2023年12月2日发(作者：)
5 故障类型及影响分析
故障类型及影响分析（Failure Modes & Effects Analysis - FMEA）是对系统的各组成部分、元素进行的分析。系统的组成部分或元素在运行过程中往往可能发生不同类型的故障。对系统产生不同的影响。这种分析方法首先找出系统中各组成部分及元素可能发生的故障及其类型，查明各种类型故障对邻近部分或元素的影响以及最终对系统的影响，然后提出避免或减少这些影响的措施。
最初的故障类型和影响分析（FMEA）只能做定性分析，后来在分析中包括了故障发生难易程度的评价或发生的概率。更进一步地把它与危险度分析（Critical Analysis）结合起来，构成故障类型和影响、危险度分析（Failure Modes, Effects and Criticality Analysis - FMECA）。这样，如果确定了每个元素故障发生概率，就可以确定设备、系统或装置的故障发生概率，从而定量地描述故障的影响。
5.1 概述
（1）故障
故障一般是指元件、子系统、系统在规定的运行时间、条件内，达不到设计规定的功能的一种状态。
系统或产品发生故障有多方面原因，以机电产品为例，从其制造、产出和发挥作用，一般都要经历规划、设计、选材、加工制造、装配、检验、包装、贮存、运输、安装、调试、使用、维修等多个环节，每一个环节都有可能出现缺陷、失误、偏差与损伤，这就有可能使产品存在隐患，即处于一种可能发生故障的状态，特别是在动态负载、高速、高温、高压、低温、摩擦和辐射等苛刻条件下使用，发生故障的可能性更大。
一般机电产品、设备常见故障类型见表5-1。
表 5-1 一般机电产品、设备常见故障类型
结构破坏
机械性卡住
振动
不能保持在指定位置上
不能开启
不能关闭
误开
误关
内漏
外漏
超出允许上限
超出允许下限
间断运行
运行不稳定
意外运行
错误指示
流动不畅
假运行
不能开机
不能关机
不能切换
提前运行
滞后运行
输入量过大
输入量过小
输出量过大
输出量过小
无输入
无输出
电短路
电开路
漏电
其他
对产品、设备、元件的故障类型、产生原因及其影响应及时了解和掌握，才能正确地采取相应措施。若忽略了某些故障类型，这些类型故障可能因为没有采取防止措施而发生事故。例如，美国在研制NASA卫星系统时，仅考虑了旋转天线汇流环开路故障而忽略了短路故障，结果由于天线汇流环短路故障使发射失败，造成1亿多美元的损失。
掌握产品、设备、元件的故障类型需要积累大量的实际工作经验，特别是通过故障类型和影响分析来积累经验。
（2）故障的影响
从安全角度来说，事故、灾害是指“故障引起的人身伤亡和物质财产的损失”。也就是说，故障是事故、灾害的原因。一个系统或产品从正常发展成事故有一个过程：
正常→异常→征兆状态→故障→事故。
-71-.征兆状态是指，即使判断为异常，但还未达到故障以至事故与灾害的状态。通过观测、检测、监视这种征兆状态可收集到征兆信息，利用征兆信息，可以诊断、预测故障与事故的发展动态。
讨论故障时不能离开功能、时间、条件和故障概率四个因素。
① 功能。系统或产品发生故障，可能部分或全部丧失功能。其原因就是下级发生故障或不正常（其症状或现象称为故障模式）。上级和下级的层次概念，除考虑原对象的物理意义、空间关系外，应主要考虑功能联系及其重要性方面的问题。
故障模式若从可靠性定义来说，一般可从五个方面来考虑：运行过程中的故障、提前动作、在规定的时间不动作、在规定的时间不停止、运行能力降低与超量或受阻。
② 条件。在研究系统或产品的故障时，首先应了解其具有的功能及内部状态如何，是否有内部缺陷和劣化的因素，是否由于环境条件或所受应力的作用正在劣化或损伤扩展。故障原因分为为：
a. 诱发故障的内因 ---- 内部原因、缺陷等；
b. 直接造成故障的外因---- 外部应力、人员差错、环境条件、使用条件变化等。
③ 时间
考虑到故障对功能的影响时，必然要提出系统或产品的保证期是多少？故障大概在什么时间发生？在t=0时，功能当然正常，但在某个时间以后就可能出现问题。而且，故障发生的难易程度也是随时间变化的。故障模式及影响分析不是按时间序列进行分析的，这是它的不足之处。
④ 概率
在故障模式及影响分析中，一般要评定相对发生频率等级。如果有过去的各种数据，在故障模式、影响及致命度分析中利用故障率数据，可以对故障后果做出客观的评价。
（3）故障模式、原因、机理及效应
① 故障模式。故障模式是从不同表现形态来描述故障的，是故障现象的一种表征，即由故障机理发生的结果 - 故障状态。表5-1列出了一些故障模式。但产品不同，故障模式也不同。如机床、汽车、起动设备等机械产品的故障模式表现为磨损、疲劳、折断、冲击、变形、破裂等。
某些机电产品的故障模式举例如下：
水泵、涡轮机、发电机的故障模式有：误起动、误停机、速度过快、反转、异常的负荷振动、发热、线圈漏电、运转部分破损等。
a. 容器的故障模式有：
泄漏、不能降温、加热、断热、冷却过分等。
b. 热交换器、配管类的故障模式有：
堵塞、流路过大、泄漏、变形、振动等。
c. 阀门、流量调节装置的故障模式有：
不能开启或不能闭合、开关错误、泄漏、堵塞、破损等。
d. 电力设备的故障模式有：
电阻变化、放电、接地不良、短路、漏电、断开等。
e. 计测装置的故障模式有：
信号异常、劣化、示值不准、损坏等。
f. 支承结构的故障模式有：
变形、松动、缺损、脱落等。
齿轮的故障模式有：断裂、压坏、熔触、烧结、磨耗（损等）。
g. 滚动抽承的故障模式有：
滚动体轧碎、磨损、压坏、腐蚀、烧结、裂纹、保持架损坏等。
h. 滑动轴承的故障模式有：
腐蚀、变形、疲劳、磨损、胶合、破裂等。
i. 电动机的故障模式有：
-72-.磨损、变形、发热、腐蚀、绝缘破坏等。
环境应力造成的故障模式见表5-2所示。
表5-2环境影响和故障模式
环境因素 主要影响
热老化
金属氧化
结构变化
设备过热
粘度下降、蒸发
增大粘度和浓度
结冰现象
脆化
物理收缩
元件性能改变
吸收湿气
电化反应
锈蚀
电解
干裂
脆化
粒化
膨胀
漏气
空气绝缘强度下降
散热不良
老化和物理反应
脆化、软化粘合
典型故障模式
绝缘失效
接点接触电阻增大，金属材料表面电阻增大
橡胶、塑料裂纹和膨胀
元件损坏、着火、低熔点焊锡缝开裂、焊点脱开
丧失润滑特性
丧失润滑特性
电气机械功能变化，液体凝固、盲管破裂
结构强度减弱，电缆损坏，蜡变硬，橡胶变脆
结构失效，增大活动件的磨损，衬垫、密封垫弹性消失，引起泄漏
铝电解电容器损坏，石英晶体往往不振荡，蓄电池容量降低
物理性能下降，电强度降低。绝缘电阻降低，介电常数增大
机械强度下降
影响功能，电气性能下降，增大绝缘体的导电性
机械强度下降
结构失效
电气性能变化
容器破裂
电气性能变化、机械强度下降
绝缘击穿、跳弧、出现电弧、电晕放电现象和形成臭氧、电气设备工作不稳定甚至故障
设备温度升高
表面特性下降、膨胀、龟裂、折皱、破裂、橡胶和塑料变质、电气性能变化
绝缘失效、密封失效、材料失色、产生臭氧
增大磨损、机械卡死、轴承损坏
过滤器阻塞、影响功能、电气性能变化
产生电噪声
降低材料的绝缘性能
增大磨损，机械强度下降、电气性能变化
绝缘材料腐蚀
产生电化腐蚀、结构强度减弱
有机材料强度降低、损坏、活动部分受阻塞导致其他形式的腐蚀，如电化腐蚀
光学透镜表面薄膜浸浊、金属腐蚀和氧化
结构失效、影响功能、机械强度下降
机械影响和堵塞，加速磨损
加强低温影响
加速高速影响
结构失效，头锥、整流罩淋雨侵蚀
增在失热量，电气失效，结构强度下降
破坏防护镀层，结构强度下降、表面特性下降
加速化学反应
结构夫效和强度下降，密封破坏，电气元件封装损坏
高温
低温
高湿度
干燥
低气压
太阳辐射
磨损
堵塞
静电荷增大
砂尘
吸附水分
盐雾
化学反应
锈蚀和腐蚀
电解
霉菌吞噬和繁殖吸附水分
分泌腐蚀液体
力作用
材料沉积
热量损坏（低速风）
热量增在（高速风）
物理应力
吸收水和浸渍
锈蚀
腐蚀
机械应力
霉菌
风
雨
湿度冲击
-73-.臭氧
化学反应破裂、裂纹
脆化
粒化
空气绝缘强度下降
加速氧化
电气或机械性能发生变化
机械强度下降
影响功能
绝缘性下降，发生跳弧现象
晶体管外引线、固定电路的管脚、导线折断，金属构件断裂、变形、结构失效，联接器、继电器、开关的瞬间断开、电子插件性能下降。陀螺漂移增大，甚至产生故障。加速度表精度降低，输出脉冲数超过预定要求。导致特性和引信装置的电气功能下降。粘层、健合点脱开，电路瞬间短路、断路
结构失效，机件断裂或折断，电子设备瞬间短路
振动
机械应力疲劳
电路中产生噪声
冲击
噪声
机械应力
低频影响与振动相同。电子管、波导管、调速管、磁控管、压电元件、薄壁上的继电器、传感器高频影响设备元件的活门、开关、扁平的旋转天线等均受影响，结构可能失效
谐振
有机材科分解、蜕变、放气和蒸发污染光学玻璃。轴承、齿轮、相机快门等活动部件磨损加快
放大、蒸发、冷焊 两种金属表面会粘合在一起，产生冷焊现象
机械应力
液压增加
机械应力冲击波
结构变形和破坏
漏液
结构失效，密封破裂
破裂，结构破坏
真空
加速度
高压爆
破环境
② 故障原因
系统、产品的故障原因，主要来自两个方面。
一是内在因素，从固有可靠性方面看，有以下原因：
a. 系统、产品的硬件设计不合理或存在潜在的缺陷，如设计水平低，未采取防震、防湿、减荷、安全装置、冗余等设计对策；
b. 系统、产品中零、部件有缺陷；
c. 制造质量低，材质选用有错或不佳等；
d. 运输、保管、安装不善。
根据经验数据表明，在各类机电产品故障比率中，由固有可靠性引起的约占总数的80％。
二是外在因素，从使用可靠性方面看，引起故障的主要原因是环境条件和使用条件。
系统或产品的环境条件与使用条件越苛刻，越容易发生故障。湿度和温度过高或过低、振动、噪声、冲击、灰尘、有害气体等不仅是产品可靠性的有害因素，也是对操作人员有害的因素，这些都是促发故障的原因。
根据机电产品寿命的统计表明，以室温（20~25℃）为基数，每升高10℃，使用寿命就缩短1/15~1/2。
只要存在着上述原因，就意味着系统或产品存在潜在的故障，在一定条件下，就会产生一定模式的故障。
③ 故障机理
故障机理是指诱发零件、产品、系统发生故障的物理与化学过程、电学与机械学过程，也可以说是形成故障源的原因。就是要考虑某个故障模式是如何发生的，以及它发生的可能性有多大。因此，在研究故障机理时，需要考虑下面三个原因。
a. 对象。对象是指发生故障的实体（系统或产品本身），以及其内部状态与潜在缺陷。对象的内部状态与结构，对故障的发生有抑制或促进作用。
b. 外部原因。指能引起系统或产品发生故障的外界破坏因素，如外部环境应力、时间因素、人为差错等故障诱因。即人、环境与机的关系。
-74-.c. 结果。指在外部原因作用于对象后，对象内部状态发生变化，当此变化量超过某一阈值，便形成故障。
④ 故障效应
指的是某一故障发生后，它对系统、子系统、部件有什么影响，影响程度有多大。
⑤ 故障模式、故障机理与故障原因的关系
故障原因孕育着故障机理，而故障模式反映着故障机理的差别。但是，故障模式相同，其故障机理并不一定相同。例如机械零件变形这一故障模式，其机理可能有冲击、温度、破坏等多种。同一故障机理，也可能出现不同的故障模式。例如疲劳的故障机理，就可以出现表面破裂、耗损、折断等故障模式。因此，考察一个部件，故障模式就可能不只一种，如阀门故障至少有内部泄漏、外部泄漏、打不开、关不紧等四种模式。
图5-1是交流接触器的故障过程，从图中可以清楚地看出故障模式、故障机理与故障原因之间的关系。
图5-1交流接触器故障过程示意图
外部原因内部原因故障原因
可动解除部分固定解除部分弹簧
线圈
时间历程电火花、噪声、温度上升故障机理故障模式
#
#
壳体
过载电源
尘埃、有毒气体接触部位磨损
驱动部位磨损接触不稳定接触部位破坏
驱动部位破坏接触功能失效
#
#
温度、湿度
接触点变形、熔化可接触片变形
线圈过热、、烧坏弹簧疲劳、折断
5.2 故障类型及影响分析程序
故障类型及影响分析的思路是，从设计功能上，按照“系统-子系统-元件”顺序分解研究故障模式，再按逆过程，即“元件-子系统－系统”顺序研究故障的影响，选择对策，改进设计。因此，其分析步骤如图5-2所示。
（1）明确系统的情况和目的
在分析程序中首先应对系统的任务、功能、结构和运行条件等诸方面有一个全面的了解。如系统由哪些子系统、组件和元件组成，它们各自的特性、功能，以及它们之间的联接、输入输出的关系；系统运行方式和运行的额定参数、最低性能要求、操作和维修方式与步骤，系统与其他系统的相互关系、人机关系，以及其他环境条件的要求等。要掌握这些情况，就应了解系统的设计任务书、技术设计说明书、图纸、使用说明书、标准、规范、事故情报等资料。
-75-.
明确系统的情况与目的确定分析层次 绘制功能框图和可靠性框图
建立故障模式清单
分析故障模式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
图5-2故障模式及影响分析程序框图
（2）确定分析的层次
分析开始时就要根据系统的情况，决定分析到什么层次。这是一个重要的问题。图5-3是分析层次与故障模式及影响分析的关系。
（对车辆的影响）
（对系统的影响）（对子系统的影响）（对组成零件的影响）
车 辆
(功能)
系 统
子系统部 件分部件组成
零件设备
部件
系统功能级的FMEA
部件级的FMEA
组成零件级的FMEA
设备部件级的FMEA
图 5-3 分析的层次和故障摸式及影响分析
由图5-3可见，不同的分析层次故障模式及影响分析应有不同的格式，在各分析层次中，由于故障所在层次不同，故障模式对上一层影响和对下一层的故障原因追究深度也不相同。
如果分析的层次太浅，就会漏掉重要的故障模式，得不到有用的资料；反之，若分析得过深，一切都分析到元件，则会造成结果繁杂，费时太多，同时对制定措施也带来了困难。一般说来，对关键的子系统可以分析得深一些，次要的可以分析浅些，有的可以不分析。
（3）绘制功能框图和可靠性框图
根据对系统的分解和分析画出功能框图。
可靠性框图是从可靠性的角度建立的模型，它把实际系统的物理、空间要素与现象表示为功能与功能之间的联系，尤其明确了它们之间的逻辑关系。图5-4是高压空气压缩机的可靠性框图。
-76-.
装置级
高压空气压缩机电动机10
检测器20
部件级
冷却、除湿部分 30润滑40压缩机50贮油箱41
油加热器 42
主泵43过滤器44 A过滤器
44B冷却器45油管46组件（零件）图5-4 高压空气压缩机可靠性框图
（4）建立故障模式清单、分析故障模式及影响
这一步是实施故障模式及影响分析的核心，通过对可靠性框图所列全部项目的输出分析，根据理论知识、实践经验和有关故障资料，判明系统中所有实际可能出现的故障模式（即导致规定输出功能的异常和偏差）。分析过程的基本出发点，不是从故障已发生开始考虑，而是分析现有设计方案，会有哪种故障发生，即对每一种可能的输出功能偏差，预测可能发生什么故障，对部件、子系统、系统有什么影响及其程度，列出认为可能发生的全部故障模式。
选定、判明故障模式是一项技术性很强的工作，必须细致、准确。下面介绍5W1H启发性分析方法要领。
5W1H方法，就是指Who（谁）、When（何时）、Where（何处）、What（什么）、Why（为什么）、How（怎样、如何）的总称，以提问方式来完成对故障事故的思考。
① Why（为什么）
为什么要有这个元件？为什么这个元件会发生故障？为什么不加防护装置？为什么不用机械代替人力？为什么不用特殊标志？为什么输出会出现偏差？
② What（什么）
功能是什么？工作条件是什么？与什么有关系？规范、标准是什么？在什么条件下发生故障？将会发生什么样的故障？采用什么样的检查方法？制定什么样的预防措施？
③ Who（谁）
谁操作？故障一旦发生谁是受害者？谁是加害者?影响到哪些功能？谁来实施安全措施？
④ When（何时）
何时发生故障？何时检测安全装置？何时完成预防措施计划？
⑤ Where（何地）
在什么部位发生故障？防护装置装在什么地方最好？何处有同样的装置？监测、报警装置装在什么地方最好？何地需要安全标志？
⑥ How（如何)
发生故障的后果如何？影响程度如何？如何避免故障发生？安全措施控制能力如何？如何改进设计？
在故障分析时，应根据对象的不同采取不同的分析方法。但必须注意，切勿只见现象，不见真正的原因。要从全局出发，综合各种信息采取失效物理的微观分析，一般可按下面的程序进行。
a. 掌握全局性分析的综合调查。如果陷入过于细微的故障现象之中，往往会把原因和结果搞错，所以，首先要做全局性的调查。
b. 从非破坏性的外部分析到解剖、破坏性的内部分析。
c. 建立故障原因的假设，并进而求证。
-77-.（5）研究故障检测方法
故障检测是发现故障的重要途径，设定故障发生后，说明故障所表现的异常状态及如何检侧，必须研究故障检测方法。例如通过声音的变化，仪表指示量的变化进行故障检测。对保护装置和警报装置，要研究能被检测出的程度如何并做出评价。
（6）确定故障等级
由于各种故降模式所引起的子系统、系统事故有很大的差别，因而在处理措施上就要分清轻重缓急区别对待。故障等级是衡量对系统任务、人员安全造成影响的尺度。确定故障等级的方法有以下几种。
① 简单划分法。将故障模式对子系统或系统影响的严重程度分四个等级，可根据实际情况进行分级，具体参见表5-3。
表5-3 故障类型分级表
故障等级
I级
Ⅱ级
Ⅲ级
Ⅳ级
影响程度
致命性
严重性
临界性
可忽略性
可能造成的危害或损失
可能造成死亡或系统损失
可能造成严重伤害，严重职业病或主系统损坏
可造成轻伤、轻职业病或次要系统损坏
不会造成伤害和职业病，系统也不会受损
② 评点法。在难于取得可靠性数据的情况下，可采用此法，它比简单划分法较精确。该方法从几个方面来考虑故障对系统的影响程度，用一定点数表示程度的大小、通过计算，求出故障等级。
评点数由下式求得：
cs=ic1⋅c2⋅⋅⋅ci 5-1
式中，cs - 总点数,0 ci - 因素系数，0 评点因素和系数如表5-4所示。 表5-4评点因素和系数 评点因素 1．故障影响大小 2．对系统造成影响的范围 3．系统故障发生的频率 4．防止故障的难易程度 5．是否新没计 系数 ci 0 1 其评点因素的内容比较模糊，而且系数取值范围较大，不易评得准确。 另一种求点数的方法列于表5-5，可根据评点因素求出点数，然后求和，得出总点数cs。 表5-5 评点参考表 评点因素 内 容 造成生命损失 造成相当程度的损失 元件功能有损失 无功能损失 对系统造成两处以上的重大影响 对系统造成一处以上的重大影响 对系统无过大影响 点数 5.0 3.0 1.0 0.5 2.0 1.2 0.5 故障影响大小 对系统影响程度 -78-.发生频率 容易发生 能够发生 不太发生 不能防止 能够防止 易于防止 内容相当新的设计 内容和过去相类似的设计 内容和过去同样的设计 1.5 1.0 0.7 1.3 1.0 0.7 1.2 1.0 0.8 防止故障的难易程度 是否新设计 以上两种评点方法求出的总点数cs，均可按表5-6评出故障等级。 表5-6 评点数与故障等级 故障等级 I（致命） Ⅱ（重大） Ⅲ（轻微） Ⅳ（可忽略）评点数 7～10 1～7 2～4 <2 内 容 完不成任务，人员伤亡 大部分任务完不成 一部分任务完不成 无影响 应采取的措施 变更设计 重新讨论设计，也可变更设计 不必变更设计 无 （7）故障类型及影响分析表格 可以根据分析的目的、要求设立必要的栏目，简捷明了地显示全部分析内容。常用的分析表格参见表5-7。 表5-7 故障类型影响分析表格 项 目 构成因素 故障模式 故障影响 危险严重 故障发生概率 检查方法 校正措施 5.3 故障类型及影响、危险度分析 危险度分析的目的在于评价系统每种故障类型的危险度，据此按轻重缓急确定对策措施。一般地，采用概率 - 严重度来评价故障类型的危险度。 5.3.1 故障概率 故障概率，是指在一特定时间内，故障类型所出现的次数。时间可规定为一定的期限，如一年、一月等；或根据大修间隔期；完成一项任务的周期或其他被认为适应的期间来决定。 可以使用定性和定量方法确定单个故障类型的概率。 （1）定性分类法 ① I级故障概率很低，元件操作期间出现的机会可以忽略。 ② Ⅱ级故障概率低，元件操作期间不易出现。 ③ Ⅲ级故障概率中等，元件操作期间出现的机会为50％。 ④ Ⅳ级故障概率高，元件操作期间易于出现。 （2）定量分类法： ① I级在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，小于全部故障概率的0.01。 -79-.② Ⅱ级在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，大于全部故障概率的0.01而小于0.10。 ③ Ⅲ级在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，大于全部故障概率的0.10而小于0.20。 ④ Ⅳ级在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，大于全部故障概率的0.20。 5.3.2 严重度 严重度指的是故障类型对系统功能的影响程度。它可以分为四个等级，参见表5-8。 表5-8 严重度等级划分 严重度等级 内 容 1.对系统任务无影响 2.对子系统造成的影响可忽略不计3.通过调整故障易于消除 1.对系统的任务虽有影响但可忽略2.导致子系统的功能下降 3.出现的故障能够立即修复 严重度等级内 容 1.系统的功能有所下降 2.子系统功能严重下降 3.出现的故障不能立即通过检修予以修复 1.系统功能严重下降 2.子系统功能全部丧失 3.出现的故障需经彻底修理才能消除 I (低的） Ⅲ （关键的）Ⅱ （主要的） Ⅳ （灾难性的）（3）风险矩阵法 故障的发生可能性和故障发生后引起的后果，经综合考虑后，能得出一个比较准确的衡量标准，称这个标准为风险率（或称危险度），它代表故障概率和严重度的综合评价。 有了严重度和故障概率的数据后，就可运用风险矩阵的评价法，因为用这两个特性就可表示出故障类型的实际影响。以故障类型发生概率为纵坐标，严重度为横坐标，综合这两个特性，画出风险率矩阵，如图5-5所示。 图5-5 风险率矩阵图 沿矩阵原点到右上角画一对角线，并将所有故障类型按其严重度和发生概率填入矩阵图中，就可看出系统风险的密集情况。处于右上角方块中的故障类型风险率最高，依次左移逐渐降低。但值得提醒注意的是，有的故障类型虽然有高的发生概率，但造成危害的严重度甚低，因而风险率也低；另一种情况，即发生的概率很低，但危害的严重度很大，所以风险率也不会高。 -80-.5.4 致命度分析 （1）致命度的含意 致命度分析（Criticality Analysis，缩写为CA）是在故障模式及影响分析的基础上扩展出来的。在系统进行初步分析（如故障模式及影响分析）之后，对其中特别严重的故障模式（如Ⅳ级，有时也对Ⅲ级）单独再进行详细分析。致命度分析就是对系统中各个不同的严重故障模式计算临界值， 致命度指数，即给出某故障模式产生致命度影响的概率，它是一种定量分析方法。与故障模式及影响分析结合使用时，称为故障模式、影响及致命度分析（FMECA）。 （2）致命度分析的目的 致命度分析的主要目的有： ① 尽量消除致命度高的故障模式； ② 当无法消除故障模式时，应尽量从设计、制造、使用和维修等方面去降低其致命度和减少其发生的概率； ③ 根据故障模式不同的致命度，对其零、部件或产品提出相应的不同质量要求，以提高其可靠性和安全性； ④ 根据不同情况可采取对产品或部件的有关部位增设保护装置、监测预报系统等措施。 （3）致命度指数的计算 致命度指数按式5-2计算： cr=∑(α⋅β⋅KA⋅KE⋅λG⋅t⋅106) 5-2 i=1n式中：cr --- 致命度指数。表示相应系统元件每100万次（或100万件产品中）运行造成系统故障的次数（或件数）； n --- 元件的致命性故障模式总数； i --- 致命性故障模式的第i个序号； λG --- 元件单位时间或周期的故障率； KA --- 元件λG的测定值与实际运行条件强度修正系数； KE --- 元件λG的测定值与实际运行条件环境修正系数； t --- 完成一项任务，元件运行的小时数或周期（次）数； α --- 致命性故障模式与故障模式比，即λG中致命性故障模式所占的比例； β --- 致命性故障模式发生并产生实际影响的条件概率，其值如表5-9： 表5-9 致命性故障模式发生并产生实际影响的条件概率（β） 故障影响 实际丧失规定功能 很可能丧失规定功能 可能丧失规定功能 没有影响 发生概率（β） β=1.00 0.1≤β<1.00 0<β<0.1 β=0 106 --- 单位调整系数，将cr值由每工作一次的损失换算为每工作106次的损失换算系数，经此换算后cr>1。 （4）致命度分析表格形式 致命度分析所用的表格形式如表5-10所示。 -81-.表5-10 致命度分析表 系统名称 日期 子系统 制表 主管 致命故障 1 2 3 4 5 6 7 8项目编号 故障模式 运行阶段故障影响 9 10 11可项目数 KAKE故障率运转时间或周期 靠性数据12 13 14 致命度计算 λG数据来源 α β cr 致命度分析（或故障模式、影响及致命度分析）的正确性取决于两个因素：首先与分析者的水平有直接关系，要求分析者有一定实践经验和理论知识；其次则取决于可利用的信息，信息多少决定了分析的深度，如没有故障率数据时，只能利用故障模式发生的概率，用风险矩阵的方法分析，无法填写详细的致命度分析表。若所用的数据不可靠，则分析的结果必然有差错。 5.5 故障类型及影响分析举例 例1 舰船用的高压空气压缩机。 （1）功能说明 该高压空气压缩机的功能是提供操作用全部高压空气。在分析中不考虑外电源和压缩机贮罐的故障以及操作人员的误操作。 （2）功能分解 压缩机系统由一台电动机驱动，采用闭路循环水冷却。该系统由五个子系统组成： ① 电动机。向压缩机、润滑、冷却各子系统输送扭矩； ② 监测器系统。包括各种压力表、安全阀、压力开关、温度监测和报警器等，监测压力、温度可起到安全保护的作用； ③ 冷却与除湿系统。冷却水流经内冷却器、后部冷却器、润滑油冷却器、气缸夹套及端部冷却器来完成冷却作用。除湿部分的功能是将进入压缩机的空气的水分除掉； ④ 润滑系统。保证压缩机各运动接触之间的润滑和气缸的良好润滑； ⑤ 压缩机。装有自身润滑装置、冷却液自动排放系统和电动计时器等。 图5-6是压缩机系统的功能框图，表示出五个子系统和功能输出之间的关系。 -82-. 自动关机信号温度与压力读数 （温度和油压）电控制器电源 电动机10空气过压保险 监测器20温度与压力传感器输入 扭矩 13500rpm 冷却与除冷却干 湿部分30燥空气 油冷高压空气 压缩机50盐水淡化淡水 润滑 40 油图5-6 高压空气压缩机系统功能框图 （3）可靠性框图 可靠性框图见图5-4。从图中可看出，由电动机（10）到压缩机(50)各组件相互之间是串联关系；在部件（零件）级，除过滤器（44A）到过滤器（44B）是并联外，其余均是申联的关系。 （4）故障类型及影响分析 故障类型及影响分析表见表5-11。 表5-11 故障类型及影响分析表 系统名称 高压空气压缩机 部 门 图 号 制 表 人 页 号 审 表 人 完成日期 征兆检测的可能性 空气压力读出 空气压力读出 空气压力泄压阀部分堵塞 故障影响 子系统 系统 供气压力低 如泄压阀能运行则影响可忽略 如停车无空气输出 人员 无 空气压力泄压阀部分损坏 温度指示器指示高温自动停车 电动机超负荷继电器部分损坏 现有安全装置 严重度项目 功能 输出压缩空气 故障模式 空气压力低 空气压力高 空气温度高 空气量降低 发生 时机 原因 压缩机各段阀门、气缸故障 压缩机各段阀门故障 措施 备注 高压空气压缩机 运行中 3 运行中 3 3 3 运行中 冷却部分有故障 空气温度读出 自动停车装置动作 运行中 电动机故障(转速下降) 无 电动机电流高 供气量降低 -83-.无空气输出 运行中 电动机故障 电动机故障仪表和监测装置 故障 冷却和除湿部分故障 润滑系统故障 读出 读出 读出 读出 电动机不转 压缩机功能信号失效 自动停车自动停车用户无空气 错误停车 用户无空气 用户无空气 无 无 自动停车 部分损坏 自动停车 部分损坏 3 驱动压缩机 不转 运行中 2个线圈开路 电流 增大 电机温度升高 无空气输出 无 4 设过电源保护,将使电动机过热之前跳闸 会造成损坏,扩大振动,传感器和停车装置能在重大破坏前使压缩机停车转速低 电动机 冷却和润滑装置的传动 运行中 1个线圈开电流 增大 电机温度升高 空气输出量减少 无 2 转动不良 运行中 顶部轴承间歇跳动、电气连接或接触不良 由于转速变动造成振动噪声大 电机温度升高 油封损坏、冷却及润滑效率降低 无 3 压力与温度读出 输出正常但读出不正常 读出数正常但实际输入不正常 由于失效而动作 无动作(但输出不正常) 运行中 仪表或传感器故障 操作正常 造成错误停车 输出损失造成压缩机损失 造成错误停车 自动停车和报警将限制损失 3 运行中 仪表故障 无明显征兆 无 3 仪表和监测装置 运行中 仪表故障 压缩机停车 仪表动作 无 1 自动停车 运行中 仪表故障 仪表指针不正常（超过红线） 压缩机损坏，无空气输出 仪表能给操作者信号 4 -84-.例2 对起重机的两种主要故障(钢丝绳过卷和切断)进行的故障类型与影响分析如表5-12。 表5-12 起重机的故障类型与影响、危险度分析(部分) 项 目 防止过 卷装置 钢丝绳 构成因素 电气零件 机械部分 安装螺栓 钢丝绳 单根钢丝 故障模式 动作不可靠变形生锈 松动 变形、扭结15％切断 故障影响误动作 破损 误报、失报切断 切断 严重等级Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ 故障发生概率10-210-410-310-410-1检查方法 通电检查 观察 观察 观察 观察 校正措施和注意事项 立即修理 警戒 立即修理 立即更换 立即更换 注：危险的严重度：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：非常容易发生的1×10-1；容易发生的1×10-2；偶尔发生的1×10-3； 不太发生的1×10-4；几乎不发生的1×10-5；很难发生的l×10-6例3 电机运行系统故障类型与影响分析 某电机运行系统如图5-7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与影响分析，结果列于表5-13。 图5-7 某电机运行系统示意图 表5-13 某电机运行系统故障类型与影响分析 元素 按 钮 故障类型 1.卡住 2.接点断不开 1.接点不闭合 2.接点不断开 不熔断 1.不转 2.短路 可能的原因 1.机械故障 1.机械故障 2.人员没放开按钮 1.机械故障 1.机械故障 2.经过接点电流过大 1.质量问题 2.保险丝过粗 1.质量问题 2.按钮卡住 3.继电器接点不闭合 1.质量问题 2.运转时间过长 对系统影响 1.电机不转 2.电机运转时间过长 3.短路会烧毁保险丝 1.电机不转 1.电机运转时间过长 2.短路会烧毁保险丝 短路时不能断开电路 丧失系统功能 1.电路电流过大烧毁保险丝 2.使继电器接点枯连 继电器 保险丝 电 机 -85-.
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