FMECA技术分析步骤简介

装甲车辆的FMECA 技术应用在产品设计中主要分为5 个步骤：

（1）系统定义：确定所有部件的功能，建立产品的功能框图和可靠性框图，确定系统的使用环境和任务剖面；

（2）识别各产品的所有故障模式；

（3）确定故障的高一级别影响：确定故障的检测方式，确定是否存在共因故障；

（4）确定故障模式的危害性、风险等级、关键产品清单（CIL）；

（5）设计改进：对高风险故障进行跟踪并提出改进建议。

FMECA 技术分析步骤可简化为图3-4 所示。

图3-4　FMECA 技术分析步骤

1.系统定义

（1）确定系统中进行FMECA 的产品范围，主要工作如下：

①确定系统的层次，一般分为系统层、子系统层、部件层和零件层；

②约定层次，即规定要开展FMECA 的产品层次；

③初始约定层次，即系统的最顶层；

④最低约定层次，即系统的最底层。

（2）描述系统的功能任务及系统在完成各种功能任务时所处的环境条件，主要工作如下：

①描述任务剖面、任务阶段及工作方式。任务剖面由多个任务阶段组成，工作方式分为可替换工作方式和有裕度工作方式。因此，在进行故障模式分析时，要说明产品的故障模式是在哪一个任务剖面的哪一个任务阶段的什么工作方式下发生的。

②进行功能描述。

（3）制定系统及产品的故障判据、选择FMECA 方法等，主要工作如下：

①故障判据；

②分析方法。

2.故障模式、影响分析（FMEA）

FMEA 可以表3-2 所示的形式完成。

表3-2　FMEA

表3-2 中各项含义如下：

（1）代码：对每一个产品的每一故障模式采用一种编码体系进行标识。

（2）产品的功能标志：记录被分析产品或功能的名称与标志。

（3）功能：简要描述产品所具有的主要功能。

（4）故障模式：根据故障模式分析结果简要描述每一产品的所有故障模式。

（5）故障原因：根据故障原因分析结果简要描述每一故障模式的所有故障原因。

（6）任务阶段与工作方式：简要说明发生故障的任务阶段与产品的工作方式。

（7）故障影响：根据故障影响分析的结果，简要描述每一个故障模式的局部影响、高一层次影响和最终影响并分别填入对应表格。

（8）严酷度类别根据最终影响分析的结果按每个故障模式分配严酷度类别。

（9）故障检测方法：简要描述故障检测方法。

（10）补偿措施：简要描述补偿措施。

（11）备注：主要记录其他的注释和补充说明。

1）故障模式分析

（1）故障与故障模式

故障是产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态，对机械产品也称为失效。故障模式是故障的表现形式，如轴断裂、作动筒间隙不当等。

（2）产品功能与故障模式

一个产品可能具有多种功能，每一个功能有可能具有多种故障模式，GJB 1391《故障模式、影响及危害性分析》中列出了一些常见的故障模式，见表3-3。

表3-3　常见的故障模式

机械产品典型故障模式主要分为：

①损坏型：如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等。

②退化型：如老化、腐蚀、磨损等。

③松脱型：如松动、脱焊等。

④失调型：如间隙不当、行程不当、压力不当等。(www.xing528.com)

⑤堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等。

⑥功能型：如性能不稳定、性能下降、功能不正常等。

⑦其他：如润滑不良等。

2）故障原因分析

故障原因主要分为直接原因和间接原因。直接原因为导致产品功能故障的产品自身的物理、化学或生物变化过程等，直接原因又称为故障机理。间接原因为其他产品的故障、环境因素和人为因素等外部原因。

3）故障影响分析

在每个约定层次下的故障影响分为：

（1）局部影响：某产品的故障模式对该产品自身和与该产品所在约定层次相同的其他产品的使用、功能或状态的影响。

（2）高一层次影响：某产品的故障模式对该产品所在约定层次的高一层次产品的使用、功能或状态的影响。

（3）最终影响：系统中某产品的故障模式对初始约定层次产品的使用、功能或状态的影响。

4）故障检测方法分析

故障检测方法一般包括目视检查、离机检测、原位测试等手段。故障检测一般分为事前检测与事后检测两类，对于潜在故障模式，应尽可能设计事前检测方法。

5）补偿措施分析

补偿措施一般分为设计补偿措施和操作人员补偿措施。

（1）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；安全或保险装置；可替换的工作方式（如备用或辅助设备）；可以消除或减轻故障影响的设计或工艺改进（如概率设计、计算机模拟仿真分析和工艺改进等）。

（2）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；一旦出现某故障后操作人员应采取最恰当的补救措施。

3.危害性分析（CA）

CA 主要分为定性分析和定量分析，可以通过表3-4 进行说明。

表3-4　CA

1）严酷度

产品故障造成的最坏后果的严重程度称为严酷度。GJB 1391 中对严酷度类别定义如下：

（1）Ⅰ类（灾难的）：这是一种会引起人员死亡或系统毁坏的故障。

（2）Ⅱ类（致命的）：这种故障会引起人员的严重伤害、重大经济损失或导致任务失败的系统严重损坏。

（3）Ⅲ类（临界的）：这种故障会引起人员的轻度伤害、一定的经济损失或导致任务延误或降级的系统轻度损坏。

（4）Ⅳ类（轻度的）：这是一种不足以导致人员伤害、一定的经济损失或系统损坏的故障，但它会导致非计划性维护或修理。

2）故障概率等级和故障数据

故障概率等级一般分为：A 级（经常发生，大于20%）；B 级（有时发生，10% ～20%）；C 级（偶然发生，1% ～10%）；D 级（很少发生，0.1% ～1%）；E 级（极少发生，小于0.1%）。故障数据可以通过预计值、分配值或外场评估值等获得。

3）故障模式频数比

故障模式频数比α 是产品的某一故障模式占其全部故障模式的百分比。如果考虑某产品所有可能的故障模式，则其故障模式频数比之和将为1。模式故障率λm 是指产品总故障率λP 与某故障模式频数比α 的乘积。

4）故障影响概率

故障影响概率β 是指某故障模式已发生时，导致确定的严酷度类别的最终影响的条件概率。某一故障模式可能产生多种最终影响，分析人员不但要分析出这些最终影响，还应进一步指明该故障模式引起的每一种故障影响百分比，此百分比即β。多种最终影响的β 值之和应为1。

5）故障模式危害度与产品危害度

（1）故障模式危害度：评价单一故障模式的危害性。

（2）产品危害度：评价产品的危害性。

式中：n——该产品的故障模式总数；

∑Cmi（j）——产品在第j 类严酷度类别下的所有故障模式的危害度之和。

4.输出清单

FMECA 输出清单主要如下：

（1）单点故障模式清单；

（2）Ⅰ类和Ⅱ类故障模式清单；

（3）不可检测故障模式清单；

（4）危害矩阵图（图3-5）；

（5）FMEA/CA 表。

图3-5　危害矩阵图