失效模式分析

1、4-1 失效模式、后果与严重度分析失效模式、后果与严重度分析 (FMECA) Failure Mode Effect and Criticality Analysis1 概述概述2 失效模式与后果分析失效模式与后果分析3 严重度分析严重度分析4-21 概述概述失效的定义：失效的定义：1、设备在规定条件下，不能完成其规定的功能；、设备在规定条件下，不能完成其规定的功能；2、设备在规定条件下，一个或几个不能达到其规定值；、设备在规定条件下，一个或几个不能达到其规定值；3、由于环境应力变化，导致功能丧失；、由于环境应力变化，导致功能丧失；4、即使设备在规定条件下具有完成规定功能的能力、即使设备在规定

2、条件下具有完成规定功能的能力，但因操作者的失误而造成产品功能丧失；，但因操作者的失误而造成产品功能丧失；4-3失效等级：失效等级：故障类型故障类型 分类原则分类原则 1 致命故障致命故障 导致人身伤亡、 重要总成报废、 重大经济损失或对导致人身伤亡、 重要总成报废、 重大经济损失或对环境造成重大危害。环境造成重大危害。 2 严重故障严重故障 导致重要总成、 零部件损坏， 且不可能在短时间内导致重要总成、 零部件损坏， 且不可能在短时间内修复。修复。 3 一般故障一般故障 导致性能下降，在短时间内修复导致性能下降，在短时间内修复 4 轻微故障轻微故障 一般随车工具在短时间可以修复一般随车工具在短

3、时间可以修复 4-4故障模式的分类故障模式的分类1、损坏型故障模式：裂纹、塑性变形、断裂等、损坏型故障模式：裂纹、塑性变形、断裂等2、退化型故障模式：老化、变质、表面防护脱落等、退化型故障模式：老化、变质、表面防护脱落等3、松脱型故障模式：松动、脱开、脱焊等、松脱型故障模式：松动、脱开、脱焊等4、失调型故障模式：间隙不适、流量不当、压力不当等、失调型故障模式：间隙不适、流量不当、压力不当等5、堵塞和渗漏型故障模式：堵、渗、漏等、堵塞和渗漏型故障模式：堵、渗、漏等6、功能型故障模式：功能不正常、功能不稳定等、功能型故障模式：功能不正常、功能不稳定等7、其它类型故障模式：润滑不良等、其它类型故障模

4、式：润滑不良等故障模式的比率故障模式的比率故障模式比率故障模式比率产品出现失效模式的百分比产品出现失效模式的百分比进一步分析失效原因，采取预防措施的可靠依据进一步分析失效原因，采取预防措施的可靠依据4-5轴承轴承离合器离合器连接器连接器齿轮齿轮发电机发电机电位器电位器继电器继电器腐蚀腐蚀18.7-6.3-6.327.512.3蠕变蠕变-形变形变2.56.623.7202.1-0.4侵蚀侵蚀3.1-疲劳疲劳4.4-1.7-2.3摩擦摩擦10.6-1.5-2.6氧化氧化-绝缘绝缘-1.6-12.31012.3裂痕裂痕0.5-磨损磨损60.283.48.16025.1252.4断裂断裂-10.047

5、.1204.61517.5其它其它-11.5-16.122.511.9几种机械零部件的失效模式及其比率几种机械零部件的失效模式及其比率4-62 失效模式与后果分析失效模式与后果分析一、一、FMEA FMECAFMEA 失效模式与后果分析失效模式与后果分析CA 严重度分析严重度分析 功能功能FMEA硬件硬件FMEA设计初期设计初期复杂系统复杂系统1、功能、功能FMEA和硬件和硬件FMEA4-72、FMEA 程序程序 FMEA基本程序基本程序:1、确定失效模式、确定失效模式2、绘制系统功能图和可靠性框图、绘制系统功能图和可靠性框图3、确定工作参数和功能、确定工作参数和功能4、查明所有、查明所有失效

6、模式失效模式、发生原因及、发生原因及后果后果5、按可能的、按可能的最坏后果最坏后果评定评定失效模式失效模式的的严重性级别严重性级别6、确定失效模式的检测方法及补救预防措施、确定失效模式的检测方法及补救预防措施7、提出修改方案及其他措施、提出修改方案及其他措施8、提交分析报告、提交分析报告4-8输输入入原原始始资资料料分析分析系统系统结构结构及各及各组成组成部分部分功用功用构造构造系统系统的可的可靠性靠性框图框图列出各列出各功能级功能级的失效的失效模式机模式机理效应理效应研究研究失效失效检测检测方法方法可可能能的的预预防防措措施施致命性致命性分析分析失效模失效模式概率式概率致命度致命度的估计的估

7、计输出填写输出填写FMECA表格表格FMECA分析过程4-9零件材料失效原因的分类零件材料失效原因的分类4-10断裂分类：断裂分类：根据裂纹发展过程根据裂纹发展过程沿晶断裂沿晶断裂穿晶断裂穿晶断裂根据受载性质根据受载性质疲劳断裂疲劳断裂静载断裂静载断裂冲击断裂冲击断裂根据完全断裂前的宏观变形根据完全断裂前的宏观变形脆性断裂脆性断裂韧性断裂韧性断裂4-11疲劳断裂原因：疲劳断裂原因：表面因素：表面粗糙度、划痕、碰伤等表面因素：表面粗糙度、划痕、碰伤等材质因素：材料的成分、机械性能、冶金特性等材质因素：材料的成分、机械性能、冶金特性等几何因素：圆角、倒角等几何因素：圆角、倒角等环境因素：环境介质、

8、环境温度等环境因素：环境介质、环境温度等载荷因素：载荷因素： 载荷性质、大小、变化速度等载荷性质、大小、变化速度等疲劳源疲劳源裂纹扩裂纹扩展区展区瞬断区瞬断区4-12项目项目失效模式失效模式失效原因失效原因可能后果可能后果发生概发生概率率严重性严重性可能措施可能措施发动机发动机壳壳破裂破裂工艺质量差工艺质量差材料缺陷材料缺陷运输中损坏运输中损坏搬运中损坏搬运中损坏内压过高内压过高导弹毁坏导弹毁坏0.0006严重严重严格控制原材料质严格控制原材料质量，消除缺陷。进量，消除缺陷。进行耐压试验，采用行耐压试验，采用合理包装，在运输合理包装，在运输中保护发动机中保护发动机推进剂推进剂药柱药柱断裂断裂孔

9、穴孔穴粘接面分离粘接面分离固化残余应力固化残余应力温度过低温度过低老化老化燃烧速度过燃烧速度过高；内压过高；内压过高；机壳在高；机壳在工作过程中工作过程中破裂破裂0.0001严重严重严格控制生产过程严格控制生产过程，确保工艺质量，确保工艺质量，严格控制在极限温严格控制在极限温度之内存储和使用度之内存储和使用。内衬内衬与外壳分离与外壳分离与药柱或隔与药柱或隔热层分离热层分离粘接剂不良粘接剂不良粘接控制不良粘接控制不良壳体成形后净壳体成形后净化不够化不够燃烧速度过燃烧速度过高；内压过高；内压过高；机壳在高；机壳在工作过程中工作过程中破裂破裂0.0001严重严重严格执行正常清洗严格执行正常清洗程序，

10、机巧清洗后程序，机巧清洗后严格检验，确保清严格检验，确保清除一切沾染物除一切沾染物例例 某一固体火箭发动机由推进剂药柱、内衬和发动机壳组成。绘制其某一固体火箭发动机由推进剂药柱、内衬和发动机壳组成。绘制其失效模式后果分析表失效模式后果分析表FMECA分析实例分析实例14-13FMECA分析的用途分析的用途1、在设计管理上的用途、在设计管理上的用途 FMECA与与线路应力分析线路应力分析的结合是可靠性预测、分配和评定的结合是可靠性预测、分配和评定时的一项原始资料。时的一项原始资料。 FMECA 是评定设计方案的手段是评定设计方案的手段 FMECA 是设计评审、质量复查、事故预想的依据和证明是设计

11、评审、质量复查、事故预想的依据和证明2、在其他用途、在其他用途 安排测试点、制造和质量控制，制定试验计划的一种依据。安排测试点、制造和质量控制，制定试验计划的一种依据。 制定检测程序、设计诊断装置的基础。制定检测程序、设计诊断装置的基础。 与试验结果和失效分析报告一起进行定性评定。与试验结果和失效分析报告一起进行定性评定。 可靠性维修，后勤保障分析的原始资料。可靠性维修，后勤保障分析的原始资料。 4-144-154-164-174.3 严重度分析严重度分析一、定性分析一、定性分析 A级，常发生。单一失效模式发生概率大于系统总失效级，常发生。单一失效模式发生概率大于系统总失效 概率的概率的20%

12、。 B级，较常发生。单一失效模式发生概率在系统总失效级，较常发生。单一失效模式发生概率在系统总失效 概率的概率的10%20%。 C级，偶尔发生。单一失效模式发生概率在系统总失效级，偶尔发生。单一失效模式发生概率在系统总失效 概率的概率的1%10%。 D级，很少发生。单一失效模式发生概率在系统总失效级，很少发生。单一失效模式发生概率在系统总失效 概率的概率的0.1%1%。 E级，极少发生。单一失效模式发生概率小于系统总失效级，极少发生。单一失效模式发生概率小于系统总失效 概率概率 的的0.1%。 4-18二、定量分析二、定量分析1、失效后果概率、失效后果概率失效后果失效后果 值值必然损失必然损失

13、1.0偶然损失偶然损失0 . 11 . 0很少损失很少损失1 . 00无影响无影响02、失效模式严重度数字、失效模式严重度数字610tCPmPt失效率后果失效率后果元件失效率元件失效率10-6/h为单位为单位任务阶段内的工作时间任务阶段内的工作时间失效模式相对频率失效模式相对频率4-193、产品严重度数字、产品严重度数字niPrtC16)10(in属于某一严重度的失效模式数属于某一严重度的失效模式数产品在该严重度下的最后一个失效模式产品在该严重度下的最后一个失效模式4-20若某产品的失效率若某产品的失效率 ，在某一任务阶段，出现两个，在某一任务阶段，出现两个II级严重的失效模式和一个级严重的失

14、效模式和一个IV严重失效模式。这三个失效模式的相对频率严重失效模式。这三个失效模式的相对频率分别为：分别为： ，失效后果概率均为，失效后果概率均为0.5，在该阶，在该阶段工作时间为段工作时间为1h，求该产品在此任务阶段，在严重性求该产品在此任务阶段，在严重性II下的下的 。 16102 . 7hp5 . 0, 2 . 0, 3 . 0321rmCC ,II级严重性的第一个失效模式的严重度数字为级严重性的第一个失效模式的严重度数字为mC求求08. 11011072. 03 . 05 . 010666tCPm72. 01011072. 02 . 05 . 010666tCPmII级严重性的第二个失

15、效模式的严重度数字为级严重性的第二个失效模式的严重度数字为4-218 . 11011072. 0)2 . 03 . 0(5 . 0)10()10()10()10(66626121616ttttCPPpPnpPrrC求求II级严重性的产品严重度数字为级严重性的产品严重度数字为4-22三、严重度矩阵三、严重度矩阵严重性级别严重性级别严重性级别严重性级别发生概率发生概率概率增加概率增加严重度数字严重度数字Cr低低高高ABCDEIVIIIIII严重度增加严重度增加4-23机车车辆机车车辆 FMEA分析实例分析实例国际铁路联盟的研究与试验机构的国际铁路联盟的研究与试验机构的B176委员会委员会（UIC

16、ORE B176）对机车车辆转向架进行了深入的研究，进行了大量的对机车车辆转向架进行了深入的研究，进行了大量的实验和评估，并为选择高速机车车辆的样机转向架进实验和评估，并为选择高速机车车辆的样机转向架进行了费用行了费用效能分析。效能分析。 决策基础的重要部分决策基础的重要部分4-24方法描述：方法描述：1、部件描述、部件描述2、与安全有关的各种部件的描述、与安全有关的各种部件的描述3、可能的故障、可能的故障4、损坏特征、可能的原因及其影响的评估、损坏特征、可能的原因及其影响的评估5、故障检测、故障检测6、目前的改进措施、目前的改进措施7、对系统的影响、对系统的影响4-25转向架转向架系系 统统

17、钢轨使钢轨使用区域用区域100钢轨与钢轨与轴箱间轴箱间的部件的部件200轴箱轴箱300轴箱与轴箱与转向架转向架间部件间部件400转向架转向架构架构架500转向架构转向架构架与车体架与车体间部件间部件600车体车体700轮轮/轨轨210轮对轮对220轴承轴承230一系一系悬挂悬挂410轮对导轮对导向装置向装置420轴箱定轴箱定位装置位装置421二系悬挂二系悬挂610转向架转向架-车车体的连接体的连接620抗侧滚抗侧滚装置装置630限位止挡限位止挡621弹簧弹簧装置装置611减振器减振器6124-26故障类型：故障类型：1、A型故障：由于生产或装配造成的功能丧失型故障：由于生产或装配造成的功能丧失

18、 通过工厂和检修保证状态良好通过工厂和检修保证状态良好2、B型故障：产品功能的逐渐退化型故障：产品功能的逐渐退化 引入一个正常的检测系统引入一个正常的检测系统3、C型故障：产品功能的突然丧失型故障：产品功能的突然丧失 4-27代码与零部件代码与零部件名名 称称110钢轨（使用钢轨（使用区域）区域）故障类型故障类型横向位移阻横向位移阻力降低，钢力降低，钢轨型面不符轨型面不符合设计规范合设计规范横向加速度横向加速度过高过高影响分析影响分析影响低，对影响低，对所有转向架所有转向架影响皆相同影响皆相同影响小，对影响小，对所有转向架所有转向架影响皆相同影响皆相同危害评价危害评价在最大运行速在最大运行速度时测得的钢度时测得的钢轨力是安全的轨力是安全的加速度超过正加速度超过正常值，横向钢常值，横向钢轨力增加轨力增加危险性危险性A机车车辆转向架机车车辆转向架FMEA表格表格4-28机车车辆转向架机车车辆转向架FMEA表格（续）表格（续）代码与零部件代码与零部件名名 称称210车轮车轮/钢轨钢轨230轮对轴承轮对轴承300轴箱轴箱故障类型故障类型车轮与钢轨车轮与钢轨的接触尺寸的接触尺寸不当不当轴箱过热轴箱过热轴箱破损轴箱破损影响分析影响分析磨损车轮型磨损车轮型面快速形成面快速形成大锥度大锥度影响不可避影响不