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70年年代代末末期期,美美国国发发生生的的几几起起重重大大事事故故均均与与未未周周密密地地进进行行失失效效模模式式、效效应应与与危危害度分析有关害度分析有关。
例如:
。
概述NASA卫卫星星系系统统,在在发发射射情情况况下下,由由于于对对旋旋转转天天线线汇汇流流环环进进行行失失效效模模式式、效效应应与与危危害害分分析析时时只只考考虑虑开开路路失失效效模模式式,忽忽略略了了短短路路失失效效效效应应,结结果果因因天天线线汇汇流流环环发发生生短短路路而而使使发发射射失失效效,损损失了九千至一亿五千万美元。
失了九千至一亿五千万美元。
美美国国DC-10商商用用飞飞机机,在在变变更更发发动动机机维维修修方方法法时时,因因未未进进行行失失效效模模式式、效效应应与与危危害害度度分分析析,终终于于在在芝芝加加哥哥上上空空坠坠毁毁。
1979年年3月月28日日,美美国国的的三三里里岛岛2号号反反应应堆堆发发生生的的举举世世瞩瞩目目的的重重大大安安全全事事故故,也也是是因因未未对对控控保保系系统统中中增增压压安安全全阀阀及其监示电路的失效模式进行详细分析的结果。
及其监示电路的失效模式进行详细分析的结果。
概述失效树分析失效树分析失失效效树树分分析析法法(FaultTreeAnalysis)简简称称FTA。
1961年年美美国国贝贝尔尔实实验验室室沃沃森森(Watson)等等人人在在民民兵兵导导弹弹发发射射控控制制系系统统中中开开始始应应用用,其其后后波波音音公公司司对对FTA作作了了修修改改使使其其能能用用计计算算机机进进行行处处理理,推推动动了了FTA技技术术的的迅迅速速发发展展。
FTA现现已已成成为为分分析析各各种种复复杂杂系系统统可可靠靠性性的的重重要要方方法法之之一。
一。
概述失效树分析,是把系统不希望发生的失效状态作为失效分析的目标,这一目标在失效树分析中定义为“顶事件”。
在分析中要求寻找出导致这一失效发生的所有可能的直接原因,这些原因在失效树分析中称之为“中间事件”。
再跟踪追迹找出导致每一个中间事件发生的所有可能的原因,顺序渐进,直至追踪到对被分析对象来说是一种基本原因为止。
这种基本原因,失效树分析中定义为“底事件”。
概述失效树建造是失效树分析的关键失效树建造是失效树分析的关键失效树建造是失效树分析的关键,也是工作量最大的部分。
由于建树工作量大,因而这种方法在新的复杂系统上使用受到局限。
例如,美国原子能委员会发表的WASH-1400核电站风险评价分析报告指出,为了建造失效树,60名专家用了将近三年时间,消耗了大量资金概述FMECA同同FTA的相互区别的相互区别概述应用注意事项应用注意事项FMECA、FTA都是可靠性分析方法,但是并非万能。
FMECA、FTA不能代替全部可靠性分析。
这两种方法不仅要相辅相成地应用,还要重视与其它分析方法、管理方法及数据的结合。
尤其,FMECA、FTA都是重视功能型的静态分析方法,在考虑时间序列与外部因素等共同原因方面,即动态分析方面并不完善。
概述故障模式、效应与危害度分析故障模式、效应与危害度分析(FMECA)的一般方法的一般方法通过失效模式、效应及危害度通过失效模式、效应及危害度分析可以做到分析可以做到鉴别出被分析单元会导致的不可接受或非常严重的失效,确定可能会对预期或所需运行情况造成致命影响的失效模式,并列出由此而引起的从属失效;
决定需另选的元器件、零部件和整件;
保证能识别各种检测手段引起的失效模式;
选择预防或正确维护要点,制定故障检修指南,配置测试设备以及为测试点提供资料。
确定单元及子系统失效模式的危害度FMECA的一般方法的一般方法故障故障模式、效应及危害度分析模式、效应及危害度分析的基本程序的基本程序定义系统及其各种功能要求和相应的失效判据;
制订功能、可靠性等框图,并作扼要的文字说明;
确定在哪一功能级上进行分析,并根据实际情况确定采用的分析方法;
确定失效模式及其发生的原因和效应,以及由此引起的各种继发事件;
确定失效检测方法和可能采取的预防性措施;
针对后果特别严重的失效,进一步考虑修改设计的步骤;
计算相对故障概率及其故障危害等级;
根据失效模式、效应及危害度分析结果提出相应的改进建议FMECA的一般方法的一般方法严酷度分类严酷度分类为了度量产品故障造成的最坏的潜在影响,应对每一潜在的故障模式进行严酷度分类,严酷度一般分为四级:
类(灾难的)这种故障会引起人员死亡或系统(如飞机、导弹)毁坏。
类(致命的)这种故障会引起人员严重伤害、重大的经济损失或导致任务失败。
类(临界的)这种故障会引起人员的轻度伤害,一定的经济损失或导致任务延误或降级。
类(轻度的)这种故障不会造成人员的轻度伤害及一定程度的经济损失,但它会导致非计划维修。
雷达系统的FMECA分析分析第一步、绘制分级功能框图。
这种框图既不是工作原理框图,也不是可靠性框图,而是将系统内部分为子系统、分机、功能单元和元器件等若干功能等级的框图。
它不但表明了构成系统的各个子系统、分机、功能组件和元器件在功能上的相互依赖关系,而且便于看出失效模式、效应及危害度分析应在哪一级上进行。
例绘制雷达系统功能等级框图(图2.4),图中的分析对象是接收机内的前置放大器,故其它子系统的分机和接收机内其它功能单元及其元器件均被略去了FMECA的一般方法的一般方法图2.4某系统的功能等级框图FMECA的一般方法的一般方法雷n第二步确定被分析单元的(前置放大器内每一个元器件)失效模式频数比,即某一种失效模式出现的次数与单元出现的全部故障次数之比。
可依据GJB299给出的典型电子设备用元器件的失效模式及其频数比,这个比值应根据具体元器件和使用人员的实际经验加以修正,也可以统计获得。
FMECA的一般方法的一般方法GJB299给出的失效模式分布第三步对分级功能图中的每一个方框图自下而上逐级进行失效模式、效应及危害度分析,指出被分析方框对较高一级的隶属等级产生的效应。
定性估计每个元器件内每种失效模式引起的前置放大器的故障概率ij,当无法得到这种确切数据时,可适当地统一划分失效概率的等级,例如可采用以下等级:
肯定上一级单元发生失效的等级为1.00,可能引起失效的等级为0.50;
可能性较小的等效为0.10,不可能引起失效的等级为0.00。
FMECA的一般方法的一般方法第四步根据元器件在前置放大器内承受的电应力和热应力,确定各种元器件的使用失效率(表中的使用失效率系国外60年代的水平,目前可见GJB299B可靠性预计手册查得(可参见预计讲义的P15表9);
b.EFMECA的一般方法的一般方法FMECA的一般方法的一般方法第五步计算每个元器件的每种失效模式的危害度Crijij为单元i以失效模式j发生失效的频数比;
ij为单元i以失效模式j发生失效时引起上一级发生失效的概率。
i为单元i的失效率。
t为任务时间第六步第六步填写前置放大器所有元器件的失效模式、填写前置放大器所有元器件的失效模式、效应及危害度分析一览表效应及危害度分析一览表FMECA的一般方法的一般方法第七步计算前置放大器的危害度:
FMECA的一般方法的一般方法第八步第八步建立危害度(性)矩阵建立危害度(性)矩阵危害性矩阵用来确定和比较每一故障模式的危害程度,进而为确定改进措施的先后次序提供依据。
矩阵的横坐标用故障模式的严酷度表示。
在进行定性分析时,纵坐标表示发生故障模式发生的概率等级(对上一级的影响);
在进行定量分析时,纵坐标表示产品或故障模式的危害度。
如下图所示,从元点开始,所记录的故障模式分布点沿着对角线方向距离原点越远,其危害性越大,越需尽快采取措施改进。
危害度矩阵图前置放大器元器件各故障模式的前置放大器元器件各故障模式的危害度矩阵危害度矩阵举举例例FMECA的标准方法及实例的标准方法及实例本部分用实例介绍了GJB1391-92故障模式、影响及危害性分析程序的工作项目101和工作项目102的表格和操作方法。
FMEA表格栏目说明11)第一栏(代码):
为了使每一故障模式及其与相应的方框图内标志的系统功能关系一目了然,在FMEA表的第一栏填写被分析产品的代码。
2)第二栏(产品或功能标志):
在分析表中记入被分析产品或系统功能的名称。
原理同中的符号或设计图纸的编号可作为产品或功能的标志。
3)第三栏(功能):
简要填写产品所需完成的功能,包括零部件的功能及其与接口设备的相互关系。
栏目说明24)第四栏(故障模式):
分析人员应确定并说明各产品约定层次中所有可预测的故障模式,并通过分析相应方框图中给定的功能输出来确定潜在的故障模式、应根据系统定义中的功能描述及故障判据中规定的要求,假设出各产品功能的故障模式。
为了确保进行全面的分析,至少应就下述典型的故障状态对每一故障模式和输出功能进行分忻研究;
栏目说明3a.提前运行;
b在规定的应工作的时刻不工作;
c.间断地工作;
d.在规定的不应工作时刻工作;
e.工作中输出消失或故障;
f.输出或工作能力下降;
g.在系统特性及工作要求或限制条件方面的其它故障状态。
栏目说明45)第五栏(故障原因);
确定并说明与假设的故障模式有关的各种原因,包括直接导致故障或引起使品质降低进一步发展为故障的那些物理或化学过程、设计缺陷、零件使用不当或其它过程。
还应考虑相邻约定层次的故障原因。
例如,在进行第二层次的分析时,应考虑第三层次的故障原因。
6)第六栏(任务阶段与工作方式):
简要说明发生故障的任务阶段与工作方式。
当任务阶段可以进一步划分为分阶段时,则应记录更详细的时间,作为故障发生的假设时间。
栏目说明57)第七栏(故障影响);
故障影响系指每个假设的故障模式对产品使用、功能或状态所导致的后果。
应评价这些后果并将其记入分析表中。
除被分析的产品层次外,所分析的故障还可能影响到几个约定层次。
因此,应该评价每一故障模式对局部的、高一层次的和最终的影响。
同时还应考虑任务目标、维修要求、人员及系统的安全。
a.局部影响系指所假设的故障模式对当前所分析约定层次产品的使用、功能或状态的影响、确定局部影响的目的在于为评价补偿措施及提出改进措施建议提供依据。
局部影响
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