可靠性分析概述.ppt

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1.5.1,故障模式、影响及危害性分析,(FMECA),(,1,),目的,通过系统地分析，确定元器件、零部件、设备、软件在设计和制造过程中每一个,产品层次,所有可能的故障模式，以及每一故障模式的原因及影响程度，,以便找出潜在的薄弱环节，并提出,改进,措施以,提高,产品的,可靠性,。,(2),组成,故障模式、影响及危害性分析（以下简称,FMECA,）由故障模式及影响分析（,FMEA,）和危害性分析（,CA,）,两部分组成,，,只有在进行,FMEA,基础上，才能进行,CA,。,FMECA,方法分类,设计,FMECA,过程,FMECA,功能,FMECA,硬件,FMECA,软件,FMECA,损坏模式及影响分析,DMEA,(3)FMECA,分类及适用情况,(a)FMECA,分类,图,FMECA,方法的分类,统计,FMECA,(b),在产品寿命周期各阶段的,FMECA,方法的应用目的,(,表,14),表,14,FMECA,方法的应用目的,FMECA,FMEA,CA,目的,分析产品中所有可能产生的故障模式及其对产品所造成的所有可能影响,并按每一个故障模式的严酷度及其发生概率予以分类的一种自下而上进行归纳的分析技术,分析产品中所有可能产生的故障模式及其对产品所造成的所有可能影响,并按每一个故障模式的严酷度予以分类的一种自下而上进行归纳的分析技术,按每一个故障模式的严酷度及其发生的概率所产生的综合影响进行划等分类,用,途,（,1,）找出产品的所有可能的故障模式及其影响，并进行定性、定量的分析，进而采取相应措施，并确认风险低于可接受水平,（,2,）为确定严酷度为,、,类故障模式清单和单点故障模式清单提供定性、定量依据,（,3,）作为维修性（,M,）、安全性（,S,）、测试性（,T,）、保障性（,S,）设计与分析的输入,（,4,）为确定可靠性试验、寿命试验的产品项目清单提供依据,（,5,）为确定关键、重要件清单提供定性、定量信息,（,1,）找出产品的所有可能的故障模式及其影响，并进行定性分析，进而采取相应的措施,（,2,）为确定严酷度为,、,类故障模式清单和单点故障模式清单提供定性依据,（,3,）作为维修性（,M,）、安全性（,S,）、测试性（,T,）、保障性（,S,）设计与分析的输入,（,4,）为确定可靠性试验、寿命试验的产品项目清单提供依据,（,5,）为确定关键、重要件清单提供定性信息,主要从风险分析的角度对,FMEA,进行补充、扩展,表,15 FMECA,、,FMEA,和,CA,的目的、用途,(b)FMECA,实施的步骤,:,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,故障影响,严酷度类别,故障检测方法,设计改进措施,使用补偿措施,备注,局部影响,高一层次影响,最终,影响,（,1,）,（,2,）,（,3,）,（,4,）,（,5,）,（,6,）,（,7,）,（,8,）,（,9,）,（,10,）,（,11,）,（,12,）,（,13,）,（,14,）,对每一产品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，依次填写每一产品的所有故障模式,根据故障原因分析结果，依次填写每一故障模式的所有故障原因,根据任务剖面依次填写发生故障的的任务阶段与该阶段内产品的工作方式,根据故障影响分析的结果，依次填写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，按每个故障模式确定其严酷度类别,根据产品故障模式原因、影响等分析结果，依次填写故障检测方法,根据故障影响、故障检测等分析结果依次填写设计改进与使用补偿措施,简要记录对其它栏的注释和补充说明,表,16,故障模式及影响分析,(FMEA),表,表,17,危害性分析（,CA,）表,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,故障模式概率等级或故障数据源,故障率,p,故障模式频数比,故障影响概率,工作时间,t,故障模式危害度,C,m,(j),产品危害度,C,r,（,j,）,备注,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10),(11),(12),(13),(14),(15),a.FMECA,方法中各约定层次的定义,（,1,）约定层次,根据分析的需要，按产品的功能关系或复杂程度划分的产品功能层次或结构层次。这些层次一般从比较复杂的系统到比较简单的零件进行划分；,（,2,）初始约定层次,进行,FMECA,总的完整的产品所在的层次，它是约定的产品第一分析层次；,（,3,）其他约定层次,相继的约定层次（第二、第三、第四等）、这些层次表明了直至较简单的组成部分的有顺序的排列；,（,4,）最低约定层次,约定层次中最低层的产品所在层次。它决定了,FMECA,工作深入、细致的程度。,液压系统,451000,其他系统,主液压分系统,451100,辅助液压分系统,451200,缓冲瓶,451110,液压油箱,451120,柱塞液压,泵,ZB-34,451130,泵轴,451131,轴承组件,451132,柱塞,451133,飞机,450000,初始约定层次,约定层次,最低约定层次,系统,分系统,装备,设备,零组件,图 某型战斗机液压系统约定层次示例图,c.,定义严酷度类别,严酷度是指产品故障模式所产生的最终影响的严重程度。应对产品故障模式的严酷度进行定义，进而对每一个故障模式按严酷度类别进行排序。,严酷度类别是依据产品每个故障模式造成最终可能出现的人员伤亡、,“,初始约定层次,”,产品损坏和环境损害等方面的影响程度而确定的。,表,18,产品常用的严酷度等级划分,严酷度等级,严 重 程 度 定 义,类（,灾难的,）,引起人员死亡或产品（如飞机、导弹、坦克及舰船等）毁坏及重大环境损害,类（,致命的,）,引起人员严重伤害、或重大经济损失或导致任务失败、产品严重毁坏及严重环境损害,类（,中等的,）,引起人员中等程度伤害、或中等程度的经济损失，或导致任务延误或降级、产品中等程度损坏或中等程度的环境损害,类（,轻度的,）,不足以导致人员伤害、或轻度经济损失或产品轻度损坏及环境损害，但它会导致非计划性维护或修理,1.5.2,故障树分析,(FTA),(1),目的,通过对可能造成产品故障的各种因素进行析，能,定性地,确定产品故障发生的所有,原因和原因组合,，并,定量地,确定产品,故障的发生概率,。,通过故障树分析，,能够透彻了解系统，找出薄弱环节，改进产品设计、使用环境、维修方式等,，提高产品可靠性，同时验证重大故障的发生概率是否能满足可靠性要求。,(2),适用对象和情况,FTA,适用于电子、机电、机械，或者新研产品、老品、老品改进等各类产品。,FTA,适用于系统寿命周期的,任何阶段,，包括从设计阶段早期直至批生产前的各个设计阶段，以及生产和使用阶段。,在设计阶段,，,FTA,可帮助查找,潜在的产品故障模式,和,灾难性危险因素,，发现可靠性和安全性薄弱环节，改进设计；,在生产和使用阶段,，可以帮助对,故障事件开展调查分析,，更改设计或改进生产手段和使用维修方案。,(3),主要内容,(A),方法,:,FTA,是将一个不希望的产品故障事件或灾难性的产品危险事件做为,顶事件,，通过,由上向下,的严格,按层次的故障因果逻辑分析,，,建立故障树,。,逐层找出对上一层事件必要而充分的直接原因，最终找出导致顶事件发生的所有,原因,（包括硬件、软件、环境、人为因素等）,和原因组合,，,即各个底事件,。,在具有,基础数据时,计算出,顶事件发生概率,和,底事件重要度,等,定量指标,。,下面介绍,建立故障树概念和具体实施,。,图 故障树示例,THANK YOU,SUCCESS,2025/4/6 周日,15,可编辑,(B),选择顶事件,顶事件是建立故障树的基础，选择的顶事件不同，则建立的故障树也不同。,在进行故障树分析时，选择顶事件的方法如下：,（,a,）在设计过程中进行,FTA,时，一般从那些,显著影响产品技术性能、经济性、可靠性和安全性的故障中选择,确定顶事件。,（,b,）在,FTA,之前若已进行了,FME(C)A,，则可以从故障,严酷度为,、,类的系统故障模式,中选择其中一个故障模式确定为顶事件。,（,c,）发生,重大故障或者事故后,，可以将,此类事件,作为顶事件，通过故障树分析为故障归零提供依据。,对于顶事件必须严格选择，否则建出的故障树将达不到预期的目的。大多数情况下，产品会有多个不希望事件，应对它们一一确定，分别作为顶事件建立故障树并进行分析（见下面,示例图,）。,(C),建造故障树,故障树的建立,故障树是一种特殊的,倒立树状,因果关系逻辑图。,它用事件,符号、逻辑门符号,和转移符号,(,子树转移符号,),描述系统中各种事件之间的因果关系。,逻辑门的输入事件是输出事件的,“,因,”,，逻辑门的输出事件是输入事件的,“,果,”,。,序号,符号,名称,说明,1,基本事件,（,底事件,）,在特定的故障树分析中无须探明其发生原因的底事件。,2,未探明事件,原则上应进一步探明其原因但暂时,不必或者不能,探明其原因的,底事件,。,3,结果事件,（,中间事件,或,顶事件,）,故障树分析中由其他事件或者事件组合所导致的事件。其中，位于故障树顶端的结果事件为顶事件，位于顶事件和底事件之间的结果事件为中间事件。,a.,故障树常用事件及其符号,序号,符 号,名 称,说 明,1,与门,表示仅当所有输入事件发生时，输出事件才发生。,2,或门,表示至少一个输入事件发生时，输出事件就发生。,b.,故障树常用逻辑门及其符号,故,障,树,c.,故障树分析图的组成,:,基本事件：是无需探明其发生原因的底事件,底事件是故障树中仅导致其他事件的原因事件。它位于所讨论的故障树底端，总是某个逻辑门的输入事件而不是输出事件,未探明事件：是原则上应进一步探明其原因但暂时不必或者不能探明其原因的底事件,顶事件：是故障树分析中所关心的最后结果事件。它位于故障树的顶端，代表了系统不希望发生的事件,中间事件是位于底事件和顶事件之间的结果事件,E,0,E,23,E,1,E,2,E,3,故,障,树,d.,故障树分析图的组成,:,E,0,E,23,E,1,E,2,E,3,或门：当输入事件中至少有一个发生时，则输出事件发生，这种关系称为事件并,用逻辑,“,或门,”,描述,与门：门的输入事件同时发生时，输出事件必然发生，这种逻辑关系称为事件交，用逻辑,“,与门,”,描述,E,0,E,23,E,1,E,2,E,3,e.,建故障树,示例,不同顶事件,电路开关合上后,电动机不转,开关合上后,线路上无电流,电动机,故障,电源,故障,线路,故障,f.,建故障树,示例,不同顶事件,电动机不转,开关合上后,线路上无电流,电动机,故障,电 源,故 障,线 路,故 障,开关未合,人误,使开关,未合,开关故障,合不上,(6)FTA,与,FMECA,的对比,(,见下表,22),对比项目,FMECA,FTA,目的,分析设计，识别缺陷,识别导致重要故障的路径,对象,预想的所有可能的故障,预想的产品某个或某些重大事故,范围,硬件为主的单因素分析,硬件、软件、人因等多因素分析,方法,归纳法填表,演绎法建树,输入,设计资料，经验数据,设计数据、经验数据,输出,FMECA,报告，项目清单,故障树分析及报告,用途,保证固有可靠性、支持维修性、安全性分析和质量保证,保证安全性、可靠性、指导设计改进,特点,全面分析普遍进行,重点分析,责任人,工程设计人员做，可靠性人员审查,工程设计人员与可靠性人员共同做,FMECA,的结果可为,FTA,提供顶事件,1.5.3,潜在电路分析（,SCA,）,a.,目的,潜在分析可分为针对电路的潜在电路分析、软件的潜在分析和液、气管路系统的潜在分析。此处,仅介绍潜在电路分析,。,潜在电路是电子,/,电气系统中,的一种设计意图之外的状态，在一定的条件下，,导致产品产生非期望功能或抑制期望功能。,它具有潜藏性,，而一旦激励条件得以满足，表现出,“,突然发生,”,、,“,出人意料,”,、,“,巨大破坏性,”,等特点。对电子,/,电气系统的危害是巨大的，,由于产品规模较大、复杂、设计人员对设计要求理解不一致等原因，很容易在设计中引进潜在电路。,特定条件下才会被激发，一般很难通过试验或仿真手段予以发现,。潜在电路分析的目的就是在假设所有元器件及部件均未失效的情况下，发现电路中在一定的激励条件下可能产生非期望功能或抑制期望功能的潜在状态，以保证电路安全可靠。,b.,基本概念,(1),潜在电路：,属于非失效相关的设计问题。潜在电路包括四种表现形式：潜在路径、潜在时序、潜在指示和潜在标志。,(2),潜在路径：,电流所流经的非期望路径。,(3),潜在时序：,数据或逻辑信号以非期望或矛盾的时间顺序、或在非期望的时刻、或延续一个非期望的时间段发生，从而使系统出现的异常状态。,(4),潜在指示：,系统运行状况的模糊或错误的指示。潜在指示可能误导系统或操作人员做出非期望的反应。,(5),潜在标志：,系统功能的错误或不确切的标志。潜在标志可能会误导操作人员。,(6),网络树：,对电路系统进行划分和简化后获得的树状网络示意图。该图能简明地表达相互连通的元器件之间的连接关系。,(8),网络森林：,网络树的集合。,(9),功能网络森林：,与某电路功能有关的网络森林。,(10),线索：,一种分析用的问题提示，根据该提示，分析者易于识别电路系统是否具有该线索所提示的运行状态，并判定其是否属于设计意图之外的状态，即潜在状态。,(11),线索表：,由一系列线索组成并按一定的规则进行组织的线索清单。,(12),源：,电路系统实现其预期功能的信号和数据的源头，在潜在电路分析中通常作为路径追踪的起点。,(13),目标：,电路系统实现其预期功能的执行部件或关键部件，如功能信号执行部件等，非期望地激活或抑制它将引发一个非期望事件，在潜在电路分析中通常作为路径追踪的终点。,类似电路拓扑模式表现出类似电路行为的原理,所有的电路都可归纳为由五种基本的电路拓扑模式组成，这五种电路拓扑模式如图所示，,它们是：直线形、电源拱形、接地拱形、组合拱形及,H,形。,直线形 电源拱形 接地拱形 组合拱形,H,形,图 五种基本电路拓扑模式,由于每个基本电路拓扑模式所有可能的电路行为是易于掌握的，因此识别出一个电路中存在哪些电路拓扑模式就能使分析人员易于识别该电路的全部行为，从而识别出系统中的潜在电路。,网络树示例,分析网络树，结合范例电路系统的实际运行情况，确认在树上的元器件确实承受双向电流的情况，如果确认这是设计所不允许的，即可判定它为潜在电路。其他网络树分析相同。,分析人员要将发现的潜在电路与设计人员进行交流确认，即对初步分析结论进行反馈交流，最后双方对结论达成一致意见后，组织对分析报告进行评审验收。具体过程略。,1.5.4,电路容差分析,a.,目的,分析电路的组成部分在规定的使用温度范围内其参数偏差和寄生参数对电路性能容差的影响，并根据分析结果提出相应的改进措施。,电路性能参数发生变化原因,电路性能参数发生变化的主要现象有：,性能不稳定、参数发生漂移、退化,等，造成这些现象的原因有以下三种：,（,1,）组成电路的元器件参数存在着公差,电路设计时通常只采用元器件参数的标称值进行设计计算，忽略了参数的公差。标称值确定的电路性能参数会出现参数偏差。这种原因产生的参数偏差是固定的,;,（,2,）环境条件的变化产生参数漂移,环境温度、相对湿度的变化，电应力的波动，会使电子元器件参数发生变化,;,（,3,）退化效应,很多电子产品在长期的使用过程中，随着时间的积累，元器件参数会发生变化。这种原因产生的偏差是不可逆的。,THANK YOU,SUCCESS,2025/4/6 周日,30,可编辑,