第六章系统失效分析.ppt

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1、沈阳理工大学装备工程学院,当产品未能按照规定的要求完成任务，即产品发生故障或失效。产品的失效分析即对产品失效模式，失效原因进行分析。通常采用的分析方法为：故障模式、影响分析（FMEA）及故障树（FTA）分析。 FMEA始于50年代初。美国Grumman飞机公司首先把FMEA用于战斗机操纵系统的设计分析中。 FTA始于60年代初。1961年美国贝尔电话研究所的H.A.Waston提出，并将其用于“民兵”导弹的发射控制系统的可靠性分析。 FMEA与FTA在我国也受到了广泛的重视及应用，颁布了国家标准故障树名词术语和符号及故障树分析程序。,第6章 系统失效分析,沈阳理工大学装备工程学院,1. 故障/

2、失效 对于修复的产品来说，产品丧失规定的功能称为故障。 对于不可修复的产品来说，产品丧失规定的功能称为失效。 2. 故障模式 故障模式是指元器件或产品故障的一种表现形式，一般是能被观察到的一种故障现象。 例如：炮弹的瞎火、早炸，弹簧的折断，火工品的受潮变质等。,第6章 系统失效分析,失效分析中的基本概念,沈阳理工大学装备工程学院,3. 失效机理 失效机理是指引起产品或元器件失效的物理、化学变化等的内在原因。 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、系统性检查，来鉴别失效并确定失效机理及其基本原因。 5. 故障影响 故障影响是指故障模式会造成对系统安全性、战备完好

3、性、任务成功性以及维修或后勤保障等要求的影响。一般分为：对自身、对上级及最终影响三个等级。,第6章 系统失效分析,沈阳理工大学装备工程学院,6. 危害度 它是指对某种故障模式出现的频率及其所产生的后果的相应量度。 7. 检测方法 它是指在每个故障模式发生时的检测手段和方法。 8. 预防措施 它是指产品在设计、工艺、操作时应采取的纠正措施。,第6章 系统失效分析,沈阳理工大学装备工程学院,FMEA实质是一种定性评价法，即使没有定量的可靠性数据，也能分析出问题的所在。 FMEA是从组成系统的最基本结构（零件和部件）可能产生的各种故障分析入手，逐级向上分析故障产生的影响，最终找出对系统的影响。它是由

4、下而上的一种分析方法。 为了使FMEA用于定量分析，加入了危害分析，这就是所说的故障模式、影响及危害度分析（FMECA）.,第6章 系统失效分析,故障模式、影响和危害性分析FME（C）A,沈阳理工大学装备工程学院,1、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）和使用过程中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。 2、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。 3、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。,第6章 系统失效分析,FMECA的目的,沈阳

5、理工大学装备工程学院,4、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。 5、为制定试验大纲提供定性信息。 6、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。 7、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。 8、 可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。,第6章 系统失效分析,沈阳理工大学装备工程学院,第6章 系统失效分析,FMECA步骤,沈阳理工大学装备工程学院,第6章 系统失效分析,FMECA分析报告,沈阳理工大学装备工程学院,第6章 系统失效分析,严酷度分类,沈阳理工大学装备工程学院,第6章 系统失效分析,故障概率等级,沈

6、阳理工大学装备工程学院,FMECA 作为故障分析的一种有力手段，在可靠性工作中发挥了巨大的作用，为了完成高水平的FMECA，注意以下几项 ： 1、时间性 2、层次性 3、灵活性 4、有效性 5、故障模式的完整性,第6章 系统失效分析,弹药系统进行FMECA的原则,沈阳理工大学装备工程学院,根据GJB1391-92故障模式、影响及危害性分析程度的要求，对弹药产品进行故障模式、影响及危害性分析，需要按如下步骤进行： 1、熟悉和掌握有关资料； 2、系统的定义 3、填写FMECA工作单 4、画危害度矩阵图 5、提交FMECA报告,第6章 系统失效分析,弹药系统进行FMECA的步骤,沈阳理工大学装备工程

7、学院,FTA是一种是60年代发展起来的用于大型复杂系统可靠性、安全性分析和风险评价的逻辑推理方法，它是研究系统的故障（或人们不希望发生的事件）与产生该故障的原因之间的因果关系。由上而下的找出的导致故障（顶事件）发生的所有可能的各种中间因素（中间事件），一直找到最基本原因（基本事件）。分析过程包括人为差错和环境因素的影响，并研究这些因素（事件）间的逻辑关系。 FTA表达直观，可用于系统可靠性的定性分析，也可以用于定量分析。它的分析图表类似一树状，故称故障树。,第6章 系统失效分析,故障树分析（FTA）,故障树分析应用范围：系统的可靠性分析、系统安全性分析与事故分析、改进系统设计、对系统的可靠性进

8、行评价。,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析的目的,故障树分析（FTA）,1）帮助判明可能发生的故障模式和原因。 2）发现可靠性和安全性薄弱环节，采取改进措施，以提高产品可靠性和安全性。 3）计算故障发生概率； 4）发生重大故障或事故后，FTA是故障调查的一种有效手段，可以系统而全面地分析事故原因，为故障“归零提供支持”。 5）指导故障诊断，改进使用和维修方案。 6）利用故障树可以在产品的设计阶段，帮助判明系统潜在故障； 7）在系统使用阶段可以用来作故障诊断，预测系统故障的发生及其原因，并可用来制定检修计划等。,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）,故障分析术语,1、顶事件：是指被

9、分析的系统不希望发生的事件，它位于故障树的顶端。-系统故障,2、中间事件：称故障事件。位于顶事件和底事件之间的事件。-需要进一步探明原因的事件,3、底事件：位于故障树底部的事件，在已建成的故障树中不必分解。（包含基本事件和未探明事件）-导致事件发生的基本原因,4、结果事件：由其他事件或事件组合所导致的事件。,沈阳理工大学装备工程学院,所谓事件，就是指描述系统、单元、部件零件的状态。系统按照规定要求完成功能称成功事件。系统完不成功能成为故障事件。 在分析故障时间的原因时，应包括人的因素及环境因素。 一般分析单元（或部件）失效形式时，其功能失效可分为四种形式： 1）过早投入运行； 2）规定时间不能

10、投入运行； 3）规定时间内中断运行； 4）运行期间单元（部件）失效。,故障树分析（FTA）,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析法的步骤： （1）建立故障树； （2）建立故障树的数学模型； （3）进行系统可靠性的定性分析； （4）进行系统可靠性的定量分析。,故障树分析（FTA）,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）,故障树常用事件符号,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）, 1）广泛收集并分析系统及其故障的有关资料； 2）选择顶事件； 3）建造故障树； 4）简化故障树。 ,建树步

11、骤,1）建立故障树； 2）故障树定性分析 3）故障树定量分析 4）重要度分析 5）分析结论：薄弱环节 6）确定改进措施,分析步骤,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）, 1）寻找顶事件的原因事件及原因事件的组合（最小割集）。 2）发现潜在的故障。 3）发现设计的薄弱环节，以便改进设计。 4）指导故障诊断，改进使用和维修方案。,故障树分析分定性分析与定量分析。,定性分析的目的,沈阳理工大学装备工程学院,割集、最小割集概念 ,故障树分析（FTA）,割集：故障树中一些底事件的集合，当这些底事件同时发生时，顶事件必然发生； 最小割集：最小割集是导致正规故障树事件发生的不能再缩减的底事件的集合

12、。若将割集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为割集了，这样的割集就是最小割集。,沈阳理工大学装备工程学院,最小割集对降低复杂系统潜在事故风险具有重大意义。,如果能使每个最小割集中至少有一个底事件恒不发 生(发生概率极低)，则顶事件就恒不发生(发生概率极 低) ，系统潜在事故的发生概率降至最低。,故障树分析（FTA）,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）,如果系统某一故障模式发生了，则一定是该系统中与其对应的某一个最小割集中的全部底事件全部发生了。进行维修时，如果只修复某个故障部件，虽然能够使系统恢复功能，但其可靠性水平还远未恢复。根据最小割集的概念，只有修复同一最小割集中的所有部件故

13、障，才能恢复系统可靠性、安全性设计水平。,最小割集可以指导系统的故障诊断和维修,沈阳理工大学装备工程学院,示例 根据与、或门的性质和割集的 定义，可方便找出该故障树的割集 是： X1,X2,X3,X1,X2,X3,X2,X1 ，X1,X3 根据与、或门的性质和割集的 定义，可方便找出该故障树的最小 割集是： X1,X2,X3,故障树分析（FTA）,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）,故障树,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）,用下行法求故障树的最小割集,最小割集为：X6,X4,X3,X4,X5,X1, X2,X3,下行法：对每一个输出事件，若是或门的输出， 则将该或门的

14、输入事件各排成一列，若是与门 输出，则将该门的输入事件排在同一行。,下行法,沈阳理工大学装备工程学院,上行法,故障树分析（FTA）,上行法：对每个结果事件，若下面是 或门，则将此结果事件表示为该或门 下的各输入事件的和；若下面是与门 ，则将此结果事件表示为该与门下的 输入事件的积。从底事件开始，由下 向上逐级进行。按照布尔运算的规则 ，将顶事件表示成积或和的最简式， 其中每一项对应于故障的一个最小割 集，从而得到故障树的所有最小割集。,E3=X1X2X3,E4=X3X4,E5=X4+X6,E6=X5+X6,E1=E3+E4=X1X2X3+X3X4,E2=E5E6=(X4+X6)(X5+X6) =X4X5+ X4X6 + X5X6 + X6X6 = X4X5 + X6,T=E1+E2=X1X2X3+X3X4+X6+X4X5,沈阳理工大学装备工程学院,故障树分析（FTA）,定量分析：确定底事件失效模式，失效分布及其参数，确定顶事件发生的概率。,若故障树最小割集C1，C2,Ck,已知底事件X1， X2， X3.Xn发生的概率时，求出顶事件发生的概率。,1）对故障树进行定性分析，求最小割集； 2）求出顶事件发生的概率（失效概率）。,步骤：,