安全系统工程2.4

FMEA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

）五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析FailureModeandEffectsAnalysis(FMEA)

isanimportantanalyticalmethodofSSE.FMEAdividessystemintosubsystemsorsubassemblyaccordingtoneedofanalysislevel.Thenanalyzeandexaminethesysteminacertainordertodetectthepossiblefailuresandthefailuremodesofeachsubsystemorsubassembly.Finally,analyzetheireffectsonsystemandproposethepossiblesafeguardsaccordingly.

1.DefinitionofFMEA

1.FMEA的含义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。五、故障类型和影响分析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。五、故障类型和影响分析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。五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析2.BasicTerms

(1)FailureTheinabilityofsubassemblyorsystemtoperformitssettingfunctionwithinspecifiedtimeandconditionlimits.Notallfailurescauseseversconsequences,butinstead,somemayaffectthesystemandcauseittofailtofulfillitstasksorbringaccidents.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、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、摩擦和辐射等条件下使用，发生故障的可能性更大。五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析2.BasicTerms

(2)Failuremode

Failuremodeisthestatebywhichanitemfails;thewayinwhichthefailureofanitemoccurs;themodeorstatetheitemisinafteritfails.Itissimilartosymptominmedicine.Failuremodesareformsoffailurephenomenawhichareshownthroughdifferentfailuremechanism.Manyfailuremodesexistinonesystemorsubassembly.DifferentproductsandtheirfailuremodesareinTable2.9.

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五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析(2)Failuremode

2.BasicTerms

产品种类故障类型水泵、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、裂纹电动机磨损、变形、发热、腐蚀、绝缘破坏五、故障类型和影响分析(2)Failuremode

Environmentalsobringseffectsonsystem.2.BasicTerms

EnvironmentalFactorsEffectsTypicalFailureModesHighTemperature1.Thermalaging2.Metaloxidation3.Structuralchange1.Insulationfailure;2.Increasingcontactresistance;3.Crackingandinflatingofrubberandplastic;LowTemperature1.Increasingstickiness/density2.Freezing3.Becomingfragile1.Loosinglubrication;2.Functionchangesofelectricmechanism;3.Decreasingstructureintensity;HighMoisture1.Absorbingmoisture2.Electrifyingreaction3.Corroding1.Decreasingphysicalfunction;2.Decreasingmechanicalstrength;3.Affectingfunction;Dryness1.Becoming2.Dryfragile3.Granular1.Decreasingmechanicalstrength;2.Invalidstructure;3.Changesinelectricfunctions.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五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析(3)Failurecause

Failurecausesincludeinternalandexternalcausesthatbringfailuretocomponents,productsandsystem.

2.BasicTerms

Internalcauses—theinherentreliability

Externalcauses—reliabilityinusingincludingenvironmentandusagecondition.五、故障类型和影响分析(4)Failuremechanism

Itreferstothephysicsandchemical,electricalandmechanicalprocesseswhichbringaboutfailuresinsubassemblies,productsandsystems.Itstudieshowfailuresoccurandwhatisthepossibilityoftheoccurrence.

2.BasicTerms

五、故障类型和影响分析(4)Failuremechanism

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。2.BasicTerms

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、折断五、故障类型和影响分析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，系统不会损坏五、故障类型和影响分析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五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析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1.21.00.8五、故障类型和影响分析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但可忽略导致子系统功能下降出现的故障能够立即修复Ⅲ关键的系统功能有所下降子系统功能严重下降出现的故障不能立即修复Ⅳ灾难性的系统功能严重下降子系统功能全部丧失出现的故障需修理才消除五、故障类型和影响分析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。故障率等级内容Ⅰ很低的故障模式发生的概率小于全部概率的0.01Ⅱ低的故障模式发生的概率小于全部概率的0.01～0.1Ⅲ中等的故障模式发生的概率小于全部概率的0.1～0.2Ⅳ高的故障模式发生的概率大于全部概率的0.2五、故障类型和影响分析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。Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

ⅣⅣⅢⅡⅠ0五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析明确系统的情况和目的确定分析层次绘制功能框图和可靠性框图建立故障模式清单分析故障模式和影响评定故障等级研究故障检测方法提出预防措施填写FMEA表AnalysisstepofFMEA五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析Generally,FMEAisconsistedofthefollowingfoursteps:

Haveagoodcommandofthetargetsystem.Analyzefailuremodesofthesystemcomponents.AnalyzefailureeffectsDrawouttheFMEAtable.3.ProcessofFMEA

1、明确系统情况和目的：了解系统设计任务书、技术设计说明书、图纸、使用说明书、标准、规范、事故情报2、确定分析层次装置功能系统子系统部件分部件组成零件设备零件对装置的影响对系统的影响对子系统的影响对组成零件的影响系统功能级的FMEA部件级的FMEA组成零件级的FMEA设备部件级的FMEA五、故障类型和影响分析3、绘制功能框图和可靠性框图绘制这两种图的目的，是要从系统功能和可靠性方面弄清系统的构成情况，并以此作为故障类型和影响分析的出发点。一个系统可以由若干个功能不同的子系统组成（如动力、传动、工作、控制等子系统），一个子系统又是由更小的子系统或元件组成的。为了便于分析，要绘制各子系统及其所包含功能件的功能以及相互关系的框图，即功能框图。五、故障类型和影响分析可靠性框图是研究如何保证系统正常运行的一种系统图，而不是按系统的结构顺序绘制的结构图五、故障类型和影响分析

一般情况下，只有构成一个系统的子系统都能正常运行，才能保证系统正常运行时，用串联形式把子系统连接起来，如下图所示。系统子系统a子系统b子系统c串联图五、故障类型和影响分析

如果构成系统的任何一个子系统正常就能保证系统正常，则用并联连接，如下图所示。系统子系统a子系统b子系统c并联系统五、故障类型和影响分析

根据这种原则，也存在串-并联连接形式，如下图所示。同理，也可以绘制子系统与构成子系统各部分的可靠性连接形式。系统子系统a1子系统b子系统a2串并联系统子系统c1子系统c2五、故障类型和影响分析4、建立故障模式清单、分析故障模式及影响

这一步是实施FMEA的核心，根据理论知识、实践经验和有关故障资料，判明系统中所有实际可能出现的故障模式，即导致规定输出功能的异常和偏差。分析过程的出发点，不是从故障已发生开始考虑，而是分析现有设计方案，会有那种故障发生，即对每一种输出功能的偏差，预计可能发生什么故障，对部件、子系统、系统有什么影响及其程度，列出认为可能发生的全部故障。选定、判定故障模式是一项技术性很强的工作。五、故障类型和影响分析5W1H启发式分析方法：5W1H是Who、When、Where、What、Why、How的总称做什么

Whattodoit?为什么做

Whytodoit?何时做

Whentodoit?何地做

Wheretodoit?谁去做

Whotodoit?怎么做

Howtodoit?五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析5、研究故障检测法6、确定故障等级7、提出预防措施8、制定FMEA表五、故障类型和影响分析

表故障类型与影响分析(FMEA)记录表区域/工艺过程：

系统：

子系统：

分析人员：

日期：

项目标识符说明/描述失效模式影响后果现有安全措施LS风险度(R)建议对策措施

五、故障类型和影响分析1.

电机运行系统故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析

2.空气压缩机储罐的故障类型和影响分析

空气压缩机的储罐属于压力容器,其功能是储存空气压缩机产生的压缩空气。这里仅考察储罐的罐体和安全阀两个元素的故障类型及其影响,分析结果列于表五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析

把故障类型和影响分析从定性分析发展到定量分析，则形成了故障类型和影响、危险度分析（FMECA）.

4.FailureModesEffectsandCriticalityAnalysis

系统——致命度分析子系统日期：

制表：

主管：

1致命故障致命度计算234567891011121314项目编号故障模式运行阶段故障影响项目数数据来源运转周期可靠性指数五、故障类型和影响分析

故障类型和影响、危险度分析包括两个方面的分析：（1）故障类型和影响分析；（2）危险度分析。危险度分析的目的在于评价每种故障类型的危险程度。通常，采用概率——严重度来评价故障类型的危险度。概率是指故障类型发生的概率，严重度是指故障后果的严重程度。采用该方法进行危险度分析时，通常把概率和严重度分别划分为若干等级。

4.FailureModesEffectsandCriticalityAnalysis

致命度指数计算当用危险度一个指标来评价时,可按下式计算危险度:

式中C---系统的危险度;

n---导致系统重大故障或事故的故障类型数目;

λ---元素的基本故障率;

t---元素的运行时间;

α---导致系统重大故障或事故的故障类型数目占全部故障类型数目的比例;

β---导致系统重大故障或事故的故障类型出现时,

系统发生重大故障或事故的概率,

五、故障类型和影响分析五、故障类型和影响分析4.Failu