船舶機電系統(tǒng)故障模式與影響分析

王海松

故障模式與影響分析（failure mode and effects analysis，F(xiàn)MEA）技術(shù)其原理是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性展開技術(shù)分析。由于產(chǎn)品故障可能與設(shè)計、制造過程、使用、承包商、供應(yīng)商以及服務(wù)有關(guān)，因此，F(xiàn)MEA又細分為設(shè)計FMEA、過程FMEA、使用FMEA和服務(wù)FMEA四類。其中設(shè)計FMEA和過程FMEA最為常用。由于船舶機電具有的復(fù)雜性和特殊性，使得難以對其穩(wěn)定性進行統(tǒng)計，所以，一些裝置穩(wěn)定應(yīng)結(jié)合經(jīng)驗判斷。FMEA工作模式是進行系統(tǒng)功能研究分析各潛在問題對系統(tǒng)的影響，繼而提供解決方法。船舶機電系統(tǒng)故障模式船級設(shè)各專業(yè)全面了解專家信息，以及FMEA的輸出結(jié)果要得到船級社的認同。

1 故障模式與影響分析

首先，F(xiàn)MEA的基礎(chǔ)要求為故障模式，故障模式主要集中于產(chǎn)品故障外部展現(xiàn)，例如：電氣系統(tǒng)短路、斷路、系統(tǒng)磨損等，其種種問題都能夠通過故障模式事先感知，繼而通過調(diào)查、試驗得出。眾所周知，船舶系統(tǒng)龐大、其設(shè)計的系統(tǒng)內(nèi)容較多，一般只選取核心并對系統(tǒng)穩(wěn)定性具有直接影響的系統(tǒng)展開研究。最后，生成船舶系統(tǒng)的FMEA。

通常情況下，結(jié)合不同功能將船舶系統(tǒng)劃分成船舶推進機械系統(tǒng)方向控制、電力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)。選擇的系統(tǒng)判斷故障形式通常可以分為：功能部分喪失、全部喪失、不穩(wěn)定運行等。常見構(gòu)件故障形式為構(gòu)件損壞形式。例如：柴油機的高壓油管分為：密封圈破損、螺紋磨損、堵塞、污染等。電氣構(gòu)件故障分為：短路、開路、斷路、漏電、老化等。故障模式判斷利用混合結(jié)構(gòu)性與功能性故障分析[1]。

科學(xué)選擇系統(tǒng)邊界條件繼而確認故障范圍，其中包含：系統(tǒng)初始狀態(tài)，確認有效狀態(tài)下的必然事件。常見故障事件可以劃分為：人為因素影響、系統(tǒng)硬件影響、系統(tǒng)環(huán)境影響。在分析過程中，注重系統(tǒng)硬件造成的基本故障問題，同時，設(shè)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的故障事件具有獨立性，忽略因為系統(tǒng)環(huán)境與不可抗力引發(fā)的事件。

2 船舶機電系統(tǒng)故障模式與影響分析——實例研究

以某船舶電力系統(tǒng)為例分析。船舶系統(tǒng)構(gòu)成分為：發(fā)電機、總配電板、動力負載、照明荷載等。其船舶電力系統(tǒng)FMEA分析等級為：FMEA的最高級別為船舶系統(tǒng)；二級系統(tǒng)則是電力系統(tǒng)，F(xiàn)MEA最低等級是船舶電力系統(tǒng)與相關(guān)影響因素分析，如表1[2].

表1 船舶電力系統(tǒng)FMEA

其船舶系統(tǒng)問題嚴(yán)重性等級判斷為：

一級，災(zāi)難性的，出現(xiàn)人員生命健康威脅，甚至死亡。

二級，致命的，可能出現(xiàn)傷害，造成系統(tǒng)停止運行、人員傷亡。

三級，一般傷害，影響系統(tǒng)性能。

四級，對系統(tǒng)損害較少，但也需要進行維修。其船舶電力系統(tǒng)故障出現(xiàn)概率等級為：A級，時常出現(xiàn)，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中故障模式出現(xiàn)故障問題率較大。也就是單一故障模式要高于產(chǎn)品總故障的25%.B級，很可能出現(xiàn)。產(chǎn)生生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障問題概率為中等，其單一故障模式概率高于總故障10%低于20%.C級，一般的。偶爾出現(xiàn)。產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，其故障模式僅是偶爾出現(xiàn)。出現(xiàn)概率高于產(chǎn)品生產(chǎn)過程中總故障的1%，低于10%.D級，輕度的較少出現(xiàn)，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中故障模式不會出現(xiàn)，出現(xiàn)概率高于產(chǎn)品總故障率的0.1%，低于1%.E級，極不可能出現(xiàn)。產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，故障模式出現(xiàn)概率是0，出現(xiàn)概率低于產(chǎn)品產(chǎn)品總故障率0.1%[3]。

其船舶電力系統(tǒng)風(fēng)險性研究主要依靠：A級，發(fā)電機分系統(tǒng)與總配電板系統(tǒng)。不管故障模式出現(xiàn)概率處于哪一等級，一旦出現(xiàn)故障模式將對船舶運行和人們生命安全造成威脅。B級：故障模式對子系統(tǒng)影響，通過故障嚴(yán)重性判斷故障危險是不可行的。應(yīng)結(jié)合故障模式出現(xiàn)率，即：動力負載、照明負載等系統(tǒng)對主推進系統(tǒng)影響的分系統(tǒng)。其影響將會對人們生命安全和船舶具有一定影響。C級：故障模式對子系統(tǒng)有一定影響。不過，其影響不會對傳播和人們生命安全造成威脅[4]。

在研制、開發(fā)早期就要進行FMEA，并隨著設(shè)計的深入不斷反復(fù)及深化進行。通過有關(guān)定義與系統(tǒng)故障模式的FMEA對其各部分系統(tǒng)構(gòu)成的電力系統(tǒng)。FMEA能夠劃分為不同狀態(tài)。

（一）航行工況

電力系統(tǒng)在航行工況中能夠?qū)Υ昂叫行纬晌：π?，波及人們生命安全與系統(tǒng)故障影響。一旦故障模式出現(xiàn)，將對船舶和人員安全構(gòu)成威脅：發(fā)電機、總配電板、動力負載多個分系統(tǒng)。根據(jù)船舶有關(guān)設(shè)計方案和說明書中對發(fā)電機、總配電板、動力負載的子系統(tǒng)規(guī)劃為：發(fā)電機2臺，處于航行狀態(tài)下1臺發(fā)電機工作，發(fā)電機荷載率為54%.發(fā)電機發(fā)生能夠?qū)Υ斑\行和人員造成影響。船舶電力系統(tǒng)設(shè)計制定有效方法繼而排除危險影響?？偱潆姲宓南录壸酉到y(tǒng)出現(xiàn)也能夠?qū)е隆盀?zāi)難性”影響。其系統(tǒng)制定安全、穩(wěn)定的保護方法繼而排除“對船舶電力系統(tǒng)關(guān)鍵影響的分系統(tǒng)故障模式”引發(fā)的對船舶運行形成威脅的故障。動力復(fù)雜發(fā)生能夠?qū)θ到y(tǒng)損壞與人員傷亡故障模式狀態(tài)下。其系統(tǒng)制定穩(wěn)定、安全的保護方法繼而排除危險發(fā)生[5]。

（二）船舶在靠離碼頭狀態(tài)

船舶靠離碼頭引發(fā)人員傷亡和系統(tǒng)受損故障模式下，最終影響將會直接波及船舶人員安全的總配電板、發(fā)電機等子系統(tǒng)。在船舶有關(guān)設(shè)計方案和說明書內(nèi)，發(fā)電機、總配電板、動力復(fù)雜可以劃分為多個系統(tǒng)設(shè)計形式為：發(fā)電機2臺，在靠離碼頭下，2臺發(fā)電機同時運作，總荷載力在70%發(fā)電機發(fā)生故障模式狀態(tài)下，制定可行性方法，避免對船舶和人身安全的威脅?？偱潆姲宓南录壸酉到y(tǒng)出現(xiàn)故障模式下，其系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全保護方法能夠避免對電力系統(tǒng)的故障影響。動力負載，當(dāng)出現(xiàn)對人員傷亡和系統(tǒng)損壞故障模式下，其系統(tǒng)能夠提供科學(xué)合理的方法，避免船舶和人員傷害[6]。

FMEA也有較大限制性，其表現(xiàn)于：第一，檢驗人員專業(yè)水平限制。以往的FMEA形式多隱藏在設(shè)備中，考量的問題主要集中在設(shè)備功能上。相關(guān)人員僅考慮到設(shè)備失效，未考慮到引起故障的原因。第二，只分析單一的初始故障。以往FMEA預(yù)測特殊設(shè)備失效的潛在影響，代表著一些重要故障組合被忽略。第三，外界因素分析限制。對船舶安全有直接影響的外界條件，例如：環(huán)境；如果未對設(shè)備有一定影響也會被自動忽略。

3 結(jié)束語

綜合分析，船舶系統(tǒng)展開FMEA具有系統(tǒng)性、綜合性特點。在船舶設(shè)計建造全階段，任務(wù)量較多，還需要各專家合作發(fā)揮主導(dǎo)影響。例如：電子系統(tǒng)專家、機械專家、研究人員等。其輸出結(jié)構(gòu)包含補充航海實驗項目和相關(guān)補充，制定船舶操作手冊等。船級社也應(yīng)在故障模式中分析程序運行狀態(tài)。對此，筆者分別從：故障模式與影響分析、實例研究兩方面進行分析，希望對船舶機電系統(tǒng)故障模式與影響分析起到幫助性作用，做好故障影響分析。

[1]杜 肖，高 飛，田 笑.某型飛機供電系統(tǒng)故障模式影響及危害性分析[J].飛機設(shè)計，2016（05）：43-45，51.

[2]許殿輝.故障模式和影響分析法在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2017（01）：49-51.

[3]盧碧紅，張秉海，曲寶章.動車組牽引供電系統(tǒng)故障模式影響與危害分析[J].振動.測試與診斷，2016（01）：97-101，200.[4]李 璠，毛海濤.飛機機電作動系統(tǒng)故障模式分析與故障診斷方法[J].航空維修與工程，2016（03）：47-50.

[5]馬 勇，馬建峰，孫 聰，等.飛行控制系統(tǒng)組件化故障模式與影響分析方法[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報，2016（02）：174-179.

[6]董作軍，邱 瓊，鐘元華，等.基于故障模式、影響與危害性分析的食品藥品監(jiān)管風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建[J].中國新藥與臨床雜志，2016（10）：713-717.