故障模式解析課件

1、1長3乙火箭發(fā)射失敗1996年2月15日凌晨3時(shí)01分，長三乙遙一火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射INTELSAT-7A衛(wèi)星時(shí)受到重創(chuàng)，火箭起飛2s后慣性基準(zhǔn)發(fā)生變化，22s后撞在附近的山頭上，星箭俱毀，慘遭失敗。這一事件，在國際航天界引起轟動(dòng)，中國航天事業(yè)蒙受著巨大損失。1長3乙火箭發(fā)射失敗1996年2月15日凌晨3時(shí)01分，長三2長3乙火箭1996年2月18日，長三乙火箭首發(fā)飛行故障分析委員會(huì)、調(diào)查委員會(huì)、審查委員會(huì)開始工作，其中分析委員會(huì)由長三乙火箭的設(shè)計(jì)師系統(tǒng)組成。經(jīng)過三個(gè)月挑燈夜戰(zhàn)、艱難困苦的工作，他們提出了四種可能的故障模式，完成了12大類共125項(xiàng)(次)地面試驗(yàn)及大量的理論分析，終于在

2、5月18百分之百地復(fù)現(xiàn)了故障現(xiàn)象。故障原因是由一只電子元器件的制造工藝缺陷，使其功能突然失效，造成平臺(tái)隨動(dòng)環(huán)穩(wěn)定回路28V供電電路開路，致使慣性基準(zhǔn)傾倒，火箭飛行失敗。又經(jīng)過三個(gè)月的緊張工作，設(shè)計(jì)師系統(tǒng)提出并且完成了44項(xiàng)256條改進(jìn)措施。2長3乙火箭1996年2月18日，長三乙火箭首發(fā)飛行故障分析36.故障模式、影響及危害度分析6.1故障模式、影響及危害度分析6.1.1概述故障模式影響分析 FMEA(failure mode effect analysis) 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，通過對產(chǎn)品各組成單元潛在的各種故障模式及其對產(chǎn)品功能的影響進(jìn)行分析，并把每一個(gè)潛在故障模式按它的嚴(yán)酷程度予以分類，提

3、出可以采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。36.故障模式、影響及危害度分析6.1故障模式、影響及危害度4故障模式影響危害度分析FMECA(failure mode effect and criticality analysis)在FMEA的基礎(chǔ)上增加一層任務(wù)，即判斷這種故障模式影響的致命程度有多大，使分析量化。4故障模式影響危害度分析在FMEA的基礎(chǔ)上增加一層任務(wù)，即判56.1.2 FMEA方法中的基本概念(1)故障模式 是指故障的表現(xiàn)形式。只討論零件是怎樣失效的，并不討論零件為什么失效。(2)失效機(jī)理 是指導(dǎo)致零件失效的物理、機(jī)械或熱(化學(xué))等內(nèi)在原因，討論零件為什么會(huì)失

4、效，如蠕變、腐蝕、磨損、沖擊斷裂、疲勞、熱等。(3)危害度 是對失效模式及其出現(xiàn)頻率的嚴(yán)重性的相對量度。56.1.2 FMEA方法中的基本概念(1)故障模式 (26(4)故障模式分析 是指將分析系統(tǒng)的各單元可能發(fā)生的失效或故障分門別類，分析每一模式發(fā)生的概率大小,但不一定要分析發(fā)生的原因。要求盡可能列舉所有的故障模式，以便分析其影響和危害度。 (5)故障影響分析 是指分析系統(tǒng)的元器件、零件的故障模式對組件、部件、設(shè)備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)的影響，要特別注意分析那些后果嚴(yán)重的致命性影響的故障模式。(6)危害度分析 是指將失效所產(chǎn)生的影響按照其后果的危害程度加以分類，并計(jì)算造成每類危害的概率(即危害度)，

5、針對這些危害性的大小，采用各種相應(yīng)的措施改進(jìn)設(shè)計(jì)。6(4)故障模式分析 (5)故障影響分析 (6)危害度7(1)定義系統(tǒng) 對系統(tǒng)的完整定義，應(yīng)包括系統(tǒng)的主要和次要功能、用途、預(yù)期性能、應(yīng)用范圍以及系統(tǒng)的故障判據(jù)。 (2)作可靠性框圖 弄清設(shè)備的硬件、軟件、操作人員與產(chǎn)品的關(guān)系，弄清設(shè)備的部件、元器件、分系統(tǒng)、系統(tǒng)之間的關(guān)系，根據(jù)設(shè)備的基本功能單元，作可靠性框圖。 (3)編號(hào)列表 將構(gòu)成各功能單元的元器件、部件編號(hào)列表，如表（一）所示。(4)列舉故障模式 研究分析所有可能出現(xiàn)的故障模式、出現(xiàn)這種故障模式的條件和應(yīng)力，將所含元器件、部件可能出現(xiàn)的故障模式填入表（二）中，如果可能就將相應(yīng)的失效率也一

6、并填入。6.1.3 FMECA的列表分析法7(1)定義系統(tǒng)6.1.3 FMECA的列表分析法889 (5)分析故障模式發(fā)生的原因 在每種故障模式旁邊要列舉使其增加的原因，但有時(shí)不可能。因此，可以將其歸納為幾種類型。例如，在分析系統(tǒng)的故障原因時(shí)，將放大器輸出下降的各種電子電路的故障原因全部列舉出來很困難，這時(shí)可概括為“電路故障”，在以后分析放大器故障與其內(nèi)部電路時(shí)，再一條一條列舉出來。 (6)分析故障模式的影響 分析時(shí)由完成最基本功能的最低一級(jí)的故障模式開始逐級(jí)往上一級(jí)的故障模式進(jìn)行，直到系統(tǒng)級(jí)為止，看有什么影響，如先分析元件的故障模式對部件的影響，再分析部件的故障模式對分系統(tǒng)的影響，最后分析分

7、系統(tǒng)的故障模式對系統(tǒng)的影響。9 (5)分析故障模式發(fā)生的原因10 (7)分析故障模式的危害等級(jí) 把各個(gè)故障模式的后果進(jìn)行定性分類，按照表的內(nèi)容，判定各故障模式的危害度等級(jí)。10 (7)分析故障模式的危害等級(jí)11 (8)計(jì)算故障模式的頻數(shù)比 若單元i在規(guī)定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行任務(wù)時(shí)各種故障模式發(fā)生的總次數(shù)為ni，第j種故障模式發(fā)生的次數(shù)為nij，則 aij=nij/ni某些產(chǎn)品的故障模式及其頻數(shù)比如表所示。 11 (8)計(jì)算故障模式的頻數(shù)比12(9)確定故障模式的故障率或故障概率及概率等級(jí) 確定每種故障模式的故障率或故障概率時(shí)，可以查閱可靠性數(shù)據(jù)手冊，當(dāng)數(shù)據(jù)不足時(shí)，可請有經(jīng)驗(yàn)的分析者打分評(píng)級(jí)。在可靠性標(biāo)準(zhǔn)

8、中，將故障模式發(fā)生概率分為四級(jí)，如表所示。12(9)確定故障模式的故障率或故障概率及概率等級(jí)13（10）計(jì)算故障模式對系統(tǒng)的危害度13（10）計(jì)算故障模式對系統(tǒng)的危害度14(11)提出預(yù)防和消除故障模式的措施。(12)提出儲(chǔ)存、運(yùn)輸、維護(hù)、使用的注意事項(xiàng)。(13)將故障模式按危害度等級(jí)、故障概率等級(jí)、危害度分別排隊(duì)。(14)提交FMECA報(bào)告，供工程技術(shù)管理者決策參考。14(11)提出預(yù)防和消除故障模式的措施。156.2故障樹分析法（FTA,Fault Tree Analysis）6.2.1特點(diǎn) 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過對可能造成系統(tǒng)故障的各種因素進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖（故障樹），從而確定系統(tǒng)故障原

9、因的各種可能組合方式及其概率，計(jì)算系統(tǒng)故障概率，以采取相應(yīng)的糾正措施，提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)方法。156.2故障樹分析法（FTA,Fault Tree Ana16 (2)FTA法是一種圖形演繹法 是對故障事件在一定條件下的邏輯推理方法。它可以圍繞某些特定的故障狀態(tài)進(jìn)行層層深入的分析。因而在清晰的故障樹圖形下，表達(dá)系統(tǒng)內(nèi)在聯(lián)系，并指出元部件故障與系統(tǒng)故障之間的邏輯關(guān)系，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。 (1)它具有很大的靈活性 即不是局限于對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行一般的分析，而是可以分析系統(tǒng)的各種故障狀態(tài)。不僅可以分析某些元部件故障對系統(tǒng)的影響，還可以對導(dǎo)致這些元部件故障的特殊原因(例如環(huán)境的、甚至人為的原因)進(jìn)

10、行分析，予以統(tǒng)一考慮。16 (2)FTA法是一種圖形演繹法 (1)它具有很大的靈活17(3)進(jìn)行FTA的過程，也是一個(gè)對系統(tǒng)更深入認(rèn)識(shí)的過程 它要求分析人員把握系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，弄清各種潛在因素對故障發(fā)生影響的途徑和程度，因而許多問題在分析的過程中就被發(fā)現(xiàn)和解決了，從而提高了系統(tǒng)的可靠度。(4)通過FTA可以定量地計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)的故障概率及其它可靠性參數(shù)，為改善和評(píng)價(jià)系統(tǒng)可靠性提供定量數(shù)據(jù)。(5)故障樹建成后，對不曾參與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的管理和維修人員來說，相當(dāng)于一個(gè)形象的管理、維修指南，因此對培訓(xùn)使用系統(tǒng)的人員更有意義。17(3)進(jìn)行FTA的過程，也是一個(gè)對系統(tǒng)更深入認(rèn)識(shí)的過程18 6.2.2應(yīng)用（1）

11、早期設(shè)計(jì)階段判明故障模式；（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)和樣機(jī)生產(chǎn)后、批量生產(chǎn)前證明系統(tǒng)是否滿足可靠性和安全性要求。 用途： (a)用于系統(tǒng)的可靠性分析，可以進(jìn)行定性分析及定量分析。 (b)用于系統(tǒng)的事故分析及安全性分析。 (c)可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，利用故障樹幫助判明系統(tǒng)的潛在故障。 (d)在系統(tǒng)使用階段可以用來進(jìn)行故障診斷，預(yù)測系統(tǒng)故障時(shí)最可能造成故障發(fā)生的原因，并可用來制訂檢修計(jì)劃等。18 6.2.2應(yīng)用 (a)用于系統(tǒng)的可靠性分析，可以進(jìn)行2022/10/1219泰坦尼克海難海難后果船體鋼材不適應(yīng)海水低溫環(huán)境，造成船體裂紋觀察員、駕駛員失誤，造成船體與冰山相撞船上的救生設(shè)備不足，使大多數(shù)落水者被凍死距其僅

12、20海里的California號(hào)無線電通訊設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，無法收到求救信號(hào)，不能及時(shí)救援頂事件邏輯門 中間事件底事件2022/10/1019泰坦尼克海難海難后果船體鋼材不適應(yīng)海206.2.3 故障樹中使用的符號(hào)6.2.3.1 事件及其符號(hào)（1）底事件（2）結(jié)果事件206.2.3 故障樹中使用的符號(hào)（2）結(jié)果事件21（3） 特殊事件6.2.3.2 邏輯門及其符號(hào)（）或門21（3） 特殊事件6.2.3.2 邏輯門及其符號(hào)22（）與門（）非門22（）與門（）非門23（）特殊門23（）特殊門246.2.3.3 轉(zhuǎn)移符號(hào)（）相同轉(zhuǎn)移符號(hào)（）相似轉(zhuǎn)移符號(hào)246.2.3.3 轉(zhuǎn)移符號(hào)256.2.4 故障樹

13、的建立由單元本身引起的事件稱為“一次事件”，由人的因素或環(huán)境條件引起的事件稱為“二次事件”。(1)頂事件的確定系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障作為該系統(tǒng)故障分析的頂事件。(2)故障樹的建立過程在頂事件確立以后，則將它作為故障樹分析的起始端，找出導(dǎo)致頂事件所有可能的直接原因，作為第一級(jí)中間事件。256.2.4 故障樹的建立由單元本身引起的事件稱為“一次事266.2.4 故障樹的建立(2)故障樹的建立過程將這些事件用相應(yīng)的事件符號(hào)表示，并用適合于它們之間邏輯關(guān)系的邏輯門符號(hào)與上一級(jí)事件(最上一級(jí)為頂事件)相連接。依次類推，逐級(jí)向下發(fā)展。直至找出引起系統(tǒng)故障的全部毋須再追究下去的原因，作為底事件。266.2.

14、4 故障樹的建立(2)故障樹的建立過程27故障樹的建立27故障樹的建立28故障樹的建立28故障樹的建立29故障樹的建立29故障樹的建立30故障樹的建立30故障樹的建立316.2.5 故障樹的定性分析找出故障樹的全部最小割集或全部最小路集的過程。6.2.5.1割集與路集（）割集一棵故障樹的全部最小割集的完整集合代表了頂事件發(fā)生的所有可能性，即系統(tǒng)的全部故障。最小割集指出了處于故障狀態(tài)的系統(tǒng)所必須修理的基本故障，指出了系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。316.2.5 故障樹的定性分析一棵故障樹的全部最小割集的完32（）路集例：32（）路集33割集：最小割集：路集：最小路集：例：33割集：最小割集：路集：最小路集：

15、例：346.2.5.2最小割集的求法（）Fussell-Vesely算法根據(jù)邏輯與門僅增加割集的容量，而邏輯或門才增加割集的個(gè)數(shù)這一性質(zhì)，由上而下，遇到與門就把與門下面所有輸入事件均排列于同一行，遇到或門就把或門下面的所有輸入事件均排列于同一列，依此類推，一直到不能分解為止。所得到的基本事件集合是割集，但不一定是最小割集。346.2.5.2最小割集的求法根據(jù)邏輯與門僅增加割集的容35Fussell-Vesely算法35Fussell-Vesely算法366.2.5.2最小割集的求法（）Fussell-Vesely算法找出最小割集方法：讓每一個(gè)底事件依次對應(yīng)一個(gè)素?cái)?shù)，把每個(gè)割集也對應(yīng)一個(gè)數(shù)，該數(shù)

16、是割集中底事件對應(yīng)的素?cái)?shù)的乘積，經(jīng)排列后可得到一串由小到大的數(shù)列N1，N2，Nm。m為割集總數(shù)。把這些數(shù)依次相除，例如若N2能被N1整除，則它們對應(yīng)的割集即為所求的最小割集。366.2.5.2最小割集的求法找出最小割集方法：讓每一個(gè)37Fussell-Vesely算法37Fussell-Vesely算法38（2）Semanderes算法稱為“上行法”。每進(jìn)行一步，根據(jù)故障樹的邏輯關(guān)系，并用布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算并簡化，算到最后即得到最小割集。38（2）Semanderes算法稱為“上行法”。每進(jìn)行一步39Semanderes算法39Semanderes算法40Semanderes算法40Se

17、manderes算法416.2.5.3故障樹的規(guī)范化1.順序與門變換為與門2.表決門變換為或門和與門組合3.異或門變換為或門、與門和非門組合4.禁門變換為與門416.2.5.3故障樹的規(guī)范化42順序與門變換為與門表決門變換為或門和與門組合42順序與門變換為與門表決門變換為或門和與門組合43異或門變換為或門、與門和非門組合禁門變換為與門43異或門變換為或門、與門和非門組合禁門變換為與門446.2.6故障樹的定量分析1.最小割集之間不相交的情況2.最小割集之間相交的情況近似：系統(tǒng)不可靠度：446.2.6故障樹的定量分析近似：系統(tǒng)不可靠度：45故障樹定量分析45故障樹定量分析466.3設(shè)備的故障診斷

18、技術(shù)6.3.1故障診斷技術(shù)的內(nèi)容6.3.1.1診斷對象在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)、沒有故障時(shí)可以不停機(jī)，在發(fā)現(xiàn)故障前兆時(shí)能及時(shí)停機(jī)，按診斷出故障的性質(zhì)和部位，有目的地進(jìn)行檢修，這就是預(yù)知維修技術(shù)。診斷對象包括：(1)機(jī)械零部件的技術(shù)診斷(2)機(jī)器的技術(shù)診斷(3)系統(tǒng)的技術(shù)診斷466.3設(shè)備的故障診斷技術(shù)6.3.1故障診斷技術(shù)的內(nèi)容在476.3.1.2診斷過程“信息的采集、處理系統(tǒng)”“狀態(tài)識(shí)別、故障診斷和決策系統(tǒng)”476.3.1.2診斷過程“信息的采集、處理系統(tǒng)”486.3.1.3診斷的分類(1)功能診斷和運(yùn)行診斷(2)定期診斷和在線監(jiān)控(3)直接診斷和間接診斷(4)常規(guī)診斷和特殊診斷(5)簡易診斷和精密診斷486.3.1.3診斷的分類(1)功能診斷和運(yùn)行診斷496.3.2診斷信息的采集和分類處理技術(shù)6.3.2.1診斷信息的采集6.3.2.2診斷故障信號(hào)的處理(1)直接觀察法(2)振動(dòng)和噪聲檢測法(3)磨損殘余物檢測法(4)整機(jī)性能檢測法信號(hào)處理(或稱數(shù)據(jù)處理)技術(shù)就是用來從傳感器輸出的信號(hào)中分離出所需要的特性參數(shù)曲線技術(shù)。另一個(gè)重要作用就是尋找診斷用的特性指標(biāo)，要求這個(gè)指標(biāo)對系統(tǒng)故障要具有敏感性。496