5故障模式影响及危害性分析与树

1、 故障模式、影响及危害性（Failure Modes and Effects Criticality Analysis），简称FMECA。如果不做危害性分析，则称为故障模式与影响分析（Failure Mode and Effect Analysis），简称FMEA。 故障模式、影响及危害性分析时一项重要的可靠性工作，从产品方案设计到工程研制阶段要反复地进行FMECA工作，以便能尽早地发现问题并及时地修正设计。 故障模式、影响及危害性分析还可为维修性、安全性、耐久性、易损性、后勤保障、维修方案以及失效检查和分系统设计提供信息。4. 失效分析在产品失效后，通过对产品的结构、使用和技术文件的逻辑性、

2、系统性检查，来鉴别失效并确定失效机理及基本原因。8. 8. 预防措施预防措施预防措施是指产品在设计、工艺、操作时应采取的纠正措预防措施是指产品在设计、工艺、操作时应采取的纠正措施。施。 以赛格反坦克导弹上控制分系统中拉线陀螺的FMECA工作为例，介绍故障模式、影响及危害性分析的应用。 1）系统定义 （1）功能：测量导弹滚转角速度位置，形成回输信号，传输给底面控制盒，作为形成控制指令的基准。 （2）功能框图：赛格反坦克导弹上控制分系统中拉线陀螺功能框图如图7-5所示。 （3）可靠性框图：赛格反坦克导弹上控制分系统中拉线陀螺可靠性框图如图7-6所示。知的，因而毋需再深究的因素为止。知的，因而毋需再

3、深究的因素为止。 故障树是表示事件因果关系的树状逻辑图。故障故障树是表示事件因果关系的树状逻辑图。故障树分析（树分析（FTAFTA）就是以故障树（）就是以故障树（FTFT）为模型对系统进）为模型对系统进行可靠性分析的方法。行可靠性分析的方法。 EFL2L1S1S2B2. 2. 故障树符号故障树符号(2) 或门或门 表示只要输入事件中的任何一个发生，则输出事件发生。表示只要输入事件中的任何一个发生，则输出事件发生。设与门共有设与门共有n个输入事件个输入事件Bi(i=1,2,n)，则其输出事件，则其输出事件A和输入事和输入事件的逻辑关系可表示为件的逻辑关系可表示为水管冻堵无保温层T0禁门故障树禁门

4、故障树(3) 禁门禁门 只有一个输入事件，只有一个输入事件，侧面的长圆框内视条件事件侧面的长圆框内视条件事件C，只有当该条件存在时，输入事只有当该条件存在时，输入事件件B才能导致输出事件才能导致输出事件A发生。发生。(4) 表决门表决门(n取取k门门) 表示表示n个输入事个输入事件中有任意件中有任意k个个(kn)同时存在时，则同时存在时，则输出事件发生。输出事件发生。水泵水泵ABC泵系统故障泵系统故障A故障故障2/3B故障故障C故障故障三取二系统故障树三取二系统故障树BAC+TOP+G1G2G3泵系统泵系统故障故障F故障故障E故障故障或或与与L1故障故障S1故障故障或或L2故障故障S2故故障障

5、或或EFL2L1S1S2B3. 3. 建树的一般步骤和方法建树的一般步骤和方法 2 2选择和确定顶事件选择和确定顶事件 通常把最不希望发生的系统故障状态作通常把最不希望发生的系统故障状态作为顶事件。它可以是借鉴其他类似系统发生过的重大故障事件，为顶事件。它可以是借鉴其他类似系统发生过的重大故障事件，也可是指定的事件。任何需要分析的系统故障事件都可作为顶事也可是指定的事件。任何需要分析的系统故障事件都可作为顶事件。但顶事件必须有明确的含义，而且一定是可以分解的。件。但顶事件必须有明确的含义，而且一定是可以分解的。4. 4. 构造发展故障树构造发展故障树潘存云教授研制上盖上盖控制面板控制面板进水口

6、进水口排水管排水管外箱体外箱体盛水桶盛水桶支撑拉杆支撑拉杆脱水桶脱水桶电动机电动机带传动带传动减速器减速器波轮波轮解解: (1)系统情况系统情况 此处主要分析洗衣机主系统，主要由电动此处主要分析洗衣机主系统，主要由电动机、传动系统和波轮组成。机、传动系统和波轮组成。带传动带传动脱水桶脱水桶波轮波轮传动系统传动系统电机电机(3)确定边界条件确定边界条件 此此处假设处假设“管路及其联接管路及其联接”、“导线和接头导线和接头”及电源均及电源均可靠可靠(2)确定顶条件确定顶条件 主系主系统不希望发生的故障有统不希望发生的故障有波轮不转、波轮转速过波轮不转、波轮转速过低、振动过大等。其中低、振动过大等。

7、其中最严重的故障事件是波最严重的故障事件是波轮不转。轮不转。电流电流过大过大B电动机不转电动机不转BAAB洗衣机系统简图洗衣机系统简图波轮波轮传动系统传动系统电机电机压缩不足压缩不足 无火花无火花 油箱内无油油箱内无油 活塞不能移动活塞不能移动 转动能量不足转动能量不足G1G2G3G4G6G5G7油管油管堵塞堵塞密封密封漏气漏气活塞环活塞环故障故障火花塞火花塞故障故障磁电机磁电机故障故障上次上次用完用完未检查未检查油箱油箱活塞活塞楔住楔住活塞杆活塞杆断裂断裂线路线路故障故障电池电池用完用完拉索拉索断裂断裂P1P2P3P4P5P6P7D1C1C2C3C4C5C10C11C12C6C7D2C8C9

8、轴承胶合轴承胶合汽化器汽化器故障故障l 割集：能使顶事件发生的一些底事件的集合，当这些底事件同时发生时顶事件必然发生，则这一集合称为割集。7.3.3 7.3.3 故障树的定性分析故障树的定性分析1.1.割集与路集割集与路集 割集：能使顶事件发生的一些底事件的集合，当这些割集：能使顶事件发生的一些底事件的集合，当这些底事件同时发生时顶事件必然发生，则这一集合称为割底事件同时发生时顶事件必然发生，则这一集合称为割集。集。 最小割集：如果割集中的任一底事件不发生时顶事件最小割集：如果割集中的任一底事件不发生时顶事件也不发生，则这样的割集称为最小割集。也不发生，则这样的割集称为最小割集。 路集：也是一

9、些底事件的集合，当这些底事件同时不路集：也是一些底事件的集合，当这些底事件同时不发生时，顶事件必然不发生。发生时，顶事件必然不发生。 最小路集：如果路集中的任一底事件发生，顶事件一最小路集：如果路集中的任一底事件发生，顶事件一定会发生时，这样的路集称为最小路集；或者说如果将定会发生时，这样的路集称为最小路集；或者说如果将路集中所含的底事件任意去掉一个就不再是路集，则这路集中所含的底事件任意去掉一个就不再是路集，则这样的路集即为最小路集。它代表系统的一种正常模式。样的路集即为最小路集。它代表系统的一种正常模式。2.2.求最小割集的方法求最小割集的方法1 1）下行法）下行法 特点是从顶事件开始往下

10、逐级进行特点是从顶事件开始往下逐级进行 对于图对于图7-177-17所给的故障树，下行法步所给的故障树，下行法步骤列于表骤列于表7-67-6。 由下而上进行，并利用集合由下而上进行，并利用集合运算规则进行简化，使得留下来运算规则进行简化，使得留下来的是不相互包含的事件的集合。的是不相互包含的事件的集合。 方法：求最小路集是利用它与最小割集的对偶性，首先做出与故障树对偶的成功树。就是把原来故障树的“与门”换成“或门”，而把“或门”换成“与门”，各类事件发生换成不发生。然后利用最小割集的求解方法，求出成功树的最小割集，经对偶变换后就是故障树的最小路集。 求最小路集要用对偶树，并利用上行法，但求最小

11、路集要用对偶树，并利用上行法，但计算时要把求最小割集的上行法中的符号计算时要把求最小割集的上行法中的符号“ ”与与“ ”调换。调换。1.1. “与门与门”结构的结构函数：结构的结构函数：2.2. 3.3. n n底事件数底事件数 4.4. 当当 仅取仅取0 0、1 1值时，结构函数值时，结构函数 也可以写成也可以写成: :5.5. 按布尔运算法则，只要其中一个按布尔运算法则，只要其中一个 （即第（即第i i个元部件正个元部件正常），则常），则 （即系统正常），由上一节的讨论知，其对（即系统正常），由上一节的讨论知，其对应的可靠性框图即为串联模型。应的可靠性框图即为串联模型。6.6. 2.“2.

12、“或门或门”结构的结构函数结构的结构函数有：有：当仅取当仅取0、1二值时，结构函数二值时，结构函数 为为按布尔运算法则，只要其中一个（即第按布尔运算法则，只要其中一个（即第i个元部件故个元部件故障），则（即系统故障），由上一节的讨论知，其对障），则（即系统故障），由上一节的讨论知，其对应的可靠性框图即为并联系统。应的可靠性框图即为并联系统。3. N 3. N 中取中取k k的结构函数（的结构函数（k/nk/n的结构函数）的结构函数）4. 4. 用最小割集表示故障树的结构函数用最小割集表示故障树的结构函数 由最小割集定义知道，如果在割集中任意去掉一个底事件就不再称为割集。也就是要求最小割集中所有

13、底事件都发生，该最小割集才存在。即： 式中， 第j 个最小割集； 第j 个最小割集中底事件。又由于至少存在一个最小割集，顶事件才发生，因此故障树的结构函数为式中， 系统最小割集数。5.用最小路集表示故障树的结构函数 式中， 第r 个最小路集存在； 第r 个最小路集不在； 第r 个最小路集中的底事件。故障树的结构函数 ： 系统的最小路集数 1.1.顶事件的概率的计算顶事件的概率的计算 在故障树中，底事件在故障树中，底事件i i表示第表示第i i个部件故障，那么状个部件故障，那么状态变量就表示第态变量就表示第i i个部件故障。计算底事件个部件故障。计算底事件i i发生的概率，发生的概率，也就是计算

14、随机变量的期望值：也就是计算随机变量的期望值： 的物理意义是：在的物理意义是：在 时间内事件时间内事件i i发生的概率发生的概率（即第（即第i i个部件的不可靠度）。个部件的不可靠度）。1 1）“与门与门”结构顶事件概率结构顶事件概率2 2）“或门或门”结构顶事件概率结构顶事件概率3 3）简单与或门结构）简单与或门结构 4 4）通过最小割集求顶事件发生的概率）通过最小割集求顶事件发生的概率（1）最小割集之间不相交的情况 式中， 在时刻t第j个最小割集存在的概率； 在时刻t第j个最小割集中第i个部件故障的概率； 最小割集数。 则（2 2）最小割集之间是相交的情况）最小割集之间是相交的情况 大多数情况下，底事件可以在几个最小割集中重复出现，也就是说最小割集之间是相交的。这样精确计算顶事件发生的概率就必须用相容事件的概率公式：式中， 第i,j,k 个最小割集； 最小割集数。 2. 2. 底事件的重要度分析底事件的重要度分析 常用的有底事件的概率重要度、底事件的相对概率重要度和底事件的结构重要度3种。1）底事件的概率重要度 底事件的概率重要度以符号 表示，它表示第i个底事件的概率重要度，