4_系统可靠性分析方法.ppt

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1、可靠性设计可靠性设计IV.系统可靠性分析方法系统可靠性分析方法高嵩本章内容本章内容1.故故障障模模式式影影响响及及危危害害性性分分析析法法 （FMECA）2.故障树分析法（故障树分析法（FTA）3.事件树分析法（事件树分析法（ETA）1/4/20231可靠性设计可靠性设计1.FMECA内容提要内容提要概述概述FMECA的定义、目的和作用的定义、目的和作用FMECA的方法的方法FMECA的步骤的步骤系统定义系统定义故障模式影响分析故障模式影响分析危害性分析危害性分析FMECA结果结果输出与注意的问题输出与注意的问题应用案例应用案例1/4/20233可靠性设计可靠性设计概述概述元部件的故障对系统可

2、造成重大影响元部件的故障对系统可造成重大影响灾难性的影响灾难性的影响挑挑战战者者升升空空爆爆炸炸发发动动机机液液体体燃燃料料管管垫垫圈圈不不密密封封致命性的影响致命性的影响起落架上位锁打不开起落架上位锁打不开以以往往设设计计师师依依靠靠经经验验判判断断元元部部件件故故障障对对系系统的影响统的影响依赖于人的知识和工作经验依赖于人的知识和工作经验1/4/20234可靠性设计可靠性设计概述概述系系统统的的、全全面面的的和和标标准准化化的的方方法法 FMECAFMECA的发展的发展设设计计阶阶段段发发现现对对系系统统造造成成重重大大影影响响的的元元部部件件故障故障设计更改、可靠性补偿设计更改、可靠性补

3、偿是是可可靠靠性性、维维修修性性、保保障障性性和和安安全全性性设设计计分析的基础分析的基础1/4/20235可靠性设计可靠性设计FMECA的的概念概念FMECA的的定义定义故故障障模模式式影影响响及及危危害害性性分分析析(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis ,记记 为为FMECA)是是分分析析系系统统中中每每一一产产品品所所有有可可能能产产生生的的故故障障模模式式及及其其对对系系统统造造成成的的所所有有可可能能影影响响，并并按按每每一一个个故故障障模模式式的的严严重重程程度度及及其其发发生概率予以分类的一种归纳分析方法。生概率予以分类的一

4、种归纳分析方法。FMECA是一种自下而上的归纳分析方法；是一种自下而上的归纳分析方法；FMEA和和CA。1/4/20236可靠性设计可靠性设计FMECA的的概念概念FMECA的的目的目的从从产产品品设设计计（功功能能设设计计、硬硬件件设设计计、软软件件设设计计）、生生产产（生生产产可可行行性性分分析析、工工艺艺设设计计、生生产产设设备备设设计计与与使使用用）和和产产品品使使用用角角度度发发现现各各种种影影响响产产品品可可靠靠性性的的缺缺陷陷和和薄薄弱弱环环节节，为为提高产品的质量和可靠性水平提供改进依据。提高产品的质量和可靠性水平提供改进依据。1/4/20237可靠性设计可靠性设计FMECA的

5、概念的概念FMECA的的作用作用保保证证有有组组织织地地定定性性找找出出系系统统的的所所有有可可能能的的故故障障模模式式及及其影响，进而采取相应的措施。其影响，进而采取相应的措施。为为制制定定关关键键项项目目和和单单点点故故障障等等清清单单或或可可靠靠性性控控制制计计划划提提供供定定性性依依据据；为为制制定定试试验验大大纲纲提提供供定定性性信信息息；为为确确定定更更换换有有寿寿件件、元元器器件件清清单单提提供供使使用用可可靠靠性性设设计计的的定定性性信信息息；为为确确定定需需要要重重点点控控制制质质量量及及工工艺艺的的薄薄弱弱环环节节清单提供定性信息。清单提供定性信息。可及早发现设计、工艺中的

6、各种缺陷。可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。为为可可靠靠性性（R）、维维修修性性（M）、安安全全性性（S）、测测试试性（性（T）和保障性（）和保障性（S）工作）工作提供一种定性依据。提供一种定性依据。1/4/20238可靠性设计可靠性设计FMECA方法分类方法分类1/4/20239可靠性设计可靠性设计论证与方案论证与方案阶段阶段工程研制阶段工程研制阶段生产阶段生产阶段使用阶段使用阶段方方法法功能功能FMECA硬件硬件FMECA软件软件FMECA损损坏坏模模式式影影响响分分析析过程过程FMECA统计统计FMECA目目的的分分析析研研究究系系统统功功能能设设计计的的缺缺陷陷与与薄薄弱弱环环节节，为

7、为系系统统功功能能设设计计的的改改进进和和方方案案的的权权衡衡提提供供依据。依据。分分析析研研究究系系统统硬硬件件、软软件件设设计计的的缺缺陷陷与与薄薄弱弱环环节节，为为系系统统的的硬硬件件、软软件件设设计计改改进进和和保保障障性性分分析析提供依据。提供依据。分分析析研研究究所所设设计计的的生生产产工工艺艺过过程程的的缺缺陷陷和和薄薄弱弱环环节节及及其其对对产产品品的的影影响响，为为生生产产工工艺艺的的设设计计改改进进提提供供依据。依据。分分析析研研究究产产品品使使用用过过程程中中实实际际发发生生的的故故障障、原原因因及及其其影影响响，为为提提供供产产品品使使用用可可靠靠性性和和进进行行产产品

8、品的的改改进进、改改型型或或新新产产品品的的研研制制提提供供依据。依据。产品寿命周期各阶段的产品寿命周期各阶段的FMECA方法方法1/4/202310可靠性设计可靠性设计FMECA的步骤的步骤1/4/202311可靠性设计可靠性设计系统定义系统定义明确分析范围明确分析范围根根据据系系统统的的复复杂杂度度、重重要要程程度度、技技术术成成熟熟性性、分分析析工工作作的的进进度度和和费费用用约约束束等等，确确定定系系统统中中进行进行FMECA的产品范围的产品范围产品层次产品层次示例示例约定层次约定层次规定的规定的FMECAFMECA的产品层次的产品层次初始约定层次初始约定层次系统最顶层系统最顶层最低约

9、定层次最低约定层次系统最底层系统最底层1/4/202312可靠性设计可靠性设计系统任务分析和功能分析系统任务分析和功能分析描描述述系系统统的的任任务务要要求求及及系系统统在在完完成成各各种种功功能能任任务务时时所所处的环境条件处的环境条件任务剖面、任务阶段任务剖面、任务阶段分分析析明明确确系系统统中中的的产产品品在在完完成成不不同同的的任任务务时时所所应应具具备备的功能、工作方式及工作时间等的功能、工作方式及工作时间等功能描述功能描述确定故障判据确定故障判据制定系统及产品的故障判据。选择制定系统及产品的故障判据。选择FMECA方法等方法等故障判据故障判据分析方法分析方法系统定义系统定义1/4/

10、202313可靠性设计可靠性设计故障模式影响分析故障模式影响分析FMEAFMEA的工作内容的工作内容故障模式分析故障模式分析找出系统中每一产品所有可能出现的故障模式。找出系统中每一产品所有可能出现的故障模式。故障原因分析故障原因分析找出每一个故障模式产生的原因。找出每一个故障模式产生的原因。故障影响分析故障影响分析找找出出系系统统中中每每一一产产品品的的每每一一个个可可能能的的故故障障模模式式所所产生的影响，并按这些影响的严重程度进行分类。产生的影响，并按这些影响的严重程度进行分类。1/4/202314可靠性设计可靠性设计故障模式影响分析故障模式影响分析FMEAFMEA的工作内容的工作内容故障

11、检测方法分析故障检测方法分析分分析析每每一一种种故故障障模模式式是是否否存存在在特特定定的的发发现现该该故故障障模模式式的的检检测测方方法法，从从而而为为系系统统的的故故障障检检测测与与隔隔离离设计提供依据。设计提供依据。补偿措施分析补偿措施分析针针对对故故障障影影响响严严重重的的故故障障模模式式，提提出出设设计计改改进进和和使用补偿的措施。使用补偿的措施。1/4/202315可靠性设计可靠性设计故障模式影响分析故障模式影响分析FMEA1/4/202316可靠性设计可靠性设计危害性分析危害性分析(CA)目目的的是是按按每每一一故故障障模模式式的的严严重重程程度度及及该该故故障障模模式式发发生生

12、的的概概率率所所产产生生的的综综合合影影响响对对系系统统中中的的产产品品划划等等分分类类，以以便便全全面面评评价价系系统统中中可可能能出出现现的的产产品品故故障障的的影影响响。CA是是FMEA的的补补充充或或扩扩展展，只只有有在在进行进行FMEA的基础上才能进行的基础上才能进行CA。常用方法常用方法风险优先数（风险优先数（Risk Priority Number,RPN）法）法主要用于汽车等民用工业领域主要用于汽车等民用工业领域危害性矩阵法危害性矩阵法主要用于航空、航天等军用领域主要用于航空、航天等军用领域1/4/202317可靠性设计可靠性设计危害性分析危害性分析(CA)风险优先数法风险优先

13、数法RPN=OPRESRDDROPR（Occurrence Probability Ranking）故故障障模模式式发发生概率等级生概率等级ESR（Effect Severity Ranking）影响严酷度等级影响严酷度等级DDR（Detection Diffculty Ranking)检测难度等级检测难度等级 上上述述三三项项因因素素通通过过评评分分获获得得。因因此此，首首先先应给出各项因素的评分准则。应给出各项因素的评分准则。1/4/202318可靠性设计可靠性设计危害性分析危害性分析(CA)发生概率等级发生概率等级OPR用用于于评评定定某某一一特特定定的的故故障障原原因因导导致致的的某某

14、故故障障模模式式实实际际发生的可能性。发生的可能性。等级等级故障发生的可能性故障发生的可能性参考值参考值1稀少稀少故障模式发生的可能性极低故障模式发生的可能性极低1/10623低低故障模式发生的可能性相对较低故障模式发生的可能性相对较低1/200001/4000456中等中等故障模式发生的可能性中等故障模式发生的可能性中等1/10001/4001/8078高高故障模式发生的可能性高故障模式发生的可能性高1/401/20910非常非常高高故障模式发生的可能性非常高故障模式发生的可能性非常高1/81/21/4/202319可靠性设计可靠性设计危害性分析危害性分析(CA)严酷度等级严酷度等级ESR用

15、于评定所分析的故障模式的最终影响。用于评定所分析的故障模式的最终影响。等级等级故障影响的严重程度故障影响的严重程度1轻微轻微对系统的性能不会产生影响，用户注意不到的轻微故障对系统的性能不会产生影响，用户注意不到的轻微故障2,3低低对对系系统统性性能能有有轻轻微微影影响响的的故故障障，用用户户可可能能会会注注意意到到并并引引起起轻微抱怨轻微抱怨4,5,6中等中等引起系统性能下降的故障，用户感觉不舒适和不满意引起系统性能下降的故障，用户感觉不舒适和不满意7,8高高中中断断操操作作的的重重大大故故障障或或提提供供舒舒适适性性的的子子系系统统不不能能工工作作的的故故障障，用用户户感感到到强强烈烈不不满

16、满意意。但但此此类类故故障障不不会会引引起起安安全全性性后后果也不违反政府法规果也不违反政府法规9,10非常高非常高引起生命、财产损失的致命故障或不符合政府法规的故障引起生命、财产损失的致命故障或不符合政府法规的故障1/4/202320可靠性设计可靠性设计危害性分析危害性分析(CA)检测难度等级检测难度等级DDR用用于于评评定定通通过过企企业业内内部部预预定定的的检检验验程程序序查查出出引引起起所所分分析的故障模式的各种原因的可能性。析的故障模式的各种原因的可能性。等级等级检验程序查出故障的难度检验程序查出故障的难度1,2非常低非常低检验程序可以检出的潜在设计缺陷检验程序可以检出的潜在设计缺陷

17、3,4低低检验程序有较大机会检出的潜在设计缺陷检验程序有较大机会检出的潜在设计缺陷5,6中等中等检验程序可能检出的潜在设计缺陷检验程序可能检出的潜在设计缺陷7,8高高检验程序不大可能检出的潜在设计缺陷检验程序不大可能检出的潜在设计缺陷9非常高非常高检验程序不可能检出的潜在设计缺陷检验程序不可能检出的潜在设计缺陷10无法检出无法检出检验程序绝不可能检出的潜在设计缺陷检验程序绝不可能检出的潜在设计缺陷1/4/202321可靠性设计可靠性设计危害性分析危害性分析(CA)危害性矩阵法危害性矩阵法分类：分类：定性定性和和定量定量CA表表1/4/202322可靠性设计可靠性设计危害性分析危害性分析(CA)

18、危害性矩阵图危害性矩阵图绘绘制制危危害害性性矩矩阵阵图图的的目目的的是是比比较较每每个个故故障障模模式式的的危危害害程程度度，进进而而为为确确定定改改进进措措施施的的先先后后顺顺序序提提供供依依据据。危危害害性性矩矩阵阵是是在在某某一一特特定定严严酷酷度度级级别别下下，产产品品各各个个故故障障模模式式危危害害程程度度或或产产品品危害度相对结果的比较。危害度相对结果的比较。与与RPNRPN一一样样具具有有指指明明风风险险优优先顺序的作用。先顺序的作用。121/4/202323可靠性设计可靠性设计FMECA结果结果输出输出FMECA输出输出单点故障模式清单单点故障模式清单、类故障模式清单类故障模式

19、清单可靠性关键件、重要件可靠性关键件、重要件不可检测故障模式清单不可检测故障模式清单危害性矩阵图等危害性矩阵图等FMEA/CA表表1/4/202324可靠性设计可靠性设计实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题强调强调“谁设计、谁分析谁设计、谁分析”的原则的原则“谁谁设设计计、谁谁分分析析”的的原原则则，也也就就是是产产品品设设计计人人员员应应负负责责完完成成该该产产品品的的FMECA工工作作，可可靠靠性性专专业业人人员员应应提供分析必须的技术支持。提供分析必须的技术支持。实实践践表表明明，FMECA工工作作是是设设计计工工作作的的一一部部分分。“谁谁设设计计、谁谁分分析析”、及及时时改改进

20、进是是进进行行FMECA的的宗宗旨旨，是是确确保保FMECA有有效效性性的的基基础础，也也是是国国内内外外开开展展 FMECA工工作作经经验验的的结结晶晶。如如果果不不由由产产品品设设计计者者实实施施FMECA，必必然然造造成成分分析析与与设设计计的的分分离离，也也就就背背离离了了FMECA的初衷。的初衷。1/4/202325可靠性设计可靠性设计实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题重视重视FMECA的策划的策划实实施施FMECA前前，应应对对所所需需进进行行的的FMECA活活动动进进行行完完整整、全全面面、系系统统地地策策划划，尤尤其其是是对对复复杂杂大大系系统统，更更应应强强调调FME

21、CA的的重重要要性性。其必要性体现在以下几方面：其必要性体现在以下几方面：结结合合产产品品研研制制工工作作，运运用用并并行行工工程程的的原原理理，对对所所需需的的FMECA进进行行完完整整、全全面面、系系统统地地策策划划，将将有有助助于于保保证证FMECA分分析析的的目目的的性性、有有效效性性，以以确确保保FMECA工工作作与与研研制制工工作作同同步步协协调调，避避免免事事后后补补做做的现象。的现象。对对复复杂杂大大系系统统，总总体体级级的的FMECA往往往往需需要要低低层层次次的的分分析析结结果果作作为为输输入入，对对相相关关分分析析活活动动的的策策划划将将有有助助于于确确保保高高层层次次产

22、产品品FMECA的的实施。实施。FMECA计计划划阶阶段段事事先先规规定定的的基基本本前前提提、假假设设、分分析析方方法法和和数数据据，将将有有助助于于在在不不同同产产品品等等级级和和承承制制方方之之间间交交流流和和共共享享，确确保保分分析析结结果果的一致性、有效性和可比性。的一致性、有效性和可比性。1/4/202326可靠性设计可靠性设计实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题保证保证FMECA的实时性、规范性、有效性的实时性、规范性、有效性实实时时性性。FMECA工工作作应应纳纳入入研研制制工工作作计计划划、做做到到目目的的明明确确、管管理理务务实实；FMECA工工作作与与设设计计工工作

23、作应应同同步步进进行行，将将FMECA结果及时反馈给设计过程。结果及时反馈给设计过程。规规范范性性。分分析析工工作作应应严严格格执执行行FMECA计计划划、有有关关标标准准/文文件件的的要要求求。分分析析中中应应明明确确某某些些关关键键概概念念，比比如如：故故障障检检测测方方法法是是系系统统运运行行或或维维修修时时发发现现故故障障的的方方法法；严严酷酷度度是是对对故故障障模模式式最最终终影影响响严严重重程程度度的的度度量量，危危害害度度是是对对故故障障模模式式后后果果严严重重程程度度的的发发生生可可能能性性的的综综合合度度量量，两两者者是是不不同同的的概概念念，不能混淆。不能混淆。有有效效性性

24、。对对分分析析提提出出的的改改进进、补补偿偿措措施施的的实实现现予予以以跟跟踪踪和和分分析析，以以验验证证其其有有效效性性。这这种种过过程程也也是是积积累累FMECA工工程程经验的过程。经验的过程。1/4/202327可靠性设计可靠性设计实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题FMECA的剪裁和评审的剪裁和评审FMECA作作为为常常用用的的分分析析工工具具，可可为为可可靠靠性性、安安全全性性、维维修修性性、测测试试性性和和保保障障性性等等工工作作提提供供信信息息，不不同同的的应应用用目目的的可可能能得得到到不不同同的的分分析析结结果果。各各单单位位可可根根据据具具体体的的产产品品特特点点和和

25、任任务务对对FMECA的的分分析析步步骤骤、内内容容进进行行补补充充，剪剪裁，并在相应文件中予以明确。裁，并在相应文件中予以明确。1/4/202328可靠性设计可靠性设计实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题FMECA的数据的数据故故障障模模式式是是FMECA的的基基础础。能能否否获获得得故故障障模模式式的的相相关关信信息息是是决决定定FMECA工工作作有有效效性性的的关关键键。若若进进行行定定量量分分析析时时还还需需故故障障的的具具体体数数据据，这这些些数数据据除除通通过过试试验验获获得得外外，一一般般是是需需要要通通过过相相似似产产品品的的历历史史数数据据进进行行统统计计分分析析。有有

26、计计划划有有目目的的地地注注意意收收集集、整整理理有有关关产产品品的的故故障障信信息息，并并逐逐步步建建立立和和完完善善故故障障模模式式及及频频数数比比的的相相关关故故障障信信息息库库，这这是是开开展展有有效效的的 FMECA工作的基本保障之一。工作的基本保障之一。1/4/202329可靠性设计可靠性设计实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题FMECA应与其他分析方法相结合应与其他分析方法相结合FMECA虽虽是是有有效效的的可可靠靠性性分分析析方方法法，但但并并非非万万能能，它它不不能能代代替替其其他他可可靠靠性性分分析析工工作作。应应注注意意FMECA一一般般是是静静态态的的、单单一一因

27、因素素的的分分析析方方法法。在在动动态态方方面面还还很很不不完完善善，若若对对系系统统实实施施全全面面分分析析还还需需与与其其他他分分析析方方法法（如如FTA、ETA等）相结合。等）相结合。1/4/202330可靠性设计可靠性设计故障模式分析故障模式分析故障与故障模式故障与故障模式故故障障是是产产品品或或产产品品的的一一部部分分不不能能或或将将不不能能完完成成预预定定功功能能的的事事件件或或状状态态（对对电电子子元元器器件件、弹弹药药、机机械械产产品品也也称失效）。称失效）。故故障障模模式式是是故故障障的的表表现现形形式式，如如短短路路、开开路路、起起落落架架撑撑杆杆断断裂裂、作作动动筒筒间间

28、隙隙不不当当、收收放放不不到到位位、过过度度耗耗损损等。等。一一般般在在研研究究产产品品的的故故障障时时往往往往从从产产品品的的故故障障现现象象入入手手，进进而而通通过过现现象象找找出出故故障障原原因因。故故障障模模式式是是 FMECA分分析析的的基基础础，同同时时也也是是进进行行其其它它故故障障分分析析（如故障树分析、事件树分析等）的基础之一（如故障树分析、事件树分析等）的基础之一。1/4/202331可靠性设计可靠性设计故障模式分析故障模式分析故障判据故障判据产产品品的的故故障障与与产产品品所所属属系系统统的的规规定定功功能能和和规规定定条条件件密密切切相相关关，在在对对具具体体的的系系统

29、统进进行行故故障障分分析析时时，必必须须首首先先明明确确系系统统在在规规定定的的条条件件下下丧丧失失规规定定功功能能的的判判别别准准则则，即即系系统统的的故故障障判判据据，这这样样才才能能明明确确产产品品的的某某种种非非正正常常状态是否为该产品的故障模式。状态是否为该产品的故障模式。注意区分两类不同性质的故障注意区分两类不同性质的故障功能故障功能故障指产品或产品的一部分不能完成预定功能的事件或状态。指产品或产品的一部分不能完成预定功能的事件或状态。潜在故障潜在故障指产品或产品的一部分指产品或产品的一部分将将不能完成预定功能的事件或状态。不能完成预定功能的事件或状态。1/4/202332可靠性设

30、计可靠性设计故障模式分析故障模式分析注意穷尽可能的故障模式注意穷尽可能的故障模式一个产品可能具有多种功能一个产品可能具有多种功能起落架：支撑、滑跑、收放等起落架：支撑、滑跑、收放等每一种功能又可能具有多种故障模式每一种功能又可能具有多种故障模式支撑：降落时折起支撑：降落时折起滑跑：震动滑跑：震动收放：收不起、放不下收放：收不起、放不下因因此此，分分析析人人员员的的任任务务就就是是找找出出产产品品每每一一种种功功能能的的全全部可能的故障模式。部可能的故障模式。对对于于一一般般具具有有多多种种任任务务功功能能的的复复杂杂系系统统，要要说说明明产产品品的的故故障障模模式式是是在在哪哪一一个个任任务务

31、剖剖面面的的哪哪一一个个任任务务阶阶段段的的哪种工作模式哪种工作模式下发生的。下发生的。1/4/202333可靠性设计可靠性设计故障模式分析故障模式分析系统研制初期分析故障模式的原则系统研制初期分析故障模式的原则在在系系统统的的寿寿命命周周期期内内，分分析析人人员员经经过过各各种种目目的的 FMECA即即可可掌掌握握系系统统的的全全部部故故障障模模式式，但但首首先先遇遇到到的的问问题题是是在在系系统统研研制制初初期期如如何何分分析析各各产产品品可可能能的的故故障障模模式式。一一般般地地说说，可可通通过过统统计计、试试验验或或分分析析预预测测来来解解决决，即可遵循如下原则：，即可遵循如下原则：对

32、对系系统统中中直直接接采采用用的的现现有有产产品品，可可以以以以该该产产品品在在过过去去的的使使用用中中所所发发生生的的故故障障模模式式为为基基础础，再再根根据据该该产产品品使使用用环环境境条条件件的的异同进行分析修正，得到该产品的故障模式。异同进行分析修正，得到该产品的故障模式。对对系系统统中中的的新新产产品品，可可根根据据该该产产品品的的功功能能原原理理进进行行分分析析预预测测，得得到到该该产产品品的的故故障障模模式式，或或以以与与该该产产品品具具有有相相似似功功能能的的产产品品所发生的故障模式为基础，分析判断该产品的故障模式。所发生的故障模式为基础，分析判断该产品的故障模式。1/4/20

33、2334可靠性设计可靠性设计典型故障模式典型故障模式GJB1391故障模式影响及危害性分析序号故障模式序号故障模式序号故障模式1结结构故障构故障(破破损损)12 超出允差超出允差(下限下限)23 滞后运行滞后运行2捆捆结结或卡死或卡死13 意外运行意外运行24 错误输错误输入入(过过大大)3振振动动14 间间歇性工作歇性工作25 错误输错误输入入(过过小小)4不能保持正常位置不能保持正常位置15 漂移性工作漂移性工作26 错误输错误输出出(过过大大)5打不开打不开16 错误错误指示指示27 错误输错误输出出(过过小小)6关不上关不上17 流流动动不不畅畅28 无无输输入入7误误开开18 错误动

34、错误动作作29 无无输输出出8误误关关19 不能关机不能关机30(电电的的)短路短路9内部漏泄内部漏泄20 不能开机不能开机31(电电的的)开路开路10 外部漏泄外部漏泄21 不能切不能切换换32(电电的的)漏泄漏泄11 超出允差超出允差(上限上限)22 提前运行提前运行33 其它其它1/4/202335可靠性设计可靠性设计机械产品典型故障模式机械产品典型故障模式故障模式可分为以下七大类：故障模式可分为以下七大类：损坏型：如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等。损坏型：如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等。退化型：如老化、腐蚀、磨损等。退化型：如老化、腐蚀、磨损等。松脱型：松动、脱焊等松脱型：松动、

35、脱焊等失调型：如间隙不当、行程不当、压力不当等。失调型：如间隙不当、行程不当、压力不当等。堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等。堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等。功能型：如性能不稳定、性能下降、功能不正常。功能型：如性能不稳定、性能下降、功能不正常。其他：润滑不良等。其他：润滑不良等。1/4/202336可靠性设计可靠性设计故障原因分析故障原因分析分析故障原因一般从两个方面着手：分析故障原因一般从两个方面着手：直直接接原原因因：导导致致产产品品功功能能故故障障的的产产品品自自身身的的那那些些物物理理、化化学学或或生生物物变变化化过过程程等等，直直接接原原因又称为因又称为故障机理故障机理。间间接

36、接原原因因：由由于于其其他他产产品品的的故故障障、环环境境因因素素和人为因素等引起的间接故障原因。和人为因素等引起的间接故障原因。例如例如起落架上位锁打不开起落架上位锁打不开直接原因：锁体间隙不当、弹簧老化等直接原因：锁体间隙不当、弹簧老化等间接原因：锁支架刚度差间接原因：锁支架刚度差1/4/202337可靠性设计可靠性设计任务阶段与工作方式任务阶段与工作方式任务剖面任务剖面又由多个任务阶段组成又由多个任务阶段组成起落架任务阶段：起落架任务阶段：起飞、着陆、空中飞行、地面滑行起飞、着陆、空中飞行、地面滑行工作方式：工作方式：可替换可替换有余度有余度上位锁开锁：液压、手动钢索、冷气上位锁开锁：液

37、压、手动钢索、冷气因因此此，在在进进行行故故障障模模式式分分析析时时，要要说说明明产产品品的的故故障障模模式式是是在在哪哪一一个个任任务务剖剖面面的的哪哪一一个个任任务务阶阶段段的的什么工作方式下发生的什么工作方式下发生的。1/4/202338可靠性设计可靠性设计任务剖面任务剖面L=123L=209T=12.15L=419.6T=24.40L=117.7T=6.84L=38L=827.4T=48.10T=48.1投720L副油箱投960L副油箱T=12.2M=0.86M=0.86M=0.86M=0.86航程航程L L（kmkm）航时航时T T（minmin）高度高度H H（kmkm）T=24.

38、4T=6.8T=5.0 空空空剖面空剖面1 1510111/4/202339可靠性设计可靠性设计故障影响分析故障影响分析约定层次约定层次复复杂杂系系统统通通常常具具有有层层次次性性结结构构，随随着着设设计计的的进展，层次划分方式也不同。进展，层次划分方式也不同。早期，按照系统功能划分早期，按照系统功能划分深入后，可按系统结构划分深入后，可按系统结构划分FMEAFMEA之之前前，先先规规定定从从哪哪个个产产品品层层次次到到哪哪个个产产品品层层次次结结束束，这这种种规规定定FMEAFMEA层层次次称称为为约约定定层层次。次。约定层次示例约定层次示例初始约定层次初始约定层次最低约定层次最低约定层次1

39、/4/202340可靠性设计可靠性设计故障影响分析故障影响分析约定层次的划分约定层次的划分应当从系统效能、费用、进度等方面进行权衡。应当从系统效能、费用、进度等方面进行权衡。在在系系统统的的不不同同研研制制阶阶段段内内由由于于FMEAFMEA的的目目的的或或侧侧重重点点不不同，因而约定层次的划分不必强求一致。同，因而约定层次的划分不必强求一致。即即使使在在同同一一研研制制阶阶段段，由由于于组组成成系系统统的的复复杂杂性性，在在约约定定层层次次的的划划分分上上也也不不必必完完全全相相同同，应应依依据据组组成成系系统统的的产品的实际情况确定约定层次。产品的实际情况确定约定层次。较多成熟产品的系统，

40、约定层次可划分的粗而少较多成熟产品的系统，约定层次可划分的粗而少不成熟产品组成的系统，划分应多而细，并做认真详细的分析不成熟产品组成的系统，划分应多而细，并做认真详细的分析当当系系统统中中某某一一产产品品的的故故障障将将直直接接引引起起灾灾难难的的或或致致命命的的后后果果时时，则则最最低低约约定定层层次次应应至至少少划划分分到到这这一一产产品品所所在在的层次。的层次。层次划分的多而细，进行层次划分的多而细，进行FMEAFMEA的工作量越大。的工作量越大。1/4/202341可靠性设计可靠性设计故障影响分析故障影响分析故障影响故障影响指指产产品品的的每每一一个个故故障障模模式式对对产产品品自自身

41、身或或其其他他产品的使用、功能和状态的影响。产品的使用、功能和状态的影响。局局部部影影响响:某某产产品品的的故故障障模模式式对对该该产产品品自自身身和和与与该该产产品品所所在在约约定定层层次次相相同同的的其其他他产产品品的的使使用用、功功能或状态的影响。能或状态的影响。高高一一层层次次影影响响:某某产产品品的的故故障障模模式式对对该该产产品品所所在在约约定定层层次次的的高高一一层层次次产产品品的的使使用用、功功能能或或状状态态的的影响。影响。最最终终影影响响:指指系系统统中中某某产产品品的的故故障障模模式式对对初初始始约约定层次产品的使用、功能或状态的影响。定层次产品的使用、功能或状态的影响。

42、1/4/202342可靠性设计可靠性设计严酷度类别严酷度类别定义定义系系统统中中各各产产品品的的故故障障模模式式产产生生的的最最终终影影响响往往往往是是不不同同的的。为为了了划划分分不不同同故故障障模模式式产产生生的的最最终终影影响响的的严严重重程程度度，在在进进行行故故障障模模式式分分析析之之前前，一一般般需需要要对对最最终终影影响响的的后后果果等等级级进进行行预预定定义义，从从而而对对系系统中各故障模式按其严重程度进行分级。统中各故障模式按其严重程度进行分级。在在某某些些系系统统（一一般般为为武武器器系系统统）中中，最最终终影影响响的的严重程度等级又称为严酷度类别。严重程度等级又称为严酷度

43、类别。严酷度：故障模式所产生后果的严重程度。严酷度：故障模式所产生后果的严重程度。1/4/202343可靠性设计可靠性设计严酷度类别严酷度类别武器系统的武器系统的严酷度类别定义严酷度类别定义(GJB1391)严严酷度酷度类别类别严严 重重 程程 度度 定定 义义类类(灾灾难难的的)这这是是一一种种会会引引起起人人员员死死亡亡或或系系统统(如如飞飞机机、坦坦克克、导导弹弹及船舶等及船舶等)毁毁坏的故障。坏的故障。类类(致命的致命的)这这种种故故障障会会引引起起人人员员的的严严重重伤伤害害、重重大大经经济济损损失失或或导导致任致任务务失失败败的系的系统严统严重重损损坏。坏。类类(临临界的界的)这这

44、种种故故障障会会引引起起人人员员的的轻轻度度伤伤害害，一一定定的的经经济济损损失失或或导导致任致任务务延延误误或降或降级级的系的系统轻统轻度度损损坏。坏。类类(轻轻度的度的)这这是是一一种种不不足足以以导导致致人人员员伤伤害害、一一定定的的经经济济损损失失或或系系统损统损坏的故障，但它会坏的故障，但它会导导致非致非计计划性划性维护维护或修理。或修理。1/4/202344可靠性设计可靠性设计故障检测方法故障检测方法针针对对分分析析找找出出的的每每一一个个故故障障模模式式，分分析析其其故故障障检检测测方方法法，以以便便为为系系统统的的维维修修性性、测测试试性性设设计计以以及及系系统统的的维维修修工

45、工作作提提供供依依据据。故故障障检检测测方方法法一一般般包包括目视检查、离机检测、原位测试等手段括目视检查、离机检测、原位测试等手段：自自动动传传感感装装置置、传传感感仪仪器器、音音响响报报警警装装置置、显显示示报报警警装置等装置等故故障障检检测测一一般般分分为为事事前前检检测测与与事事后后检检测测两两类类，对对于潜在故障模式，应尽可能设计事前检测方法。于潜在故障模式，应尽可能设计事前检测方法。1/4/202345可靠性设计可靠性设计补偿措施分析补偿措施分析是是关关系系到到能能否否有有效效地地提提高高产产品品可可靠靠性性的的重重要要环环节节。它它针针对对每每个个故故障障模模式式的的原原因因、影

46、影响响，提提出出可可能能的的补偿措施。补偿措施。设计补偿措施设计补偿措施产品发生故障时，能继续安全工作的冗余设备；产品发生故障时，能继续安全工作的冗余设备；安全或保险装置安全或保险装置(如监控及报警装置如监控及报警装置)；可替换的工作方式可替换的工作方式(如备用或辅助设备如备用或辅助设备)；可可以以消消除除或或减减轻轻故故障障影影响响的的设设计计或或工工艺艺改改进进(如如概概率率设设计计、计算机模拟仿真分析和工艺改进等计算机模拟仿真分析和工艺改进等)。操作人员补偿措施操作人员补偿措施特殊的使用和维护规程，尽量避免或预防故障的发生；特殊的使用和维护规程，尽量避免或预防故障的发生；一旦出现某故障后

47、操作人员应采取的最恰当的补救措施。一旦出现某故障后操作人员应采取的最恰当的补救措施。1/4/202346可靠性设计可靠性设计约定层次示例约定层次示例故障影响系统定义1/4/202347可靠性设计可靠性设计故障概率等级或数据来源故障概率等级或数据来源故障概率等级故障概率等级定性分析方法定性分析方法A级级 经常发生，经常发生，20%B级级 有时发生，有时发生，10%20%C级级 偶然发生，偶然发生，1%10%D级级 很少发生，很少发生，0.1%1%E级级 极少发生，极少发生，0.1%数据来源数据来源预计值预计值分配值分配值外场评估值等外场评估值等1/4/202348可靠性设计可靠性设计故障模式频数

48、比故障模式频数比气体控制活气体控制活门门故障模式故障模式故障模式故障模式频频数比数比产产品故障率品故障率p模式故障率模式故障率m不不闭闭合合不打开不打开外部漏气外部漏气34%57%9%0.123450.041970.070360.01111总总 计计1.0 0.12345故障模式频数比故障模式频数比故故障障模模式式频频数数比比是是产产品品的的某某一一故故障障模模式式占占其其全全部部故故障障模模式式的的百百分分比比率率。如如果果考考虑虑某某产产品品所所有有可可能能的的故故障障模式，则其故障模式频数比之和将为模式，则其故障模式频数比之和将为1 1。模模式式故故障障率率m m是是指指产产品品总总故故

49、障障率率p p与与某某故故障障模模式式频频数比数比的乘积。的乘积。例：例：故障模式频数比及模式故障率故障模式频数比及模式故障率1/4/202349可靠性设计可靠性设计故障影响概率故障影响概率故障影响概率故障影响概率是是指指假假定定某某故故障障模模式式已已发发生生时时，导导致致确确定定的的严严酷酷度度等等级的最终影响的条件概率。级的最终影响的条件概率。某某一一故故障障模模式式可可能能产产生生多多种种最最终终影影响响，分分析析人人员员不不但但要要分分析析出出这这些些最最终终影影响响还还应应进进一一步步指指明明该该故故障障模模式式引引起起的的每每一一种种故故障障影影响响的的百百分分比比，此此百百分分

50、比比即即为为。这这多种最终影响的多种最终影响的值之和应为值之和应为1 1。故障影响概率示例故障影响概率示例1/4/202350可靠性设计可靠性设计故障模式危害度与产品危害度故障模式危害度与产品危害度故障模式危害度故障模式危害度评价单一故障模式危害性评价单一故障模式危害性Cmi(j)=pt,j=,Cmi(j)代代表表了了产产品品在在工工作作时时间间t内内以以第第i 种种故故障障模模式式发发生生第第j类类严严酷酷度类别的故障次数度类别的故障次数产品危害度产品危害度评价产品的危害性评价产品的危害性 n为该产品在第为该产品在第j类严酷度类别下的故障模式总数，类严酷度类别下的故障模式总数，j=,Cr(j