即通過檢修予以修復(fù)災(zāi)難性的（1）系統(tǒng)的功能嚴(yán)重下降（2）子系統(tǒng)的功能全部喪失（3）出現(xiàn)的故障需經(jīng)徹底修理才能消

8、除3.3.2 故障概率。指在一個特定時間內(nèi)，故障類型所出現(xiàn)的次數(shù)。時間可規(guī)定為一定的期限，如一年、一個月等；或根據(jù)大修間隔期、完成一項任務(wù)的周期或其他被認(rèn)為適當(dāng)?shù)钠陂g來決定?？梢允褂枚ㄐ院投糠椒ù_定單個故障類型的概率。具體分級如下：1）故障率的定性方法分類級：故障概率很低，元件操作期間出現(xiàn)的機會可以忽略。級：故障概率低，元件操作期間不易出現(xiàn)。級：故障概率中等，元件操作期間出現(xiàn)的機會為50%。級：故障概率高，元件操作期間易于出現(xiàn)。2）故障概率的定量方法分類級：在元件工作期間，任何單個故障類型出現(xiàn)的概率，少于全部的故障概率的0.01。級：在元件工作期間，任何單個故障類型出現(xiàn)的概率，多于全部故障概

9、率的0.01而少于0.10。級：在元件工作期間，任何單個故障類型出現(xiàn)的概率，多于全部故障概率的0.10而少于0.20。級：在元件工作期間，任何單個故障類型出現(xiàn)的概率，大于全部的故障概率的0.20。3.3.3 風(fēng)險矩陣。有了嚴(yán)重度和故障概率的數(shù)據(jù)以后就可運用風(fēng)險率矩陣評價法。有的故障類型雖有高的發(fā)生概率，但造成的危害嚴(yán)重度甚低；而有的即使危害的嚴(yán)重度很大，但發(fā)生概率很低，所以風(fēng)險率也不高。為了綜合這兩個特性，可以以故障概率為縱坐標(biāo)，嚴(yán)重度為橫坐標(biāo)，畫出風(fēng)險矩陣（見圖2-1）。沿矩陣原點到右上角畫一對角線并將所有故障類型按其嚴(yán)重度和發(fā)生概率填入矩陣中，可以看出系統(tǒng)風(fēng)險的密集情況。處于右上角方塊中的

10、故障類型風(fēng)險率最高，依次左移，風(fēng)險率逐漸降低。432101234概率嚴(yán)重度圖2-1 風(fēng)險矩陣4. FMEA的特點及優(yōu)缺點4.1 故障類型影響分析的特點及優(yōu)缺點： 能夠明確地表示出局部的故障講給系統(tǒng)整體的影響，確定對系統(tǒng)安全性給予致命影響的故障部位。因此，對組成單元或子系統(tǒng)可靠性的要求更加明確，并且能夠提出它們的重要度。利用FMEA也很容易從邏輯上發(fā)現(xiàn)設(shè)計方面遺漏和疏忽的問題。 能用定性分析法來判斷可靠性和安全性的大小或優(yōu)劣，并能提出問題和評價其重要度。 FMEA法不僅用于產(chǎn)品設(shè)計、制造、可靠性設(shè)計等方面，而且還可以把設(shè)計和質(zhì)量管理、可靠性管理等活動有機連接起來。因此，對系統(tǒng)規(guī)定評價是非常有利的

11、。 應(yīng)用時，若把重要的故障類型忽略了，則所進行的分析，特別是所進行的預(yù)測將是徒勞無用的。所以，對重要故障類型不能忽略。 為定量地進行系統(tǒng)安全性預(yù)測、評價和其他安全性研究提供一定的數(shù)據(jù)資料。 故障類型和影響分析是從系統(tǒng)的末一級向上一級分析，及從小的、局部的至整個系統(tǒng)進行分析，其優(yōu)點是書寫格式簡單，可用較少的人力、且無需經(jīng)過特別的訓(xùn)練就可以進行分析。它的缺點是缺乏邏輯性，難以分析各個元素之間的影響，若兩個以上元素同時發(fā)生故障，分析比較困難。通常情況下，F(xiàn)MEA方法中的元素局限于“物”的因素，這就難以查處人的原因。對某一元素而言，也可以包括人的誤操作。4.2 FMEA基本原理： 1）故障類型：運行過

12、程中的故障；過早地啟動；規(guī)定的時間內(nèi)不能啟動；規(guī)定的時間內(nèi)不能停車；運行能力降低、超量或受阻。 2）造成原件發(fā)生故障的原因：設(shè)計上的缺點；制造上的確定；質(zhì)量管理方面的缺點；使用上的缺點；維修方面的缺點。 3）故障等級： 簡單劃分時利用下表故障類型分級表故障等級影響程度可能造成的危害或損壞級致命性可能造成死亡或系統(tǒng)損壞級嚴(yán)重性可能造成嚴(yán)重傷害、嚴(yán)重職業(yè)病或主要系統(tǒng)損壞級臨界性可造成輕傷、輕職業(yè)病或次要系統(tǒng)損壞級可忽略性不會造成傷害和職業(yè)病，系統(tǒng)也不會損壞 評點法 上述方法中的每一項有經(jīng)驗來判斷，也可用公式來算： 風(fēng)險矩陣法 4）可靠性框圖，也叫做邏輯圖，以下圖舉例說明：l 主系統(tǒng)分成三個子系統(tǒng)，

13、即10,20,30，當(dāng)然每一個子系統(tǒng)發(fā)生故障，都會對主系統(tǒng)產(chǎn)生影響。l 子系統(tǒng)10又包括組件11,12,13。l 組件11受元件01A的，01B，02，03，04，05與06的影響，它們在串聯(lián)的情況下進行工作。l 元件01A，01B是冗余系統(tǒng)。l 元件02由兩個零件a和b組成。l 從功能上看，元件03同時受到07和來自其他系統(tǒng)的影響。l 虛線所包含的零件04咋特定的情況下發(fā)生作用。l 正常運行時，元件07不工作。l 元件05和06是備件，在某些特定的情況下，06發(fā)生故障時，05起作用。5. 資料文件的要求使用FMEA方法需要如下資料：l 系統(tǒng)或裝置的PID圖（工藝管理儀表流程圖）l 設(shè)備、配件

14、一覽表l 設(shè)備功能和故障模式方面的知識l 系統(tǒng)或裝置功能及對設(shè)備故障處理方法的知識FMEA方法可由單個分析人員完成，但需要其他人進行審查，以保證完整性。對評價人員的要求隨著評價的設(shè)備項目大小、復(fù)雜程度等因素有所不同。所有的FMEA評價人員都應(yīng)對設(shè)備功能及故障模式熟悉，并了解這些故障模式如何影響系統(tǒng)或裝置的其他部分。6. 制表 使用FMEA方法的特點之一就是制表。由于表格便于編碼、分類、查閱、保存，所以很多部門根據(jù)自己的情況擬出不同表格（見表2-6、表2-7、表2-8），但基本內(nèi)容相似。表2-6 故障類型及影響分析表格1系統(tǒng) 子系統(tǒng)組件 故障類型影響分析日期 制表 主管 審核 分析項目功能故障類

15、型及造成原因任務(wù)階段故障檢測方法改正處理所需時間故障等級修改名稱項目號圖紙?zhí)柨驁D號組件子系統(tǒng)系統(tǒng)(任務(wù))表2-7 故障類型及影響分析表格2系統(tǒng) 子系統(tǒng) 故障類型及影響分析日期 制表 主管 框圖號子系統(tǒng)項目故障類型推斷原因?qū)ψ酉到y(tǒng)影響對系統(tǒng)影響故障等級表2-8 故障類型及影響分析表格3系統(tǒng) 子系統(tǒng) 故障類型及影響分析日期 制表 主管 審核 （1）項目號（2）分析項目（3）功能（4）故障類型（5）推斷原因（6）影響（7）故障檢測方法（8）故障等級（9）備注子系統(tǒng)系統(tǒng)7. FMEA分析步驟及內(nèi)容：l 明確系統(tǒng)本身的情況和目的。l 確定分析深度。l 繪制系統(tǒng)該系統(tǒng)圖（功能框圖）或可靠性框圖。（所謂的可

16、靠性框圖，即，它表示各元件是串聯(lián)的或并聯(lián)的以及輸入、輸出情況）l 按照可靠性框圖，列出所有故障模式并選出對系統(tǒng)有影響的故障類型。l 分析構(gòu)成故障模式的原因及其檢測方法，并制成故障模式和影響分析表。l 對危險性特別大的故障類型，如故障等級為級，可進行進一步的分析。 內(nèi)容：對象（設(shè)備、組件、零件等）；功能；故障模式；設(shè)想原因；故障影響；檢測方法；補償方法；危險度；備注。 以手電筒為例，說明FMEA的過程：（根據(jù)框圖分析各部分的故障類型，進而進行FMEA）手電筒FMEA一覽表（部分）No.零件或組合件故障類型故障原因故障的影響檢測方法危險等級備注零件或組合件系統(tǒng)1環(huán)蓋影響透鏡功能變形功能不全可能功能失靈目測脫落1.螺紋磨耗功能不全功能失靈目測2.操作不注意變形而斷壓壞功能不全降低功能目測2透鏡脫落1.破損脫落功能不全功能不全目測2.操作不注意開裂操作不注意降低功能功能下降目測模糊保管不良降低功能功能下降目測3絕緣體折斷1.裝配不良有不閉燈的可能性可能縮短使用時間拆開目視2.材質(zhì)不良脫落1.裝配失靈不閉燈使用時間縮短拆開目視2.由于斷損4反射鏡燈泡組合燈絲燒損1.壽命問題不能開燈功能失靈拆開目視2.沖擊燈泡松弛1.嵌合不良造成回路切斷的可能性功能失靈的可能性輕