第四章失效模式后果与严重度分析.ppt

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1、第四章失效模式后果与严第四章失效模式后果与严重度分析重度分析1现在学习的是第1页，共50页前面我们学习了可靠性方面的知识和理论，掌握了在产品设计阶段进行可靠性预计和分配的基本方法，可以讲大家能保证所设计的产品具有一定的可靠性（较高的可靠性）。但该产品的可靠性再高也不能杜绝该产品在使用中不能杜绝该产品在使用中出现故障出现故障，其中还可能包括一些后果极其严重的故障。因此，为了保证产品的可靠性，还应该学会在产产品品设设计计阶阶段段，用科学的方法去分析计算故障（失效）和故障的产生情况，即用科学的方法去预预防防和和控控制制产产品品失失效效（故故障障），从而保证产品的可靠性。现在学习的是第2页，共50页研

2、究产品失效的方法研究产品失效的方法，当前世界上主要使用两种两种：(1)故障（失效）模式、后果与严重度分析故障（失效）模式、后果与严重度分析 （FMECA）失效模式与后果分析失效模式与后果分析（FMEA）FailureModeandEffectAnalysis失失效效严严重重度度分分析析（CA）CatastrophicAnalysis(2)故障树分析故障树分析 (FTA)FailureTreeAnalysis现在学习的是第3页，共50页4-1概述1.失效失效（故障）：产品丧失规定的功能。例如，半球牌远红外线自动电烤箱（组成：电源线、控温器、电热器、定时器、指示灯等)为例说明。2.失效模式失效模式

3、：失效或故障的形式。按产品说明书整理，有以下故障模式按产品说明书整理，有以下故障模式现在学习的是第4页，共50页电源线故障电源线故障(1)电源线插头与屋内插座接触不良；电源线插头与屋内插座接触不良；(2)电源线内部断开；电源线内部断开；(3)(3)控温器触点烧坏（断路）；控温器触点烧坏（断路）；(4)(4)控温器触点熔接一起（短路）；控温器触点熔接一起（短路）；(5)(5)控温器触点接触不良；控温器触点接触不良；(6)(6)控温器控温旋钮紧固螺钉松开；控温器控温旋钮紧固螺钉松开；控温器故障控温器故障(7)(7)电热器烧断（断路）；电热器烧断（断路）；(8)(8)电热器接触不良（断路）；电热器接

4、触不良（断路）；(9)(9)电热器转换开关无弹性（断路）；电热器转换开关无弹性（断路）；电热器电热器故障故障(10)(10)定时器机械装置有病；定时器机械装置有病；定时故障定时故障(11)(11)指示灯灯泡坏了；指示灯灯泡坏了；(12)(12)指示器接线坏了等。指示器接线坏了等。显示故障显示故障现在学习的是第5页，共50页3.失效（故障）模式的分类失效（故障）模式的分类1、损坏型故障模式：裂纹、塑性变形、断裂等、损坏型故障模式：裂纹、塑性变形、断裂等2、退化型故障模式：老化、变质、表面防护脱落等、退化型故障模式：老化、变质、表面防护脱落等3、松脱型故障模式：松动、脱开、脱焊等、松脱型故障模式：

5、松动、脱开、脱焊等4、失调型故障模式：间隙不适、流量不当、压力不当等、失调型故障模式：间隙不适、流量不当、压力不当等5、堵塞和渗漏型故障模式：堵、渗、漏等、堵塞和渗漏型故障模式：堵、渗、漏等6、功能型故障模式：功能不正常、功能不稳定等、功能型故障模式：功能不正常、功能不稳定等7、其它类型故障模式：润滑不良等、其它类型故障模式：润滑不良等4.失效（故障）模式的比率失效（故障）模式的比率故障模式比率故障模式比率产品出现失效模式的百分比。产品出现失效模式的百分比。进一步分析失效原因，采取预防措施的可靠依据进一步分析失效原因，采取预防措施的可靠依据现在学习的是第6页，共50页轴承轴承离合器离合器连接器

6、连接器齿轮齿轮发电机发电机电位器电位器继电器继电器腐蚀腐蚀18.7-6.3-6.327.512.3蠕变蠕变-形变形变2.56.623.7202.1-0.4侵蚀侵蚀3.1-疲劳疲劳4.4-1.7-2.3摩擦摩擦10.6-1.5-2.6氧化氧化-绝缘绝缘-1.6-12.31012.3裂痕裂痕0.5-磨损磨损60.283.48.16025.1252.4断裂断裂-10.047.1204.61517.5其它其它-11.5-16.122.511.9例如：几种机械零部件的失效模式及其比率例如：几种机械零部件的失效模式及其比率现在学习的是第7页，共50页失效后果失效后果是指一个部件失效时对整机所产生的影响。是

7、指一个部件失效时对整机所产生的影响。如上述电烤箱的失效模式产生以下后果：如上述电烤箱的失效模式产生以下后果：(读产品说明书最后一页读产品说明书最后一页)烤箱不发热，指示灯不亮烤箱不发热，指示灯不亮(II),(2)烤箱不发热，指示灯亮烤箱不发热，指示灯亮(II),5.失效后果失效后果(3)(3)烤箱发热，指示类不亮烤箱发热，指示类不亮(III),(4)(4)烤箱发热，控温器失灵烤箱发热，控温器失灵(III),(5)烤箱发热，定时器失灵烤箱发热，定时器失灵(IV)。现在学习的是第8页，共50页6.严重度（危害度）：失效后果的严重程度严重度（危害度）：失效后果的严重程度 严重度与故障等级有较大的关系

8、，故障等级分为严重度与故障等级有较大的关系，故障等级分为四级四级:IV次要的。可用其他方法（或计划外维修）保证系统的次要的。可用其他方法（或计划外维修）保证系统的性能不变。性能不变。I灾难性的。造成机毁人亡后果；灾难性的。造成机毁人亡后果；II严重的。系统工作失效；严重的。系统工作失效；III一般的。系统性能下降；一般的。系统性能下降；可见电烤箱失效后果的严重度为可见电烤箱失效后果的严重度为:IV用表计时代之可很好工作用表计时代之可很好工作工作不好工作不好III、III、不能工作不能工作II、II、现在学习的是第9页，共50页失效等级：失效等级：现在学习的是第10页，共50页汽车故障等级划分汽

9、车故障等级划分美国空军对飞行事故的等级划分美国空军对飞行事故的等级划分现在学习的是第11页，共50页4-2失效模式与后果分析(FMEA和FMECA)一、一、FMEA及及FMECA的概念的概念 FMEA是用以找出找出产品设计、工艺设计和设备设计等阶段中的缺点或潜在的缺陷缺点或潜在的缺陷。FMEA为失效模式与后果分析，CA为严重度分析，合起来为FMECA。1.FMEA的含义 进而分析各组成元素的故障模式及其对上一层次结构乃至系统产生故障影响的一种方法。现在学习的是第12页，共50页2.FMEA的特点(1)FMEA是一种自下而上自下而上（由元件到系统）的失的失效因果关系的分析程序效因果关系的分析程序

10、，旨在不漏掉一个不漏掉一个后果严重的故障模式。(2)FMEA是一种定定性性分分析析手段。它使用统计表格来进行分析，可不使用数学工具。现在学习的是第13页，共50页简简单单、易易行行、便便于于掌掌握握和和推推广广，在没有数据时，只要有关人员具有一定的工程经验均可进行该项工作，因此花花钱不多，实际效果好钱不多，实际效果好，深受广大工程技术人员欢迎。3.FMEA的局限性和优点是一种单因素分析法单因素分析法。即把影响系统失效的单个元件的失效看做是独立的，而研究某一个失效模式对系统的影响时，是将其作为系统中唯一存在的失效来考虑的。这种方法难以分析几种因素同时起作用才能导致的某种后果。(1)FMEA的局限

11、性局限性(2)FMEA的优点优点现在学习的是第14页，共50页FMEA主要应应用用于于设设计计的的每每一一个个阶阶段段，另另外外也也可用于预防维修和工艺监督检查等方面可用于预防维修和工艺监督检查等方面。4.FMEA的发展及主要应用方面在FMEA的基础上，再加一层判定被统计故障模式后果危害度的任务，就变成了FMECA，称故障模式、后果与严重度分析或故障模式，后果与危害度分析。FMEA应用：应用：FMEA的发展：的发展：现在学习的是第15页，共50页设计各阶段的FMEA为：方案设计和中间设计阶段：功能FMEA最终设计阶段：可行性FMEA工艺设计阶段：工艺FMEA设备设计阶段：设备FMEA我们在这里

12、仅研究产品功能的功能的FMEA。现在学习的是第16页，共50页二、建立二、建立FMEA（FMECA）的一般方法的一般方法 在完成设计方案草图和试生产图的情况下，用框图或符号示意图表示各组成元件的有关功能对产品设计功能的影响。1.画出被研究产品的功能简图 如图2-3为液压系统功能图，图4-2为液压系统的可靠性框图。现在学习的是第17页，共50页图2-6液压系统可靠性框图现在学习的是第18页，共50页2.明确产品FMEA的分析层次和基本过程(1)分析层次（见下图）若干系若干系统组成统组成的产品的产品零件分部件系统部件子系统影响影响系统功能级的FMEA部件级的FMEA组成零件级的FMEA现在学习的是

13、第19页，共50页(2)分析的基本过程（见下图)故障模式的预测故障模式的分级和评价故障模式的改进措施(经验或试验)现在学习的是第20页，共50页 收集生产过程的有关试验统计数据和用户反馈意见为依据，确定出故障模式确定出故障模式（即预测出故障模式）；(3)产品FMEA的分析方法 召集有关召集有关（包括设计、制造、试验及供销部门等）人员人员对以前生产过的最类似产品产生过的故障情况进行分析讨论；分析分析产生故障原因产生故障原因（即物理失效机理）；制定生产中的消除办法（即检测方法），使用中的弥补方法（即补偿措施）等；现在学习的是第21页，共50页 对新设计产品与已生产的上述产品的主要不同之处进行分析，

14、以进行必要的补充。对各故障模式的严重后果严重后果（即严酷度等级）进行评定，必要时可采用投票评分的方法；现在学习的是第22页，共50页3.建立一套系统的，全面的，标准化的表格 该表格应尽力最系统、全面、正确最系统、全面、正确地反映FMEA的分析层次和基本过程的内容，且应规格化规格化以便统计分析。(1)FMEA表格（见表4-1）备注(物理失效机理及后遗症)现在学习的是第23页，共50页(2)FMECA表格（见下表)FMECA现在学习的是第24页，共50页上两表中：失效模式即故障模式；故障等级确定见前4-1；：失效模式频率比（查表得到）见表4-5和表4-6：损失概率（失效的后果概率）取值如下：（设计

15、经验确定）必然损失=1.0可能损失0.11.0很少损失00.1危害度参数见本书4-3内容。现在学习的是第25页，共50页例例4-1进行零部件失效分析进行零部件失效分析三、三、FMEA的应用实例的应用实例现在学习的是第26页，共50页断裂原因：断裂原因：根据裂纹发展过程根据裂纹发展过程沿晶断裂沿晶断裂穿晶断裂穿晶断裂根据受载性质根据受载性质疲劳断裂疲劳断裂静载断裂静载断裂冲击断裂冲击断裂根据完全断裂前的宏观变形根据完全断裂前的宏观变形脆性断裂脆性断裂韧性断裂韧性断裂现在学习的是第27页，共50页疲劳断裂原因：疲劳断裂原因：氢脆氢脆表面因素：表面粗糙度、划痕、碰伤等表面因素：表面粗糙度、划痕、碰伤

16、等材质因素：材料的成分、机械性能、冶金特性等材质因素：材料的成分、机械性能、冶金特性等几何因素：圆角、倒角等几何因素：圆角、倒角等环境因素：环境介质、环境温度等环境因素：环境介质、环境温度等内部氢脆内部氢脆外部氢脆外部氢脆载荷因素：载荷因素：载荷性质、大小、变化速度等载荷性质、大小、变化速度等疲劳源疲劳源裂纹扩裂纹扩展区展区瞬断区瞬断区现在学习的是第28页，共50页例例4-2某一固体火箭发动机由推进剂药柱、内衬和某一固体火箭发动机由推进剂药柱、内衬和发动机壳组成。发动机壳组成。请制作其失效模式后果分析表。请制作其失效模式后果分析表。项目项目失效模式失效模式失效原因失效原因可能后果可能后果发生发

17、生概率概率严重性严重性可能措施可能措施发动发动机壳机壳破裂破裂工艺质量差工艺质量差材料缺陷材料缺陷运输中损坏运输中损坏搬运中损坏搬运中损坏内压过高内压过高导弹毁坏导弹毁坏0.0006严重严重严格控制原材料质严格控制原材料质量，消除缺陷。进量，消除缺陷。进行耐压试验，采用行耐压试验，采用合理包装，在运输合理包装，在运输中保护发动机中保护发动机推进剂推进剂药柱药柱断裂断裂孔穴孔穴粘接面分离粘接面分离固化残余应力固化残余应力温度过低温度过低老化老化燃烧速度过高；燃烧速度过高；内压过高；机内压过高；机壳在工作过程壳在工作过程中破裂中破裂0.0001严重严重严格控制生产过程，严格控制生产过程，确保工艺质

18、量，严确保工艺质量，严格控制在极限温度格控制在极限温度之内存储和使用。之内存储和使用。内衬内衬与外壳分离与外壳分离与药柱或隔与药柱或隔热层分离热层分离粘接剂不良粘接剂不良粘接控制不良粘接控制不良壳体成形后净化壳体成形后净化不够不够燃烧速度过高；燃烧速度过高；内压过高；机内压过高；机壳在工作过程壳在工作过程中破裂中破裂0.0001严重严重严格执行正常清洗严格执行正常清洗程序，机巧清洗后程序，机巧清洗后严格检验，确保清严格检验，确保清除一切沾染物除一切沾染物现在学习的是第29页，共50页例例4-2设计概述：设计概述：重新设计一个用于自动变速箱的手动臂。由钢轴（热处理并外圆重新设计一个用于自动变速箱

19、的手动臂。由钢轴（热处理并外圆磨）和模压成型的塑料臂组成。轴与臂靠花键压装配合。磨）和模压成型的塑料臂组成。轴与臂靠花键压装配合。零件功用：手动臂总成把变速器外部的手动选档杆和变速器内部的传动臂连零件功用：手动臂总成把变速器外部的手动选档杆和变速器内部的传动臂连接起来。由前者向操纵阀体内的手动阀和停车驱动机构传递运动。作用在臂接起来。由前者向操纵阀体内的手动阀和停车驱动机构传递运动。作用在臂孔处的最大切向拉力为孔处的最大切向拉力为30磅。磅。现在学习的是第30页，共50页分系统过程 自动变速箱 分系统工程师 约翰.杜 年型/车型系列 1974年野马牌 系统工程师 约翰.史密斯 制造与设计主管部

20、门 T 产品交付日期 1973年9月14日有关制造与设计部门 FMECA日期 首次 1972年1月27日 修改 有否外部供货和承制单位 无 现在学习的是第31页，共50页FMECA分析的用途分析的用途1、在设计管理上的用途、在设计管理上的用途Y FMECA与产品和线路应力分析的结合是可靠性预测、与产品和线路应力分析的结合是可靠性预测、分配和评定时的一项原始资料。分配和评定时的一项原始资料。Y FMECA 是评定设计方案的手段是评定设计方案的手段Y FMECA 是设计评审、质量复查、事故预想的依据和证明是设计评审、质量复查、事故预想的依据和证明2、在其他用途、在其他用途Y 安排测试点、制造和质量

21、控制，制定试验计划的一种依据。安排测试点、制造和质量控制，制定试验计划的一种依据。Y 制定检测程序、设计诊断装置的基础。制定检测程序、设计诊断装置的基础。Y 与试验结果和失效分析报告一起进行定性评定。与试验结果和失效分析报告一起进行定性评定。Y 可靠性维修，后勤保障分析的原始资料。可靠性维修，后勤保障分析的原始资料。现在学习的是第32页，共50页4-3失效严重度分析一、定性分析在缺乏失效数据缺乏失效数据的情况下用定性分析，采用发生概率来评定。分五级：分五级：A级常发生。单一失效模式概率整个装置总失效概率的20。B级较常发生。单一失效模式概率总失效概率的10，但20。现在学习的是第33页，共50

22、页C级偶尔发生。单一失效模式概率总失效概率的1，但10。D级很少发生。单一失效模式概率总失效概率的0.1，但1。E级极少发生。单一失效模式概率总失效概率的0.1。现在学习的是第34页，共50页二、定量分析能提供正确的失效概率数据提供正确的失效概率数据时可用定量分析。1.失效后果概率(也称损失概率)见表4-5现在学习的是第35页，共50页2.失效模式严重度数字Cm(1)Cm：在一种严重性级别下由失效模式之一所占严重数字的份额。(2)Cm计算式：(4-1)式中 失效后果概率；p元件失效率()；t 某任务阶段内的工作时间(h)；失效模式相对频率(其值见表4-6)。现在学习的是第36页，共50页现在学

23、习的是第37页，共50页3.产品严重度数字Cr(4-2)式中n 属于某一严重度的失效模式数；j产品在该严重度下的最后一个失效模式。现在学习的是第38页，共50页例4-3若某一产品失效率，在某一任务阶段，出现两个级严重性的失效模式和一个级严重性的失效模式。这三个失效模式的相对频率分别为1=0.3,2=0.2,3=0.5,失效后果概率均为0.5，在该阶段工作1h。解：(1)求Cm根据式(4-1)级严重性的第一个失效模式的严重度数字为：求该产品在此任务段、严重性级别为级的Cm和Cr。现在学习的是第39页，共50页级严重性的第二个失效模式的严重度数字为：现在学习的是第40页，共50页(2)求Cr根据式

24、(4-2)级严重性的产品严重度数字为：现在学习的是第41页，共50页三、严重度矩阵严重度矩阵严重度矩阵是将产品项目或失效模式的标号按严重性级别与失效模式的发生概或严重度数字Cr进行排列。严重度矩阵是严重度矩阵是FMECA中的一部分中的一部分。即以严重性级别为横坐标，以发生概或严以严重性级别为横坐标，以发生概或严重度数字重度数字Cr为纵坐标为纵坐标画一严重度的分布图，如图4-5所示。现在学习的是第42页，共50页图4-5严重度矩阵严重度矩阵由图可见，某一失效模式在图中沿对角上线离开原点愈远，离开原点愈远，则愈严重则愈严重，而而愈迫切要采取愈迫切要采取补救措施。补救措施。现在学习的是第43页，共5

25、0页四、严重度分析的用途若某种失效模式发生概率很高，则有必要采取措施降低对维修和后勤的要求。严重度分析的用途:主要用手维修和后勤保障方面的分析。主要用手维修和后勤保障方面的分析。现在学习的是第44页，共50页机车车辆机车车辆 FMEA分析实例分析实例国际铁路联盟的研究与试验机构的国际铁路联盟的研究与试验机构的B176委员会（委员会（UIC ORE B176）对机车车辆转向架进行了深入的研究，进行了大量的实验和评估，对机车车辆转向架进行了深入的研究，进行了大量的实验和评估，并为选择高速机车车辆的样机转向架进行了费用并为选择高速机车车辆的样机转向架进行了费用效能分析。效能分析。决策基础的重要部分决

26、策基础的重要部分现在学习的是第45页，共50页方法描述：方法描述：1、部件描述、部件描述2、与安全有关的各种部件的描述、与安全有关的各种部件的描述3、可能的故障、可能的故障4、损坏特征、可能的原因及其影响的评估、损坏特征、可能的原因及其影响的评估5、故障检测、故障检测6、目前的改进措施、目前的改进措施7、对系统的影响、对系统的影响现在学习的是第46页，共50页转向架转向架系系 统统钢轨使钢轨使用区域用区域100钢轨与钢轨与轴箱间轴箱间的部件的部件200轴箱轴箱300轴箱与轴箱与转向架转向架间部件间部件400转向架转向架构架构架500转向架构转向架构架与车体架与车体间部件间部件600车体车体70

27、0轮轮/轨轨210轮对轮对220轴承轴承230一系一系悬挂悬挂410轮对导轮对导向装置向装置420轮对轮对转向架转向架421轴箱定轴箱定位装置位装置421二系悬挂二系悬挂610转向架转向架-车车体的连接体的连接620抗侧滚抗侧滚装置装置630限位止挡限位止挡621弹簧弹簧装置装置611减振器减振器612现在学习的是第47页，共50页故障类型：故障类型：1、A型故障：由于生产或装配造成的功能丧失型故障：由于生产或装配造成的功能丧失 通过工厂和检修保证状态良好通过工厂和检修保证状态良好2、B型故障：产品功能的逐渐退化型故障：产品功能的逐渐退化 引入一个正常的检测系统引入一个正常的检测系统3、C型故

28、障：产品功能的突然丧失型故障：产品功能的突然丧失 现在学习的是第48页，共50页代码与零部件名代码与零部件名 称称110钢轨钢轨（使用区域）（使用区域）故障类型故障类型横向位移阻力横向位移阻力降低，钢轨型降低，钢轨型面不符合设计面不符合设计规范规范横向加速度过横向加速度过高高速度过高速度过高故障影响故障影响影响低，对所影响低，对所有转向架影响有转向架影响皆相同皆相同影响小，对所影响小，对所有转向架影响有转向架影响皆相同皆相同影响小，对所影响小，对所有转向架影响有转向架影响皆相同皆相同故障危害故障危害在最大运行速度在最大运行速度时测得的钢轨力时测得的钢轨力是安全的是安全的加速度超过正常加速度超过

29、正常值，横向钢轨力值，横向钢轨力增加增加速度超过正常值，速度超过正常值，横向钢轨力增加横向钢轨力增加危险性危险性被评估被评估与参考转向架与参考转向架相比危险性可相比危险性可以接受以接受机车车辆转向架机车车辆转向架EFMA表格表格现在学习的是第49页，共50页机车车辆转向架机车车辆转向架EFMA表格（续）表格（续）代码与零部件名代码与零部件名 称称210车轮车轮/钢轨钢轨230轮对轴承轮对轴承300轴箱轴箱故障类型故障类型车轮与钢轨的车轮与钢轨的接触尺寸不当接触尺寸不当轴箱过热轴箱过热轴箱破损轴箱破损故障影响故障影响由于磨损车轮由于磨损车轮型面快速形成型面快速形成大锥度大锥度影响不可避免影响不可避免一般不会发生一般不会发生故障危害故障危害不良的接触影响不良的接触影响转向架稳定性的转向架稳定性的灵敏度灵敏度如果不及时报告，如果不及时报告，运行危险运行危险运行危险运行危险危险性危险性被评估被评估采用热检测装采用热检测装置将其华为最置将其华为最小小检测疲劳强度检测疲劳强度现在学习的是第50页，共50页