第八章-可靠性设计(二)--可靠性工程教学课件.ppt

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1、第八章第八章 可靠性设计可靠性设计8.1 可靠性指标和系统度量可靠性指标和系统度量8.2 可靠性分配可靠性分配8.3 设计方法设计方法8.4 故障分析故障分析8.5 系统安全性与故障分析系统安全性与故障分析常用的可靠性安全性分析方法：常用的可靠性安全性分析方法：故障模式、影响与危害性分析故障模式、影响与危害性分析(FMECA)故障树分析故障树分析(FTA)功能危险分析功能危险分析(FHA)共因故障分析共因故障分析(CCA-ZSA/PRA/CMA)8.4 故障分析故障分析8.4 故障分析故障分析故障模式及影响分析（故障模式及影响分析（FMEAFMEA）或故障模式、影响及危害）或故障模式、影响及危

2、害性分析（性分析（FMECAFMECA）是一个旨在改善固有可靠性的正式设计）是一个旨在改善固有可靠性的正式设计过程。过程。FMECAFMECA是一个反复迭代的过程，通过识别故障模式，估是一个反复迭代的过程，通过识别故障模式，估计其发生的概率及对系统的影响，隔离故障原因，确定计其发生的概率及对系统的影响，隔离故障原因，确定改进方法或预防措施来影响设计。改进方法或预防措施来影响设计。FMECAFMECA的典型步骤包括系统定义、故障模式识别、确定的典型步骤包括系统定义、故障模式识别、确定故障原因、故障影响评估、严酷度等级划分、故障发生故障原因、故障影响评估、严酷度等级划分、故障发生概率估计、危害度计

3、算以及确定纠正措施。概率估计、危害度计算以及确定纠正措施。8.4.1 系统定义系统定义系统定义的目的：识别出可能产生故障的产品。系统定义的目的：识别出可能产生故障的产品。系统功能和物理（硬件）描述为系统功能和物理（硬件）描述为FMECAFMECA提供了定义和边界。提供了定义和边界。系统的功能描述系统的功能描述可用功能框图来表示，包括定义做什么可用功能框图来表示，包括定义做什么的功能框，以及这些功能框之间的接口。的功能框，以及这些功能框之间的接口。系统的物理描述系统的物理描述可通过功能层次图来表示，该图给出了可通过功能层次图来表示，该图给出了组件、部件、零件及它们之间的层次关系。组件、部件、零件

4、及它们之间的层次关系。硬件硬件FMECAFMECA通常是自下而上的分析、而功能通常是自下而上的分析、而功能FMECAFMECA则需则需要对系统进行自上而下的分析要对系统进行自上而下的分析8.4.3 确定故障原因确定故障原因对于每一个故障模式都要对可能的原因进行评估。对于每一个故障模式都要对可能的原因进行评估。示例示例:异常应力异常应力这通常是外部或环境因素造成的，但也可由内部电源这通常是外部或环境因素造成的，但也可由内部电源浪涌引起。浪涌引起。机械应力机械应力持续的振动会使设备松动持续的振动会使设备松动污染污染污垢会导致电子故障污垢会导致电子故障蒸发蒸发灯丝的老化是由灯丝分子蒸发造成的灯丝的老

5、化是由灯丝分子蒸发造成的疲劳疲劳材料的物理变化会导致断裂材料的物理变化会导致断裂摩擦摩擦这是传送带、齿轮和一般机械故障的普遍原因这是传送带、齿轮和一般机械故障的普遍原因温度循环温度循环反复的膨胀和收缩会使材料变得脆弱反复的膨胀和收缩会使材料变得脆弱老化和磨损老化和磨损这不是主要原因，但反映了其他原因的长期效应这不是主要原因，但反映了其他原因的长期效应不合格或有缺陷的零件不合格或有缺陷的零件这反映了制造过程的质量控制水平低下这反映了制造过程的质量控制水平低下操作或维修引起的错误操作或维修引起的错误这也被称为人为失误这也被称为人为失误腐蚀腐蚀这是能使材料变得脆弱的化学变化这是能使材料变得脆弱的化学

6、变化8.4.3 确定故障原因确定故障原因一种故障模式对应的故障原因可能不止一种，每个原因一种故障模式对应的故障原因可能不止一种，每个原因都应该归结为最底层元器件或零部件级故障。为了提供都应该归结为最底层元器件或零部件级故障。为了提供纠正措施并消除关键故障，必须了解故障机理。纠正措施并消除关键故障，必须了解故障机理。故障模式故障模式分类分类原因原因故障机理故障机理可能的改可能的改进措施进措施电容短路电容短路电电高电压高电压介电击穿介电击穿降额降额金属接触金属接触故障故障化学化学潮湿和盐潮湿和盐雾的空气雾的空气腐蚀腐蚀使用保护使用保护包装包装连接器断连接器断裂裂机械机械过度振动过度振动疲劳疲劳重新

7、设计重新设计支座支座8.4.4 故障影响评估故障影响评估评估每种故障对系统运行或状态的影响。影响的范围包评估每种故障对系统运行或状态的影响。影响的范围包括系统完全故障、部分退化、对性能有没有影响。括系统完全故障、部分退化、对性能有没有影响。故障机理故障机理故障模式故障模式故障影响故障影响磨损磨损水槽壁接缝故障水槽壁接缝故障水槽破裂水槽破裂外壳制造缺陷外壳制造缺陷电池泄露电池泄露从闪光到灯故障从闪光到灯故障长时间过度的振动和长时间过度的振动和疲劳疲劳发动机底座破裂发动机底座破裂发动机能量损耗和噪发动机能量损耗和噪声过大声过大摩擦和过度磨损摩擦和过度磨损传送带断裂传送带断裂生产线瘫痪生产线瘫痪污染

8、（灰尘和污垢）污染（灰尘和污垢）接触不良接触不良电路板故障电路板故障蒸发蒸发灯丝断裂灯丝断裂电灯泡烧毁电灯泡烧毁长时间低温长时间低温密封脆裂密封脆裂液压系统渗漏液压系统渗漏8.4.6 故障发生概率评估故障发生概率评估初步的故障发生概率可以根据可靠性指标及其分配值、初步的故障发生概率可以根据可靠性指标及其分配值、经验（历史）、现有数据库估计，也可以通过同可靠度经验（历史）、现有数据库估计，也可以通过同可靠度已知的元器件和零部件的比较进行估计。已知的元器件和零部件的比较进行估计。当定量估计故障发生概率的数据不充分时，可采用以下当定量估计故障发生概率的数据不充分时，可采用以下的定性方法：的定性方法：

9、级别级别A：频繁发生。故障发生概率高（：频繁发生。故障发生概率高（p0.20）.级别级别B：很可能发生。故障发生概率为中等（：很可能发生。故障发生概率为中等（0.10p0.20）.级别级别C：偶然发生。故障发生概率为临界（：偶然发生。故障发生概率为临界（0.01 p0.10）.级别级别D：很少发生。故障发生概率为不太可能（：很少发生。故障发生概率为不太可能（0.001 p0.01）.级别级别E：基本不可能发生。罕见事件（：基本不可能发生。罕见事件（p0.001）.8.4.7 危害度计算危害度计算危害度是一种对故障模式危害性进行定量评估的方法，危害度是一种对故障模式危害性进行定量评估的方法，同时

10、考虑了故障模式发生概率及其严酷度等级。同时考虑了故障模式发生概率及其严酷度等级。故障影响故障影响故障影响故障影响确定确定=1.00可能可能00.10很可能很可能0.101.00无影响无影响=0FMEA表格表格8.4.8 确定纠正措施确定纠正措施纠正措施与具体问题密切相关。纠正措施与具体问题密切相关。8.5 系统安全性与故障树分析系统安全性与故障树分析安全性安全性可以广泛定义为不导致伤害、人员死亡，或对设可以广泛定义为不导致伤害、人员死亡，或对设备和周围环境造成严重毁坏的能力。备和周围环境造成严重毁坏的能力。与安全相关的故障模与安全相关的故障模式的发生概率都很低式的发生概率都很低系统的安全性故障

11、由系统的安全性故障由一些事件综合引起一些事件综合引起该如何分析系统的安全性呢该如何分析系统的安全性呢？8.5.1 故障树分析故障树分析所有失效都是故障，但不是所有的故障都是失效。所有失效都是故障，但不是所有的故障都是失效。故障树分析的故障树分析的4 4个步骤：个步骤：1.1.定义系统、系统边界和顶事件；定义系统、系统边界和顶事件；2.2.建立故障树，用符号代表系统及其相关事件；建立故障树，用符号代表系统及其相关事件；3.3.进行定性评估，找到能够导致顶事件发生的事件组进行定性评估，找到能够导致顶事件发生的事件组合；合；4.4.进行定量评估，通过底层事件的故障概率和不可用进行定量评估，通过底层事

12、件的故障概率和不可用度计算顶事件的概率。度计算顶事件的概率。8.5.1 故障树分析故障树分析故障树的符号：故障树的符号：与门与门逻逻辑辑门门，只只有有当当所所有有输输入入事事件件发发生生时时，输输出出事事件件才才会会出出现现。在在布布尔尔代代数数中中，输输出出事事件件是是输输入入事件的交集。事件的交集。或门或门逻逻辑辑门门，当当至至少少一一个个输输入入事事件件发发生生时时，输输出出事事件件就就会会出出现现，在在布布尔尔代代数数中中，输输出出事事件件是是输输入入事件的并集。事件的并集。8.5.1 故障树分析故障树分析故障树的符号：故障树的符号：结果事件结果事件在在其其他他故故障障事事件件的的逻逻

13、辑辑组组合合引引发发的的故故障障时时间间，通常是逻辑门的输出。通常是逻辑门的输出。基本事件基本事件独独立立的的基基本本事事件件代代表表一一个个基基本本故故障障或或产产品品，分分析析结结束束于于基基本本事事件件（在在基本事件下没有事件）基本事件下没有事件）8.5.1 故障树分析故障树分析故障树的符号：故障树的符号：未展开事件未展开事件由由于于缺缺少少对对故故障障产产生生原原因因的的认认知知或或在在分分析析中中不不重重要要，而而没没有有完完全全展展开开的的迁入和迁出迁入和迁出用用于于连连接接不不连连续续或或出出现现在在不不同同页页面面上上的的故故障障树树分支分支8.5.1 故障树分析故障树分析故障

14、树的符号：故障树的符号：条件事件条件事件限限制制一一个个逻逻辑辑门门的的条条件件或约束或约束正常事件正常事件正正常常出出现现的的事事件件，不不是是故障故障8.5.1 故障树分析故障树分析水槽破裂水槽破裂过压过压过压过压或或与与8.5.1 故障树分析故障树分析水槽破裂水槽破裂过压过压或或与与8.5.1 故障树分析故障树分析故障故障原发故障原发故障诱发故障诱发故障指令故障指令故障故障故障主动故障主动故障被动故障被动故障8.5.1 故障树分析故障树分析8.5.1 故障树分析故障树分析例例8.78.5.2 最小割集最小割集8.5.2 最小割集最小割集迭代迭代12345AAAAABC,DE,DE,EEF,DE,AF,EF,A8.5.3 定量分析定量分析定量分析首先要把故障概率、不可用度、转换故障率或定量分析首先要把故障概率、不可用度、转换故障率或其他评估值分配到每个基本事件，然后再计算顶事件相其他评估值分配到每个基本事件，然后再计算顶事件相关的参数值。关的参数值。如果顶事件定义成最小割集的形式，且割集之间是互斥如果顶事件定义成最小割集的形式，且割集之间是互斥的，那么有的，那么有如果时间不是互斥的如果时间不是互斥的若基本事件相互独立若基本事件相互独立