知識學習FMECA方法及工程應用案例

1、知識學習FMECA方法及工程應用案例主要內(nèi)容可靠性概述1FMECA方法2FMECA在工業(yè)企業(yè)的應用3結束語41. 可靠性概述可靠性基本概念三規(guī)定一能力:產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。故障 :可靠性是一門與產(chǎn)品故障作斗爭的新興學科。量化指標:可靠度R(t)；失效率(t)；平均故障間隔時間MTBF；壽命概率密度f(t)；定義核心特征值2. FMECA方法FMECA （故障模式影響及危害性分析）定義作用目的FMECA是分析產(chǎn)品所有可能的故障模式及其可能產(chǎn)生的影響，并按每個故障模式產(chǎn)生影響的嚴重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法。為維修性、測試性、安全性和保障性工作的開

2、展提供定性依據(jù)。從不同角度發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的各種缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，并采取有效的改進和補償措施以提高可靠性水平。2. FMECA方法產(chǎn)品周期壽命各階段的FMECA方法2. FMECA方法2.1 FMECA實施步驟2. FMECA方法確定系統(tǒng)中進行FMECA的產(chǎn)品范圍產(chǎn)品層次約定層次規(guī)定的FMECA的產(chǎn)品層次初始約定層次系統(tǒng)最頂層最低約定層次系統(tǒng)最底層描述系統(tǒng)的功能任務及系統(tǒng)在完成各種功能任務時所處的環(huán)境條件任務剖面、任務階段及工作方式功能描述制定系統(tǒng)及產(chǎn)品的故障判據(jù)、選擇FMECA方法等故障判據(jù)分析方法步驟一：系統(tǒng)定義步驟二：FMEA分析2. FMECA方法2. FMECA方法故障是產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能

3、或將不能完成預定功能的事件或狀態(tài)（對機械產(chǎn)品也稱失效）故障模式是故障的表現(xiàn)形式，如起落架撐桿斷裂、作動筒間隙不當、收放不到位等故障與故障模式一個產(chǎn)品可能具有多種功能起落架：支撐、滑跑、收放等每一個功能有可能具有多種故障模式支撐：降落時折起滑跑：震動收放：收不起、放不下產(chǎn)品功能與故障模式序故障模式序故障模式序故障模式1結構故障(破損)12超出允差(下限)23滯后運行2捆結或卡死13意外運行24錯誤輸入(過大)3振動14間歇性工作25錯誤輸入(過小)4不能保持正常位置15漂移性工作26錯誤輸出(過大)5打不開16錯誤指示27錯誤輸出(過小)6關不上17流動不暢28無輸入7誤開18錯誤動作29無輸出

4、8誤關19不能關機30(電的)短路9內(nèi)部漏泄20不能開機31(電的)開路10外部漏泄21不能切換32(電的)漏泄11超出允差(上限)22提前運行33其它GJB1391典型故障模式2. FMECA方法2. FMECA方法 故障模式可分為以下七大類：損壞型：如斷裂、變形過大、塑性變形、裂紋等。退化型：如老化、腐蝕、磨損等。松脫性：松動、脫焊等失調型：如間隙不當、行程不當、壓力不當?shù)取６氯驖B漏型：如堵塞、漏油、漏氣等。功能型：如性能不穩(wěn)定、性能下降、功能不正常。其他：潤滑不良等。機械產(chǎn)品典型故障模式2. FMECA方法直接原因：導致產(chǎn)品功能故障的產(chǎn)品自身的那些物理、化學或生物變化過程等，直接原因又

5、稱為故障機理。間接原因：由于其他產(chǎn)品的故障、環(huán)境因素和人為因素等引起的外部原因。例如起落架上位鎖打不開直接原因：鎖體間隙不當、彈簧老化等間接原因：鎖支架剛度差故障原因2. FMECA方法任務剖面又由多個任務階段組成起落架任務階段：起飛著陸空中飛行地面滑行工作方式：可替換有余度上位鎖開鎖：液壓、手動鋼索、冷氣因此，在進行故障模式分析時，要說明產(chǎn)品的故障模式是在哪一個任務剖面的哪一個任務階段的什么工作方式下發(fā)生的。任務階段與工作方式任務剖面L=123L=209T=12.15L=419.6T=24.40L=117.7T=6.84L=38L=827.4T=48.10T=48.1投720L副油箱投960

6、L副油箱T=12.2M=0.86M=0.86M=0.86M=0.86航程L（km）航時T（min）高度H（km）T=24.4T=6.8T=5.0 空空剖面1510112. FMECA方法故障影響與約定層次約定層次示例故障影響局部影響:某產(chǎn)品的故障模式對該產(chǎn)品自身和與該產(chǎn)品所在約定層次相同的其他產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響高一層次影響:某產(chǎn)品的故障模式對該產(chǎn)品所在約定層次的高一層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響最終影響:指系統(tǒng)中某產(chǎn)品的故障模式對初始約定層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響故障影響約定層次示例嚴酷度：產(chǎn)品故障造成的最壞后果的嚴重程度嚴酷度類別定義(GJB1391)嚴酷度類別嚴 重 程

7、度 定 義類(災難的)這是一種會引起人員死亡或系統(tǒng)(如飛機、坦克、導彈及船舶等)毀壞的故障。類(致命的)這種故障會引起人員的嚴重傷害、重大經(jīng)濟損失或導致任務失敗的系統(tǒng)嚴重損壞。類(臨界的)這種故障會引起人員的輕度傷害，一定的經(jīng)濟損失或導致任務延誤或降級的系統(tǒng)輕度損壞。類(輕度的)這是一種不足以導致人員傷害、一定的經(jīng)濟損失或系統(tǒng)損壞的故障，但它會導致非計劃性維護或修理。嚴酷度類別2. FMECA方法故障檢測方法一般包括目視檢查、離機檢測、原位測試等手段：自動傳感裝置傳感儀器音響報警裝置顯示報警裝置故障檢測一般分為事前檢測與事后檢測兩類，對于潛在故障模式，應盡可能設計事前檢測方法。故障檢測方法2.

8、 FMECA方法2. FMECA方法設計補償措施產(chǎn)品發(fā)生故障時，能繼續(xù)安全工作的冗余設備安全或保險裝置(如監(jiān)控及報警裝置)可替換的工作方式(如備用或輔助設備)可以消除或減輕故障影響的設計或工藝改進(如概率設計、計算機模擬仿真分析和工藝改進等)操作人員補償措施特殊的使用和維護規(guī)程，盡量避免或預防故障的發(fā)生一旦出現(xiàn)某故障后操作人員應采取的最恰當?shù)难a救措施補償措施2. FMECA方法步驟三：CA分析2. FMECA方法故障概率等級定性分析方法A級-經(jīng)常發(fā)生 20%B級-有時發(fā)生 10% 20%C級-偶然發(fā)生 1% 10%D級-很少發(fā)生 0.1% 1%E級-極少發(fā)生 .0.1%數(shù)據(jù)來源預計值分配值外場

9、評估值等故障概率等級或數(shù)據(jù)來源故障模式頻數(shù)比是產(chǎn)品的某一故障模式占其全部故障模式的百分比率。如果考慮某產(chǎn)品所有可能的故障模式，則其故障模式頻數(shù)比之和將為1模式故障率m是指產(chǎn)品總故障率p與某故障模式頻數(shù)比的乘積例：故障模式頻數(shù)比及模式故障率氣體控制活門故障模式故障模式頻數(shù)比產(chǎn)品故障率p模式故障率m不閉合不打開外部漏氣34%57%9%0123450.041970.070360.01111總 計10 0.123452. FMECA方法故障模式頻數(shù)比故障影響概率是指假定某故障模式已發(fā)生時，導致確定的嚴酷度等級的最終影響的條件概率。某一故障模式可能產(chǎn)生多種最終影響，分析人員不但要分析出這些最終影響還應進

10、一步指明該故障模式引起的每一種故障影響的百分比，此百分比即為。這多種最終影響的值之和應為1故障影響概率示例故障影響概率2. FMECA方法2. FMECA方法故障模式危害度評價單一故障模式危害性Cm(j)=pt, j=， 產(chǎn)品危害度評價產(chǎn)品的危害性Cr(j)= Cmi(j)，i=1,2,nn為該產(chǎn)品的故障模式總數(shù)，j=，Cmi(j)產(chǎn)品在第j類嚴酷度類別下的所有故障模式的危害度之和故障模式危害度2. FMECA方法危害性矩陣圖2. FMECA方法單點故障模式清單FMEA/CA表I、II類故障模式清單可靠性關鍵件、重要件危害性矩陣圖等不可檢測故障模式清單FMECA輸出2.2 FMECA輸出2.

11、FMECA方法“誰設計、誰分析”的原則，也就是產(chǎn)品設計人員應負責完成該產(chǎn)品的FMECA工作，可靠性專業(yè)人員應提供分析必須的技術支持。實踐表明，F(xiàn)MECA工作是設計工作的一部分。“誰設計、誰分析”、及時改進是進行FMECA的宗旨，是確保FMECA有效性的基礎，也是國內(nèi)外開展FMECA工作經(jīng)驗的結晶。如果不由產(chǎn)品設計者實施FMECA，必然造成分析與設計的分離，也就背離了FMECA的初衷。2.3 實施FMECA的注意事項1.強調“誰設計、誰分析”原則2. FMECA方法實施FMECA前，應對所需進行的FMECA活動進行完整、全面、系統(tǒng)地策劃，尤其是對復雜大系統(tǒng)，更應強調FMECA的重要性。其必要性體

12、現(xiàn)在以下幾方面：有助于保證FMECA分析的目的性、有效性，以確保FMECA工作與研制工作同步協(xié)調，避免事后補做的現(xiàn)象。對復雜大系統(tǒng)，總體級的FMECA往往需要低層次的分析結果作為輸入，對相關分析活動的策劃將有助于確保高層次產(chǎn)品FMECA的實施。FMECA計劃階段事先規(guī)定的基本前提、假設、分析方法和數(shù)據(jù)，將有助于在不同產(chǎn)品等級和承制方之間交流和共享，確保分析結果的一致性、有效性和可比性。2.3 實施FMECA的注意事項2.重視FMECA的策劃2. FMECA方法實時性。FMECA工作應納入研制工作計劃、做到目的明確、管理務實；FMECA工作與設計工作應同步進行，將FMECA結果及時反饋給設計過程

13、。規(guī)范性。分析工作應嚴格執(zhí)行FMECA計劃、有關標準/文件的要求。分析中應明確某些關鍵概念，比如：故障檢測方法是系統(tǒng)運行或維修時發(fā)現(xiàn)故障的方法；嚴酷度是對故障模式最終影響嚴重程度的度量，危害度是對故障模式后果嚴重程度的發(fā)生可能性的綜合度量，兩者是不同的概念，不能混淆。有效性。對分析提出的改進、補償措施的實現(xiàn)予以跟蹤和分析，以驗證其有效性。這種過程也是積累FMECA工程經(jīng)驗的過程。2.3 實施FMECA的注意事項3.保證實時性、規(guī)范性、有效性2. FMECA方法FMECA作為常用的分析工具，可為可靠性、安全性、維修性、測試性和保障性等工作提供信息，不同的應用目的可能得到不同的分析結果。各單位可根

14、據(jù)具體的產(chǎn)品特點和任務對FMECA的分析步驟、內(nèi)容進行補充，剪裁，并在相應文件中予以明確。2.3 實施FMECA的注意事項4.FMECA的裁剪和評審2. FMECA方法故障模式是FMECA的基礎。能否獲得故障模式的相關信息是決定FMECA工作有效性的關鍵。若進行定量分析時還需故障的具體數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)除通過試驗獲得外，一般是需要通過相似產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。有計劃有目的地注意收集、整理有關產(chǎn)品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及頻數(shù)比的相關故障信息庫，這是開展有效的FMECA工作的基本保障之一。2.3 實施FMECA的注意事項5.FMECA的數(shù)據(jù)2. FMECA方法FMECA雖是有效的可

15、靠性分析方法，但并非萬能。它不能代替其他可靠性分析工作。應注意FMECA一般是靜態(tài)的、單一因素的分析方法。在動態(tài)方面還很不完善，若對系統(tǒng)實施全面分析還需與其他分析方法（如FTA、ETA等）相結合。2.3 實施FMECA的注意事項6.FMECA應與其他分析方法相結合3. FMECA在工業(yè)企業(yè)的應用系統(tǒng)定義 系統(tǒng)組成及功能 約定層次 繪制可靠性方框圖故障判據(jù) 嚴酷度類別 FMECA表的填寫FMECA表格的選取 FMECA表中信息來源 主要故障模式 系統(tǒng)在不同嚴酷度下的危害度 FMECA報告3.1 某型軍用教練飛機升降陀系統(tǒng)FMECA系統(tǒng)定義系統(tǒng)組成及功能某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)是單梁盒式薄壁結構

16、，并是由梁、小梁、肋、蒙皮所組成的雙閉室剖面結構。為保證升降舵系統(tǒng)的操作由負載、配平性能需要，還裝有配重的調整片、翼尖配重。 約定層次 初始約定層次為某型軍用教練機約定層次圖 繪制方框圖繪制功能結構方框圖繪制可靠性框圖故障判據(jù) 嚴酷度類別某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)約定層次功能結構方框圖可靠性框圖故障判據(jù)升降舵系統(tǒng)凡發(fā)生不滿足以下要求的情況之一，即認為該系統(tǒng)發(fā)生了故障：舵面偏轉時應準確及時偏轉到規(guī)定位置；左、右升降舵應保持同步偏轉；飛機長期穩(wěn)定飛行時，舵面應保持確定的平衡位置；舵面偏轉時無卡滯現(xiàn)象；飛行中舵面無強烈振動現(xiàn)象；調整片按要求能正常偏轉；配重無松動現(xiàn)象；舵面結構滿足了強度、剛度要求，沒

17、有因疲勞、腐蝕等導致其結構的損傷。 嚴酷度類別升降舵系統(tǒng)嚴酷度類別的定義 嚴酷度類別 嚴重程度定義 類（災難的） 危及人員或安全（如一等、二等飛行事故及重大環(huán)境損壞） 類（致命的） 損傷人員或飛機損傷（如三等飛行事故及嚴重環(huán)境損害） 類（臨界的） 人員程輕度傷害或影響任務完成（如誤飛、中斷或取消飛行、降低飛行品質、增加著陸困難、中等程度環(huán)境損害） 類（輕度的） 無影響或影響很小，增加非計劃性維護或修理 FMECA表格的填寫FMECA表格的選取根據(jù)本案例的實際情況，將FMEA表、CA表合并成一個表。這使FMECA表更簡明、直觀和減少工作量。FMECA表中信息來源表中的故障模式、故障原因、故障率等

18、均是在多個相似飛機升降舵的調研和分析基礎上進行的，其結果比較真實可靠。主要故障模式歸納該升降舵的故障模式是：舵面偏轉不到位。其表現(xiàn)為駕駛桿行程加大，操縱不到位。舵面偏轉困難（偏重），但無卡死現(xiàn)象?？６婷孓D動不靈活，有卡滯現(xiàn)象。振動。由舵面的振動導致駕駛桿抖動。結構故障。由于長期使用，舵面結構局部損傷，造成結構強度、剛度下降，變形加大。針對上述故障模式提示了相應的改進措施，進而提高了產(chǎn)品的可靠性、保證了該教練機飛行一次成功。系統(tǒng)在不同嚴酷度下的危害度據(jù)表結果，升降舵系統(tǒng)在不同嚴酷度下的危害度是：CRs(I)6.001 106；CRs()31.6724106；CRs()1.4183106；CRs()0.0252106FMECA表格FMECA報告可靠性關鍵產(chǎn)品清單、類故障模式清單單點故障模式清單不可檢測故障模式清單危害性矩陣圖等3. FMECA在