4.3故障类型影响与危险度分析

故障类型影响与危险度分析FailureModeEffectandCriticalityAnalysis景国勋教授/博导故障类型影响与危险度分析FailureModeEffectandCriticalityAnalysisFMEA的含义及特点基本概念故障模式及影响分析的步骤CA的分析(Criticalityanalysis)故障（Failure）故障模式（Failuremode）故障机理（Failureeffect）故障原因（Failurecause）故障等级（Failurelevel）第一节FMEA的含义及特点1.FMEA的含义(FailureModeandEffectsAnalysis)FMEA是安全系统工程中重要的分析方法，它采用系统分割的概念，根据实际需要分析的水平，把系统分割成子系统或进一步分割成元件。然后，按一定顺序进行系统分析和考察，查出系统中各子系统或元件可能发生的故障和故障所层现的状态（故障类型），进一步分析它们对系统或产品的功能造成的影响，提出可能采取的预防改进措施，以提高系统或产品的可靠性和安全性。1.FMEA的含义(FailureModeandEffectsAnalysis)Aprocedurebywhicheachpotentialfailuremodeinasystemisanalyzedtodeterminetheresults,oreffectsthereof,onthesystemandtoclassifyeachpotentialfailuremodeaccordingtoitsseverity.FailureMode,Effects,andCriticalityAnalysis(FMECA)isapowerfuldesignanalysistoolthatisusedtoincreasesystemreliability.Itcanbeappliedduringtheinitialdesignphaseortoexistingequipment.Tobemoreeffective,theFMECAshouldrelatetothenatureofthedesignprocessitself.Ineithercase,itconsidersoveralldesign,operating,andserviceproblems,whileatthesametimeaddressingprocessandsafetyproblems.第一节FMEA的含义及特点2.FMEA分析方法的特点FMEA是通过原因来分析系统故障。即用系统工程方法，从元件的故障开始，由下向上逐次分析其可能发生的问题，预测整个系统的故障，利用表格形式，找出不希望的初始原因事件。系统发生故障可能丧失其功能，FMEA除考虑系统中组成部分上下级的层次概念，如物理，时间空间关系，还主要考虑功能关系。从可靠性的角度看，则侧重于建立上级和下级的逻辑关系，因此FMEA是以功能为中心，以逻辑推理为重点的分析方法。第一节FMEA的含义及特点FMEA的含义及特点该方法是一种定性分析方法，不需要数据做预测依据只要有理论知识和过去故障的经验积累就可以了因而便于掌握，当个人知识不够时可以采用集思广益的办法进行分析该方法适用于产品设计、工艺设计、装备设计和预防维修等环节。第二节基本原理1.故障(Failure)指元件、子系统、系统在规定的运行时间、条件内达不到设计规定的功能。并不是所有的故障都能造成严重的后果，而是其中有些故障会影响系统不能完成任务或造成事故损失。一机电产品为例：从其制造、产出和发挥作用，一般都要经历规划、设计、选材、加工制造、装配、检验包装、储存、运输、安装、调试、使用、维修等环节。每一个环节都可能出现缺陷、失物、偏差与损伤，这都有可能使产品存在隐患，即处于一种可能发生的故障状态，特别是在动态负载、高速、高温、高压、低温、摩擦和辐射等条件下使用，发生故障的可能性更大。2.故障模式(Failuremode)故障模式是故障出现的状态，是故障现象的一种表征，由故障机理发生的结果—故障状态，相当医学上的疾病症状。Themannerbywhichafailureisobserved.generallydescribesthewaythefailureoccursanditsimpactonequipmentoperation一般机电产品、设备常见故障类型结构破损机械性卡住振动不能保持在指定位置上不能开启不能关闭误开误关内漏外漏超出允许上限超出允许下限间断运行运行不稳定意外运行错误指示流动不畅假运行不能开机不能关机不能切换提前运街滞后运行合人量过大输入量过小输出量过大输出量过小无输入无输出电短路电开路漏电其他第二节基本原理不同产品种类与故障类型水泵、涡轮机、发电机误启动、误停机、速度过快、反转、发热、线圈漏电容器泄露、不能降温、加热、断热冷却过分热交换器、配管堵塞、流路过大、泄露、变形、振动阀门、流量调节装置不能开启或不能闭和、开关错误、泄露、堵塞电力设备电阻变化、放电、接触不良、短路、漏电、断开计测装置信号异常、劣化、示值不准、损坏支撑结构变形、松动、缺损、脱落齿轮断裂、压坏、熔融、烧结、磨耗滚动轴承滚动体扎碎、磨损、压坏、烧结、腐蚀、裂纹滑动轴承磨损、变形、疲劳、腐蚀、胶合、破裂电动机磨损、变形、发热、腐蚀、绝缘破坏第二节基本原理故障模式与环境影响环境因素主要影响典型故障模式高温热老化金属氧化结构变化设备过热黏度下降蒸发绝缘失效接点接触电阻增大，金属材料表面电阻增大橡胶、塑料裂纹膨胀元件损坏、着火、低熔点焊锡缝开裂、焊点脱开丧失润滑特性低温增大黏度和浓度结冰现象脆化物理收缩元件性能改变丧失润滑特性电气机械功能变化、液体凝固、盲管破裂结构强度减弱、电缆损坏、蜡变硬、橡胶变脆结构失效、增大活动件的磨损、衬垫与密封垫失效、泄露铝电解电容器损坏、石英晶体不震荡、蓄电池容量降低高湿度吸收湿气电化反应锈蚀电解物理性能下降、电强度降低、绝缘电阻降低、介点常数增大机械强度下降影响功能、电气性能下降、增大绝缘体的导电性干燥干裂脆化粒化机械强度下降结构失效电气性能变化第二节基本原理3.故障原因(Failurecause)内因——固有的可靠性方面系统、产品的硬件设计不合理或存在潜在的缺陷系统、产品中零、部件有缺陷制造质量低，材质选用有错运输、保管、安装不善外因——使用可靠性方面环境条件使用条件3.故障原因(Failurecause)Thephysicalorchemicalprocess,designdefects,partmisapplication,qualitydefects,orotherprocessesthatarethebasicreasonforfailureorwhichinitiatethephysicalprocessbywhichdeteriorationproceedstofailure.第二节基本原理第二节基本原理4.故障机理(Failureeffect)指诱发零件、产品、系统发生故障的物理与化学过程、电学与机械过程，考虑某个故障是如何发生的，以及它发生的可能性有多大。Theconsequence(s)afailuremodehasontheoperation,function,orstatusofanitem.Failureeffectsareusuallyclassifiedaccordingtohowtheentiresystemisimpacted.1、外部原因2、对象3、结果第二节基本原理5.故障模式、故障机理与故障原因的关系内部原因外部原因故障原因故障机理故障模式可动接触部位固定接触部位弹簧线圈壳体过载电流尘埃有毒气体温度湿度接触部位磨损驱动部位疲劳接触不稳定点火花、噪声、温度上升接触部位破坏驱动部位破坏接触功能失效接触点变形可接触片变形线圈过热、烧坏弹簧疲劳、折断第二节基本原理6.故障等级（Failurelevel）故障等级是衡量故障对系统任务、人员和财务安全造成影响的尺度。人们根据故障的大小采取相应的措施。简单划分法：将故障模式对子系统或系统影响的严重程度分四个等级故障等级影响程度可造成的危害或损失Ⅳ致命性的可能造成死亡或系统损失Ⅲ严重的可能造成严重伤害、严重职业病、主要系统损坏Ⅱ临界的可能造成轻伤、职业病或次要系统损坏Ⅰ可忽略的不会造成轻伤、职业病，系统不会损坏第二节基本原理6.故障等级（Severityclassification）1、评点法：在难于取得可靠性数据的情况下。评点因素系数影响因素大小对系统造成影响的范围故障发生的频率防止事故的难易程度是否新设计iisCCCC21iC51100iCi6.故障等级（Failurelevel）Thisclassificationisassignedtoprovideaqualitativemeasureoftheworstpotentialconsequencesresultingfromdesignerrororitemfailure.Classificationsshouldbeassignedtoeachidentifiedfailuremodeandeachitemanalyzedinaccordancewiththelossstatementsbelow.Itmaynotbepossibletoidentifyanitemorafailuremodeaccordingtothelossstatementsinthefourcategoriesbelow,butsimilarlossstatementsbasedonvariousinputsandoutputscanbedevelopedandincludedinthegroundrulesfortheFMECAactivity.SeverityclassificationcategoriesthatareconsistentwithMIL-STD-882aredefinedasfollows:FailurelevelCategoryI–Catastrophic—Afailurethatmaycauseinjuryordeath.CategoryII–Critical—Afailurewhichmaycausesevereinjury,majorpropertydamage,ormajorsystemdamagethatwillresultinmajordowntimeorproductionloss.CategoryIII–Marginal—Afailurewhichmaycauseminorinjury,minorpropertydamage,orminorsystemdamagewhichwillresultindelayorlossofsystemavailabilityordegradation.CategoryIV–Minor—Afailurenotseriousenoughtocauseinjury,propertydamageorsystemdamage,butwillresultinunscheduledmaintenanceorrepair.AnexampleFMEAWorksheet:第二节基本原理6.故障等级2、查表法：评点因素内容点数故障影响大小造成生命损失造成相当损失功能损失5.03.01.0对系统造成的影响对系统造成二个以上重大损失对系统造成二个以上重大损失对系统无太大影响2.01.00.5发生频率易于发生能够发生不太发生1.51.00.7防止事故的可能性不能能够防止易于防止1.31.00.7是否新设计相当新的内容设计类似设计同一设计1.21.00.8第二节基本原理6.故障等级3、风险矩阵法—风险率：是故障概率和严重度综合评定的。严重度等级内容Ⅰ低的对系统任务无影响对子系统造成的影响可忽略通过调整故障易消除Ⅱ主要的对系统任务有影响