1、(教材P103112、123129) PPt 2能2-013、017插件三、 故障類型及影響分析 【知識要求】故障類型及影響分析(Failure Mode & Effect Analysis，FMEA)是一種廣泛使用的、非常重要的系統安全分析方法。我國國家軍用標準中明確指出：FMIEA是找出設計上潛在缺陷的手段，是設計審查中必須重視的資料之一。1目的 故障類型及影響分析的目的是辨識設備或系統的故障模式及每種故障模式對系統或裝置造成的影響。評份人員通常提出增加設備可靠性的建議，進而提出工藝安全對策。2基本概念(l)故障一般指元件、子系統或系統在規定的運行時間和條件內，達不到設計規定功能昀

2、情況。(2)故障類型系統、子系統或元件發生的每一種故障的形式稱為故障類型。例如，一個閥門故障可以有四種故障類型：內漏、外漏、打不開、關不嚴。表2一l列出了一般故障類型的分類，各種故障類型一般可按表中分類考慮。（故障概率中有元件的全部故障概率和單個故障類型的出現概率）(教材P105) 表2-1 故障類型及原因故 障 類 型故障原因運行中的故障各類故障細分1.過早的啟動2.規定的時間內不能啟動3.規定的時間內不能停車4.運行能力降級、超量或受阻1.構造方面的故障、物理性咬緊、振動、不能定位、不能打開、不能關閉2.打開時故障、關閉時故障3.內部泄漏、外部泄漏4.高于允許偏差、低于允許偏差 5.反向動

3、作、間歇動作、誤動作、誤指示6.流向偏向一側、傳動不良、停不下來7.不能啟動、不能切換、過早啟動、動作滯后8.輸入量過大、輸入量過小、輸出量過大、輸出量過小9.電路短路、電路開路10.漏電、其他 1.設計上的缺陷 （由于設計上的技術先天不足，或者圖樣不完善等） 2.制造上的缺陷（加工方法不當或組裝方面豹失誤）3.質量管理上缺陷（檢驗不夠或失誤以及管理不當）4.使用上的缺陷（誤操作或未按設計條件操作）5.維修方面的缺陷（維修操作失誤或檢修程序不當） (3)故障等級根據故障類型對系統或子系統影響的程度不同而劃分的等級稱為故障等級。 3故障類型分級方法(1)定性分級方法故障類型對系統（或子系統）影響

4、的嚴重程度的定性分級方法，將故障危險性等級分為四個等級（見下表）。故障類型等級劃分（見教材P105表2-2）故障等級影響程度可 能 造 成 的 損 失I致命性可造成死亡或系統毀壞嚴重性可造成嚴重傷害、嚴重職業病或主系統損壞臨界性可造成輕傷、輕職業病或次要系統損壞可忽略性不會造成傷害和職業病，系統不會受到損壞將危險等級從高到低分為I、級。I級最高，、順序逐級降低(2)半定量故障等級劃分方法依據損失的嚴重程度、故障的影響范圍、故障發生的頻率、防止故障的難易程度和工藝設計情況而定的。在難以取得可靠性數據的情況下，可以采用評點法，此法較簡單，劃分精確。它從幾個方面來考慮故障對系統的影響程度，用一定點數

5、表示影響程度的大小，通過計算，求出故障等級。Cs = iC1·C2··Ci總評點數的計算公式為：式中： Ci因素系數，（0Ci10）Cs總點數， （0CS10）如何確定點數Ci呢？可采用專家座談會法：由35位有經驗的專家座談討論，提出Ci數值；這種方法又稱BS法；也可采用函詢調查法：將提出的問題和必要的背景材料，用通信的方式向有經驗的專家提出，然后把他們答復的意見進行綜合，再反饋給他們，如此反復多次，直到得到認為合適的意見為止。另一種求點數的方法是查評點數參考表選取。見教材P106表23，可根據評點因素求出點數，相加后計算出總點數Cs。（教材P106） 表2-3

6、評點參考表 評點因素內容點數故障影響大小造成生命損失5. 0造成相當程度的損失3.0元件功能有損失 1. 0無功能損失0. 5對系統影響程度對系統造成兩處以上的重大影響2.0對系統造成一處以上的重大影響1. 0對系統無過大影響0. 5發生頻率容易發生1.5能夠發生1. 0不易發生0. 7防止故障的難易程度不能防止1.3能夠防止1. 0易于防止0. 7是否是新設計的工藝內容相當新的設計 1.2內容和過去相類似的設計1. 0內容和過去同樣的設計0. 8 這樣，又導出了一個以評點數來劃分的半定量的故障等級，其等級劃分見下表：以評點數劃分的故障等級（見教材P106表2-3、2-4）故障等級評點數數內容

7、應采取措施I 致命710完不成任務,人員傷亡變更設計 重大47大部分任務完不成重新討論,也可變更設計 輕微24一部分任務完不成不必變更設計 小(可忽略)2無影響無故障危險等級從高到低分為I、級。I級最高，、順序逐級降低(2)風險矩陣法（P106108）·故障發生的可能性和故障發生后果引起的后果，綜合考慮后會得出比較準確的衡量標準，這個標準稱為風險（也稱危險度），它代表故障概率和嚴重度的綜合評價。風險矩陣法將故障發生后的后果嚴重度和故障發生的概率分別劃分等級，進行綜合評價。1.嚴重度嚴重度。是指故障類型對系統功能影響的程度，分為四個等級。見下表（教材P107）嚴重度等級和內容（見教材P

8、107表2-5）等 級內 容I 低的·對系統任務無影響·對子系統造成的影響可忽略不計·通過調整，故障易于消除 主要的·對系統的任務雖有影響，但可忽略·導致子系統功能下降·出現的故障能夠立即修復 關鍵的·系統的功能有所下降·子系統功能嚴重下降·出現的故障不能立即通過檢修予以修復 災難性的·系統功能嚴重下降·子系統功能全部喪失·出現的故障需經過徹底修理才能消除嚴重度等級從低到高分為I、級，I級最低，按、級順序，逐級上升致最高2.故障概率故障概率。是指在一特定的時間內，故障出現的次

9、數。時間可按一個有相對的時間界線的區間時段，如一年、一個月；或根據某系統（子系統）的大修間隔期、某項任務周期或其它的期間決定。故障概率的高低是影響故障綜合性嚴重度的重要因素。可以用定量方法和定性方法來確定（描述）單個故障的概率。具體等級劃分級如下：（故障概率中有元件的全部故障概率和單個故障類型的出現概率） （1） 故障概率的定性方法分類（分級）：（見教材P107）·級：故障概率很低，元件操作期間出現的機會可以忽略。·級：故障概率低，元件操作期間不易出現。·級：故障概率中等，元件操作期間出現的機會為50% 。·級：故障概率高，元件操作期間易于出現。（2）

10、故障概率的定量方法分類（分級）：（見教材P107）·級：在元件工作期間，任何單個故障類型出現的概率，少于全部的故障概率的0.01。·級：在元件工作期間，任何單個故障類型出現的概率，多于全部的故障概率的0.01，而少于0.10。·級：在元件工作期間，任何單個故障類型出現的概率，多于全部的故障概率的0.10，而少于0.20。·級：在元件工作期間，任何單個故障類型出現的概率，多于全部的故障概率的0.20。（以上內容詳見教材P107，故障類型分級比較復雜，不同的方法、不同的行業有不同的分級方法，附件中例舉了其它類型的分類，希望有助于加強記憶。）4FMEA的特點（

11、P108） FMEA具有如下一些特點： (1)該方法是從部件分析到故障，即分析過程是從原因到結果。 (2)側重于建立上、下級的邏輯關系。 (3) FMEA是一種定性評價方法，便于掌握，對設備等硬件設施的分析能力較強。5資料文件的要求（P108） 使用FMEA方法需要如下資料： (1)系統或裝置的PJD圖（工藝管理儀表流程圖）。 (2)設備、配件一覽表。 (3)設備功能和故障模式方面的知識。 (4)系統或裝置功能及對設備故障處理方法的知識。FMEA方法可由單個分析人員完成，但需要其弛人進行審查，以保證完整性。對評價人員的要求隨著評價的設備項目大小、，復雜程度等因素有所不同。所有的FMEA評價人員

12、都應對設備功能及故障模式熟悉，并了解這些故障模式如何影響系統或裝置的其他部分。6制表（P108109）使用FMEA方法的特點之一就是制表。由于表格便于編碼、分類、查閱、保存，所以很多部門根據自己的情況擬出不同表格(見表2-6、表2-7、表2-8)，但基本內容相似。在制表時還應根據選用的具體方法（簡單的故障類型分析、半定量等級劃分分析、風險矩陣法、致命度分析）制定分析表格（事例中的幾個表均不完全相同）。7分析步驟（P109110） (1)明確系統本身的情況和目的 (2)確定分析程度和水平(3)繪制系統圖和可靠性框圖 (4)列出所有故障類型并選出對系統有影響的故障類型。 (5)列出造成故障的原因

13、對危險性特別大的故障類型，如故障等級為I級，可進行進一步的分析。 FMEA的分析步驟可用圖22表示。以上內容應認看教材8致命度分析對特殊危險的故障類型，如故障等級為1級的故障類型，可能導致人員傷亡或系統嚴重損壞，因此，對這類元件故障要特別注意，可采取致命度的分析方法，進一步的分析。（見教材P110112，128129）美國汽車工程師學會（SAE）把故障致命度分為四個等級。見下表：致命度等級與內容（見教材P111表2-9）等 級內 容I有可能喪失生命的危險有可能使系統損壞的危險涉及運行推遲和損失的危險造成計劃外維修的可能將致命等級從高到低分為I、級。I級最高，、順序逐級降低。 致命度分析一般都和

14、故障類型影響分析合用。使用下式計算出致命度指數C，它表示元件運行100萬小時（次）發生的故障次數。 子系統致使的故障項目數n運行系數KA環境系數KE故障率%/1000hG數據源運行時間t(h)可靠度指數nKAKEG t故障類型比影響概率致命類型影響率 iCr一(··KA·KE·G·t·106)n (2-2) n=1式中： n 元件的致命故障類型號數，n=1，2，3，i； i 致命故障類型的第i個序號； G單位時間或周期的故障次數，一般指元件故障率； t 完成一項任務，元件運行的小時數或周期（次）數； KA元件G的測定值與實際運行時的強

15、度修正系數；KE元件G的測定值與實際運行時的環境條件修正系數；G中該故障類型所占比例；發生故障時會造成致命的影響的發生概率，其值見表2-10。教材P112 表2-10 取值表影 響發 生 概 率 實際損失=1.0可預計損失0.10 < 1.00可能損失0<<1.00無影響= 0三、通過案例學習故障類型和影響分析法 【能力要求】例題1(課件中例題) 空氣壓縮機儲罐的故障類型和影響分析故障類型故障的影響故障原因故障的識別校正措施輕微漏氣能耗增加接口不嚴漏氣噪聲，空壓機頻繁打開加強維修保養嚴重漏氣壓力迅速下降焊接裂縫壓力表讀數下降，巡回檢查停機修理破裂壓力迅速下降，人員、設備損傷材

16、料缺陷、受沖擊等壓力表讀數下降，巡回檢查停機修理本例題是最簡單的故障類型和影響分析。對照教材P109中故障類型及影響分析表格（P109，表2-6、表2-7、表2-8），本事例將故障類型及影響分析表格的欄目精簡到最少，本表欄目設置特點：·保留了必須有的：故障類型、故障的影響、故障原因，達到了找出問題、分析問題的目的；·設置了 “校正措施”欄目，明確了應采取的整改措施。達到了找出問題、提出建議的完整性。·設置了“故障的識別”欄目對故障的表露現象進行了描述，為操作者提供了識別故障的觀察要點，以利于及時發現故障，及時采取措施。例題2(教材P123126)1柴油機燃料供應系

17、統的故障類型及影響分析·看教材教材P124 圖2-3所示為一柴油機燃料供應系統示意圖。柴油經膜式泵送往壁上的中間儲罐，再經過濾器流人曲軸帶動的柱塞泵，將燃料向柴油機汽缸噴射。 此處共有5個子系統，即燃料供應子系統、燃料壓送子系統、燃料噴射子系統、驅動裝置、調速裝置，其系統圖見教材P124圖2 4所示。這里僅就燃料供應子系統做出故障類型及影響分析，從故障類型及影響分析表中，摘出對系統有嚴重危險的故障類型，匯總見表2-18和表2-19（教材P125、126），從中可以看出采取措施的重點。（教材P125）表2-18 柴油機燃料供應子系統故障類型及影晌分析表1子系統名稱元件名稱故障類型發生原

18、因影 響故障等級備注燃料系統柴油機燃料供給子系統儲罐泄漏1.裂縫2.材料缺陷3.焊接不良功能不齊全運轉時間短,有發生火災的可能混入不純物1.維修缺陷2.選用材料錯誤功能不齊全運轉時會發生問題單向閥泄漏1.墊片不良2.污垢3.加工不良功能不齊全運轉時間短,有發生火災的可能關不嚴1.污垢2.閥頭接觸面劃傷3.加工不良功能失效停車時會出現問題打不開1.污垢2.閥頭接觸面銹住3.加工不良功能失效不能運轉過濾器堵塞1.維修不良2.燃料質量欠佳3.過濾器結構不良功能不全運轉時會出現問題溢流1.結構不良2.維修不良功能不全運轉時會發生問題燃料泵膜有缺陷1.有洞2.有傷3.安裝不良功能失效不能運轉膜不能動作1

19、.結構不良2.零件缺陷3.安裝不良功能失效不能運轉管路泄漏1.材料不良2.焊接不良功能不全運轉時會發生故障接頭破損1.焊接不良2.零件不良3.安裝不良功能失效不能運轉·燃料泵故障最嚴重；··單向閥打不開、管路接頭破損柴油機不能運轉；···污垢影響類型多。（教材P126）表2-19 柴油機燃料供應子系統故障類型及影響分析表2子系統名稱元件名稱故障類型發生原因影 響故障等級備注燃料系統柴油機燃料輸送裝置柱塞泵泄漏1.間隙過大2.表面粗糙3.裝配不良功能不齊全運轉時會發生故障間隙過大1.檢修缺陷 2.加工不良3.材質不良 4.裝配不良5.維

20、護不良功能不齊全運轉時會發生故障咬住1.污垢2.裝配缺陷3.間隙過小功能失效不能運轉燃料回流不良1.柱塞溝加工不良2.污垢3.柱塞孔加工不良功能不齊全運轉時會發生故障單向閥關不死1.污垢2.閥桿受傷3.彈簧斷功能不全運轉時會發生故障打不開1.閥材質不良2.閥桿咬住功能喪失不能運轉高壓管線焊縫破裂1.焊接不良2.加工不良3.安裝不良·高壓管線破裂一般發生在運行，在運行高壓管線破裂會導致燃料噴射，有較大的發生火災危險，很高的壓力射流有傷人的危險；柴油機會因供油中立即停運，··單向閥打不開、柱塞泵咬住柴油機都不能運轉。···柱塞泵故障中裝機

21、原因占比例較大；污垢影響到柱塞泵、單向閥2個元件。本例題的故障類型和影響分析與上一例題相比，本事例故障類型及影響分析表格的欄目增加了：子系統名稱、元件名稱、故障等級、備注欄目，將故障影響欄目分為子系統和柴油機，明確了單位類型故障對子系統和柴油機系統（可視為全系統或上一級系統）的影響，更全面的表示了故障的影響。沒有設校下措施欄目，其整改建議可另外以表格或文字形式提出。設備注欄目可靈活使用。例題2(教材P123126)2暖風系統的故障類型及影響分析（教材P126129）(1)系統概述（教材P126127） ·暖風系統每年冬季工作六個月，使室溫保持22。系統的使用周期為10年； ·

22、;暖氣系統設地下室內，環境溫度-23，有相當的粉塵。因此，環境條件修正系數KE定為0.94，而強度修正系數KA為1.0。 ·室內溫度達不到22，就被認為是系統出了故障，造成這種故障的元件故障類型就被認為是致命故障類型。 ·暖風系統所使用的公用工程部分，即外電和煤氣，不在分析范圍之內。 系統由三個子系統構成，即： 1)加熱子系統：共有煤氣管、切斷氣源用的手動閥、煤氣流量控制閥、火嘴、點火器控制閥、點火器等六個部分：2)控制子系統。3)空氣分配子系統。 (2)確定分析程度和水平 只分析加熱子系統，一直分析到功能元件。(3)繪制系統圖和可靠性框圖：（教材P127128）系統圖、可

23、靠性框圖見教材P127圖2-5、P128圖2-6 (4)列出加熱子系統故障類型及影響分析表(見教材P128129表2-20)，進行致命度分析對系統造成影響的故障類型，進行致命度分析。本例題的加熱子系統故障類型及影響分析表是按照進行“致命度分析”的評價方法設置的，其欄目設置與前兩個事例大不相同。此處重點講一下致命度分析表中幾個數據的計算方法。（4）致命度分析表中幾種故障類型的計算方法和結論加熱子系統致使度分析表 （摘錄教材P128129表2-20）子系統致使的故障項目數n運行系數KA環境系數KE故障率%/1000hG數據源運行時間t(h)可靠度指數nKAKEG t故障類型比影響概率致命類型影響率

24、元件名稱故障類型階段影響加熱子系統煤氣管從焊縫處泄漏停運時有損失410.940.05A876000.164690.010.010.00手動切斷閥安全/控制閥控制口打不開運行有損失110.9454.4A4380022.397570.41.08.96控制口關不上運行有損失110.9454.4A4380022.397570.151.03.36安全口打不開啟動時啟動緩慢110.9454.4A200.010230.251.00.00·例1: 煤氣管 從焊縫處泄漏故障類型計算：·運行時間：87600（時/日X日/年X10年）；·故障率：%/1000（h），本故障類型的故障率:

25、 0.05(%/1000)·運行時間tX運行系數KAX環境系數KEX故障率（%/1000）GX項目數n = 可靠度指數：n·KA·KE·G· t87600 X 1 X 0.94 X 0.05/100/1000 X 4=0.16469（0.164688）·可靠度指數X故障類型比X影響概率= 致命類型影響率0.16469 X 0.01 X 0.01 =0.00（0.00164688,保留2位小數）結論:停運期,煤氣泄漏,有煤氣無功消耗損失,對系統不構成影響；該煤氣管元件故障率較低(0.05),其焊縫處泄漏故障類型比低(0.01),一般情況

26、下對系統不構成影響。雖對系統不構成影響，但煤氣是危險性氣體，應立即在采取安全措施的情況下排除故障。例2: 安全/控制閥控制口打不開故障類型計算：·運行時間（運行中，每年6個月）：10年時/2， 87600/2=43800·故障率：%/1000（h），本故障類型的故障率: 54.4 (%/1000)·運行時間tX運行系數KAX環境系數KEX故障率（%/1000）GX項目數n = 可靠度指數：n·KA·KE·G· t43800 X 1 X 0.94 X54.4/100/1000 X 1=22.39757可靠度指數X故障類型比X影

27、響概率= 致命類型影響率22.39757 X 0.4 X 1.0 =8.96（8.9590,保留2位小數）結論:運行期, 安全/控制閥控制口打不開有損失,對系統致命類型影響率為8.96，應立即排除，一般來講該故障類型的排除相對較易；安全控制閥元件故障率為54.4%（超過50%），達到元件故障概率級（最高級別），其控制口打不開的故障類型為0.4（超過0.2）,屬于單個故障類型出現概率的級（最高級別）。·應爭取條件更換運行可靠性更高的同類元件；在實現更換質量更好的元件前，應加強對其元件的日常檢查和維護保養工作。例3: 安全/控制閥控制口關不上故障類型計算：·運行時間（運行中，每

28、年6個月）：10年時/2， 87600/2=43800·故障率：%/1000（h），本故障類型的故障率: 54.4 (%/1000)·運行時間tX運行系數KAX環境系數KEX故障率（%/1000）GX項目數n = 可靠度指數：n·KA·KE·G· t43800 X 1 X 0.94 X54.4/100/1000 X 1=22.39757可靠度指數X故障類型比X影響概率= 致命類型影響率22.39757 X 0.15 X 1.0 =3.36（3.3593,保留2位小數）結論:運行期, 安全/控制閥控制口關不上有損失,對系統致命類型影響率

29、為3.36，應排除；一般來講該故障類型的排除相對較易；安全控制閥元件故障率達到元件故障概率的級(最高級別),其控制口關不上的故障類型比0.15,屬于單個故障類型出現概率的級（中等偏高）。應爭取條件更換運行可靠性更高的同類元件；在實現更換質量更好的元件前,要加強對其元件的日常檢查和維護保養工作。例4: 安全/控制閥安全口打不開故障類型計算：·運行時間：20h（僅在系統啟動、關閉時段運行）·故障率：%/1000（h），本故障類型的故障率: 54.4 (%/1000)·運行時間tX運行系數KAX環境系數KEX故障率（%/1000）GX項目數n = 可靠度指數：n·KA·KE·G· t20 X 1 X 0.94 X54.4/100/1000 X 1=0.01023可靠度指數X故障類型比X影響概率= 致命類型影響率0.01023 X 0.25 X 1.0 =0.00（0.0025,保留2位小數）結論:運行期, 安全/控制閥的安全口關不上會啟動緩慢，無顯見損失，系統致命類型影響率為0.00。安全控制閥元件故障率54.4%，達到