第1-3可靠性分析概述

1.5可靠性分析可靠性分析是可靠性设计重要组成部分。表13可靠性分析的主要工作项目1故障模式、影响及危害性分析(FMECA)2故障树分析(FTA)3潜在通路分析4电路容差分析5耐久性分析可靠性分析下面简要介绍前两项可靠性分析工作具体内容1.5.1故障模式、影响及危害性分析(FMECA)(1)目的通过系统地分析，确定元器件、零部件、设备、软件在设计和制造过程中每一个产品层次所有可能的故障模式，以及每一故障模式的原因及影响程度，以便找出潜在的薄弱环节，并提出改进措施以提高产品的可靠性。(2)组成故障模式、影响及危害性分析（以下简称FMECA）由故障模式及影响分析（FMEA）和危害性分析（CA）两部分组成，只有在进行FMEA基础上，才能进行CA。FMECA方法分类设计FMECA过程FMECA功能FMECA硬件FMECA软件FMECA损坏模式及影响分析DMEA(3)FMECA分类及适用情况(a)FMECA分类图FMECA方法的分类统计FMECA方案论证阶段工程研制阶段生产阶段应用方法功能FMECA方法硬件FMECA方法软件FMECA方法生产工艺FMECA方法生产设备FMECA方法应用目的分析研究系统功能设计的缺陷与薄弱环节，为系统功能设计的改进和方案的权衡提供依据分析研究系统硬件、软件设计的缺陷与薄弱环节，为系统的硬件、软件设计改进和方案权衡提供依据。分析研究所设计的生产工艺过程的缺陷和薄弱环节及其对产品的影响，为生产工艺的设计改进提供依据。分析研究生产设备的故障对产品的影响，为生产设备的改进提供依据。(b)在产品寿命周期各阶段的FMECA方法的应用目的(表14)表14FMECA方法的应用目的FMECAFMEACA目的分析产品中所有可能产生的故障模式及其对产品所造成的所有可能影响,并按每一个故障模式的严酷度及其发生概率予以分类的一种自下而上进行归纳的分析技术分析产品中所有可能产生的故障模式及其对产品所造成的所有可能影响,并按每一个故障模式的严酷度予以分类的一种自下而上进行归纳的分析技术按每一个故障模式的严酷度及其发生的概率所产生的综合影响进行划等分类用途（1）找出产品的所有可能的故障模式及其影响，并进行定性、定量的分析，进而采取相应措施，并确认风险低于可接受水平（2）为确定严酷度为Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单和单点故障模式清单提供定性、定量依据（3）作为维修性（M）、安全性（S）、测试性（T）、保障性（S）设计与分析的输入（4）为确定可靠性试验、寿命试验的产品项目清单提供依据（5）为确定关键、重要件清单提供定性、定量信息（1）找出产品的所有可能的故障模式及其影响，并进行定性分析，进而采取相应的措施（2）为确定严酷度为Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单和单点故障模式清单提供定性依据（3）作为维修性（M）、安全性（S）、测试性（T）、保障性（S）设计与分析的输入（4）为确定可靠性试验、寿命试验的产品项目清单提供依据（5）为确定关键、重要件清单提供定性信息主要从风险分析的角度对FMEA进行补充、扩展表15FMECA、FMEA和CA的目的、用途明确分析范围产品功能与任务分析明确产品的故障判据故障模式分析故障原因分析故障影响分析故障检测方法分析补偿措施分析危害性分析得出分析结果系统定义FMEA(b)FMECA实施的步骤:初始约定层次产品任务审核第页·共页约定层次产品分析人员批准填表日期代码产品或功能标志功能故障模式故障原因任务阶段与工作方式故障影响严酷度类别故障检测方法设计改进措施使用补偿措施备注局部影响高一层次影响最终影响（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）对每一产品采用一种编码体系进行标识记录被分析产品或功能的名称与标志简要描述产品所具有的主要功能根据故障模式分析的结果，依次填写每一产品的所有故障模式根据故障原因分析结果，依次填写每一故障模式的所有故障原因根据任务剖面依次填写发生故障的的任务阶段与该阶段内产品的工作方式根据故障影响分析的结果，依次填写每一个故障模式的局部、高一层次和最终影响并分别填入第（7）栏-（9）栏根据最终影响分析的结果，按每个故障模式确定其严酷度类别根据产品故障模式原因、影响等分析结果，依次填写故障检测方法根据故障影响、故障检测等分析结果依次填写设计改进与使用补偿措施简要记录对其它栏的注释和补充说明表16故障模式及影响分析(FMEA)表表17危害性分析（CA）表初始约定层次产品任务审核第页•共页约定层次产品分析人员批准填表日期代码产品或功能标志功能故障模式故障原因任务阶段与工作方式严酷度类别故障模式概率等级或故障数据源故障率λp故障模式频数比α故障影响概率β工作时间t故障模式危害度Cm(j)产品危害度Cr（j）备注(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)a.FMECA方法中各约定层次的定义（1）约定层次——根据分析的需要，按产品的功能关系或复杂程度划分的产品功能层次或结构层次。这些层次一般从比较复杂的系统到比较简单的零件进行划分；（2）初始约定层次——进行FMECA总的完整的产品所在的层次，它是约定的产品第一分析层次；（3）其他约定层次——相继的约定层次（第二、第三、第四等）、这些层次表明了直至较简单的组成部分的有顺序的排列；（4）最低约定层次——约定层次中最低层的产品所在层次。它决定了FMECA工作深入、细致的程度。…液压系统451000其他系统主液压分系统451100辅助液压分系统451200缓冲瓶451110液压油箱451120柱塞液压泵ZB-34451130泵轴451131轴承组件451132柱塞451133飞机450000初始约定层次约定层次最低约定层次系统分系统装备设备零组件………图某型战斗机液压系统约定层次示例图c.定义严酷度类别严酷度是指产品故障模式所产生的最终影响的严重程度。应对产品故障模式的严酷度进行定义，进而对每一个故障模式按严酷度类别进行排序。严酷度类别是依据产品每个故障模式造成最终可能出现的人员伤亡、“初始约定层次”产品损坏和环境损害等方面的影响程度而确定的。表18产品常用的严酷度等级划分严酷度等级严重程度定义Ⅰ类（灾难的）引起人员死亡或产品（如飞机、导弹、坦克及舰船等）毁坏及重大环境损害Ⅱ类（致命的）引起人员严重伤害、或重大经济损失或导致任务失败、产品严重毁坏及严重环境损害Ⅲ类（中等的）引起人员中等程度伤害、或中等程度的经济损失，或导致任务延误或降级、产品中等程度损坏或中等程度的环境损害Ⅳ类（轻度的）不足以导致人员伤害、或轻度经济损失或产品轻度损坏及环境损害，但它会导致非计划性维护或修理1.5.2故障树分析(FTA)(1)目的通过对可能造成产品故障的各种因素进行析，能定性地确定产品故障发生的所有原因和原因组合，并定量地确定产品故障的发生概率。通过故障树分析，能够透彻了解系统，找出薄弱环节，改进产品设计、使用环境、维修方式等，提高产品可靠性，同时验证重大故障的发生概率是否能满足可靠性要求。(2)适用对象和情况FTA适用于电子、机电、机械，或者新研产品、老品、老品改进等各类产品。FTA适用于系统寿命周期的任何阶段，包括从设计阶段早期直至批生产前的各个设计阶段，以及生产和使用阶段。在设计阶段，FTA可帮助查找潜在的产品故障模式和灾难性危险因素，发现可靠性和安全性薄弱环节，改进设计；在生产和使用阶段，可以帮助对故障事件开展调查分析，更改设计或改进生产手段和使用维修方案。(3)主要内容(A)方法:FTA是将一个不希望的产品故障事件或灾难性的产品危险事件做为顶事件，通过由上向下的严格按层次的故障因果逻辑分析，建立故障树。逐层找出对上一层事件必要而充分的直接原因，最终找出导致顶事件发生的所有原因（包括硬件、软件、环境、人为因素等）和原因组合，即各个底事件。在具有基础数据时计算出顶事件发生概率和底事件重要度等定量指标。下面介绍建立故障树概念和具体实施。中间事件MABCDAEDBEC顶事件T.++++图故障树示例(B)选择顶事件顶事件是建立故障树的基础，选择的顶事件不同，则建立的故障树也不同。在进行故障树分析时，选择顶事件的方法如下：（a）在设计过程中进行FTA时，一般从那些显著影响产品技术性能、经济性、可靠性和安全性的故障中选择确定顶事件。（b）在FTA之前若已进行了FME(C)A，则可以从故障严酷度为Ⅰ、Ⅱ类的系统故障模式中选择其中一个故障模式确定为顶事件。（c）发生重大故障或者事故后，可以将此类事件作为顶事件，通过故障树分析为故障归零提供依据。对于顶事件必须严格选择，否则建出的故障树将达不到预期的目的。大多数情况下，产品会有多个不希望事件，应对它们一一确定，分别作为顶事件建立故障树并进行分析（见下面示例图）。(C)建造故障树故障树的建立故障树是一种特殊的倒立树状因果关系逻辑图。它用事件符号、逻辑门符号和转移符号(△▽子树转移符号)描述系统中各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的“因”，逻辑门的输出事件是输入事件的“果”。序号符号名称说明1基本事件（底事件）在特定的故障树分析中无须探明其发生原因的底事件。2未探明事件原则上应进一步探明其原因但暂时不必或者不能探明其原因的底事件。3结果事件（中间事件或顶事件）故障树分析中由其他事件或者事件组合所导致的事件。其中，位于故障树顶端的结果事件为顶事件，位于顶事件和底事件之间的结果事件为中间事件。a.故障树常用事件及其符号序号符号名称说明1与门表示仅当所有输入事件发生时，输出事件才发生。2或门表示至少一个输入事件发生时，输出事件就发生。+·b.故障树常用逻辑门及其符号故障树c.故障树分析图的组成:基本事件：是无需探明其发生原因的底事件底事件是故障树中仅导致其他事件的原因事件。它位于所讨论的故障树底端，总是某个逻辑门的输入事件而不是输出事件未探明事件：是原则上应进一步探明其原因但暂时不必或者不能探明其原因的底事件顶事件：是故障树分析中所关心的最后结果事件。它位于故障树的顶端，代表了系统不希望发生的事件中间事件是位于底事件和顶事件之间的结果事件E0E23E1E2E3＋●故障树d.故障树分析图的组成:E0E23E1E2E3或门：当输入事件中至少有一个发生时，则输出事件发生，这种关系称为事件并,用逻辑“或门”描述与门：门的输入事件同时发生时，输出事件必然发生，这种逻辑关系称为事件交，用逻辑“与门”描述E0E23E1E2E3＋●e.建故障树示例＿不同顶事件１电机电源开关电机工作原理图电路开关合上后电动机不转开关合上后线路上无电流电动机故障电源故障＋＋线路故障f.建故障树示例＿不同顶事件２电机电源开关电机工作原理图电动机不转开关合上后线路上无电流电动机故障电源故障＋线路故障开关未合＋人误使开关未合开关故障合不上＋(6)FTA与FMECA的对比(见下表22)对比项目FMECAFTA目的分析设计，识别缺陷识别导致重要故障的路径对象预想的所有可能的故障预想的产品某个或某些重大事故范围硬件为主的单因素分析硬件、软件、人因等多因素分析方法归纳法填表演绎法建树输入设计资料，经验数据设计数据、经验数据输出FMECA报告，项目清单故障树分析及报告用途保证固有可靠性、支持维修性、安全性分析和质量保证保证安全性、可靠性、指导设计改进特点全面分析普遍进行重点分析责任人工程设计人员做，可靠性人员审查工程设计人员与可靠性人员共同做FMECA的结果可为FTA提供顶事件1.5.3潜在电路分析（SCA）a.目的潜在分析可分为针对电路的潜在电路分析、软件的潜在分析和液、气管路系统的潜在分析。此处仅介绍潜在电路分析。潜在电路是电子/电气系统中的一种设计意图之外的状态，在一定的条件下，导致产品产生非期望功能或抑制期望功能。它具有潜藏性，而一旦激励条件得以满足，表现出“突然发生”、“出人意料”、“巨大破坏性”等特点。对电子/电气系统的危害是巨大的，由于产品规模较大、复杂、设计人员对设计要求理解不一致等原因，很容易在设计中引进潜在电路。特定条件下才会被激发，一般很难通过试验或仿真手段予以发现