FMEA分析方法

1、SAE4 7 6 1 ( 1 9 9 6 )FMEA是 一種系統(tǒng)的，自下而上的方法，用于識(shí)別系統(tǒng)，項(xiàng)目或功能的故障模式，并確 定對(duì)下一個(gè)更高級(jí)別的影響。它可以在系統(tǒng)中的任何級(jí)別（例如，零件，功能，黑盒等） 執(zhí)行。軟件還可以使用功能 FMEA 方法進(jìn)行定性分析。通常， FMEA 用于解決單個(gè)故障導(dǎo) 致的故障影響。FMEA 的范圍應(yīng)該與請(qǐng)求它的用戶(hù)協(xié)調(diào)。分析可以是部件 FMEA 或功能 FMEA 。如果 從功能FMEA導(dǎo)出的故障率允許滿(mǎn)足 PSSA概率預(yù)算，則可以不需要零件 FMEA。 FMEA通常包括以下信息。a、組件、功能或 /和功能的識(shí)別； b、故障模式和相關(guān)的硬件故障率（數(shù)值或分類(lèi)）c、失

2、效效應(yīng)（直接和 /或在下面更高級(jí)水平） ；d、可檢測(cè)性和檢測(cè)手段；FMEA 也包括以下信息：a、補(bǔ)償動(dòng)作（即自動(dòng)或手動(dòng)）b、發(fā)生故障的飛行階段；c、故障影響的嚴(yán)重性FMEA 可以與概率技術(shù)（例如 FTA 或 DD ）結(jié)合使用以產(chǎn)生定量分析。 此外， FMEA可以用于通過(guò)從下到上提供故障效應(yīng)的補(bǔ)充列表來(lái)補(bǔ)充FTA / DD。故障模式和影響分析（ FMEA ）1、 介 紹故障模式和影響分析（ FMEA ）是一種系統(tǒng)方法，用于識(shí)別系統(tǒng)，項(xiàng)目，功能或零件的故障模式， 并確定對(duì)下一個(gè)更高級(jí)別設(shè)計(jì)的影響。 還可以確定每個(gè)故障模式的檢測(cè)方法（如果有的話(huà)） FMEA 可以是定量或定性分析， 并且可以在所有類(lèi)型

3、的系統(tǒng) （例如，電氣，電子或機(jī)械系統(tǒng)）上執(zhí)行。如果正在執(zhí)行定量 FMEA ，則針對(duì)每個(gè)故障模式確定故障率。 FMEA 的結(jié)果可以用于生成故障模式和效果概要（ FMES ），并且通常用于支持系統(tǒng)安全評(píng)估 （SSA ）過(guò)程的其他分析技術(shù)， 例如故障樹(shù)分析 （ FTA ），依賴(lài)關(guān)系圖 DD）或馬爾可夫分析（MA）。故障的組合通常不被認(rèn)為是 FMEA的一部分。2、范圍通過(guò)假定所選級(jí)別的具體實(shí)現(xiàn)可能失敗的方式對(duì)給定級(jí)別（系統(tǒng)，項(xiàng)目等）執(zhí)行FMEA 。 每個(gè)故障模式的影響在給定等級(jí)下確定，并且通常是設(shè)備的每個(gè)操作模式的下一較高等級(jí)。 有時(shí)， FMEA 可能需要專(zhuān)注于特定操作場(chǎng)景以支持自上而下的 FTA，D

4、D 或 MA 。FMEA 必須考慮所有與安全有關(guān)的影響以及由要求確定的任何其他影響。在不可能識(shí)別故障模式的特定性質(zhì)的情況下，必須假定最壞情況的影響。如果最壞情況對(duì)于故障樹(shù)是不可接受的，則必須在下一個(gè)較低的等級(jí)檢查故障模式。即，如果 FMEA在功能級(jí)別進(jìn)行，則降至零件級(jí)別，并排除對(duì)所考慮事件沒(méi)有影響的組件。 如果分析是在零件級(jí)別進(jìn)行，則降低以考慮特定故障機(jī)理。 另一個(gè)選擇是重新設(shè)計(jì)以改善冗余或添加監(jiān)控。無(wú)論 FMEA的執(zhí)行水平如何， FMEA 的主要步驟包括準(zhǔn)備，分析和文檔。3、 FMEA 過(guò)程FMEA 準(zhǔn)備階段FMEA 的準(zhǔn)備包括確定客戶(hù)要求，獲得當(dāng)前文檔，以及了解功能的操作。在幵始之前了解客

5、戶(hù)對(duì) FMEA的期望和要求很重要。 如果FMEA要求未知，F(xiàn)MEA可能不滿(mǎn)足請(qǐng)求者的需求，可能必須重做。FMEA 的要求通常源自 PSSA 活動(dòng)，例如 FTA， DD， MA。 分析師需要知道分析水平（功能對(duì)零件） ，安全相關(guān)效應(yīng)，其他故障影響和感興趣的操作模式。FMEA 用于支持安全評(píng)估過(guò)程，通過(guò)提供故障率來(lái)量化 FTA， DD 或 MA 的基本事件。FMEA 還可以用于通過(guò) FMEA 故障模式與故障樹(shù)的基本事件的比較來(lái)支持 FTA 的驗(yàn)證?；蛘呖梢院?jiǎn)化分析開(kāi)始執(zhí)行分析之前的最后一步是獲得完成分析所需的以下信息，a、活動(dòng)。FMEA 要求，包括相關(guān)的安全性和要求的故障影響和特定的運(yùn)行模式；b、

6、規(guī)格；c、當(dāng)前圖紙和原理圖；d、每個(gè)系統(tǒng)和項(xiàng)目的部件列表；e、功能框圖；f、說(shuō)明材料包括操作理論；g、適用的故障率列表；h、上一代或類(lèi)似功能的 FMEA ；i、j、分析人員需要審查和理解在上述準(zhǔn)備階段收集的信息。分析人員還會(huì)發(fā)現(xiàn)，理解所分析的設(shè)計(jì)在下一個(gè)更高級(jí)別中執(zhí)行的功能很有用。在分析者獲得足夠的知識(shí)之后，任何未包含在原理圖中的設(shè)計(jì)更改和修訂（注意：設(shè)計(jì)可能會(huì)頻繁更改，并且具有 最新材料將減少 FMEA 更新。） 如果適用，先前 FMEA 的組件故障模式的初步列表； 注：對(duì)于在設(shè)計(jì)階段早期執(zhí)行的 FMEA ，上述一些信息將不可用， 并且可能必須進(jìn)行假 設(shè)或估計(jì)。 必須保留這些假設(shè)的詳細(xì)文檔，

7、以便進(jìn)行可追溯性并簡(jiǎn)化未來(lái)的更新。執(zhí)行分析組成給定級(jí)識(shí)別故障模式。 在被分析的設(shè)計(jì)等級(jí)，每個(gè)可行的硬件故障模式被假定。別的組件或功能的故障模式需要考慮分析每個(gè)識(shí)別的故障模式以確定其對(duì)給定級(jí)別的影響， 并且通常也包括對(duì)較高級(jí)別FMEA 工的影響。 為每種不同類(lèi)型的效果創(chuàng)建失效效應(yīng)類(lèi)別， 并且可以將代碼分配給每個(gè)效果類(lèi)別。通過(guò)將每個(gè)效果的描述從工作表移動(dòng)到報(bào)告正文來(lái)定義這些代碼簡(jiǎn)化了作表。 FMEA 工作表提供了故障模式， 效果和概率的列表。 在以下部分中提供了 FMEA工作表的示例。 每個(gè)效果類(lèi)別必須只有一個(gè)更高級(jí)別的效果， 否則效果類(lèi)別必須更詳細(xì)地定義。例如，如果效果類(lèi)別最初被定義為“使信號(hào)x

8、yz 超出規(guī)格”，但是超出高規(guī)格.超出高在現(xiàn)場(chǎng)使用的類(lèi)似設(shè)備的故障數(shù)據(jù)確定。行業(yè)的故障率包括 MIL-HDBK-217 ，的情況與超出低規(guī)格的情況造成的效果是不同的，則效果類(lèi)別應(yīng)當(dāng)被分割為“規(guī)格 “和” .超出低規(guī)格“。類(lèi)似地， 如果發(fā)現(xiàn)故障模式導(dǎo)致兩個(gè)更高水平的效果（例如，“信號(hào) A 的損失”和“信號(hào) B 的損失”），則這兩個(gè)應(yīng)當(dāng)被組合以形成新的效果類(lèi)別“信號(hào)A和B的損失“。檢測(cè)故障的方法通常在 FMEA 工作表中確定并記錄。 檢測(cè)方法的示例包括通過(guò)硬件或軟件監(jiān)視器，飛行機(jī)組檢測(cè)，上電測(cè)試和維護(hù)檢查。MIL-HDBK-338 ，RAC “無(wú)電子零件可靠性數(shù)據(jù)” 。（NPRD ）和GIDEP

9、（政府工業(yè)數(shù)據(jù)交換計(jì)劃），MIL-HDBK-978和羅馬實(shí)驗(yàn)室的“可靠性工程師工具包”。每個(gè)故障影響類(lèi)別的總故障率可在匯總表中詳細(xì)說(shuō)明，或概述在故障模式和影響總結(jié)（FMES ）中。有兩種基本類(lèi)型的 FMEA- 功能和部件。 通常執(zhí)行功能 FMEA 以支持安全性分析效應(yīng)，執(zhí)行零件 FMEA 是為了提供故障率的進(jìn)一步細(xì)化所必須的。通常，當(dāng)來(lái)自功能FMEA 分析獲得的過(guò)于保守的故障率不能讓系統(tǒng)或項(xiàng)目滿(mǎn)足 FTA 失效預(yù)算概率時(shí)，部件 FMEA 被將被執(zhí)行。部件 FMEA 也可用于依賴(lài)冗余設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，因?yàn)楣δ?FMEA 可能不會(huì)揭示影響多于一個(gè)冗余元件的單個(gè)組件故障。部件FMEA 也用于機(jī)械項(xiàng)目和組件

10、的安全分析。功能 FMEA功能 FMEA 可以在任何維修約定級(jí)執(zhí)行。細(xì)分適當(dāng)?shù)牡燃?jí)由系統(tǒng)的復(fù)雜性和分析的目標(biāo)決定。如果所需的分析主要在電路或機(jī)械裝置的某部分上，而不主要是特定的功能，則其應(yīng)被分解成功能塊。從飛機(jī)或系統(tǒng)級(jí)，這可以意味著將每個(gè)LRU 或項(xiàng)目定義為功能塊。從系統(tǒng)或更低級(jí)別也許涉及到將項(xiàng)目分解為許多塊。如果每個(gè)塊具有盡可能少的輸出，則對(duì)于定量 FMEA ，將故障率分配給每個(gè)故障模式。 只要可能，故障率應(yīng)根據(jù)已經(jīng)FMEA 任務(wù)就得到了簡(jiǎn)化。一旦確定了功能塊，應(yīng)創(chuàng)建功能框圖，并且每個(gè)塊標(biāo)記有其功 能名稱(chēng)。對(duì)于每個(gè)功能塊，應(yīng)相對(duì)于系統(tǒng)操作分析內(nèi)部和接口功能。下一步是為每個(gè)功能塊假定故障模式。

11、通過(guò)考慮功能塊的意圖（功能）并嘗試確定該 功能如何失效來(lái)確定失效模式，無(wú)論使用的部件具體是什么。分析人員必須足夠了解功能 塊的操作，以至于沒(méi)有忽略重要的故障模式，包括可能影響多個(gè)冗余功能塊的單個(gè)部件故 障。通常，給定塊功能的清楚描述，這會(huì)使得許多故障模式變得很明顯。以下是功能故障模式的簡(jiǎn)單示例： 產(chǎn)生 5V 的電源電路可以稱(chēng)為功能塊。一些功能故障模式的示例如下。a、沒(méi)有電壓 b、電壓不足5VC、電壓大于5V d、輸出的5V帶有噪聲 e、對(duì)地短路或其他電壓基于電路實(shí)現(xiàn)可能存在其它故障模式。通過(guò)考慮該功能如何適應(yīng)整體設(shè)計(jì)來(lái)確定每個(gè)故障模式的效應(yīng)。通常為每種效應(yīng)類(lèi)型 創(chuàng)建失效效應(yīng)類(lèi)別，并分配失效效應(yīng)

12、類(lèi)別代碼。導(dǎo)致相同效應(yīng)的所有故障模式都分配給效 應(yīng)類(lèi)別。然后，對(duì)于每個(gè)故障， 效應(yīng)類(lèi)別代碼可以輸入到 FMEA 工作表中， 如表 G1 所示。在確定故障影響和檢測(cè)手段時(shí)，必須考慮軟件和故障監(jiān)控。作為此分析的一部分，分析人 員還必須驗(yàn)證監(jiān)控確實(shí)可以檢測(cè)故障模式。為了正確執(zhí)行此分析，分析人員必須具有系統(tǒng) 要求和軟件設(shè)計(jì)的詳細(xì)知識(shí)，包括適用的內(nèi)部故障管理技術(shù)。從而確定發(fā)生概率。如果正在進(jìn)行定量分析，則向每個(gè)故障模式分配故障率。一種技術(shù)是基于類(lèi)似功能的 以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)執(zhí)行每個(gè)塊的故障率預(yù)測(cè)并且為各種故障模式分配故障率， 部件故障分布指南見(jiàn)。Table G1 -功能 FMEA 工作表(Functional

13、FMEA worksheet )故障模式和影響分析（FMEA ）系統(tǒng)(System )FMEA Descri ptionDate子系統(tǒng)(Subsystem )Sheet of(item ATA)FTA Refere nces:FileAuthor :Rev功能名稱(chēng)Fun cti onNames功能代碼Fun cti on Code失效模式Failure Mode模型故障率Mode failureRate飛行狀態(tài)Flight P hase失效效應(yīng)Failure Effect檢測(cè)方式Detecti onMethod注釋Comme nts功能 FMEA 的結(jié)果記錄在類(lèi)似于表 G1 的工作表中。 此示

14、例表可以修改分析人員以滿(mǎn)足程序需要。 不同的要求可能導(dǎo)致添加或刪除一些信息。應(yīng)該在開(kāi)始分析之前確保 FMEA 表格和內(nèi)容滿(mǎn)足請(qǐng)求者的特定需求。隨著分析的進(jìn)行， 應(yīng)對(duì) FMEA 的未來(lái)維護(hù)進(jìn)行非正式記錄， 并協(xié)助解決有 關(guān) FMEA 的問(wèn)題。a、每個(gè)故障模式的說(shuō)明;b、分配故障率的理由；c、將特定故障分配給故障效應(yīng)類(lèi)別的原理；d、 記錄所做的任何假設(shè)； 這份文件不在 FMEA 的報(bào)告中，但是應(yīng)保留作為參考。部件 FMEA部件 FMEA 類(lèi)似于功能 FMEA ，不同之處在于， 不是在功能或框圖級(jí) 別分析，而是分析包含在項(xiàng)目或功能中的每個(gè)單獨(dú)組件的故障模式。部件FMEA 可用于確定潛在的電氣，電子或

15、機(jī)械故障的故障影響。例如，電阻器或電機(jī)軸的故障的影響可以被認(rèn)為是部件FMEA 的一部分。 電子設(shè)備上 的部件 FMEA 通常只在功能 FMEA 過(guò)于保守的結(jié)果不能使該項(xiàng)目滿(mǎn)足FTA 故障預(yù)算概率時(shí)才需要執(zhí)行。這部分是由于難以確定復(fù)雜組件的故障 模式。部件 FMEA 的第一步是創(chuàng)建一個(gè)由 FMEA 覆蓋的所有組件的列表。下一步是確定每個(gè)組件類(lèi)型的故障模式。 這是部件 FMEA 中最困難的部分，特別是對(duì)包含復(fù)雜集成電路的電子產(chǎn)品執(zhí)行的FMEA 。確定除了最簡(jiǎn)單的 組件（其中行業(yè)數(shù)據(jù)可用）之外的所有故障模式是非常困難的，有時(shí)是不 可能的。當(dāng)有疑問(wèn)時(shí)，必須做出部件失效模式的最壞情況假設(shè)。幫助確定 部件

16、故障模式的信息包含在中。一旦組件的零件失效模式被確定， 它們被輸入到 FMEA 工作表中， 如 表 G2 所示。此示例工作表可以修改以滿(mǎn)足個(gè)人需求。不同的要求可能導(dǎo) 致添加或刪除工作表中的一些信息。分析人員應(yīng)該在開(kāi)始分析之前確保FMEA 表格和內(nèi)容滿(mǎn)足請(qǐng)求者的特定需求。Table G2 零件 FMEA 工作表(Piece-Part FMEA worksheet )故障模式和影響分析（FMEA ）系統(tǒng)(System )FMEA Descri ptionDate子系統(tǒng)(Subsystem )Sheet of(item ATA)FTA Refere nces:FileFun cti onAuthor

17、 :Rev部件數(shù)Part Number部件類(lèi)型P art Type失效模式Failure Mode模型故障率Mode failureRate飛行狀態(tài)Flight P hase失效效應(yīng)Failure Effect檢測(cè)方式Detecti onMethod注釋Comme nts下一步是確定故障對(duì)下一個(gè)更高級(jí)別組件的影響，并為故障分配故障影響 類(lèi)別。可以將失效效應(yīng)代碼分配給每個(gè)類(lèi)別以簡(jiǎn)化表格。然后可以將每個(gè) 失效效應(yīng)類(lèi)別的詳細(xì)描述包括在報(bào)告的文本中。導(dǎo)致相同效果的所有故障 模式都分配給效果類(lèi)別。然后，效果類(lèi)別代碼可以針對(duì)每個(gè)故障輸入到FMEA 工作表中，如表 G2 所示。在確定故障影響和檢測(cè)手段時(shí)，必

18、須考 慮軟件和故障監(jiān)控。作為此分析的一部分，分析人員還必須驗(yàn)證監(jiān)控確實(shí) 可以檢測(cè)故障模式。為了正確執(zhí)行此分析，分析人員必須具有系統(tǒng)要求和 軟件設(shè)計(jì)的詳細(xì)知識(shí)，包括適用的內(nèi)部故障管理技術(shù)。如果正在進(jìn)行定量分析，則向每個(gè)故障模式分配故障率。組件部件故障分 布指南見(jiàn)。隨著分析的進(jìn)行， 應(yīng)對(duì) FMEA 的未來(lái)維護(hù)進(jìn)行非正式記錄， 并協(xié)助解決有關(guān) FMEA 的問(wèn)題。e、每個(gè)故障模式的說(shuō)明；f、分配故障率的理由；g、將特定故障分配給故障效應(yīng)類(lèi)別的原理；h、記錄所做的任何假設(shè)；這份文件不在 FMEA 的報(bào)告中，但是應(yīng)保留作為參考。確定零部件故障模式和故障分布當(dāng)執(zhí)行零件 FMEA 時(shí)，可能需要進(jìn)一步分解組件的

19、故障率以識(shí)別適用于特定故障模式的故障率的百分比。可以從諸如RAC “故障模式 /機(jī)構(gòu)分配”（ FMD ），MIL-HDBK-978 和羅馬實(shí)驗(yàn)室的“可靠性工程師工具包”等 行業(yè)文件中獲得指導(dǎo)，這些文件為許多組件類(lèi)型提供此信息。要考慮的典型故障模式包括但不限于以下：a、打幵b、短路c、參數(shù)漂移d 、 失調(diào)e 、 介質(zhì)（絕緣體）擊穿間歇操作g、不工作h、誤操作i、磨損機(jī)械故障k、黏著l、疏松m 、 斷裂通常，必須考慮組件的功能，并且必須考慮組件可能無(wú)法正確執(zhí)行該 功能的所有潛在方式，以包含在組件故障模式列表中。還必須考慮組件的 意外功能。上述參考文獻(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)，允許分析人員確定被分析的 組分

20、的潛在失效模式。工程判斷是故障模式確定過(guò)程的必要部分。盡管故障率和模式源文檔為某些組件類(lèi)型的故障模式提供了基礎(chǔ)，但 是這些文檔中不包含許多設(shè)備類(lèi)型。這對(duì)于需要逐部分地考慮的復(fù)雜數(shù)字IC 尤其如此。 確定數(shù)字設(shè)備的故障模式通常需要工程判斷，并且不可能 針對(duì)復(fù)雜數(shù)字 IC 確定所有故障模式。用于估計(jì)復(fù)雜數(shù)字設(shè)備的故障模式的方法是用可以存在更好的故障 模式的定義的功能塊來(lái)對(duì)所考慮的數(shù)字設(shè)備進(jìn)行建模。如果可能，將功能 塊可能故障的引腳電平影響確定為器件故障模式。一些故障可能影響多個(gè) 引腳和引腳的各種組合。 必須特別注意可能導(dǎo)致 FTA 基本事件的潛在部件 故障模式。嘗試通過(guò)物理故障方法來(lái)確定實(shí)際故障機(jī)

21、制和相關(guān)影響不推薦用于IC ，因?yàn)樗仁狗治鋈藛T對(duì)每個(gè)數(shù)字 IC 執(zhí)行“ FMEA ”。 該“ FMEA ”可。復(fù)雜的能比完成的較高級(jí) FMEA 更復(fù)雜，并且對(duì)于復(fù)雜 IC 可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 此外， 芯片制造商未公開(kāi)的增強(qiáng)設(shè)計(jì)可能使整個(gè)工作毫無(wú)意義（過(guò)時(shí)）IC 故障模式可以包括間歇性故障和可能影響多個(gè)引腳的各種故障組合。其他組件類(lèi)型的故障模式比 ICs 更容易獲得。然而，從多個(gè)參考看， 相同的組件類(lèi)型，可能產(chǎn)生不同的故障模式分布，有時(shí)甚至是不同的故障 模式。這指出，即使是簡(jiǎn)單的組件，它是很難確定哪些潛在的失效模式是 有效的，哪些不能發(fā)生。證實(shí)如果難以確定故障模式的失效效應(yīng)的分析方法，則應(yīng)盡可能進(jìn)

22、行實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。期望通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證所有重要的失效效應(yīng)。對(duì)于電氣或電子系統(tǒng)，可以通過(guò)打開(kāi)引線或?qū)⒁€短接在一起或接地來(lái)引入故障。如果器件輸出可以分為三態(tài)，則可以輕松引入邏輯組合。不幸的是，最難分析的故障模式有時(shí)難以通過(guò)測(cè)試來(lái)確認(rèn)。例如，不可能為大多數(shù)IC 引入所有故障。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件也可用于模擬故障。該軟件允許將等效的故障引入到 電路仿真中并確定故障效應(yīng)。在測(cè)試和實(shí)際使用期間的故障分析也可用于證實(shí) FMEA 的結(jié)果。 此 故障數(shù)據(jù)還可用于為將來(lái)的 FMEA 創(chuàng)建故障模式庫(kù)。4、文檔FMEA reportFMEA 的報(bào)告應(yīng)該包括：a、 可用于 FMES、 FTA 或相似分析參考的文檔編號(hào)；b、 介紹包含關(guān)于 FMEA 的目的和對(duì)象的簡(jiǎn)要說(shuō)明。c、操作的簡(jiǎn)要概述和框圖。d、描述分析方法的部分。（本節(jié)應(yīng)包括如何執(zhí)行分析的描述，使用的級(jí)別e、的定義和相關(guān)假設(shè)的列表） 。FMEA 結(jié)果的完整列表。（ 可以使用類(lèi)似于和中包含的示例的 FMEA