失效模式分析

1、4-1 失效模式、后果與嚴重度分析失效模式、后果與嚴重度分析 (FMECA) Failure Mode Effect and Criticality Analysis1 概述概述2 失效模式與后果分析失效模式與后果分析3 嚴重度分析嚴重度分析4-21 概述概述失效的定義：失效的定義：1、設(shè)備在規(guī)定條件下，不能完成其規(guī)定的功能；、設(shè)備在規(guī)定條件下，不能完成其規(guī)定的功能；2、設(shè)備在規(guī)定條件下，一個或幾個不能達到其規(guī)定值；、設(shè)備在規(guī)定條件下，一個或幾個不能達到其規(guī)定值；3、由于環(huán)境應(yīng)力變化，導(dǎo)致功能喪失；、由于環(huán)境應(yīng)力變化，導(dǎo)致功能喪失；4、即使設(shè)備在規(guī)定條件下具有完成規(guī)定功能的能力、即使設(shè)備在規(guī)定

2、條件下具有完成規(guī)定功能的能力，但因操作者的失誤而造成產(chǎn)品功能喪失；，但因操作者的失誤而造成產(chǎn)品功能喪失；4-3失效等級：失效等級：故障類型故障類型 分類原則分類原則 1 致命故障致命故障 導(dǎo)致人身傷亡、 重要總成報廢、 重大經(jīng)濟損失或?qū)?dǎo)致人身傷亡、 重要總成報廢、 重大經(jīng)濟損失或?qū)Νh(huán)境造成重大危害。環(huán)境造成重大危害。 2 嚴重故障嚴重故障 導(dǎo)致重要總成、 零部件損壞， 且不可能在短時間內(nèi)導(dǎo)致重要總成、 零部件損壞， 且不可能在短時間內(nèi)修復(fù)。修復(fù)。 3 一般故障一般故障 導(dǎo)致性能下降，在短時間內(nèi)修復(fù)導(dǎo)致性能下降，在短時間內(nèi)修復(fù) 4 輕微故障輕微故障 一般隨車工具在短時間可以修復(fù)一般隨車工具在短

3、時間可以修復(fù) 4-4故障模式的分類故障模式的分類1、損壞型故障模式：裂紋、塑性變形、斷裂等、損壞型故障模式：裂紋、塑性變形、斷裂等2、退化型故障模式：老化、變質(zhì)、表面防護脫落等、退化型故障模式：老化、變質(zhì)、表面防護脫落等3、松脫型故障模式：松動、脫開、脫焊等、松脫型故障模式：松動、脫開、脫焊等4、失調(diào)型故障模式：間隙不適、流量不當、壓力不當?shù)?、失調(diào)型故障模式：間隙不適、流量不當、壓力不當?shù)?、堵塞和滲漏型故障模式：堵、滲、漏等、堵塞和滲漏型故障模式：堵、滲、漏等6、功能型故障模式：功能不正常、功能不穩(wěn)定等、功能型故障模式：功能不正常、功能不穩(wěn)定等7、其它類型故障模式：潤滑不良等、其它類型故障模

4、式：潤滑不良等故障模式的比率故障模式的比率故障模式比率故障模式比率產(chǎn)品出現(xiàn)失效模式的百分比產(chǎn)品出現(xiàn)失效模式的百分比進一步分析失效原因，采取預(yù)防措施的可靠依據(jù)進一步分析失效原因，采取預(yù)防措施的可靠依據(jù)4-5軸承軸承離合器離合器連接器連接器齒輪齒輪發(fā)電機發(fā)電機電位器電位器繼電器繼電器腐蝕腐蝕18.7-6.3-6.327.512.3蠕變?nèi)渥?形變形變2.56.623.7202.1-0.4侵蝕侵蝕3.1-疲勞疲勞4.4-1.7-2.3摩擦摩擦10.6-1.5-2.6氧化氧化-絕緣絕緣-1.6-12.31012.3裂痕裂痕0.5-磨損磨損60.283.48.16025.1252.4斷裂斷裂-10.047

5、.1204.61517.5其它其它-11.5-16.122.511.9幾種機械零部件的失效模式及其比率幾種機械零部件的失效模式及其比率4-62 失效模式與后果分析失效模式與后果分析一、一、FMEA FMECAFMEA 失效模式與后果分析失效模式與后果分析CA 嚴重度分析嚴重度分析 功能功能FMEA硬件硬件FMEA設(shè)計初期設(shè)計初期復(fù)雜系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)1、功能、功能FMEA和硬件和硬件FMEA4-72、FMEA 程序程序 FMEA基本程序基本程序:1、確定失效模式、確定失效模式2、繪制系統(tǒng)功能圖和可靠性框圖、繪制系統(tǒng)功能圖和可靠性框圖3、確定工作參數(shù)和功能、確定工作參數(shù)和功能4、查明所有、查明所有失效

6、模式失效模式、發(fā)生原因及、發(fā)生原因及后果后果5、按可能的、按可能的最壞后果最壞后果評定評定失效模式失效模式的的嚴重性級別嚴重性級別6、確定失效模式的檢測方法及補救預(yù)防措施、確定失效模式的檢測方法及補救預(yù)防措施7、提出修改方案及其他措施、提出修改方案及其他措施8、提交分析報告、提交分析報告4-8輸輸入入原原始始資資料料分析分析系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及各及各組成組成部分部分功用功用構(gòu)造構(gòu)造系統(tǒng)系統(tǒng)的可的可靠性靠性框圖框圖列出各列出各功能級功能級的失效的失效模式機模式機理效應(yīng)理效應(yīng)研究研究失效失效檢測檢測方法方法可可能能的的預(yù)預(yù)防防措措施施致命性致命性分析分析失效模失效模式概率式概率致命度致命度的估計的估

7、計輸出填寫輸出填寫FMECA表格表格FMECA分析過程4-9零件材料失效原因的分類零件材料失效原因的分類4-10斷裂分類：斷裂分類：根據(jù)裂紋發(fā)展過程根據(jù)裂紋發(fā)展過程沿晶斷裂沿晶斷裂穿晶斷裂穿晶斷裂根據(jù)受載性質(zhì)根據(jù)受載性質(zhì)疲勞斷裂疲勞斷裂靜載斷裂靜載斷裂沖擊斷裂沖擊斷裂根據(jù)完全斷裂前的宏觀變形根據(jù)完全斷裂前的宏觀變形脆性斷裂脆性斷裂韌性斷裂韌性斷裂4-11疲勞斷裂原因：疲勞斷裂原因：表面因素：表面粗糙度、劃痕、碰傷等表面因素：表面粗糙度、劃痕、碰傷等材質(zhì)因素：材料的成分、機械性能、冶金特性等材質(zhì)因素：材料的成分、機械性能、冶金特性等幾何因素：圓角、倒角等幾何因素：圓角、倒角等環(huán)境因素：環(huán)境介質(zhì)、

8、環(huán)境溫度等環(huán)境因素：環(huán)境介質(zhì)、環(huán)境溫度等載荷因素：載荷因素： 載荷性質(zhì)、大小、變化速度等載荷性質(zhì)、大小、變化速度等疲勞源疲勞源裂紋擴裂紋擴展區(qū)展區(qū)瞬斷區(qū)瞬斷區(qū)4-12項目項目失效模式失效模式失效原因失效原因可能后果可能后果發(fā)生概發(fā)生概率率嚴重性嚴重性可能措施可能措施發(fā)動機發(fā)動機殼殼破裂破裂工藝質(zhì)量差工藝質(zhì)量差材料缺陷材料缺陷運輸中損壞運輸中損壞搬運中損壞搬運中損壞內(nèi)壓過高內(nèi)壓過高導(dǎo)彈毀壞導(dǎo)彈毀壞0.0006嚴重嚴重嚴格控制原材料質(zhì)嚴格控制原材料質(zhì)量，消除缺陷。進量，消除缺陷。進行耐壓試驗，采用行耐壓試驗，采用合理包裝，在運輸合理包裝，在運輸中保護發(fā)動機中保護發(fā)動機推進劑推進劑藥柱藥柱斷裂斷裂孔

9、穴孔穴粘接面分離粘接面分離固化殘余應(yīng)力固化殘余應(yīng)力溫度過低溫度過低老化老化燃燒速度過燃燒速度過高；內(nèi)壓過高；內(nèi)壓過高；機殼在高；機殼在工作過程中工作過程中破裂破裂0.0001嚴重嚴重嚴格控制生產(chǎn)過程嚴格控制生產(chǎn)過程，確保工藝質(zhì)量，確保工藝質(zhì)量，嚴格控制在極限溫嚴格控制在極限溫度之內(nèi)存儲和使用度之內(nèi)存儲和使用。內(nèi)襯內(nèi)襯與外殼分離與外殼分離與藥柱或隔與藥柱或隔熱層分離熱層分離粘接劑不良粘接劑不良粘接控制不良粘接控制不良殼體成形后凈殼體成形后凈化不夠化不夠燃燒速度過燃燒速度過高；內(nèi)壓過高；內(nèi)壓過高；機殼在高；機殼在工作過程中工作過程中破裂破裂0.0001嚴重嚴重嚴格執(zhí)行正常清洗嚴格執(zhí)行正常清洗程序，

10、機巧清洗后程序，機巧清洗后嚴格檢驗，確保清嚴格檢驗，確保清除一切沾染物除一切沾染物例例 某一固體火箭發(fā)動機由推進劑藥柱、內(nèi)襯和發(fā)動機殼組成。繪制其某一固體火箭發(fā)動機由推進劑藥柱、內(nèi)襯和發(fā)動機殼組成。繪制其失效模式后果分析表失效模式后果分析表FMECA分析實例分析實例14-13FMECA分析的用途分析的用途1、在設(shè)計管理上的用途、在設(shè)計管理上的用途 FMECA與與線路應(yīng)力分析線路應(yīng)力分析的結(jié)合是可靠性預(yù)測、分配和評定的結(jié)合是可靠性預(yù)測、分配和評定時的一項原始資料。時的一項原始資料。 FMECA 是評定設(shè)計方案的手段是評定設(shè)計方案的手段 FMECA 是設(shè)計評審、質(zhì)量復(fù)查、事故預(yù)想的依據(jù)和證明是設(shè)計

11、評審、質(zhì)量復(fù)查、事故預(yù)想的依據(jù)和證明2、在其他用途、在其他用途 安排測試點、制造和質(zhì)量控制，制定試驗計劃的一種依據(jù)。安排測試點、制造和質(zhì)量控制，制定試驗計劃的一種依據(jù)。 制定檢測程序、設(shè)計診斷裝置的基礎(chǔ)。制定檢測程序、設(shè)計診斷裝置的基礎(chǔ)。 與試驗結(jié)果和失效分析報告一起進行定性評定。與試驗結(jié)果和失效分析報告一起進行定性評定。 可靠性維修，后勤保障分析的原始資料?？煽啃跃S修，后勤保障分析的原始資料。 4-144-154-164-174.3 嚴重度分析嚴重度分析一、定性分析一、定性分析 A級，常發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率大于系統(tǒng)總失效級，常發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率大于系統(tǒng)總失效 概率的概率的20%

12、。 B級，較常發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率在系統(tǒng)總失效級，較常發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率在系統(tǒng)總失效 概率的概率的10%20%。 C級，偶爾發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率在系統(tǒng)總失效級，偶爾發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率在系統(tǒng)總失效 概率的概率的1%10%。 D級，很少發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率在系統(tǒng)總失效級，很少發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率在系統(tǒng)總失效 概率的概率的0.1%1%。 E級，極少發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率小于系統(tǒng)總失效級，極少發(fā)生。單一失效模式發(fā)生概率小于系統(tǒng)總失效 概率概率 的的0.1%。 4-18二、定量分析二、定量分析1、失效后果概率、失效后果概率失效后果失效后果 值值必然損失必然損失

13、1.0偶然損失偶然損失0 . 11 . 0很少損失很少損失1 . 00無影響無影響02、失效模式嚴重度數(shù)字、失效模式嚴重度數(shù)字610tCPmPt失效率后果失效率后果元件失效率元件失效率10-6/h為單位為單位任務(wù)階段內(nèi)的工作時間任務(wù)階段內(nèi)的工作時間失效模式相對頻率失效模式相對頻率4-193、產(chǎn)品嚴重度數(shù)字、產(chǎn)品嚴重度數(shù)字niPrtC16)10(in屬于某一嚴重度的失效模式數(shù)屬于某一嚴重度的失效模式數(shù)產(chǎn)品在該嚴重度下的最后一個失效模式產(chǎn)品在該嚴重度下的最后一個失效模式4-20若某產(chǎn)品的失效率若某產(chǎn)品的失效率 ，在某一任務(wù)階段，出現(xiàn)兩個，在某一任務(wù)階段，出現(xiàn)兩個II級嚴重的失效模式和一個級嚴重的失

14、效模式和一個IV嚴重失效模式。這三個失效模式的相對頻率嚴重失效模式。這三個失效模式的相對頻率分別為：分別為： ，失效后果概率均為，失效后果概率均為0.5，在該階，在該階段工作時間為段工作時間為1h，求該產(chǎn)品在此任務(wù)階段，在嚴重性求該產(chǎn)品在此任務(wù)階段，在嚴重性II下的下的 。 16102 . 7hp5 . 0, 2 . 0, 3 . 0321rmCC ,II級嚴重性的第一個失效模式的嚴重度數(shù)字為級嚴重性的第一個失效模式的嚴重度數(shù)字為mC求求08. 11011072. 03 . 05 . 010666tCPm72. 01011072. 02 . 05 . 010666tCPmII級嚴重性的第二個失

15、效模式的嚴重度數(shù)字為級嚴重性的第二個失效模式的嚴重度數(shù)字為4-218 . 11011072. 0)2 . 03 . 0(5 . 0)10()10()10()10(66626121616ttttCPPpPnpPrrC求求II級嚴重性的產(chǎn)品嚴重度數(shù)字為級嚴重性的產(chǎn)品嚴重度數(shù)字為4-22三、嚴重度矩陣三、嚴重度矩陣嚴重性級別嚴重性級別嚴重性級別嚴重性級別發(fā)生概率發(fā)生概率概率增加概率增加嚴重度數(shù)字嚴重度數(shù)字Cr低低高高ABCDEIVIIIIII嚴重度增加嚴重度增加4-23機車車輛機車車輛 FMEA分析實例分析實例國際鐵路聯(lián)盟的研究與試驗機構(gòu)的國際鐵路聯(lián)盟的研究與試驗機構(gòu)的B176委員會委員會（UIC

16、ORE B176）對機車車輛轉(zhuǎn)向架進行了深入的研究，進行了大量的對機車車輛轉(zhuǎn)向架進行了深入的研究，進行了大量的實驗和評估，并為選擇高速機車車輛的樣機轉(zhuǎn)向架進實驗和評估，并為選擇高速機車車輛的樣機轉(zhuǎn)向架進行了費用行了費用效能分析。效能分析。 決策基礎(chǔ)的重要部分決策基礎(chǔ)的重要部分4-24方法描述：方法描述：1、部件描述、部件描述2、與安全有關(guān)的各種部件的描述、與安全有關(guān)的各種部件的描述3、可能的故障、可能的故障4、損壞特征、可能的原因及其影響的評估、損壞特征、可能的原因及其影響的評估5、故障檢測、故障檢測6、目前的改進措施、目前的改進措施7、對系統(tǒng)的影響、對系統(tǒng)的影響4-25轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架系系 統(tǒng)統(tǒng)

17、鋼軌使鋼軌使用區(qū)域用區(qū)域100鋼軌與鋼軌與軸箱間軸箱間的部件的部件200軸箱軸箱300軸箱與軸箱與轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架間部件間部件400轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架構(gòu)架構(gòu)架500轉(zhuǎn)向架構(gòu)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架與車體架與車體間部件間部件600車體車體700輪輪/軌軌210輪對輪對220軸承軸承230一系一系懸掛懸掛410輪對導(dǎo)輪對導(dǎo)向裝置向裝置420軸箱定軸箱定位裝置位裝置421二系懸掛二系懸掛610轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架-車車體的連接體的連接620抗側(cè)滾抗側(cè)滾裝置裝置630限位止擋限位止擋621彈簧彈簧裝置裝置611減振器減振器6124-26故障類型：故障類型：1、A型故障：由于生產(chǎn)或裝配造成的功能喪失型故障：由于生產(chǎn)或裝配造成的功能喪失

18、 通過工廠和檢修保證狀態(tài)良好通過工廠和檢修保證狀態(tài)良好2、B型故障：產(chǎn)品功能的逐漸退化型故障：產(chǎn)品功能的逐漸退化 引入一個正常的檢測系統(tǒng)引入一個正常的檢測系統(tǒng)3、C型故障：產(chǎn)品功能的突然喪失型故障：產(chǎn)品功能的突然喪失 4-27代碼與零部件代碼與零部件名名 稱稱110鋼軌（使用鋼軌（使用區(qū)域）區(qū)域）故障類型故障類型橫向位移阻橫向位移阻力降低，鋼力降低，鋼軌型面不符軌型面不符合設(shè)計規(guī)范合設(shè)計規(guī)范橫向加速度橫向加速度過高過高影響分析影響分析影響低，對影響低，對所有轉(zhuǎn)向架所有轉(zhuǎn)向架影響皆相同影響皆相同影響小，對影響小，對所有轉(zhuǎn)向架所有轉(zhuǎn)向架影響皆相同影響皆相同危害評價危害評價在最大運行速在最大運行速度時測得的鋼度時測得的鋼軌力是安全的軌力是安全的加速度超過正加速度超過正常值，橫向鋼常值，橫向鋼軌力增加軌力增加危險性危險性A機車車輛轉(zhuǎn)向架機車車輛轉(zhuǎn)向架FMEA表格表格4-28機車車輛轉(zhuǎn)向架機車車輛轉(zhuǎn)向架FMEA表格（續(xù)）表格（續(xù)）代碼與零部件代碼與零部件名名 稱稱210車輪車輪/鋼軌鋼軌230輪對軸承輪對軸承300軸箱軸箱故障類型故障類型車輪與鋼軌車輪與鋼軌的接觸尺寸的接觸尺寸不當不當軸箱過熱軸箱過熱軸箱破損軸箱破損影響分析影響分析磨損車輪型磨損車輪型面快速形成面快速形成大錐度大錐度影響不可避影響不