7失效模式影响分析和故障树分析(4学时).

综合作业布置题目：XXX装置或系统可靠性设计（自拟）对象描述实际、完整的机械装置结合机械设计、工程力学、机械原理等前期课程从手册、实际商品化产品等，如减速装置等指标描述（已知条件）力、力矩等；几何尺寸参数等；总体可靠度要求；分析内容1、可靠性功能框图：绘制XX装置或系统的可靠性功能框图（明确串联、并联等关系）；2、系统可靠性预计与分配：给定XX装置或系统的总体可靠度、组成元件的可靠度，应用系统可靠性预计与分配知识，进行系统可靠性分配；3、典型零件可靠性分析：选取某一个关键零件或部件，利用工程力学和机械原理知识，进行应力/强度分析，进行该零件或部件的可靠度计算；综合作业提交报告要求格式有完整的封面（1页）、具体化作业内容描述（1页）、正文，以及课程感想；内容XX装置或系统的原理总图或装配总图图片或绘图零件的编号功能原理解释XX装置或系统的可靠性功能框图XX装置或系统的可靠性预计与分配典型零件可靠性分析；课程总结与感想提交方式Word版本发送到[e-mail]打印版本提交到：求是楼410两个版本都要提交。提交时间2016年4月18日之前其他要求选取装置或系统，不得雷同；独立完成；相关参数以及指标，根据实际情况可以自己确定，一切以体现对机械可靠性设计知识综合为目标；失效模式影响分析和故障树分析FailureModeandEffectsAnalysis,FMEAFaultTreeAnalysis,FTA降落伞打不开啊!!!2020/1/125失效发现得太迟的后果主要内容7.1FMEA与FTA分析方法概述7.2失效模式影响分析(FMEA)7.3故障树分析法故障树分析法概述故障树基本术语和符号故障树的构造故障树定性分析故障树定量分析1、FMEA的定义FMEA是在产品设计阶段和过程设计阶段，对构成产品的子系统、零件，对构成过程的各个工序逐一进行分析，找出所有潜在的失效模式，并分析其可能的后果，从而预先采取必要的措施，以提高产品的质量和可靠性的一种系统化的活动。什么是FMEA？失效还未产生，可能发生、但不是一定要发生时机：在设计或过程开发阶段前开始合作：小组由各种有经验和专业知识的人构成FMEA分析的文件——记录专用表格——作为动态文件使用——按照过程/产品/服务寿命周期期间要求更改核心：预防对潜在失效模式的风险和后果进行评定是持续进行的—指导贯穿整个过程、产品和服务周期动态的、文件化的、系统的小组活动2．FMEA特点SFMEA——系统FMEADFMEA——产品FMEA（设计FMEA）PFMEA——过程FMEA（制造/装配FMEA）AFMEA——应用FMEASFMEA——服务FMEAPFMEA——采购FMEA3．FMEA的种类功能：该设计/过程要做什么？（设计意图）失效模式：设计（产品）或过程失效的表现形式后果：失效模式发生后会怎样？严重度：失效模式的后果有多严重？起因：什么会导致失效模式的发生？频度：失效起因发生的频率如何？现行控制：探测或防止将失效传递到后续“顾客”的现行方法。探测度：失效模式/起因一旦发生，能否探测得出？4．FMEA涉及的主要概念FMEA与FTA分析方法概述失效：产品丧失规定的功能，产品不再能够达到设计要求规定的产品功能。失效模式：就是失效或故障的形式，同一产品或部件可能以多种不同形式出现故障或失效，如管道系统中的阀门可能出现泄漏、破损、堵塞、误动作等多种导致系统失效的模式，继电器触头可能发生粘住、闭合或断开失灵、振动失效等多种失效模式。第7章失效模式影响分析和故障树分析严重度就是一个部件失效时对系统功能影响的严重程度可靠性评定与预测-严重度分析FMEA基本要素的组成部分FMEA计划失效模式原因后果频度探测度严重度风险分析和潜在的失效模式及后果分析解释执行建议措施并验证其有效性实施措施主要概念：水箱支架举例原因（频度）失效模式后果（严重度）不平道路引起的振动与车体扭转设计中应力集中支架的材质不符合强度要求水箱支架断裂生产者消费者探测水箱后倾水箱与风扇碰撞产生异响水箱冷却水管被风扇刮伤水箱冷却液泄漏冷却系统过热发动机气缸损坏汽车停驶功能：支撑手机外壳PFMEA举例原因（3）（频度）失效模式后果（3）（频度）炉温太高（3）硫化时间太长生产者消费者外壳裂开探测（2）功能：防护FMEA的顺序过程功能要求潜在失效模式潜在失效的后果严重度数S级别潜在失效的起因/机理频度数现行设计控制不易探测度数D风险顺序数RPN建议措施责任和目标完成日期措施结果预防探测采取的措施严重度数频度数不易探测度数R.P.N功能、特征或要求?会有什么问题?•无功能•部分功能•功能过强•功能降级•功能间歇•非预期功能有多糟糕?起因是什么?后果是什么?发生频率如何?该方法在探测时有多好?能做些什么?•设计更改•过程更改•特殊控制•采用新程序或指南的更改跟踪•评审•确认•控制计划怎样预防和探测?一个潜在的失效事件的发生，如果没有采取或来不及采取或事实上不可能采取措施，而使之引起下游系统或相关系统产生链锁失效事件，我们称之为“失效链”。水箱支架断裂水箱后倾水箱与风扇碰撞水箱冷却水管被风扇刮伤水箱冷却液泄漏冷却系统过热发动机气缸损坏汽车停驶（2失效后果）（3失效原因）（1失效模式）（2失效原因）（1失效后果）（2失效模式）（3失效模式）（3失效后果）（1失效原因）时间世界上首次采用FMEA这种概念与方法的是在20世纪60年代中期美国的航天工业。进入20世纪70年代，美国的海军和国防部相继应用推广这项技术，并制订了有关的标准。20世纪70年代后期FMEA被美国汽车工业界所引用，作为设计评审的一种工具。二、FMEA的历史1993年2月美国三大汽车公司联合编写了FMEA手册，并正式出版作为QS-9000质量体系要求文件的参考手册之一，1995年2月出版了第2版，2001年7月了第3版，已由中国汽车技术研究中心翻译成中文。1994年，美国汽车工程师学会SAE发布了SAEJ1739–潜在失效模式及后果分析标准。FMEA还被广泛应用于其他行业，如粮食、卫生、运输、燃气等部门。2001年，SAEJ1739修订，FMEA手册也修订为第三版，并已译成中文。FMEA是一种事前行为；FMA（FailureModeAnalysis）是一种事后行为。FMA是对产品/过程已经发生的失效模式分析其产生的原因，评估其后果及采取纠正措施的一种活动。类似项目的FMA是FMEA的重要的输入参考资料。FMEA是“由下至上”进行分析FTA（FailureTreeAnalysis）是“由上至下”进行分析三、FMEA和FMA、FTA潜在失效模式及后果分析与失效分析比较失效分析潜在的失效模式及后果分析失效已经产生核心：纠正诊断已知的失效指引的是开发和生产失效还未产生，可能发生、但不是一定要发生核心：预防评估风险和潜在失效模式的影响开始于产品设计和工艺开发活动之前指引贯穿整个产品周期7.2失效模式影响分析(FMEA)FMEA分析是用一般的归纳方法以完成对系统可靠性和安全性的定性分析。所以该方法首先找出其本单元的故障模式，再到上一层系统去确定每一种故障模式对系统的影响，如此连续进行就可以在全部所需的各分析层上找出最后的故障效应。这种分析过程包括失效影响模式分析(FMEA)和严重度分析(CriticalityAnalysis,CA)，合称FMECA分析。第7章失效模式影响分析和故障树分析7.2.1FMECA实施方法EFL2L1S1S2B供水系统如下图所示供水系统，E为水箱，F为阀门，L1和L2为水泵，S1和S2为支路阀门。此系统的规定功能是向B侧供水，“B侧无水”是一个不希望发生的事件，即系统的故障状态。G1G2元部件名称故障模式故障原因C1阀门（F）内部泄露（M1）阀体阀座变形、损伤C2阀体阀座接触面有异物C3外部泄露（M2）密封部损伤C4破损（M3）长期使用后疲劳破损C5腐蚀C6外力C7堵塞（M4）进入异物C8阀杆断阀体落下C9误关（M5）/错开（M6）误操作C10误信号C11不关（M7）/不开（M8）异物阻碍C12驱动动装置(电动机、传动机构等)故障C13丧失动力(电、压缩空气等)C14不能控制（M9）控制零件(如弹簧)失效C15第7章失效模式影响分析和故障树分析7.2.2故障等级与致命度第7章失效模式影响分析和故障树分析1～10第7章失效模式影响分析和故障树分析第7章失效模式影响分析和故障树分析7.2.3FMEA实例44第7章失效模式影响分析和故障树分析第7章失效模式影响分析和故障树分析燃料系统FMEA（部分）（续）编号名称故障模式发生原因影响故障等级备注燃料系统发动机1.3过滤器网孔堵塞1.维护不好2.燃料不好3.过滤机构不好功能不全运转有问题II溢流1.结构缺陷2.维护不好功能不全运转有问题II1.4燃料泵膜片缺陷1.孔2.伤3.组装不良不起作用不能运转I第7章失效模式影响分析和故障树分析§7.3故障树分析法一、什么是故障树它是把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，然后寻找直接导致这一故障发生的全部因素，再找出造成下一级事件发生的全部直接因素，一直追查到那些原始的、其故障机理或概率分布是已知的，因而毋需再深究的因素为止。故障树是表示事件因果关系的树状逻辑图故障树分析(FTA)就是以故障树(FT)为模型对系统进行可靠性分析的方法。在系统设计过程中，通过对可能造成系统故障的各种原因进行分析，由总体至部分按倒立树状逐级细化分析，画出逻辑框图(故障树)，从而确定系统故障原因的各种可能组合方式或其发生概率。用相应的符号代表这些事件，再用适当的逻辑门把顶事件、中间事件和底事件联结成倒立树形图。这样的树形图称为故障树，用以表示系统的特定顶事件与它的子系统或各个元件故障事件之间的逻辑结构关系。以故障树为工具，分析系统发生故障的各种途径，计算各个可靠性特征量，对系统的安全性或可靠性进行评价的方法称为故障树分析法(FTA)。最不希望发生的事件称为顶事件；毋需再深入研究的事件（仅作为导致其它事件发生的原因，亦即顶事件发生的根本原因）称为底事件，介于顶事件与底事件之间的一切事件（中间结果）为中间事件，故障树分析法的特点：根据上述特点，故障树分析法适合于对复杂的动态系统进行可靠性分析。（3）多目标、可计算。在设计中，可帮助弄清系统的故障模式，找出系统的薄弱环节。由于故障树是由特定的逻辑门和一定事件构成的逻辑图，因此可以用电子计算机来辅助建树，并进行定性分析和定量计算。（2）故障树分析法，不但可用于对系统的可靠性、安全性进行定性分析和定量计算，而且还可定量考虑造成系统故障的各种因素。（1）由于它是一种图形演绎方法，故直观、形象。EFL2L1S1S2B供水系统如下图所示供水系统，E为水箱，F为阀门，L1和L2为水泵，S1和S2为支路阀门。此系统的规定功能是向B侧供水，“B侧无水”是一个不希望发生的事件，即系统的故障状态。B侧无水+L1故障S1故障+L2故障S2故障TOP+泵系统故障E故障F故障G1I支路故障II支路故障G2G3B侧无水泵系统故障F故障E故障或I支路故障II支路故障与L1故障S1故障或L2故障S2故障或EFL2L1S1S2B结果事件：又分为顶事件和中间事件，是由其它事件或事件组合导致的事件。在框内注明故障定义，其下与逻辑门联接，再分解为中间事件或底事件底事件：是基本故障事件(不能再行分解)或毋需再探明的事件，但一般它的故障分布是已知的，是导致其它事件发生的原因事件，位于故障树的底端，是逻辑门的输入事件而不能作为输出省略事件：又称为未展开事件或未探明事件。发生的概率较小，因此对此系统来说不需要进一步分析的事件；或暂时不必或暂时不可能探明其原因的底事件。条件事件：是可能出现也可能不出现的故障事件，当给定条件满足时这一事件就成立，否则不成立则删去。类别符号意义事件符号表7-1故障树常用的事件符