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故障类型及影响分析（FMEA）2016年10月8日深圳南山故障类型及影响分析（FalureMode&EffectAnlysis,FMEA）是一种广泛使用的非常重要的系统安全分析方法。我国国家军用标准中明确指出：FMEA是找出设计上潜在缺陷的手段，是设计审查中必须重视的资料之一。1.目的故障类型及影响分析的目的是辨识设备或系统的故障及每种故障模式对系统或装置造成的影响。评价人员通常提出增加设备可靠性的建议，进而提出工艺安全对策。2.基本概念2.1故障：一般指元件、子系统或系统在规定的运行时间和条件内，达不到设计规定功能的情况。2.2故障类型：系统、子系统或元件的每一种故障的形式称为故障类型。例如，一个阀门故障可以有四种故障类型：内漏、外漏、打不开、关不严。表2-1列出了一般故障类型的分类，各种故障类型一般可按表中分类考虑。表2-1故障类型及原因故障类型运行过程中的故障各类故障细分故障原因1.过早的启动2.规定的时间内不能启动3.规定的时间内不能停车4.运行能力降级、超量或受阻1.构造方面的故障、物理性咬紧、振动、不能定位、不能打开、不能关闭2.打开时故障、关闭时故障3.内部泄漏、外部泄漏4.高于允许偏差、低于允许偏差5.反向动作、间歇动作、误1.设计上的缺陷（由于设计上的技术先天不足，或者图样不完善等）2.制造上的缺陷（加工方法不当或者组装上的失误）3.质量管理上缺陷（检查不够或失误以及管理不当）4.使用上的缺陷（误操作或动作、误指示6.流向偏向一侧、传动不良、停不下来7.不能启动、不能切换、过早启动、动作滞后8.输入量过大、输入量过小、输出量过大、输出量过小9.电路短路、电路开路10.漏电、其他未按设计条件操作）5.维修方面或检测程序不当6.维修方面的缺陷（维修操作失误或检修程序不当）2.3故障等级：根据故障类型对系统或子系统影响的程度不同而划分的等级称为故障等级。3.故障类型分级方法3.1定性分级方法通常，定性分级方法按故障类型对子系统或系统影响的严重程度分为四级（见表2-2）。划分故障等级的目的主要是划分轻重缓急，以采取相应的对策，提高系统安全性。3.2半定量故障等级划分方法半定量的等级划分是依据损失的严重程度、故障的影响范围、故障发生的概率、防止故障的难易程度和工艺设计情况确定的。在难以取得可靠性数据的情况下，可以采用评点法，此法简单，划分精确。它从几个方面来考虑故障对系统的影响程度，用一定点数表示影响程度的大小，通过计算，求出故障等级。表2-2故障类型分级表故障等级影响程度可能造成的危害或损坏Ⅰ级致命性可能造成死亡或系统损坏Ⅱ级严重性可能造成严重伤害、严重职业病或主要系统损坏Ⅲ级临界性可造成轻伤、轻职业病或次要系统损坏Ⅳ级可忽略性不会造成伤害和职业病，系统也不会损坏评点数计算公式为：Cs=iiCCC21式中Ci——因素系数，0＜Ci＜10；Cs——总点数，0＜Cs＜10。如何确定点数Ci呢？可采取专家座谈会法，即由3-5位有经验的专家座谈讨论，提出该给Ci什么数值，这种方法又称BS法（BrainStorming），意思是集中智慧。另一种方法是德菲尔法，就是函询调查法，即将提出的问题和必要的背景材料，用通信的方式向有经验的专家提出，然后把他们的答复意见进行综合，再反馈他们，如此反复多次，直到得到认为合适的意见为止。另一种求点数的方法见表2-3，可根据评点数因素求出点数，相加后计算出总点数Cs。表2-3评点参考表评点因素内容点数故障影响大小F1造成生命损失5.0造成相当素食3.0功能损失1.0对系统造成的影响F2对系统造成二个以上的重大影响2.0对系统造成一个以上的重大影响1.0对系统无太大影响0.5故障发生的概率F3易于发生1.5能够发生1.不太发生0.7防止故障的可能性F4不能1.3能够防止1.0易于防止0.7是否新设计的工艺F5相当新的内容设计1.2类似的设计1.0同一设计0.8由以上两种方法求出的总点数，均可按表2-4评选故障等级。表2-4评点数与故障等级故障等级评点数Cs内容应采取的措施Ⅰ级致命7~10完不成任务，人员伤亡变更设计Ⅱ级重大4~7大部分任务完成重新讨论，也可变更设计Ⅲ级轻微2~4一部分任务完不成不必变更设计Ⅳ级小＜2无影响无3.3风险矩阵法故障的发生可能性和故障发生后引起的后果，综合考虑后会得到比较准确的衡量标准，这个标准被称为风险（也称危险度），它代表故障概率和严重度的综合评价。3.3.1严重度。指故障类型对系统功能的影响程度，分为四个等级（见表2-5）。表2-5严重度的等级与内容严重度等级内容Ⅰ低的（1）对系统任务无影响（2）对子系统造成的影响可忽略不计（3）通过调整，故障易于消除Ⅱ主要的（1）对系统的任务队友影响但可忽略（2）导致子系统的功能下降（3）出现故障，但能够立即修复Ⅲ关键的（1）系统的功能有所下降（2）子系统的功能严重下降（3）出现故障，不能立即通过检修予以修复Ⅳ灾难性的（1）系统的功能严重下降（2）子系统的功能全部丧失（3）出现的故障需经彻底修理才能消除3.3.2故障概率。指在一个特定时间内，故障类型所出现的次数。时间可规定为一定的期限，如一年、一个月等；或根据大修间隔期、完成一项任务的周期或其他被认为适当的期间来决定。可以使用定性和定量方法确定单个故障类型的概率。具体分级如下：1）故障率的定性方法分类Ⅰ级：故障概率很低，元件操作期间出现的机会可以忽略。Ⅱ级：故障概率低，元件操作期间不易出现。Ⅲ级：故障概率中等，元件操作期间出现的机会为50%。Ⅳ级：故障概率高，元件操作期间易于出现。2）故障概率的定量方法分类Ⅰ级：在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，少于全部的故障概率的0.01。Ⅱ级：在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，多于全部故障概率的0.01而少于0.10。Ⅲ级：在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，多于全部故障概率的0.10而少于0.20。Ⅳ级：在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，大于全部的故障概率的0.20。3.3.3风险矩阵。有了严重度和故障概率的数据以后就可运用风险率矩阵评价法。有的故障类型虽有高的发生概率，但造成的危害严重度甚低；而有的即使危害的严重度很大，但发生概率很低，所以风险率也不高。为了综合这两个特性，可以以故障概率为纵坐标，严重度为横坐标，画出风险矩阵（见图2-1）。沿矩阵原点到右上角画一对角线并将所有故障类型按其严重度和发生概率填入矩阵中，可以看出系统风险的密集情况。处于右上角方块中的故障类型风险率最高，依次左移，风险率逐渐降低。图2-1风险矩阵4.FMEA的特点及优缺点4.1故障类型影响分析的特点及优缺点：①能够明确地表示出局部的故障讲给系统整体的影响，确定对系统安全性给予致命影响的故障部位。因此，对组成单元或子系统可靠性的要求更加明确，并且能够提出它们的重要度。利用FMEA也很容易从逻辑上发现设计方面遗漏和疏忽的问题。⑥⑦②能用定性分析法来判断可靠性和安全性的大小或优劣，并能提出问题和评价其重要度。③FMEA法不仅用于产品设计、制造、可靠性设计等方面，而且还可以把设计和质量管理、可靠性管理等活动有机连接起来。因此，对系统规定评价是非常有利的。④应用时，若把重要的故障类型忽略了，则所进行的分析，特别是所进行的预测将是徒劳无用的。所以，对重要故障类型不能忽略。⑤为定量地进行系统安全性预测、评价和其他安全性研究提供432101234ⅣⅢⅡⅠ概率严重度一定的数据资料。⑥故障类型和影响分析是从系统的末一级向上一级分析，及从小的、局部的至整个系统进行分析，其优点是书写格式简单，可用较少的人力、且无需经过特别的训练就可以进行分析。它的缺点是缺乏逻辑性，难以分析各个元素之间的影响，若两个以上元素同时发生故障，分析比较困难。通常情况下，FMEA方法中的元素局限于“物”的因素，这就难以查处人的原因。对某一元素而言，也可以包括人的误操作。4.2FMEA基本原理：1）故障类型：运行过程中的故障；过早地启动；规定的时间内不能启动；规定的时间内不能停车；运行能力降低、超量或受阻。2）造成原件发生故障的原因：设计上的缺点；制造上的确定；质量管理方面的缺点；使用上的缺点；维修方面的缺点。3）故障等级：①简单划分时利用下表故障类型分级表故障等级影响程度可能造成的危害或损坏Ⅰ级致命性可能造成死亡或系统损坏Ⅱ级严重性可能造成严重伤害、严重职业病或主要系统损坏Ⅲ级临界性可造成轻伤、轻职业病或次要系统损坏Ⅳ级可忽略性不会造成伤害和职业病，系统也不会损坏②评点法上述方法中的每一项有经验来判断，也可用公式来算：③风险矩阵法4）可靠性框图，也叫做逻辑图，以下图举例说明：系统11102012133001A01Bab03070605从其他方框输入04主系统分成三个子系统，即10,20,30，当然每一个子系统发生故障，都会对主系统产生影响。子系统10又包括组件11,12,13。组件11受元件01A的，01B，02，03，04，05与06的影响，它们在串联的情况下进行工作。元件01A，01B是冗余系统。元件02由两个零件a和b组成。从功能上看，元件03同时受到07和来自其他系统的影响。虚线所包含的零件04咋特定的情况下发生作用。正常运行时，元件07不工作。元件05和06是备件，在某些特定的情况下，06发生故障时，05起作用。5.资料文件的要求使用FMEA方法需要如下资料：系统或装置的PID图（工艺管理仪表流程图）设备、配件一览表设备功能和故障模式方面的知识系统或装置功能及对设备故障处理方法的知识FMEA方法可由单个分析人员完成，但需要其他人进行审查，以保证完整性。对评价人员的要求随着评价的设备项目大小、复杂程度等因素有所不同。所有的FMEA评价人员都应对设备功能及故障模式熟悉，并了解这些故障模式如何影响系统或装置的其他部分。6.制表使用FMEA方法的特点之一就是制表。由于表格便于编码、分类、查阅、保存，所以很多部门根据自己的情况拟出不同表格（见表2-6、表2-7、表2-8），但基本内容相似。表2-6故障类型及影响分析表格1系统子系统组件故障类型影响分析日期制表主管审核分析项目功能故障类型及造成原因任务阶段故障检测方法改正处理所需时间故障等级修改名称项目号图纸号框图号组件子系统系统(任务)表2-7故障类型及影响分析表格2系统子系统故障类型及影响分析日期制表主管框图号子系统项目故障类型推断原因对子系统影响对系统影响故障等级表2-8故障类型及影响分析表格3系统子系统故障类型及影响分析日期制表主管审核（1）项目号（2）分析项目（3）功能（4）故障类型（5）推断原因（6）影响（7）故障检测方法（8）故障等级（9）备注子系统系统7.FMEA分析步骤及内容：明确系统本身的情况和目的。确定分析深度。绘制系统该系统图（功能框图）或可靠性框图。（所谓的可靠性框图，即，它表示各元件是串联的或并联的以及输入、输出情况）按照可靠性框图，列出所有故障模式并选出对系统有影响的故障类型。分析构成故障模式的原因及其检测方法，并制成故障模式和影响分析表。对危险性特别大的故障类型，如故障等级为Ⅰ级，可进行进一步的分析。内容：对象（设备、组件、零件等）；功能；故障模式；设想原因；故障影响；检测方法；补偿方法；危险度；备注。以手电筒为例，说明FMEA的过程：（根据框图分析各部分的故障类型，进而进行FMEA）手电筒系统环盖透镜绝缘体反射镜灯泡组合套筒组合开关组合电池末端帽盖组合接触绝缘体接触片套筒滑块滑块弹簧开关套压缩电钮反射镜灯泡插头末端帽盖压缩弹簧铆钉压缩电钮手电筒FMEA一览表（部分）No.零件或组合件故障类型故障原因故障的影响检测方法危险等级备注零件或组合件系统1环盖影响透镜功能变形功能不全可能功能失灵目测Ⅱ脱落1.螺纹磨耗功能不全功能失灵目测Ⅰ2.操作不注意变形而断压坏功能不全降低功能目测Ⅱ2透镜脱落1.破损脱落功能不全功能不全目测Ⅱ2.操作不注意开裂操作不注意降低功能功能下降目测Ⅲ模糊保管不良降低功能功能下降目测Ⅳ3绝缘体折断1.装配不良有不闭灯