安全系统工程第五章故障模式影响及危害度分析.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,安全系统工程,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,*,*,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,安全系统工程,第五章 故障类型、影响及危险度分析,西安建筑科技大学安全研究所,2,内容提要,概述,FMECA,的定义、目的和作用,FMECA,的方法,FMECA,的步骤,故障类型和影响分析,危险度分析,应用案例,3,概述,元部件的故障对系统可造成重大影响,灾难性的影响,挑战者升空爆炸,发动机液体燃料管垫圈不密封,致命性的影响,起落架上位锁打不开,以往设计师依靠经验判断元部件故障对系统的影响,依赖于人的知识和工作经验,系统的、全面的和标准化的方法,FMECA,设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件故障,设计更改、可靠性补偿,是可靠性、维修性、保障性和安全性设计分析的基础,4,基本概念及格式,故障：,指系统或元素在,运行过程,中，因为,性能低下,而不能实现,预定的功能,的现象。

故障类型,指系统中相同的组成部分和元素所发生故障的不同形式故障类型是故障的表现形式，如起落架撑杆断裂、收放不到位等一般可从五个方面来考虑：,运行过程中的故障；过早地启动；规定的时间内不能起动；规定的时间内不能停车；运行能力降级、超量或受阻,危险度：,危险度分析是对系统中组成部分和元素的不同故障类型,危险程度,（危险度）的分析5,典型故障类型,GJB1391,故障类型、影响及危险度分析,序号,故障类型,序,故障类型,序号,故障类型,1,结构破损,12,超出允许下限,23,滞后运行,2,机械性卡住,13,间断运行,24,输入量过大,3,振动,14,运行不稳定,25,输入量过小,4,不能保持在制定位置上,15,意外运行,26,输出量过大,5,不能开启,16,错误指示,27,输出量过小,6,不能关闭,17,流动不畅,28,无输入,7,误开,18,假运行,29,无输出,8,误关,19,不能开机,30,电短路,9,内部漏泄,20,不能关机,31,电开路,10,外部漏泄,21,不能切换,32,漏电,11,超出允许上限,22,提前运行,33,其他,6,机械产品典型故障类型,故障类型可分为以下七大类：,损坏型：如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等。

退化型：如老化、腐蚀、磨损等松脱性：松动、脱焊等,失调型：如间隙不当、行程不当、压力不当等堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等功能型：如性能不稳定、性能下降、功能不正常其他：润滑不良等7,基本概念及格式,故障原因,（,Failure Cause,）是指导致系统、元件等形成故障类型的过程与机理，造成系统、元件发生故障的原因常见的故障原因有：,设计上的缺陷：由于设计采取的原则、技术路线等不当，带来先天性的缺陷，或由于图纸不完善或由错误,制造上的缺陷：加工方法不当或组装方面的失误,质量管理方面的缺陷：检查不够或失误以及工程管理不当等,使用上的缺陷：误操作或未按设计规定条件操作,维修方面的缺陷：维修操作失误或检修程序不当等,故障结果,（,Failure Effect,）：元件、组件的故障类型对元件、组件本身及系统操作、功能或状态产生的后果8,基本概念及格式,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,故障等级评定从以下几个方面考虑：,故障影响大小,对系统造成影响的范围,故障发生的频率,防止故障的难易,是否需要重新设计,9,FMECA,的概念,FMECA,的定义,故障类型和影响、危险度分析,(Failure Mode,Effects and Criticality analysis,简记为,FMECA),是分析系统中每一产品所有可能产生的故障类型及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障类型的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。

FMECA,是一种自下而上的归纳分析方法；,FMEA,和,CA,FMECA,的目的,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10,FMECA,作用,保证有组织地定性找出系统的所有可能的故障类型及其影响，进而采取相应的措施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为制定试验大纲提供定性信息为确定更换有寿件、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可及早发现设计、工艺中的各种缺陷11,FMECA,的步骤,12,FMEA,概括图,FMEA,过程,评估设计,辨识潜在的故障类型,评估已识别每个故障类型的影响,建立文件,输入信息,设计知识,关于故障的知识,故障类型,故障率,输出信息,故障类型,结果,可靠性预测,危险与风险,危险度清单,13,明确系统的情况和目的,确定分析的层次,建立故障类型清单,绘制功能框图和可靠性框图,分析故障类型和影响,评定故障等级,研究故障检测方法,提出预防措施,填写,FMEA,表,FMEA,分析步骤,14,故障类型等级的划分方法,1,）直接判断法。

这种方法是根据故障类型对系统功能、人员及财产损失影响的严重程度来划分的其划分原则如表级别,危害程度,危害后果,一级,可忽略,不会造成人员伤害和系统损坏,二级,临界的,可能会造成人员伤害和系统损坏，但可排除和控制,三级,危险的,会造成人员伤害和系统损坏，需立即采取控制措施,四级,破坏性的的,会造成人员伤害和系统严重损坏，必须设法消除,15,故障类型等级的划分方法,2),风险矩阵法是综合考虑故障发生的可能性和发生后引起后果严重度两个方面的因素来确定故障的等级这种划分标准称风险率其方法是将故障概率和严重度都分为四个等级，划分原则如下：,A.,严重度,：是指故障类型对系统功能的影响程度，分级如下表,严重度等级,内容,严重度等级,内容,低的,对系统任务无影响,对子系统造成的影响可忽略不计,通过调整故障易于消除,关键的,系统的功能有所下降,子系统功能严重下降,出现的故障不能立即通过检修予以修复,主要的,对系统的任务虽有影响但可忽略,导致子系统的功能下降,出现的故障能够立即修复,灾难的,系统功能严重下降,子系统功能全部丧失,出现的故障需经彻底修理才能消除,16,故障类型等级的划分方法,B.,故障概率,：一般按统计时间内的实际故障次数除以统计区间内实际工作小时数进行计算。

级别,故障出现可能性,故障概率,级别,故障出现可能性,故障概率,A,非常容易发生,10,-1,D,不容易发生,10,-4,B,容易发生,10,-2,E,难以发生,10,-5,C,较容易发生,10,-3,F,极难发生,10,-6,17,风险率矩阵图,故障概率,1,2,3,4,1,2,3,4,严重度,故障类型等级的划分方法,18,故障概率和严重度等级确定后，以,故障概率,为,纵,坐标，,严重度,为,横,坐标，,画出风险矩阵图沿矩阵原点到右上角,画一条对角线,，以对角线为轴线，轴线两边是对称的如果知道了某一故障类型的概率和严重度等级，将其填入矩阵图中，就可以确定故障类型风险率或等级大小处在右上角方块内的故障类型风险率最大，这是因为该故障类型发生的概率高且后果严重依次左移，风险率逐渐降低,，因为故障类型发生的概率虽然高，但造成的后果的严重度却逐渐降低；,同样从,右上方依次下移，风险率也逐渐降低,，虽然故障类型造成的后果严重，但因为发生的概率很少，综合两方面因素风险率也就降低了故障类型等级的划分方法,19,FMEA,应用举例,电机运行系统故障类型和影响分析,一电机运行系统如图所示，该系统是一种短时运行系统，如果运行时间过长则可能引起电线过热或者电机过热、短路。

对系统中主要元素进行故障类型及影响分析电机运行系统示意图,20,电机运行系统故障类型和影响分析,元素,故障类型,可能的原因,对系统的影响,按钮,卡住,机械故障,电机不转,接点断不开,机械故障,人员没放开按钮,电机运转时间过长,短路会烧毁保险丝,继电器,接点不闭合,机械故障,电机不转,接点不断开,机械故障,经过接点电流过大,电机运转时间过长,短路会烧毁保险丝,保险丝,不熔断,质量问题,保险丝过粗,短路是不能断开短路,电机,不转,质量问题,按钮卡住,继电器接点不闭合,丧失系统功能,短路,质量问题,运转时间不长,电路电流过大，烧毁保险丝，使继电器接点粘连,21,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虑储罐的罐体和安全阀两个元素的故障类型及其影响故障类型,故障的影响,故障原因,故障的识别,校正措施,轻微漏气,能耗增加,接口不严,漏气噪声，空压机频繁打压,加强维修保养,严重漏气,压力迅速下降,焊接裂隙,压力表读数下降，巡回检查,停机修理,破裂,压力迅速下降、损伤人员设备,材料缺陷、受冲击等,压力表读数下降，巡回检查,停机修理,储气罐的故障类型和影响分析,22,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度。

一般采用,概率,严重度,来评价故障类型的危险度23,起重机的故障类型和影响、危险度分析（部分）,项目,构成元素,故障模式,故障影响,危险,程度,故障发生概率,检查方法,校正措施,注意事项,防止过卷装置,电气零件,机械部分,安装螺栓,动作不可靠变形、生锈松动,误动作,破损,误、欠动作,大,中,小,10,-2,10,-4,10,-3,通电检查,观察,观察,立即修理,警惕,立即修理,钢丝绳,绳,钢丝,变形、扭结,15%,切断,切断,切断,中,大,10,-4,10,-1,观察,观察,立即更换,立即更换,注：危险程度 大（危险）中（临界）小（安全）,校正措施 立即停止作业 看准机会修理 注意,发生概率 非常容易发生,110,-1,容易发生,110,-2,偶尔发生,110,-3,不常发生,110,-4,几乎不发生,110,-5,很难发生,110,-6,24,实施,FMECA,应注意的问题,强调“谁设计、谁分析”的原则,“谁设计、谁分析”的原则，也就是产品设计人员应负责完成该产品的,FMECA,工作，可靠性专业人员应提供分析必须的技术支持实践表明，,FMECA,工作是设计工作的一部分谁设计、谁分析”、及时改进是进行,FMECA,的宗旨，是确保,FMECA,有效性的基础，也是国内外开展,FMECA,工作经验的结晶。

如果不由产品设计者实施,FMECA,，必然造成分析与设计的分离，也就背离了,FMECA,的初衷25,实施,FMECA,应注意的问题,重视,FMECA,的策划,实施,FMECA,前，应对所需进行的,FMECA,活动进行完整、全面、系统地策划，尤其是对复杂大系统，更应强调,FMECA,的重要性其必要性体现在以下几方面：,结合产品研制工作，运用并行工程的原理，对所需的,FMECA,进行完整、全面、系统地策划，将有助于保证,FMECA,分析的目的性、有效性，以确保,FMECA,工作与研制工作同步协调，避免事后补做的现象对复杂大系统，总体级的,FMECA,往往需要低层次的分析结果作为输入，对相关分析活动的策划将有助于确保高层次产品,FMECA,的实施FMECA,计划阶段事先规定的基本前提、假设、分析方法和数据，将有助于在不同产品等级和承制方之间交流和共享，确保分析结果的一致性、有效性和可比性26,实施,FMECA,应注意的问题,保证,FMECA,的实时性、规范。