故障类型和影响分析方法

危害性矩阵
① 危害性矩阵用来确定和比较每一故障模式的危害程度，
进而为确定改进措施的先后顺序提供依据。
② 矩阵图的横坐标用严重度类别表示，纵坐标用产品危害
度Cr 或故障模式发生概率等级表示。其示例如图4-3 所示。
图4-3 危害性矩阵示例
③ 将产品或故障模式编码参照其严酷度类别及故障模式发生
概率或产品的危害度标在矩阵的相应位置，这样绘制的矩阵
的综合度量。
CA 分析方法

危害性分析有定性分析和定量分析两种方法。究竟 选择哪种方法，应根据具体情况决定。

在不能获得产品技术状态数据或故障率数据的情况 下，可选择定性的分析方法。若可以获得产品的这 些数据，则应以定量的方法计算并分析危害度。
1）定性分析法。 在得不到产品技术状态数据或故障率数据的情况下，可以按 故障模式发生的概率来评价FMEA 中确定的故障模式。此时， 将各故障模式的发生概率按一定的规定分成不同的等级。故 障模式的发生概率等级按如下规定：
FMEA（FMECA）优点：
① 它是用于产品研制的全过程，适用于研制中的各个 阶段，是用于电气、机械、民用、宇航等专业； ② 它可以帮助研制人员把失效及影响减少到最小，从 而提高产品或系统的可靠性水平； ③ FMEA的原理简单，方法简便，基本是定性分析，也 可进行定量分析； ④ 应用FMEA（FMECA）的实际效果较大，国外早就列入 产品研制，我国亦即把FMECA定为国标； ⑤ 它可以在一定程度上反映人的因素（如操作上）所 引起的失误等； ⑥ 它是其他失效分析的基础之一，它既可以独立使用， 也可作为可靠性定量分析方法的补充和保证。若与其他失效 分析法综合使用，其收获会更大。
（FMEA） 方法中的几个术语

①故障：元件、系统或子系统在规定期限内和运行条件下未按设计要求 完成规定的功能或功能下降。 ②故障类型(failure mode)。即故障的表现形式：故障的出现方式或故 障对操作的影响。 ③故障影响(failure effect)或称故障后果。是某种故障类型对系统、 子系统、单元操作、功能或状态所造成的影响。 ④故障检测机制：指由操作人员在正常操作过程中或由维修人员在检修 活动中发现故障的方法或手段。 ⑤故障原因：导致系统、产品产生故障的内部因素和外部因素的总和。
FMEA 严重度类别划分 严重度类别是产品故障模式造成的最坏潜在后果的量度 表示。可以将每一故障模式和每一被分析的产品按损失程度 进行分类。严重度一般分为下述四类。 ① Ⅰ类(轻度的)——这是一种不足以导致人员伤害、一定的 经济损失或装备损坏的故障，但它会导致非计划性维护或修 理。 ② Ⅱ类(临界的)——这种故障会引起人员的轻度伤害、一定 的经济损失或导致任务延迟或降级的系统轻度损坏。 ③ Ⅲ类(严重的)——这是一种会引起人员伤亡或装备毁坏的 故障。 ④ Ⅳ类(致命的)——这种故障会引起人员的严重伤害、重大 经济损失或导致任务失败的系统严重损坏。 确定严重类别的目的在于为安排改进措施提供依据。最优先 考虑的是消除Ⅲ类和Ⅳ类故障模式。
作业：
空气压缩机的储罐属于压力容器,其功能是储存空气压缩机产生的压 缩空气。这里仅考察储罐的罐体和安全阀两个元素的故障类型及其影响,
作业：
单元 故障类型 故障原因 故障影响 检测方法 故障等 级 措施
轻微漏气
接口不严
能耗增加
听漏气噪声、 空气压缩 机频繁打 压
压力表度数下 降 压力表度数下 降 听漏气噪声、 空气压缩 机频繁打 压 压力表度数下 降 压力表度数迅 速升高





例 题：
电机运行系统如图 2-2 所示,该系统是一种短时运行系统,如果运行 时间过长则可能 引起电线过热或者电机过热、短路。对系统中主要元 素进行故障类型和影响分析,结果列于表2-7 。
例 题：
将该系统进行细分为子系统及元件：操作系统及动力系统，操作系 统是指操作人员操作按钮来控制继电器的离合；动力系统是指通过控制 继电器的离合来控制电机的运转。因此系统中的主要元件有：按钮、继 电器、熔丝、电动机等；逐个分析每个元件产生的故障、故障类型、原 因、故障对系统的影响以及检测方法。

D 级(很少发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生 概率大于产品在该期间内总的故障概率的0.1%，但小于1%。

E 级(极少发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生
概率小于产品在该期间内总的故障概率的0.1%。
2）定量分析方法。 在具备产品的技术状态数据和故障率数据的情况 下，采用定量的方法，可以得到更为有效的分析 结果。用定量的方法进行危害性分析时，所用的 故障率数据源应与进行其他可靠性维修性分析时 所用的故障率数据源相同。
有的可以不用分析。
FMEA 工作程序
3）绘制系统功能框图和可靠性框图
绘制功能框图时需要将系统按照功能进行分解，并表示出子
系统及各功能单元的输入和输出关系。可靠性框图是研究如何 保证系统正常运行的系统图，它侧重表达系统的功能与各功能 元件的功能之间的关系。
FMEA 工作程序
4）列出所有故障类型并分析其影响





⑥故障严重度：故障所能导致的最严重的潜在后果，以伤害程度、财产 损失或系统永久破坏加以度量 。
进行FME(C)A必须掌握的资料 进行FME(C)A 必须熟悉整个要分析的系统的情况，包括系 统结构方面的、系统使用维护方面的以及系统所处环境等方面
的资料。具体来说，应获得并熟悉以下信息：
① ② ③ ④
概率——严重度分析法： 危险度分析的目的在于评价每种故障类型的危险程度。 通常,采用概率一严重度来评价故障类型的危险度。概率是指 故障类型发生的概率,严重度是指故障后果的严重程度。采用 该方法进行危险度分析时,通常把概率和严重度分别划分为若 干等级。例如,美国的杜邦公司把概率划分为6 等级,危险程 度划分为3个等级(见表2-9中注)。

A 级(经常发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生 概率大于产品在该期间内总的故障概率的20%。

B 级(有时发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生
概率大于产品在该期间内的总的故障概率的10%，但小于20%。

C 级(偶然发生)——在产品工作期间内某一故障模式的发生 概率大于产品在该期间内总的故障概率的1%，但小于10%。
并把每一个故障按它的严重程度予以分类，提出可以采取的预 防、改进措施，以提高产品可靠性的一种设计分析方法。 而(FMECA)是在FMEA 的基础上再增加一层任务（CA），即判 断每种故障类型影响的危害程度有多大，使分析量化。因此
FMECA 可以看作是FMEA 的一种扩展与深化。
（FMEA）分析实质 故障类型和影响分析是将工作系统分割为子系统、 设备或元件，逐个分析各自可能发生的故障类型及其 产生的影响，以便采取相应的防治措施，提高系统的 安全性。 ※ 对每个子系统或部件提问： •故障类型是什么？ •故障类型的影响是什么？ •如何检测此故障？ •故障严重程度？
FMEA 工作程序
2）确定分析程度和水平
分析层次的确定一般考虑两个因素，一是分析目地，二是系
统的复杂程度。分析的层次太浅，就会漏掉重要的故障模式， 得不到需要的信息；若分析得过深，一切都分析到元件，会造 成结果繁琐，浪费大量人力和时间，对制订措施也带来困难。 一般，对关键的子系统可以分析得深一些，次要分析得浅一些，
Ⅲ
停机检查 更换
二、致命度分析
Criticality Analysis (CA)

对于特别危险的故障类型，例如故障等级是Ⅳ级的
故障类型，有可能导致人身伤亡或全系统损坏。因
此对这类元件要特别注意，可采用致命度分析方法
(CA)，进一步分析。 致命度分析一般是与故障类型影响分析合用。

目的：给出某种故障类型的发生概率及故障严重度
危险度指数法： 当用危险度一个指标来评价时,可按下式计算危险度:
式中 C ---系统的危险度指数; n ---导致系统重大故障或事故的故障类型数目; λ---元素的基本故障率; t ---元素的运行时间; α---导致系统重大故障或事故的故障类型数目占全部故障 类型数目的比例; β---导致系统重大故障或事故的故障类型出现时,系统发 生重大故障或事故的概率,其参考值见表 2-9; k1---实际运行状态的修正系数，为实际强度和实验室测定 强度的比值； k2---实际运行环境条件的修正系数。
图可以表明产品各故障模式危害性的分布情况。如图4-3所 示，所记录的故障模式分布点在对角线上的投影点距离原点 越远，其危害性越大，越需尽快采取改进措施。如图中故障 模式B 的投影距离OB′比故障模式A 的投影距离OA′长，所
以故障模式B 的危害性大。绘制好的危害性矩阵图应作为
FMECA 报告的一部分。
技术规范与研制方案； 设计方案论证报告； 设计数据和图纸； 可靠性数据。
FMEA 工作程序
1）熟悉系统 收集资料
将所分析的系统或设备部件的工艺、生产组织、管理和人员 的素质、设备等情况，以及投产或运行以来的设备故障和伤亡 事故情况进行全面的调查分析，收集整理伤亡事故、设备故障 等方面的数据和资料。
Ⅱ
加强维修 保护
罐体
严重漏气
焊接裂缝
压力迅速下降 压力迅速下降、 损伤人员和 设备 能耗增加、压力 下降
Байду номын сангаас
Ⅱ
停机修理
破裂
材料缺陷、外力破坏
Ⅲ
停机修理
漏气
接口不严、弹簧疲劳
Ⅱ
加强维修 保护
安全阀
错误开启
弹簧疲劳、折断
压力迅速下降 超压时失去安全 功能、系统 压力迅速增 高
Ⅱ
停机修理
不能安全 泄压
锈蚀物堵住阀口
第四节 故障类型、影响及致命度分析
Failure Mode Effect and CriticalityAnalysis （FMECA）