FMEA分析方式.docx

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FMEA分析方式

SAE-ARP-4761（1996）

FMEA是一种系统的，自下而上的方式，用于识别系统，项目或功能的故障模式，并确信对下一个更高级别的阻碍。

它能够在系统中的任何级别（例如，零件，功能，黑盒等）执行。

软件还能够利用功能FMEA方式进行定性分析。

通常，FMEA用于解决单个故障致使的故障阻碍。

FMEA的范围应该与请求它的用户和谐。

分析能够是部件FMEA或功能FMEA。

假设是从功能FMEA导出的故障率许诺知足PSSA概率预算，那么能够不需要零件FMEA。

FMEA通常包括以下信息。

a、组件、功能或/和功能的识别；

b、故障模式和相关的硬件故障率（数值或分类）；

c、失效效应（直接和/或在下面更高级水平）；

d、可检测性和检测手腕；

FMEA也包括以下信息：

a、补偿动作（即自动或手动）；

b、发生故障的飞行时期；

c、故障阻碍的严峻性

FMEA能够与概率技术（例如FTA或DD）结合利用以产生定量分析。

另外，FMEA能够用于通过从下到上提供故障效应的补充列表来补充FTA/DD。

故障模式和阻碍分析（FMEA）

1、介绍

故障模式和阻碍分析（FMEA）是一种系统方式，用于识别系统，项目，功能或零件的故障模式，并确信对下一个更高级别设计的阻碍。

还能够确信每一个故障模式的检测方式（假设是有的话）FMEA能够是定量或定性分析，而且能够在所有类型的系统（例如，电气，电子或机械系统）上执行。

假设是正在执行定量FMEA，那么针对每一个故障模式确信故障率。

FMEA的结果能够用于生成故障模式和成效概要（FMES），而且通常常利用于支持系统平安评估（SSA）进程的其他分析技术，例如故障树分析（FTA），依托关系图DD）或马尔可夫分析（MA）。

故障的组合通常不被以为是FMEA的一部份。

2、范围

通过假定所选级别的具体实现可能失败的方式对给定级别（系统，项目等）执行FMEA。

每一个故障模式的阻碍在给定品级下确信，而且一样是设备的每一个操作模式的下一较高品级。

有时，FMEA可能需要专注于特定操作场景以支持自上而下的FTA，DD或MA。

FMEA必需考虑所有与平安有关的阻碍和由要求确信的任何其他阻碍。

在不可能识别故障模式的特定性质的情形下，必需假定最坏情形的阻碍。

假设是最坏情形关于故障树是不可同意的，那么必需在下一个较低的品级检查故障模式。

（即，假设是FMEA在功能级别进行，那么降至零件级别，并排除对所考虑事件没有阻碍的组件。

假设是分析是在零件级别进行，那么降低以考虑特定故障机理。

另一个选择是从头设计以改善冗余或添加监控。

不管FMEA的执行水平如何，FMEA的要紧步骤包括预备，分析和文档。

3、FMEA进程

FMEA预备时期

FMEA的预备包括确信客户要求，获适当前文档，和了解功能的操作。

在开始之前了解客户对FMEA的期望和要求很重要。

假设是FMEA要求未知，FMEA可能不知足请求者的需求，可能必需重做。

FMEA的要求通常源自PSSA活动，例如FTA，DD，MA。

分析师需要明白分析水平（功能对零件），平安相关效应，其他故障阻碍和感爱好的操作模式。

FMEA用于支持平安评估进程，通过提供故障率来量化FTA，DD或MA的大体事件。

FMEA还能够用于通过FMEA故障模式与故障树的大体事件的比较来支持FTA的验证。

开始执行分析之前的最后一步是取得完成份析所需的以下信息，或能够简化分析活动。

a、FMEA要求，包括相关的平安性和要求的故障阻碍和特定的运行模式；

b、规格；

c、当前图纸和原理图；

d、每一个系统和项目的部件列表；

e、功能框图；

f、说明材料包括操作理论；

g、适用的故障率列表；

h、上一代或类似功能的FMEA；

i、任何未包括在原理图中的设计更改和修订（注意：

设计可能会频繁更改，而且具有最新材料将减少FMEA更新。

）

j、假设是适用，先前FMEA的组件故障模式的初步列表；

注：

关于在设计时期初期执行的FMEA，上述一些信息将不可用，而且可能必需进行假设或估量。

必需保留这些假设的详细文档，以便进行可追溯性并简化以后的更新。

执行分析

分析人员需要审查和明白得在上述预备时期搜集的信息。

分析人员还会觉察，明白得所分析的设计在下一个更高级别中执行的功能很有效。

在分析者取得足够的知识以后，识别故障模式。

在被分析的设计品级，每一个可行的硬件故障模式被假定。

组成给定级别的组件或功能的故障模式需要考虑。

在和中提供了帮忙确信功能或部件的故障模式的信息。

分析每一个识别的故障模式以确信其对给定级别的阻碍，而且通常也包括对较高级别的阻碍。

为每种不同类型的成效创建失效效应类别，而且能够将代码分派给每一个成效类别。

通过将每一个成效的描述从工作表移动到报告正文来概念这些代码简化了FMEA工作表。

FMEA工作表提供了故障模式，成效和概率的列表。

在以下部份中提供了FMEA工作表的例如。

每一个成效类别必需只有一个更高级别的成效，不然成效类别必需更详细地概念。

例如，假设是成效类别最初被概念为“使信号xyz超出规格”，可是超出高规格的情形与超出低规格的情形造成的成效是不同的，那么成效类别应当被分割为“...超出高规格“和”...超出低规格“。

类似地，假设是觉察故障模式致使两个更高水平的成效（例如，“信号A的损失”和“信号B的损失”），那么这两个应当被组合以形成新的成效类别“信号A和B的损失“。

检测故障的方式通常在FMEA工作表中确信并记录。

检测方式的例如包括通过硬件或软件监视器，飞行机组检测，上电测试和爱惜检查。

关于定量FMEA，将故障率分派给每一个故障模式。

只要可能，故障率应依照已经在现场利用的类似设备的故障数据确信。

行业的故障率包括MIL-HDBK-217，MIL-HDBK-338，RAC“无电子零件靠得住性数据”。

（NPRD）和GIDEP（政府工业数据互换打算），MIL-HDBK-978和罗马实验室的“靠得住性工程师工具包”。

每一个故障阻碍类别的总故障率可在汇总表中详细说明，或概述在故障模式和阻碍总结（FMES）中。

有两种大体类型的FMEA--功能和部件。

通常执行功能FMEA以支持平安性分析效应，执行零件FMEA是为了提供故障率的进一步细化所必需的。

通常，当来自功能FMEA分析取得的过于保守的故障率不能让系统或项目知足FTA失效预算概率时，部件FMEA被将被执行。

部件FMEA也可用于依托冗余设计的系统，因为功能FMEA可能可不能揭露阻碍多于一个冗余元件的单个组件故障。

部件FMEA也用于机械项目和组件的平安分析。

功能FMEA

功能FMEA能够在任何维修约定级执行。

细分适当的品级由系统的复杂性和分析的目标决定。

假设是所需的分析要紧在电路或机械装置的某部份上，而不主若是特定的功能，那么其应被分解成功能块。

从飞机或系统级，这能够意味着将每一个LRU或项目概念为功能块。

从系统或更低级别或许涉及到将项目分解为许多块。

假设是每一个块具有尽可能少的输出，那么FMEA任务就取得了简化。

一旦确信了功能块，应创建功能框图，而且每一个块标记有其功能名称。

关于每一个功能块，应相关于系统操作分析内部和接口功能。

下一步是为每一个功能块假定故障模式。

通过考虑功能块的用意（功能）并尝试确信该功能如何失效来确信失效模式，不管利用的部件具体是什么。

分析人员必需足够了解功能块的操作，以至于没有忽略重要的故障模式，包括可能阻碍多个冗余功能块的单个部件故障。

通常，给定块功能的清楚描述，这会使得许多故障模式变得很明显。

以下是功能故障模式的简单例如：

产生5V的电源电路能够称为功能块。

一些功能故障模式的例如如下。

a、没有电压

b、电压不足5V

c、电压大于5V

d、输出的5V带有噪声

e、对地短路或其他电压

基于电路实现可能存在其它故障模式。

通过考虑该功能如何适应整体设计来确信每一个故障模式的效应。

一样为每种效应类型创建失效效应类别，并分派失效效应类别代码。

致使相同效应的所有故障模式都分派给效应类别。

然后，关于每一个故障，效应类别代码能够输入到FMEA工作表中，如表G1所示。

在确信故障阻碍和检测手腕时，必需考虑软件和故障监控。

作为此分析的一部份，分析人员还必需验证监控确实能够检测故障模式。

为了正确执行此分析，分析人员必需具有系统要求和软件设计的详细知识，包括适用的内部故障治理技术。

假设是正在进行定量分析，那么向每一个故障模式分派故障率。

一种技术是基于类似功能的以往体会来执行每一个块的故障率预测而且为各类故障模式分派故障率，从而确信发生概率。

部件故障散布指南见。

TableG1–功能FMEA工作表（FunctionalFMEAworksheet）

故障模式和影响分析（FMEA）

系统（System）

FMEADescription

Date

子系统（Subsystem）

Sheetof

（itemATA）

FTAReferences:

File

Author：

Rev

功能名称

FunctionNames

功能代码

FunctionCode

失效模式

FailureMode

模型故障率

ModefailureRate

飞行状态

FlightPhase

失效效应

FailureEffect

检测方式

DetectionMethod

注释

Comments

功能FMEA的结果记录在类似于表G1的工作表中。

此例如表能够修改以知足程序需要。

不同的要求可能致使添加或删除一些信息。

分析人员应该在开始分析之前确保FMEA表格和内容知足请求者的特定需求。

随着分析的进行，应付FMEA的以后爱惜进行非正式记录，并协助解决有关FMEA的问题。

a、每一个故障模式的说明；

b、分派故障率的理由；

c、将特定故障分派给故障效应类别的原理；

d、记录所做的任何假设；

这份文件不在FMEA的报告中，可是应保留作为参考。

部件FMEA

部件FMEA类似于功能FMEA，不同的地址在于，不是在功能或框图级别分析，而是分析包括在项目或功能中的每一个单独组件的故障模式。

部件FMEA可用于确信潜在的电气，电子或机械故障的故障阻碍。

例如，电阻器或电机轴的故障的阻碍能够被以为是部件FMEA的一部份。

电子设备上的部件FMEA通常只在功能FMEA过于保守的结果不能使该项目知足FTA故障预算概率时才需要执行。

这部份是由于难以确信复杂组件的故障模式。

部件FMEA的第一步是创建一个由FMEA覆盖的所有组件的列表。

下一步是确信每一个组件类型的故障模式。

这是部件FMEA中最困难的部份，专门是对包括复杂集成电路的电子产品执行的FMEA。

确信除最简单的组件（其中行业数据可用）之外的所有故障模式是超级困难的，有时是不可能的。

当有疑问时，必需做出部件失效模式的最坏情形假设。

帮忙确信部件故障模式的信息包括在中。

一旦组件的零件失效模式被确信，它们被输入到FMEA工作表中，如表G2所示。

此例如工作表能够修改以知足个人需求。

不同的要求可能致使添加或删除工作表中的一些信息。

分析人员应该在开始分析之前确保FMEA表格和内容知足请求者的特定需求。

TableG2–零件FMEA工作表（Piece-PartFMEAworksheet）

故障模式和影响分析（FMEA）

系统（System）

FMEADescription

Date

子系统（Subsystem）

Sheetof

（itemATA）

FTAReferences:

File

Function

Author：

Rev

部件数

PartNumber

部件类型

PartType

失效模式

FailureMode

模型故障率

ModefailureRate

飞行状态

FlightPhase

失效效应

FailureEffect

检测方式

DetectionMethod

注释

Comments

下一步是确信故障对下一个更高级别组件的阻碍，并为故障分派故障阻碍类别。

能够将失效效应代码分派给每一个类别以简化表格。

然后能够将每一个失效效应类别的详细描述包括在报告的文本中。

致使相同成效的所有故障模式都分派给成效类别。

然后，成效类别代码能够针对每一个故障输入到FMEA工作表中，如表G2所示。

在确信故障阻碍和检测手腕时，必需考虑软件和故障监控。

作为此分析的一部份，分析人员还必需验证监控确实能够检测故障模式。

为了正确执行此分析，分析人员必需具有系统要求和软件设计的详细知识，包括适用的内部故障治理技术。

假设是正在进行定量分析，那么向每一个故障模式分派故障率。

组件部件故障散布指南见。

随着分析的进行，应付FMEA的以后爱惜进行非正式记录，并协助解决有关FMEA的问题。

e、每一个故障模式的说明；

f、分派故障率的理由；

g、将特定故障分派给故障效应类别的原理；

h、记录所做的任何假设；

这份文件不在FMEA的报告中，可是应保留作为参考。

确信零部件故障模式和故障散布

当执行零件FMEA时，可能需要进一步分解组件的故障率以识别适用于特定故障模式的故障率的百分比。

能够从诸如RAC“故障模式/机构分派”（FMD），MIL-HDBK-978和罗马实验室的“靠得住性工程师工具包”等行业文件中取得指导，这些文件为许多组件类型提供此信息。

要考虑的典型故障模式包括但不限于以下：

a、打开

b、短路

c、参数漂移

d、失调

e、介质（绝缘体）击穿

f、间歇操作

g、不工作

h、误操作

i、磨损

j、机械故障

k、黏着

l、疏松

m、断裂

通常，必需考虑组件的功能，而且必需考虑组件可能无法正确执行该功能的所有潜在方式，以包括在组件故障模式列表中。

还必需考虑组件的意外功能。

上述参考文献提供了良好的基础，许诺分析人员确信被分析的组分的潜在失效模式。

工程判定是故障模式确信进程的必要部份。

尽管故障率和模式源文档为某些组件类型的故障模式提供了基础，可是这些文档中不包括许多设备类型。

这关于需要逐部份地考虑的复杂数字IC尤其如此。

确信数字设备的故障模式通常需要工程判定，而且不可能针对复杂数字IC确信所有故障模式。

用于估量复杂数字设备的故障模式的方式是用能够存在更好的故障模式的概念的功能块来对所考虑的数字设备进行建模。

假设是可能，将功能块可能故障的引脚电平阻碍确信为器件故障模式。

一些故障可能阻碍多个引脚和引脚的各类组合。

必需专门注意可能致使FTA大体事件的潜在部件故障模式。

尝试通过物理故障方式来确信实际故障机制和相关阻碍不推荐用于IC，因为它迫使分析人员对每一个数字IC执行“FMEA”。

该“FMEA”可能比完成的较高级FMEA更复杂，而且关于复杂IC可能无法实现。

另外，芯片制造商未公布的增强设计可能使整个工作毫无心义（过时）。

复杂的IC故障模式能够包括间歇性故障和可能阻碍多个引脚的各类故障组合。

其他组件类型的故障模式比ICs更易取得。

可是，从多个参考看，相同的组件类型，可能产生不同的故障模式散布，有时乃至是不同的故障模式。

这指出，即即是简单的组件，它是很难确信哪些潜在的失效模式是有效的，哪些不能发生。

证明

假设是难以确信故障模式的失效效应的分析方式，那么应尽可能进行实验室验证。

期望通过测实验证所有重要的失效效应。

对于电气或电子系统，能够通过打开引线或将引线短接在一路或接地来引入故障。

假设是器件输出能够分为三态，那么能够轻松引入逻辑组合。

不幸的是，最难分析的故障模式有时难以通过测试来确认。

例如，不可能为大多数IC引入所有故障。

运算机辅助设计软件也可用于模拟故障。

该软件许诺将等效的故障引入到电路仿真中并确信故障效应。

在测试和实际利用期间的故障分析也可用于证明FMEA的结果。

此故障数据还可用于为以后的FMEA创建故障模式库。

4、文档

FMEAreport

FMEA的报告应该包括：

a、可用于FMES、FTA或相似分析参考的文档编号；

b、介绍包括关于FMEA的目的和对象的简要说明。

c、操作的简要概述和框图。

d、描述分析方式的部份。

（本节应包括如何执行分析的描述，利用的级别的概念和相关假设的列表）。

e、FMEA结果的完整列表。

（能够利用类似于和中包括的例如的FMEA形式。

）

f、识别所分析的硬件，软件和固件的部件号和修订状态。

g、附录还应包括以下项目。

（1）图纸或示用意

（2）在分析期间概念或从其他来源取得的较低级别组件的任何故障模式散布（包括所有考虑的模式的调整）。

（3）在分析中利用的故障率和故障率源的列表

FMEA检查表

以下清单将确保以正确的顺序执行正确的步骤，以执行具有本钱效益和准确的FMEA。

1、假设是可能，从客户或请求者取得书面规定的要求：

（a）所考虑的失效效应，

（b）要考虑的输出，

（c）可许诺的故障检测方式，

（d）最后报告格式，

（e）附表。

2、预备分析：

（a）获取并明白得文件

（b）产生部件列表

（c）将设备划分为子层并记录划分

（d）假设是需要零件分析，那么搜集部件的故障模式。

3、预备详细分析

（a）确信故障模式和分派故障效应码

（b）幸免故障模式的不良概念，使得从当前水平到更高水平常可不能发生混淆，

（c）假设是需要，确信每一个故障效应类别的检测方式，

（d）提供详细说明，失效类别分派的理由。

4、验证任何问题的分析结论（假设是可能，包括实验室或飞机数据）。

5、撰写报告

五、检测程序和监测的检测覆盖分析：

这种类型的分析有助于确信各类测试进程在潜在故障检测方面的有效性。

用于实现此目的的方式涉及对可应用的故障模式的检查，以确信是不是检测到它们的阻碍，和确信适用于检测到的故障模式的故障率的百分比。

检测装置本身可能潜在故障的可能性应当在覆盖分析中被考虑并作为限制因素（即，覆盖不能比检测装置更靠得住）。

在FMEA中包括检测覆盖可能致使每一个单独的故障将使得本来是一个故障效应类别此刻变成份离的故障类别，缘故是检测覆盖可能性的存在。

包括检测覆盖的另一种方式是针对FTA的，咱们保守地假定由于检测方式中的潜在故障在覆盖中没有遗漏。

关于这种保守假设无法知足顶事件概率要求的情形能够修改FMEA。