系统可靠性分析方法资料PPT课件

可靠性设计——IV.系统可靠性分析方法高嵩2020/5/26可靠性设计1本章内容1.故障模式影响及危害性分析法（FMECA）2.故障树分析法（FTA）3.事件树分析法（ETA）1.FMECA2020/5/26可靠性设计3内容提要概述FMECA的定义、目的和作用FMECA的方法FMECA的步骤系统定义故障模式影响分析危害性分析FMECA结果输出与注意的问题应用案例2020/5/26可靠性设计4概述元部件的故障对系统可造成重大影响灾难性的影响挑战者升空爆炸——发动机液体燃料管垫圈不密封致命性的影响起落架上位锁打不开以往设计师依靠经验判断元部件故障对系统的影响依赖于人的知识和工作经验2020/5/26可靠性设计5概述系统的、全面的和标准化的方法——FMECAFMECA的发展设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件故障设计更改、可靠性补偿是可靠性、维修性、保障性和安全性设计分析的基础2020/5/26可靠性设计6FMECA的概念FMECA的定义故障模式影响及危害性分析(FailureMode,EffectsandCriticalityAnalysis,记为FMECA)是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。FMECA是一种自下而上的归纳分析方法；FMEA和CA。2020/5/26可靠性设计7FMECA的概念FMECA的目的从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设计）、生产（生产可行性分析、工艺设计、生产设备设计与使用）和产品使用角度发现各种影响产品可靠性的缺陷和薄弱环节，为提高产品的质量和可靠性水平提供改进依据。2020/5/26可靠性设计8FMECA的概念FMECA的作用保证有组织地定性找出系统的所有可能的故障模式及其影响，进而采取相应的措施。为制定关键项目和单点故障等清单或可靠性控制计划提供定性依据；为制定试验大纲提供定性信息；为确定更换有寿件、元器件清单提供使用可靠性设计的定性信息；为确定需要重点控制质量及工艺的薄弱环节清单提供定性信息。可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。为可靠性（R）、维修性（M）、安全性（S）、测试性（T）和保障性（S）工作提供一种定性依据。2020/5/26可靠性设计9FMECA方法分类FMECA方法分类单独FMECA分析方法综合FMECA分析方法设计FMECA过程FMECAFMECA与FTA综合分析法（FTF法）FMECA与ETA综合分析法（ETF法）功能FMECA硬件FMECA软件FMECADMEA*1*2*3注：*1DMEA即DamageModeEffectsAnalysis（损坏模式影响分析）*2FTA即FaultTreeAnalysis（故障树分析）*3ETA即EventTreeAnalysis（事件树分析）2020/5/26可靠性设计10论证与方案阶段工程研制阶段生产阶段使用阶段方法功能FMECA·硬件FMECA·软件FMECA·损坏模式影响分析过程FMECA统计FMECA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、软件设计改进和保障性分析提供依据。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。分析研究产品使用过程中实际发生的故障、原因及其影响，为提供产品使用可靠性和进行产品的改进、改型或新产品的研制提供依据。产品寿命周期各阶段的FMECA方法2020/5/26可靠性设计11FMECA的步骤明确分析范围产品功能与任务分析确定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1系统定义2FMEA3CA2020/5/26可靠性设计12①系统定义明确分析范围根据系统的复杂度、重要程度、技术成熟性、分析工作的进度和费用约束等，确定系统中进行FMECA的产品范围产品层次示例约定层次——规定的FMECA的产品层次初始约定层次——系统最顶层最低约定层次——系统最底层2020/5/26可靠性设计13系统任务分析和功能分析描述系统的任务要求及系统在完成各种功能任务时所处的环境条件任务剖面、任务阶段分析明确系统中的产品在完成不同的任务时所应具备的功能、工作方式及工作时间等功能描述确定故障判据制定系统及产品的故障判据。选择FMECA方法等故障判据分析方法①系统定义2020/5/26可靠性设计14②故障模式影响分析FMEAFMEA的工作内容故障模式分析找出系统中每一产品所有可能出现的故障模式。故障原因分析找出每一个故障模式产生的原因。故障影响分析找出系统中每一产品的每一个可能的故障模式所产生的影响，并按这些影响的严重程度进行分类。2020/5/26可靠性设计15②故障模式影响分析FMEAFMEA的工作内容故障检测方法分析分析每一种故障模式是否存在特定的发现该故障模式的检测方法，从而为系统的故障检测与隔离设计提供依据。补偿措施分析针对故障影响严重的故障模式，提出设计改进和使用补偿的措施。2020/5/26可靠性设计16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故障影响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局部影响高一层次影响最终影响严酷度类别故障检测方法补偿措施备注12345678910111213对每一产品的每一故障模式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简要描述每一产品的所有故障模式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简要说明发生故障的的任务阶段与产品的工作方式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、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分配严酷度类别简要描述故障检测方法简要描述补偿措施本栏主要记录对其它栏的注释和补充说明②故障模式影响分析FMEA2020/5/26可靠性设计17③危害性分析(CA)目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系统中可能出现的产品故障的影响。CA是FMEA的补充或扩展，只有在进行FMEA的基础上才能进行CA。常用方法风险优先数（RiskPriorityNumber,RPN）法主要用于汽车等民用工业领域危害性矩阵法主要用于航空、航天等军用领域2020/5/26可靠性设计18③危害性分析(CA)风险优先数法RPN=OPR×ESR×DDROPR（OccurrenceProbabilityRanking）——故障模式发生概率等级ESR（EffectSeverityRanking）——影响严酷度等级DDR（DetectionDiffcultyRanking)——检测难度等级上述三项因素通过评分获得。因此，首先应给出各项因素的评分准则。2020/5/26可靠性设计19③危害性分析(CA)发生概率等级OPR用于评定某一特定的故障原因导致的某故障模式实际发生的可能性。等级故障发生的可能性参考值1稀少故障模式发生的可能性极低1/10623低故障模式发生的可能性相对较低1/200001/4000456中等故障模式发生的可能性中等1/10001/4001/8078高故障模式发生的可能性高1/401/20910非常高故障模式发生的可能性非常高1/81/22020/5/26可靠性设计20③危害性分析(CA)严酷度等级ESR用于评定所分析的故障模式的最终影响。等级故障影响的严重程度1轻微对系统的性能不会产生影响，用户注意不到的轻微故障2,3低对系统性能有轻微影响的故障，用户可能会注意到并引起轻微抱怨4,5,6中等引起系统性能下降的故障，用户感觉不舒适和不满意7,8高中断操作的重大故障或提供舒适性的子系统不能工作的故障，用户感到强烈不满意。但此类故障不会引起安全性后果也不违反政府法规9,10非常高引起生命、财产损失的致命故障或不符合政府法规的故障2020/5/26可靠性设计21③危害性分析(CA)检测难度等级DDR用于评定通过企业内部预定的检验程序查出引起所分析的故障模式的各种原因的可能性。等级检验程序查出故障的难度1,2非常低检验程序可以检出的潜在设计缺陷3,4低检验程序有较大机会检出的潜在设计缺陷5,6中等检验程序可能检出的潜在设计缺陷7,8高检验程序不大可能检出的潜在设计缺陷9非常高检验程序不可能检出的潜在设计缺陷10无法检出检验程序绝不可能检出的潜在设计缺陷2020/5/26可靠性设计22③危害性分析(CA)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123456789101112131415危害性矩阵法分类：定性和定量CA表2020/5/26可靠性设计23③危害性分析(CA)危害性矩阵图绘制危害性矩阵图的目的是比较每个故障模式的危害程度，进而为确定改进措施的先后顺序提供依据。危害性矩阵是在某一特定严酷度级别下，产品各个故障模式危害程度或产品危害度相对结果的比较。与RPN一样具有指明风险优先顺序的作用。ⅣⅢⅡⅠ危害性增加严酷度等级产品危害度Cr故障模式危害度Cm(j)故障概率等级M1M2122020/5/26可靠性设计24FMECA结果输出FMECA输出单点故障模式清单Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单可靠性关键件、重要件不可检测故障模式清单危害性矩阵图等FMEA/CA表2020/5/26可靠性设计25实施FMECA应注意的问题强调“谁设计、谁分析”的原则“谁设计、谁分析”的原则，也就是产品设计人员应负责完成该产品的FMECA工作，可靠性专业人员应提供分析必须的技术支持。实践表明，FMECA工作是设计工作的一部分。“谁设计、谁分析”、及时改进是进行FMECA的宗旨，是确保FMECA有效性的基础，也是国内外开展FMECA工作经验的结晶。如果不由产品设计者实施FMECA，必然造成分析与设计的分离，也就背离了FMECA的初衷。2020/5/26可靠性设计26实施FMECA应注意的问题重视FMECA的策划实施FMECA前，应对所需进行的FMECA活动进行完整、全面、系统地策划，尤其是对复杂大系统，更应强调FMECA的重要性。其必要性体现在以下几方面：结合产品研制工作，运用并行工程的原理，对所需的FMECA进行完整、全面、系统地策划，将有助于保证FMECA分析的目的性、有效性，以确保FMECA工作与研制工作同步协调，避免事后补做的现象。对复杂大系统，总体级的FMECA往往需要低层次的分析结果作为输入，对相关分析活动的策划将有助于确保高层次产品FMECA的实施。FMECA计划阶段事先规定的基本前提、假设、分析方法和数据，将有助于在不同产品等级和承制方之间交流和共享，确保分析结果的一致性、有效性和可比性。2020/5/26可靠性设计27实施FMECA应注意的问题保证FMECA的实时性、规范性、有效性实时性。FMECA工作应纳入研制工作计划、做到目的明确、管理务实；FMECA工作与设计工作应同步进行，将FMECA结果及时反馈给设计过程。规范性。分析工作应严格执行FMECA计划、有关标准/文件的要求。分析中应明确某些关键概念，比如：故障检测方法是系统运行或维修时发现故障的方法；严酷度是对故障模式最终影响严重程度的度量，危害度是对故障模式后果严重程度的发生可能性的综合度量，两者是不同的概念，不能混淆。有效性。对分析提出的改进、补偿措施的实现予以跟踪和分析，以验证其有效性。这种过程也是积累FMECA工程经验的过程。2020/5/26可靠性设计28实施FMECA应注意的问题FMECA的剪裁和评审FMECA作为常用的分析工具，可为可靠性、安全性、维修性、测试性和保障性等工作提供信息，不同的应用目的可能得到不