基于 FMECA 方法的故障模式危害性分析

張銳麗，高萬春，吳為團

（海軍航空工程學院青島校區，山東 青島 266041）

基于 FMECA 方法的故障模式危害性分析

張銳麗，高萬春，吳為團

（海軍航空工程學院青島校區，山東 青島 266041）

通過對某型飛機燃油系統建立故障模式分析表，對燃油系統所包含的故障件進行故障模式、影響及其危害性分析（FMECA），找出系統中存在的一些多發性、危險性故障，確定故障產生的原因，根據影響的嚴重程度和故障出現的概率來確定其出現的綜合效應。

故障；故障模式；危害性分析

飛機及其分系統大多數是復雜裝備，改善飛機及其各個系統的可靠性與維修性是提高質量與作戰能力，增加整個飛機的軍事和經濟效益的重要途徑。當裝備出現故障或異常問題時，維修成為解決問題的基本方法與手段，如果在飛行訓練和使用維護階段對飛機各個系統中的重點部件進行故障模式影響及危害性分析 (FailureModelEffec tCriticalityAnalysis,FMECA)，根據分析飛機系統在使用過程中實際發生的典型故障，分析出故障的潛在原因或者潛在的影響，可以為后期評估論證、研制、生產各階段產品的改進、改型或新產品的研制提供有意義的參考。

1 故障模式、影響及分析方法

航空裝備故障分為多發性危險故障、典型故障和較大故障，故障有各種不同的模式、現象和產生機理，應結合具體情況具體分析。故障模式即故障的現象，是對設備所發生的、能被觀察或測量到的故障現象的規范描述。

故 障 模 式 與 影 響 分 析（Failure Mede Effect Analysis，以下簡稱 FMEA)，即在系統設計過程中，通過對系統各組成單元潛在的各種故障模式及其對系統功能的影響進行分析，并把每一個潛在故障模式按它的嚴酷程度予以分類，提出可以采取的預防改進措施，以提高產品可靠性的一種設計分析方法，這種方法是通過一般歸納的方式來完成可靠性或安全性的定性分析。而故障模式、影響及其危害性分析（FMECA）是在上述分析方法的基礎上，對故障模式所產生的影響的致命程度作出判斷，進一步進行了量化分析。

1.1 確定嚴酷度的類別和故障概率等級

將每一故障模式按損失程度進行分類，即得到該產品的嚴酷度，一般講嚴酷度分為4類，嚴酷度類別是對故障造成的最壞潛在后果規定的一個量度。當產品或故障模式不能按下述的4類進行分類時，可按類似的損失程度進行歸類。

Ⅰ級：災難性的，為一種會引起人員死亡或系統毀壞的故障；Ⅱ級：致命性的，為會引起人員的嚴重傷害、重大經濟損失或導致任務失敗的故障；Ⅲ級：臨界性的，為會引起人員輕度傷害、一定的經濟損失或導致任務延誤或降級的系統輕度損壞；Ⅳ級：輕度的，為一種不足以導致人員傷害、一定經濟損失或系統損壞的故障，但會導致非計劃性維護或修理的。

通過確定系統的嚴酷度類別，在制定改進措施的時，根據各個等級，考慮消除危害性的大的故障，臨界或輕度故障作好預防維修或提高維修等級。

故障模式在使用中是否真正會對系統造成損害，不但與故障的嚴酷度有關，還與故障模式的出現概率有關。故障發生的概率可以分為5個等級 :A 級 ( 經 常 發 生 )， 范 圍：0.2＜P ≤ 1.0、B 級( 有 時 發 生 )， 范 圍：0.1＜P ≤ 0.2、C 級 ( 不 常 發生 )，范圍：0.01＜P ≤ 0.1、D 級 (很少發生 )，范圍：0.001＜P ≤ 0.01、E 級 ( 極 少 發 生 )， 范 圍：0＜P ≤ 0.001。

1.2 建立故障模式分析表

本文對某型飛機燃油系統的常見故障進行了統計，得出故障模式分析表如表1，并做如下幾點說明，（1）將特定檢查和換季一起，機械日和預先機務準備一并合并進行統計、機身和機翼油箱卸壓活門進行了合并，燃油放油開關和電動開關漏油問題合并為一類，燃油液面控制起和壓差控制器加壓時信號燈故障歸為一類。（2）嚴酷度等級的判定采用專家評估法。（3）故障概率等級根據三年的故障卡片進行統計，并將相關問題進行了合并計算。

燃油系統中部件的故障大致分為漏油、燈不亮（損壞）、失效、功能下降及其它等五種類型，通過建立 FMECA 維修性信息分析表 ,確定了燃油系統中各部件的故障規律、故障模式。

表 1 燃油系統 FMECA 表

2 危害性分析

對某種故障模式的后果及其出現概率的綜合度量稱為危害度，針對故障危害性分析的多指標性和模糊性，綜合專家們對故障模式的嚴酷度進行經驗界定，采取危害性矩陣圖法對各種故障模式按照危害度大小進行排序。

危害性矩陣圖是按照故障模式發生的概率和危害程度所產生的綜合性影響分類，全面評估每個故障模式的危害性程度，為系統的改進措施的先后排序提供基本依據。矩陣圖含義如下:橫坐標表示故障模式的嚴酷度類別,縱坐標表示故障模式發生的概率等級。根據這兩個數據值，將各故障模式所代表的點標在矩陣上,從而得到故障模式的危害性分布 (圖1)。

3 故障模式及影響

危害性的判斷方法:從故障模式標注的分布點向矩陣的對角線 (OP)做垂線 ,該垂線與對角線會產生一個交點，交點到坐標原點的距離即作為衡量故障模式危害性的尺度，當距離越長,則危害性越大。同時規定在同一矩陣方格內的標注點危害性相同，如（2）和（6）危害性相同，（1）、（3）和（5）危害性相同。由危害性矩陣可以看出，（2）對系統的危害性最大，即燃油電動開關漏油故障，屬于密封圈老化，位于起落架艙，屬于機械專業故障；（6）燃油液面控制器故障，為油面控制器損壞屬于機械故障，（5）燃氣渦輪起動機故障嚴酷度等級為Ⅱ，但因為其故障發生概率等級很小為E，所以危害性不是特別高。同時（2）、（6）和（1）故障發生的概率都比較大。（3）油量指示器內部電橋故障為特設專業故障，發生概率等級為D。

圖1 故障模式的危害性矩陣分析

通過對某機燃油系統的故障模式、故障機理的確定及故障影響的分析，提出防止失效的措施，更新迭代 FMEA 報告表，無論是進行新一輪的保障性分析工作，還是為下一代裝備研制提供經驗數據來說，都是提高系統可靠性的重要一環。

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