fmeca技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用

fmeca技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用

1fmeca介紹在長期的生產(chǎn)活動(dòng)中，人們積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，形成了許多理論和標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)于單元(如一個(gè)構(gòu)件)與系統(tǒng)(如組件、部件、發(fā)動(dòng)機(jī)以至飛機(jī))間故障聯(lián)系的研究中,人們總結(jié)出了一種系統(tǒng)的、有效的分析方法——故障模式、影響及危害性分析(FailureMode,EffectandCriticalityAnalysis簡寫FMECA)方法,它是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,通過對(duì)系統(tǒng)各組成部分單元潛在的各種故障模式及其對(duì)系統(tǒng)功能的影響,與產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行分析,提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施,以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計(jì)方法。這種技術(shù)使人們對(duì)于單元故障對(duì)系統(tǒng)影響的分析過程,不再過分依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn),而把這一分析過程規(guī)范化、嚴(yán)謹(jǐn)化,從而作出單元故障對(duì)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生何種影響的正確判斷,來改進(jìn)單元的設(shè)計(jì),進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。由于FMECA能比較成功地預(yù)防故障的發(fā)生,因此早在50年代,作為一種故障分析技術(shù),FMECA就已經(jīng)用于美國格魯門公司飛機(jī)主操縱系統(tǒng)的研制。從那時(shí)起,FMECA在世界各國的國防、機(jī)械、汽車等眾多工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)比較典型地體現(xiàn)了FMECA技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用情況。我國已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域中使用FMECA來保證產(chǎn)品的可靠性,并制定了有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和軍用標(biāo)準(zhǔn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)也開展了FMECA工作,規(guī)定定型發(fā)動(dòng)機(jī)必需進(jìn)行系統(tǒng)的FMECA分析并形成相關(guān)文檔,文獻(xiàn)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)開展FMECA工作有重要指導(dǎo)作用。2fmeca分析的過程FMECA分析的基本出發(fā)點(diǎn),不是在故障發(fā)生后再去分析評(píng)價(jià),而是分析現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案和細(xì)節(jié),判斷將可能發(fā)生什么樣的故障模式,反復(fù)組織故障模式預(yù)測、故障模式的分級(jí)和評(píng)價(jià)、故障模式改正措施等活動(dòng),盡可能做到消除設(shè)計(jì)上的缺陷,達(dá)到改進(jìn)設(shè)計(jì)的目的。其工作程序是,首先要進(jìn)行FMEA,再進(jìn)行CA。FMEA是定性分析,即對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行故障模式、影響、機(jī)理及其后果分析。FMECA是FMEA基礎(chǔ)上再加一層任務(wù),使分析量化,即根據(jù)產(chǎn)品可靠性結(jié)構(gòu)、壽命模型及試驗(yàn)信息等,利用概率統(tǒng)計(jì)的方法,給出產(chǎn)品可靠性特征量的估計(jì)值,判斷這種故障模式對(duì)系統(tǒng)影響的危害性程度有多大。具體的工作方法就是,根據(jù)產(chǎn)品的功能,對(duì)可以預(yù)測到的每個(gè)故障模式進(jìn)行評(píng)價(jià),用表格列出各個(gè)產(chǎn)品可能發(fā)生的故障模式,考慮到各產(chǎn)品故障模式的影響與父系統(tǒng)功能的關(guān)系,在表中寫出該故障模式產(chǎn)生的原因、對(duì)各層父系統(tǒng)的影響、危害性的分析,并列出檢測的方法和建議的改進(jìn)措施。它是一種“自下而上”的分析方法。由于FMECA利用表格,簡明地列舉產(chǎn)品的所有故障模式,可找出系統(tǒng)可能發(fā)生的故障。它方法簡單,易實(shí)現(xiàn),不需復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算,適用性較廣。FMECA分析是可靠性設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)之一,它能規(guī)范設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)活動(dòng),使即便是沒有足夠經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)員,也能夠根據(jù)FMECA分析的工作程序,按給出的FMECA表全面地逐項(xiàng)考慮所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的潛在故障的模式、影響、危害、原因、改進(jìn)措施,提出進(jìn)一步開展計(jì)算分析、試驗(yàn)研究工作的項(xiàng)目和要求,甚至在外場使用時(shí)所必須的檢查要求等,提高產(chǎn)品的可靠性。由上可見,FMECA表集中體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)活動(dòng)中、在可靠性方面的設(shè)計(jì)思想,即設(shè)計(jì)中考慮了構(gòu)件或系統(tǒng)可能有哪些潛在故障,根據(jù)不同的影響程度,應(yīng)在研制、制造和故障的檢測中采取什么措施來提高產(chǎn)品的可靠性。FMECA表能比較集中地體現(xiàn)設(shè)計(jì)人員在可靠性設(shè)計(jì)方面的認(rèn)識(shí)水平和設(shè)計(jì)水平,也為研制過程中各級(jí)校對(duì)、審核人員,在圖紙文件的復(fù)查審批過程中提供了針對(duì)可靠性進(jìn)行評(píng)審的基礎(chǔ),也為今后同類設(shè)計(jì)提供重要的參考。3事前和事中分析模型FMECA可以應(yīng)用于產(chǎn)品研制的各個(gè)階段(從方案論證到產(chǎn)品使用)和對(duì)故障分析的各個(gè)階段(事前分析、事中分析、事后分析)。它的最有效實(shí)施時(shí)期,是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造階段的預(yù)測分析,即應(yīng)用在故障分析的事前和事中預(yù)測分析階段。它的有效性取決于可利用的資料和分析人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)。3.1在方案論證步驟中的應(yīng)用在這一階段主要是綜合考慮產(chǎn)品的適用效能與經(jīng)濟(jì)費(fèi)用,分析系統(tǒng)可能的故障模式及其對(duì)方案的影響,從而進(jìn)一步提出壽命、維修性等可靠性指標(biāo)。3.2故障模式檢測設(shè)計(jì)階段是FMECA應(yīng)用的重要階段。這時(shí)要在充分收集有關(guān)資料、信息的基礎(chǔ)上,找出各零、部件所有可能發(fā)生的故障模式,認(rèn)真分析這些故障模式可能發(fā)生的概率,及其會(huì)對(duì)各層父系統(tǒng)功能造成影響的程度、嚴(yán)酷度、危害的等級(jí),提出該故障模式出現(xiàn)時(shí)的檢測方法、要求、處理的辦法和改進(jìn)措施的建議。這些活動(dòng)在設(shè)計(jì)人員、系統(tǒng)管理人員、可靠性工程人員的共同合作下進(jìn)行,在設(shè)計(jì)中進(jìn)行必要的更改,以提高產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。在確定哪些零組件為關(guān)鍵件、重要件時(shí)也都要以FME-CA分析表為依據(jù)。當(dāng)設(shè)計(jì)更改后,整個(gè)過程要重復(fù)進(jìn)行。3.3fmeca活動(dòng)這一階段是以可靠性增長為目的,當(dāng)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)沒有達(dá)到預(yù)期要求,應(yīng)進(jìn)行FMECA活動(dòng),解決對(duì)可靠性指標(biāo)產(chǎn)生影響的問題。當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)更改時(shí)也要使用FMECA,消除更改措施對(duì)產(chǎn)品的不利影響,保證可靠性。3.4feca表的設(shè)備性能分析,表現(xiàn)出零、部件故障模式,確定真正故障原因,確定真正故障原因,確定真正故障原因的確定當(dāng)出現(xiàn)飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)事故后,可以使用FMECA來排除干擾因素,確定事故原因。具體做法是,根據(jù)事故現(xiàn)象,找出所有可能引起該事故的零、部件的故障模式,把FMECA表中對(duì)飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)影響的描述和檢測方法的描述同事故現(xiàn)象分析、殘骸分析等事實(shí)依據(jù)進(jìn)行對(duì)比,排除與事故無關(guān)的故障模式,確定真正的故障原因。由于在設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)進(jìn)行了FMECA工作,列出了各類故障模式和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)系統(tǒng)的影響、檢測方法等,所以此時(shí)只需進(jìn)行對(duì)照排除就可以,大大簡化對(duì)事故原因的分析工作,從而盡快地找到發(fā)生事故的真實(shí)原因。4檢測方法及預(yù)防再故障的檢測建議在編制FMECA表格中,應(yīng)包含對(duì)零件或部件的自然情況、故障模式、故障部位、故障原因的描述,對(duì)系統(tǒng)的影響、危害性的分析,嚴(yán)酷度、危害度等級(jí)的劃分;對(duì)檢測方法的要求和避免故障再現(xiàn)措施的建議等內(nèi)容。有條理的FMECA表格,是FMECA工作系統(tǒng)化的基礎(chǔ)。4.2對(duì)故障模式的審核應(yīng)貫徹“誰設(shè)計(jì),誰分析”的原則。先是由設(shè)計(jì)人員提出可能發(fā)生的故障模式并填寫FMECA表格,有關(guān)人員審核表格中的故障模式是否全面、改進(jìn)措施是否正確,系統(tǒng)主管人員對(duì)故障模式對(duì)各父系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行評(píng)價(jià),可靠性工作人員進(jìn)行全面的審查,提出嚴(yán)酷度級(jí)別的建議,從而為劃分關(guān)鍵件、重要件提供依據(jù)。合理的分工合作,是貫徹FMECA工作的首要前提。4.3消除設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的危害性大的故障模式為及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中潛在的薄弱環(huán)節(jié),采取措施,改進(jìn)設(shè)計(jì),把危害性大的故障模式消除在設(shè)計(jì)階段。FMECA工作的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)反復(fù)進(jìn)行,在每次設(shè)計(jì)、復(fù)查、修改設(shè)計(jì)直至設(shè)計(jì)定型過程中都應(yīng)進(jìn)行,從而盡可能地減少設(shè)計(jì)上的缺陷;4.4fta分析的意義對(duì)故障之間的關(guān)聯(lián)性分析應(yīng)使用故障樹分析法(FTA)。因?yàn)镕MECA分析主要是對(duì)某一個(gè)基本單元(構(gòu)件或系統(tǒng))的單一故障模式的分析,包括故障對(duì)各級(jí)父系統(tǒng)的影響,是一種自下而上的分析方法,而FTA分析主要是針對(duì)比較重大、比較復(fù)雜的故障,特別是多功能復(fù)雜系統(tǒng),含有多個(gè)基本單元,可能有多種故障模式情況下,采用逐級(jí)分解、細(xì)化分析的方法,是一自上而下的故障分析方法。兩種分析方法相輔相成,在應(yīng)用過程中,可以取得比較好的分析效果。5航空車輛的feca分析5.1關(guān)規(guī)定及相應(yīng)fmeca表國軍標(biāo)GJB-1391-92給出了FMECA分析的有關(guān)規(guī)定及相應(yīng)的FMECA表。本文附表是在GJB-1391-92的FMECA表的基礎(chǔ)上,針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的特點(diǎn),對(duì)措施、危害性及故障的檢查和處置作了修改和補(bǔ)充。5.1.1需解決的措施。對(duì)于已經(jīng)取得的措施，有關(guān)部門和政府要求較多地描述故障可能原因的分析及針對(duì)故障原因采取的相應(yīng)措施,不僅是本次設(shè)計(jì)中已采取了的措施,還要提出進(jìn)一步解決措施的建議,包括需要進(jìn)行的分析或試驗(yàn)工作項(xiàng)目和要求。另外,在復(fù)查或修改設(shè)計(jì)時(shí),需了解已經(jīng)采取的措施實(shí)施結(jié)果。5.1.2航空發(fā)動(dòng)機(jī)失效危險(xiǎn)性分析國軍標(biāo)的規(guī)定對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)不完全合適,因此作了較大改動(dòng)。危害性的定量分析是十分困難的,本表要求設(shè)計(jì)人員或可靠性人員從四個(gè)方面進(jìn)行分析。第一,是明確本構(gòu)件允許的失效概率,這可以通過參考同類設(shè)計(jì)或在整個(gè)系統(tǒng)的可靠性分析和予估后分配給定;第二,是要了解同類產(chǎn)品失效的統(tǒng)計(jì)概率,對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言可用數(shù)據(jù)較少,往往無法確定,但要求設(shè)計(jì)人員能了解同類產(chǎn)品的故障情況,作為分析參考;第三,了解發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中(包括試驗(yàn)和試飛),本構(gòu)件的失效情況,這也是危害性分析的重要參考;最后,綜合上述情況予估危害性等級(jí)。需要說明的是危害性等級(jí)是在對(duì)原因、措施評(píng)估的基礎(chǔ)上,在和允許概率、統(tǒng)計(jì)與研制中故障率相比較下確定的。有些故障模式可能同類產(chǎn)品和研制中的故障率都較高,但如果允許概率也較高,則故障危害度等級(jí)并不會(huì)很高;相反,有些故障即使在同類產(chǎn)品使用中或新機(jī)研制中很少出現(xiàn),但如果允許概率很低,則其危害性等級(jí)應(yīng)該較高。5.1.3早發(fā)現(xiàn)故障航空發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中,有些故障還是很難避免的,要求能及時(shí)或盡早發(fā)現(xiàn)故障或故障征候。本欄要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段就考慮在外場或返廠的不同場所發(fā)現(xiàn)故障的檢查方法、檢查要求和處置方法,以便在設(shè)計(jì)中安排內(nèi)窺檢查等維修性設(shè)計(jì),為使用維護(hù)提出相關(guān)要求。5.2機(jī)故障模式、影響及危害性分析軟件的應(yīng)用為了方便地使用FMECA表,充分發(fā)揮FMECA表在技術(shù)設(shè)計(jì)工作中的作用,并體現(xiàn)出FMECA的特點(diǎn),編制一個(gè)針對(duì)性強(qiáng)、使用方便、界面友好、安全可靠的軟件是必要的。目前使用的“發(fā)動(dòng)機(jī)故障模式、影響及危害性分析軟件”能方便地進(jìn)行記錄的定位、添加、編輯、刪除、查詢、統(tǒng)計(jì)和打印等操作,并能把符合用戶要的記錄集中顯示,以方便觀察,將符合用戶要求的記錄按附表所示的格式打印出來。軟件在用戶輸入故障模式時(shí),還能自動(dòng)列出數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存在的、同一類型零組件的故障模式,以保證故障模式輸入的統(tǒng)一、規(guī)范且方便。滿足用戶進(jìn)行各種方式的查詢是數(shù)據(jù)庫類軟件的重要功能,為使軟件能在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、排故甚至外場等多種場合得以應(yīng)用,軟件將隨查詢方法的改進(jìn)進(jìn)一步升級(jí),為用戶提供交叉、組合式的查詢方式,并且加入盡量多的幫助提示功能,以方便用戶。5.3危害度分析方法快卸環(huán)的FMECA分析(詳見附表)。補(bǔ)充說明如下:在WPX系列發(fā)動(dòng)機(jī)的同類產(chǎn)品中,曾出現(xiàn)過幾次這種模式的故障,因此,設(shè)計(jì)人員仔細(xì)進(jìn)行了故障模式的分析。主要有兩種故障模式,一是快卸環(huán)脫落和結(jié)合面泄漏燃?xì)?二是接頭部位斷裂。FMECA分析要求每種模式一份表格,本表是第一種模式的分析表。這種故障模式對(duì)各級(jí)父系統(tǒng)影響都很嚴(yán)重,顯然嚴(yán)酷度是Ⅰ級(jí)。分析以為主要有5種可能的故障原因,針對(duì)這些原因采取了相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施和制造、安裝要求,并提出了強(qiáng)度和試驗(yàn)要求,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)措施的效果。危害度分析中參考有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)范,允許概率確定為B0.1,同類機(jī)種使用中曾出現(xiàn)過幾次故障,因此危害度較高,統(tǒng)計(jì)概率應(yīng)為A級(jí),但考慮到設(shè)計(jì)中作了較好的原因分析,改進(jìn)了設(shè)計(jì),采取了措施,大大地降低了出現(xiàn)故障的可能性,