系統(tǒng)安全分析故障類型和影響分析課件

第二章系統(tǒng)安全分析匯報人：某某某匯報時間：2023.X.X--故障類型和影響分析FailureModeandEffectAnalysis1)、FMEA的含義及特點2)、基本概念3)、故障模式及影響分析的步驟4)、CA分析(CriticalityAnalysis

)故障（

Failure）故障模式（FailureMode）故障機理（

FailureEffect）故障原因（FailureCause）故障等級（FailureLevel）五、故障類型和影響分析五、故障類型和影響分析FailureModeandEffectsAnalysis(FMEA)isanimportantanalyticalmethodofSSE.FMEAdividessystemintosubsystemsorsubassemblyaccordingtoneedofanalysislevel.Thenitanalyzesandexaminesthesysteminacertainordertodetectthepossiblefailuresandthefailuremodesofeachsubsystemorsubassembly.Finally,theireffectsonsystemshouldbeanalyzedandthepossiblesafeguardsshouldbeproposedaccordingly.

1.DefinitionofFMEA

2.CharacteristicsofFMEAFMEAanalyzestheeffectsofsubassemblyfailuresontheupwardsystem.FMEAfocusesonthefunctionrelationshipbetweendifferentlevelsandemphasizesthelogicinduction.

五、故障類型和影響分析裝置功能系統(tǒng)子系統(tǒng)部件分部件組成零件設(shè)備零件對裝置的影響對系統(tǒng)的影響對子系統(tǒng)的影響對組成零件的影響系統(tǒng)功能級的FMEA部件級的FMEA組成零件級的FMEA設(shè)備部件級的FMEA(1)Failure故障Theinabilityofsubassemblyorsystemtoperformitssettingfunctionwithinspecifiedtimeandlimitedcondition.Notallfailurescausesevereconsequences,butinstead,somemayaffectthesystemandcauseittofailtofulfillitstasksorbringaccidents.

思考：可靠性與安全性之間的關(guān)系？五、故障類型和影響分析3.BasicTerms

安全性與可靠性的聯(lián)系和區(qū)別聯(lián)系：1）不可靠會導(dǎo)致不安全；2）故障是可靠性和安全性的聯(lián)結(jié)點，在防止故障發(fā)生這一點上，可靠性和安全性是一致的。3）系統(tǒng)安全性分析以系統(tǒng)可靠性分析為基礎(chǔ)。安全性與可靠性的聯(lián)系和區(qū)別區(qū)別：1）著眼點不同可靠性著眼于維持系統(tǒng)功能的發(fā)揮，實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)；安全性著眼于防止事故發(fā)生，避免人員傷亡和財產(chǎn)損失。2）注重內(nèi)容不同可靠性研究故障發(fā)生以前直到故障發(fā)生為止的系統(tǒng)狀態(tài)；安全性側(cè)重于故障發(fā)生后故障對系統(tǒng)的影響。五、故障類型和影響分析3.BasicTerms

(2)Failuremode

故障模式Failuremodeisthestatebywhichanitemfails;thewayinwhichthefailureofanitemoccurs;themodeorstatetheitemisinafteritfails.Itissimilartosymptominmedicine.Failuremodesareformsoffailurephenomenawhichareshownthroughdifferentfailuremechanism.Manyfailuremodesexistinonesystemorsubassembly.Themannerbywhichafailureisobserved.Itgenerallydescribesthewaythefailureoccursanditsimpactonequipmentoperation五、故障類型和影響分析產(chǎn)品種類故障類型水泵、渦輪機、發(fā)電機誤啟動、誤停機、速度過快、反轉(zhuǎn)、發(fā)熱、線圈漏電容器泄露、不能降溫、加熱、斷熱冷卻過分熱交換器、配管堵塞、流量過大、泄露、變形、振動五、故障類型和影響分析(2)Failuremode2.BasicTerms

產(chǎn)品種類故障類型水泵、渦輪機、發(fā)電機誤啟動、誤停機、速度過快、反轉(zhuǎn)、發(fā)熱、線圈漏電容器泄露、不能降溫、加熱、斷熱冷卻過分熱交換器、配管堵塞、流量過大、泄露、變形、振動閥門、流量調(diào)節(jié)裝置不能開啟或不能閉和、開關(guān)錯誤、泄露、堵塞電力設(shè)備電阻變化、放電、接觸不良、短路、漏電、斷開支撐結(jié)構(gòu)變形、松動、缺損、脫落齒輪斷裂、壓壞、熔融、燒結(jié)、磨耗滾動軸承滾動體扎碎、磨損、壓壞、燒結(jié)、腐蝕、裂紋電動機磨損、變形、發(fā)熱、腐蝕、絕緣破壞DifferentproductsandtheirfailuremodesProducttypesFailuremodePumps,turbinegenerator,generatorMal-operating、mal-stopping、overspeed、reversing、radiation、loopcreepageContainerLeakage,unablecalefactionandcoolingHeatexchangers,tubingBlockage,excessflow,leakage,deformation,vibrationValves,flowregulatorUnabletobeopenedorclosed、errorsinswitches、leakage、blockageElectricityequipmentsResistancechange、discharge、ineffectivecontacts、shortcircuit、creepage、breakageSupportingstructureDeformation、loosening、defects、fallingoffGearsRupture、crushed、fusing、sinter、abrasionRollbearingsPierced、abrasion、crushed、sinter、erosion、crackMotorsAbrasion、distortion、radiation(heating)、erosion、poorinsulationDifferentproductsandtheirfailuremodes五、故障類型和影響分析(2)Failuremode

Environmentalsobringseffectsonsystem.2.BasicTerms

EnvironmentalFactorsEffectsTypicalFailureModesHighTemperature1.Thermalaging2.Metaloxidation3.Structuralchange1.Insulationfailure;2.Increasingcontactresistance;3.Crackingandinflatingofrubberandplastic;LowTemperature1.Increasingstickiness/density2.Freezing3.Becomingfragile1.Loosinglubrication;2.Functionchangesofelectricmechanism;3.Decreasingstructureintensity;HighMoisture1.Absorbingmoisture吸收濕氣2.Electrifyingreaction電化學(xué)反應(yīng)3.Corroding銹蝕1.Decreasingphysicalfunction;2.Decreasingmechanicalstrength;3.Affectingfunction;Dryness1.Becomingdry2.Fragile3.Granular1.Decreasingmechanicalstrength;2.Invalidstructure;結(jié)構(gòu)失效3.Changesinelectricfunctions.五、故障類型和影響分析(3)Failurecause故障原因

Failurecausesincludeinternalandexternalcausesthatbringfailuretocomponents,productsandsystem.

3.BasicTerms

Internalcauses—theinherentreliability

Externalcauses—reliabilityinusingincludingenvironmentandusagecondition.DependsonproducingfactoryDependsonuser五、故障類型和影響分析(4)Failuremechanism

Itreferstothephysicsandchemical,electricalandmechanicalprocesseswhichbringaboutfailuresinsubassemblies,productsandsystems.Itstudieshowfailuresoccurandwhatisthepossibilityoftheoccurrence.

3.BasicTerms

思考：故障模式、故障機理與故障原因的關(guān)系？？內(nèi)部原因外部原因故障原因故障機理故障模式可動接觸部位固定接觸部位彈簧線圈殼體過載電流塵埃腐蝕性氣體溫度濕度接觸部位磨損驅(qū)動部位疲勞接觸不穩(wěn)定點火花、噪聲、溫度上升接觸部位破壞驅(qū)動部位破壞接觸功能失效接觸點變形可接觸片變形線圈過熱、燒壞彈簧疲勞、折斷五、故障類型和影響分析3.Basicterms(5)故障等級（Failure

level）故障等級是衡量故障對系統(tǒng)任務(wù)、人員和財務(wù)安全造成影響的尺度。簡單劃分法：將故障模式對子系統(tǒng)或系統(tǒng)影響的嚴(yán)重程度分四個等級故障等級影響程度可造成的危害或損失Ⅳ致命性的可能造成死亡或系統(tǒng)損失Ⅲ嚴(yán)重的可能造成嚴(yán)重傷害、嚴(yán)重職業(yè)病、主要系統(tǒng)損壞Ⅱ臨界的可能造成輕傷、職業(yè)病或次要系統(tǒng)損壞Ⅰ可忽略的不會造成輕傷、職業(yè)病，系統(tǒng)不會損壞五、故障類型和影響分析

故障等級劃分（Severityclassification）1)評點法：在難于取得可靠性數(shù)據(jù)的情況下。評點因素系數(shù)故障影響大小對系統(tǒng)造成影響的范圍故障發(fā)生的頻率防止事故的難易程度是否新設(shè)計FEMA評點求和法評點因素內(nèi)容點數(shù)故障影響大小造成生命損失造成相當(dāng)損失功能損失5.03.01.0對系統(tǒng)造成的影響對系統(tǒng)造成二個以上重大損失對系統(tǒng)造成二個以上重大損失對系統(tǒng)無太大影響2.01.00.5發(fā)生頻率易于發(fā)生能夠發(fā)生不太發(fā)生1.51.00.7防止事故的可能性不能能夠防止易于防止1.31.00.7是否新設(shè)計相當(dāng)新的內(nèi)容設(shè)計類似設(shè)計同一設(shè)計1.21.00.8Failureleveltable故障等級Cs值內(nèi)容應(yīng)采取的措施Ⅳ致命的7~10系統(tǒng)完不成任務(wù)，人員傷亡變更設(shè)計Ⅲ嚴(yán)重的4~7大部分完不成任務(wù)重新討論設(shè)計，也可變更設(shè)計Ⅱ臨界的2~4一部分完不成任務(wù)不必變更設(shè)計Ⅰ可忽略的<2無影響無Generally,FMEAisconsistedofthefollowingfoursteps:

Haveagoodcommandofthetargetsystem.Analyzefailuremodesofthesystemcomponents.AnalyzefailureeffectsDrawouttheFMEAtable.4.ProcessofFMEA

明確系統(tǒng)的情況和目的確定分析層次繪制功能框圖和可靠性框圖建立故障模式清單分析故障模式和影響評定故障等級研究故障檢測方法提出預(yù)防措施填寫FMEA表1、明確系統(tǒng)情況和目的：了解系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書、技術(shù)設(shè)計說明書、圖紙、使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、事故情報2、確定分析層次裝置功能系統(tǒng)子系統(tǒng)部件分部件組成零件設(shè)備零件對裝置的影響對系統(tǒng)的影響對子系統(tǒng)的影響對組成零件的影響系統(tǒng)功能級的FMEA部件級的FMEA組成零件級的FMEA設(shè)備部件級的FMEA3、繪制功能框圖和可靠性框圖為了便于分析，要繪制各子系統(tǒng)及其所包含功能件的功能以及相互關(guān)系的框圖，即功能框圖。從系統(tǒng)功能和可靠性方面弄清系統(tǒng)的構(gòu)成情況，并以此作為故障類型和影響分析的出發(fā)點?？煽啃钥驁D是研究如何保證系統(tǒng)正常運行的一種系統(tǒng)圖，而不是按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)順序繪制的結(jié)構(gòu)圖。04一般情況下，只有構(gòu)成一個系統(tǒng)的子系統(tǒng)都能正常運行，才能保證系統(tǒng)正常運行時，用串聯(lián)形式把子系統(tǒng)連接起來，如下圖所示。系統(tǒng)子系統(tǒng)a子系統(tǒng)b子系統(tǒng)c串聯(lián)圖如果構(gòu)成系統(tǒng)的任何一個子系統(tǒng)正常就能保證系統(tǒng)正常，則用并聯(lián)連接，如下圖所示。系統(tǒng)子系統(tǒng)a子系統(tǒng)b子系統(tǒng)c根據(jù)這種原則，也存在串-并聯(lián)連接形式。系統(tǒng)子系統(tǒng)a1子系統(tǒng)b子系統(tǒng)a2串并聯(lián)系統(tǒng)子系統(tǒng)c1子系統(tǒng)c2五、故障類型和影響分析4、建立故障模式清單、分析故障模式及影響（核心）根據(jù)理論知識、實踐經(jīng)驗和有關(guān)故障資料，判明系統(tǒng)中所有實際可能出現(xiàn)的故障模式，即導(dǎo)致規(guī)定輸出功能的異常和偏差。分析過程的出發(fā)點，不是從故障已發(fā)生開始考慮，而是分析現(xiàn)有設(shè)計方案，會有哪種故障發(fā)生，即對每一種輸出功能的偏差，預(yù)計可能發(fā)生什么故障，對部件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)有什么影響及其程度，列出認(rèn)為可能發(fā)生的全部故障。選定、判定故障模式是一項技術(shù)性很強的工作。5、研究故障檢測法6、確定故障等級7、提出預(yù)防措施8、制定FMEA表

表故障類型與影響分析(FMEA)記錄表區(qū)域/工藝過程：

系統(tǒng)：

子系統(tǒng)：

分析人員：

日期：

項目標(biāo)識符說明/描述失效模式影響后果現(xiàn)有安全措施PS風(fēng)險度(R)建議對策措施

五、故障類型和影響分析5.ApplicationofFMEA

ThefollowingistheFMEAofelectricalequipmentfire.Hereonlycircuitjointsdevice,switchesandsocketsareconsidered.系統(tǒng)設(shè)備或組件名稱故障類型故障原因故障的影響故障等級安全對策措施對子系統(tǒng)對系統(tǒng)對人員線路連接裝置電氣接頭電阻增大1.銅、鋁相接處理不好；2.接點連接松弛發(fā)熱火花火災(zāi)傷人Ⅱ按規(guī)程規(guī)定采用銅鋁過渡接頭；檢測街頭的壓緊質(zhì)量。五、故障類型和影響分析5.ApplicationofFMEA

開關(guān)插座開關(guān)插座熔絲電火花電弧1）導(dǎo)線絕緣損壞或?qū)Ь€斷裂引起短路，從而在故障點會產(chǎn)生強烈的電弧，混線時會產(chǎn)生強烈電??；2）導(dǎo)體接頭松動，引起接觸電阻過大，當(dāng)有大電流通過時便會產(chǎn)生火花與電??；3）誤操作或違反安全規(guī)程；4）檢修不當(dāng)；5）正常操作開關(guān)或熔絲熔斷時產(chǎn)生的火花。火花火災(zāi)傷人Ⅱ1.對正常運行時會產(chǎn)生火花、電弧和高溫的電氣裝置不應(yīng)設(shè)置在有火災(zāi)危險的場所2.在電爐等火源場所，宜采用無延燃性外被層的電纜和無延燃性護套的絕緣導(dǎo)線2.空氣壓縮機儲罐的故障類型和影響分析

空氣壓縮機的儲罐屬于壓力容器，其功能是儲存空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣。這里僅考察儲罐的罐體的故障類型及其影響，分析結(jié)果列于下表。FailuremodeFailureconsequencesFailurecauseFailureidentificationCountermeasuresLeakingslightlyPowerconsumptionincreaseNottightinterfaceLeakingnoise,airpumpworkingfrequentlyEnhancingmaintenanceLeakingseriouslyPressuredecreasingrapidlyCrackofweldingPressuregageshowsdecreasingdata;checkingHaltandrepairfracturePressuredrop,injury,destructionDefectsofmaterials,beingpoundedPressuregageshowsdecreasingdata;checkingHaltandrepair電機運行系統(tǒng)故障類型和影響分析FMECA（定性+定量分析）的任務(wù)：分析各組成單元潛在的故障類型和發(fā)生概率按嚴(yán)重程度予以分類提出可以采取的預(yù)防、改進措施這種方法通常分為兩部分：故障類型及影響分析(FMEA)——定性分析危險度分析(CA)——（概率——嚴(yán)重度）FMECA是在FMEA的基礎(chǔ)上再增加一層任務(wù)——CA，即判斷每種故障類型影響的危害程度有多大，使分析量化。風(fēng)險矩陣法是綜合考慮故障發(fā)生的可能性和發(fā)生后引起后果嚴(yán)重度兩個方面的因素來確定故障的等級。

嚴(yán)重度：是指故障類型對系統(tǒng)功能的影響程度。故障概率：一定時間內(nèi)故障類型出現(xiàn)的次數(shù)。注：Y-可接受；N-不可接受；TBD-待定（需進一步審查）一般風(fēng)險；重大風(fēng)險；中度風(fēng)險對系統(tǒng)中各個不同嚴(yán)重程度故障類型計算臨界值——危險度指數(shù)，即給出某故障類型產(chǎn)生的概率/頻率。危險度分析——危險度指數(shù)法故障等級危害后果Ⅳ類(破壞性的)會引起人員的嚴(yán)重傷害、重大經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞，必須設(shè)法消除Ⅲ類(危險的)會引起人員傷亡或裝備毀壞的故障，需立即采取控制措施Ⅱ類(臨界的)可能會引起人員的輕度傷害、一定的經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿?wù)延遲或降級的系統(tǒng)輕度損壞，但可排除和控制Ⅰ類(可忽略的)不足以導(dǎo)致人員傷害、一定的經(jīng)濟損失或裝備損壞的故障，但它會導(dǎo)致非計劃性維護或修理故障危險等級簡單劃分法（嚴(yán)重度級別）危險度分析——危險度指數(shù)法故障類型危險度Cmj是產(chǎn)品危害度的一部分。對給定的嚴(yán)重度類別而言，產(chǎn)品的第j個故障類型危險度Cmj可由下式計算：就某一特定的嚴(yán)重度級別而言，產(chǎn)品的危險度Cr是該產(chǎn)品在這一嚴(yán)重度級別下的各故障類型危險度Cmj的總和。2）危險度指數(shù)法：元件運行100萬次（h）發(fā)生的某級別故障的次數(shù)

式中：Cr系統(tǒng)的危險度指數(shù);

n產(chǎn)品在相應(yīng)嚴(yán)酷度類別下的故障類型數(shù)

λG組件的故障率；

t完成一次任務(wù)，組件的運行時間；

α第j個故障類型所占的比率；

β發(fā)生故障時造成危險影響的概率，其參考值見表2-12;

k1實際運行狀態(tài)的修正系數(shù)，為實際強度和實驗室測定強度的比值；

k2---實際運行環(huán)境條件的修正系數(shù)。危險度分析——危險度指數(shù)法發(fā)生故障時造成危險的概率影響發(fā)生概率實際損失β＝1.0可預(yù)計損失0.1≤β＜1.0可能損失0＜β＜0.1無影響β＝0危險度分析——危險度指數(shù)法定性分析定量分析設(shè)計一個電壓分壓器，其功能要求為輸入10V電壓，輸出7V電壓。要求選用適當(dāng)?shù)脑骷崿F(xiàn)該電路的功能，并用硬件的設(shè)計FMECA方法分析所設(shè)計的電路。為了實現(xiàn)上述功能，設(shè)計了一個簡單電路如右圖所示。危險度分析——危險度指數(shù)法ⅡIIⅢⅢIIⅢⅢI

元件R1每運行100萬次發(fā)生Ⅲ級故障5.28次，Ⅱ級故障21次，I級故障853.6次。ⅡⅡ總結(jié)：FMECA的適用條件FMECA方法適用于從系統(tǒng)到元器件之間任一層次的分析，通常分析較低層次的危險，既可以定性分析，也可定量分析，在實踐中常與其他方法結(jié)合使用?？偨Y(jié)：FMECA優(yōu)點通過每個元件的每個故障類型及影響一一分析，能夠提供一個精確、細(xì)致的分析結(jié)果分析結(jié)果可用來優(yōu)化設(shè)計、優(yōu)化系統(tǒng)對于高風(fēng)險的系統(tǒng)或子系統(tǒng)采用這種分析方法可得到比PHA更為精確的結(jié)果。對分析的部件可進行可靠度方面的預(yù)測總結(jié)：FMEA局限性對于大型復(fù)雜系統(tǒng)，該法耗時較大；僅能識別每個元件的故障類型，不能識別元件之間的相互作用的影響，更無法識別它們導(dǎo)致的組合故障類型的嚴(yán)重度和發(fā)生概率；分析結(jié)果的準(zhǔn)確程度受分析專家知識程度及對系統(tǒng)熟悉程度的影響；該法無法識別人因失誤和外界影響因素。五、故障類型和影響分析將故障類型和影響分析從定性分析發(fā)展到定量分析，則形成了故障類型和影響、危險度分析（FMECA）。

4.FailureModesEffectsandCriticalityAnalysis

系統(tǒng)——致命度分析子系統(tǒng)日期：

制表：

主管：

1致命故障致命度計算234567891011121314項目編號故障模式運行階段故障影響項目數(shù)數(shù)據(jù)來源運轉(zhuǎn)周期可靠性指數(shù)五、故障類型和影響分析

故障類型和影響、危險度分析包括兩個方面的分析：（1）故障類型和影響分析；（2）危險度分析。危險度分析的目的在于評價每種故障類型的危險程度。通常，采用概率——嚴(yán)重度來評價故障類型的危險度。概率是指故障類型發(fā)生的概率，嚴(yán)重度是指故障后果的嚴(yán)重程度。采用該方法進行危險度分析時，通常把概率和嚴(yán)重度分別劃分為若干等級。4.FailureModesEffectsandCriticalityAnalysis

致命度指數(shù)計算當(dāng)用危險度一個指標(biāo)來評價時,可按下式計算危險度:

式中C系統(tǒng)的危險度;

n導(dǎo)致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類型數(shù)目;

λ元素的基本故障率;

t元素的運行時間;

α導(dǎo)致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類型數(shù)目占全部故障類型數(shù)目的比例;

β導(dǎo)致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類型出現(xiàn)時,

系統(tǒng)發(fā)生重大故障或事故的概率,

五、故障類型和影響分析五、故障類型和影響分析4.FailureModesEffectsandCriticalityAnalysis

影響發(fā)生概率影響發(fā)生概率實際損失可以預(yù)計的損失β=1.000.10≤β<1.00可能出現(xiàn)的損失沒有影響0<β<0.10β=0k1實際運行狀態(tài)的修正系數(shù);k2實際運行環(huán)境條件的修正系數(shù)。致命度分析表格系統(tǒng)——致命度分析