第五章故障模式影响及危害度分析解析
故障模式影响和危害性分析
故障模式影响和危害性分析（FMECA）1、定义：故障模式影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，简记为FMEA ）是一种系统化的故障预想技术，它是运用归纳的方法系统地分析产品设计可能存在的每一种故障模式及其产生的后果和危害的程度。
通过全面分析找出设计薄弱环节，实施重点改进和控制。
实践表明，对系统功能可靠性要求的制定及可靠性分配相对结果是可靠性分配与指标调整的基础。
故障模式影响及危害性分析（Failure Mode，Effects and Criticality Analysis，简记为FMECA ）是故障模式影响分析（FMEA）和危害性分析（Criticality Analysis-CA）的组合分析方法。
故障模式影响分析（FMEA）包括故障模式分析、故障原因分析和故障影响分析。
FMEA的实施一般通过填写FMEA表格进行。
故障模式影响分析包括故障模式分析、故障原因分析、故障影响分析。
为了划分不同故障模式产生的最终影响的严重程度，在进行故障影响分析之前，一般对最终越南故乡的后果等级进行预定义，最终影响的严重程度等级又成为严酷度（指故障模式所产生火锅的严重程度）类别。
危害性分析（CA）的目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生的概率所发生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系统中各种可能出现的产品故障的影响。
CA是FMEA的补充或扩展，只有在进行FMEA的基础上才能进行CA。
CA常用的方法有两种，即风险优先数（Risk Priority Number，PRN）法和危害矩阵法，前者主要用于汽车等民用工业领域，后者主要用于航空、航天等军用领域[4]。
3.5 故障树分析（FTA）故障树分析法由美国贝尔电话研究所的沃森（Watson）和默恩斯(Mearns)于1961年首次提出并应用于分析民兵式导弹发射控制系统的。
其后，波音公司的哈斯尔（Hasse）、舒劳德（Schroder）、杰克逊（Jackson）等人研制出故障树分析法计算程序，标志着故障树分析法进入了以波音公司为中心的宇航领域。
故障模式影响及危害性分析案例教学
2020/6/3
2
产品描述
某型军用飞机升降舵示意图
2020/6/3
3
产品描述
功能及组成：某型军用飞机升降舵系统的功能是保 证飞机的纵向操纵性。它是由安定面支承、轴承组 件、扭力臂组件、操纵组件、配重和调整片所组成 ， 如下图
某型军用飞机
升降舵系统
安定面支承01
轴承组件02
扭力臂组件03
摇连支驾 驶
臂杆架杆
配
外 支
配 重 铆
绞
电 机 效 应
拉
钉
机
重臂
链构杆
011 012 013 021 022 023 031 032 033 034 041 042 043 044 051 052 053 061 062 063
在系统的组成基础上完成约定层次划分
2020/6/3
6
确定故障判据，完成故障模式分析
统
（04）
配重 （05）
调配片 （06）
5
系统约定层次划分
根据升降舵的结构和功能，结合FMEA分析的需要，完 成升降舵所属飞机约定层次的划分
某型军用飞机
升降舵系统
安定面支承01
轴承组件02
扭力臂组件03
操纵组件04
配重05
调整片06
安 定 面 后
梁
支螺 臂栓
轴支滚扭摇法扭
管
力
兰铆
钉 承臂珠管臂盘
等级 简要描
所有故 的所有 该阶段
述故障
障模式 故障原 内产品
检测方
因 的工作
法
方式
10
填写FMECA表格
根据前面分析，填写FMECA表，如下表所示：
基于FMADM的故障模式、影响及危害性分析
Ｓｔ ｄ ｎ ｔ ｉｕｒ ｏ ｕ ｙ ｏ ｈｅＦａ ｌ ｅ Ｍ ｄｅ，Ｅｆｅ ｔ ｎｄ Ｃｒ ｔｃ ｉｙ Ａｎａ ｙ ｉ ｆｃ ｓ ａ ｉｉａｌｔ ｌｓｓ
ｂ ｓ ｄ ｏ ｚ ｙ Ｍ ｕ ｔ ｐｌ ｔ ｉ ｕ ｅ ｃ ｓ ｏ ａ ｉ ａ ｅ ｎ Ｆｕ ｚ ｌ ｉ ｅ Ａｔ ｒ ｂ ｔ ｓ Ｄｅ ｉ ｉ ｎ Ｍ ｋ ｎｇ
２ ．Ｕｎ ｔ６ ２ ３ ｏ ＩＡ ， ｉｙ ｇ ａ ３ １ ０ ｉ ８ ４ ｆＰ Ｊ ａ ｕ ｕ ｎ ７ ５ ０ ，Ｃ ｉ ａ ｈｎ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈｉ ａ ｒ ｈｅｌｍ ｉａ ｉ ｎ ｏｆｔ ａ ｉｉ ｎａ ａｌ ｒ ｏ ｒ ｆ ｎｅ ｓａ ｌ ｉ ｓａ ｌ ｚ ｄ，ａ ｄ ｔ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔ ｓ ｐ ｐｅ ，ｔ ｉ ｔ ｔｏ ｒ ｄｔｏ ｌｆ ｉｕ ｅｍ ｄｅｈａ ｍ ｕｌ ｓ ｎａｙｓｓｉ ｎａ ｙ ｅ ｎ ｈｅ ｈｅｈａ ｄｎ ｓ
在 Ｇ Ｂ Ｚ １ ９ —２ ０ Ｊ ／ ３ １ ０ ６中 ， 故 障模 式 、 响及 将 影
危 害 性 分 析 （ ｈ ｉ ｒ ｍｏ ｅ ｅｆｃｓ ｎ ｒ ｉ ｌ Ｔ ｅｆ ｌ ｅ ｄ ， ｆ ｔ ａ ｄｃｉ ｃ ｉ ａｕ ｅ ｔａ—
和关键 件 ， 对其 进行 实时 的状态 监测 和测试 。 并
基奇 Ｆ ＭＡＤＭ 的 故 障模 式、 响 及 危 害性 分析 影
李金 龙 ， 陶凤 和 贾 长 治 梁 光 建 ， ，
（ ．军械 工 程 学院 火 炮 工 程 系 ， １ 河北 石 家庄 ０ ０ ０ ２ ８ ４ ５ ０ ３； ．６ ２ ３部 队 ，甘 肃 嘉 峪 关 ７ ５ ０ ） ３ １０
模 糊 多 属 性 决 策 （ ｕｚ ｌ ｐｅ Ａｔ ｉｕｅ Ｆ ｚｙ Ｍｕｔ ｌ ｉ ｔ ｂ ｔｓ ｒ
故障模式影响及危害分析报告
故障模式影响及危害分析报告一、引言故障模式、影响及危害分析（Failure Mode, Effects, andCriticality Analysis，FMECA）是一种系统性的方法，用于识别和评估系统各个组成部分的潜在故障模式、其可能的影响以及引发的危害程度。
本报告将针对其中一具体系统的故障模式、影响及可能的危害进行详细分析与评估。
二、分析方法本次分析采用FMECA方法进行，该方法的基本步骤包括：确定分析范围、识别故障模式、评估故障后果、确定故障严重程度等。
三、分析结果1.分析范围本次分析针对X系统的核心组件进行，包括A、B、C三个重要的部件。
2.故障模式及可能影响A部件：故障模式1：部件损坏可能影响：A部件损坏将导致系统无法正常工作，停止运行。
故障模式2：部件失效可能影响：A部件失效会引起系统性能下降，并且可能导致其他部件失效。
B部件：故障模式1：部件漏堵可能影响：B部件的漏堵将导致系统无法正常循环，进一步导致系统过热。
故障模式2：部件连接松动可能影响：B部件的连接松动会导致系统间隙扩大，影响系统的密封性能。
C部件：故障模式1：部件精度下降可能影响：C部件精度下降将导致系统测量结果的不准确，给系统带来误导。
故障模式2：部件过载可能影响：C部件过载将导致系统超负荷运行，进而引发短路甚至火灾。
3.故障危害评估为了对故障危害进行评估，我们采用了一个评估矩阵，将故障严重性分为轻微、中等和严重三个等级，评估结果如下：A部件：故障模式1：部件损坏危害等级：严重故障模式2：部件失效危害等级：中等B部件：故障模式1：部件漏堵危害等级：严重故障模式2：部件连接松动危害等级：中等C部件：故障模式1：部件精度下降危害等级：中等故障模式2：部件过载危害等级：严重四、决策和建议根据故障模式、影响及危害分析的结果，我们提出以下决策和建议：1.对于危害等级为严重的故障模式，应优先进行预防措施的制定和执行，以降低系统故障的风险。
FMECA故障模式影响及危害度分析
16
序 号
信息来 源类别
从信息来源中可获取FMECA所需 信息
所获取信息的作用
从产品可靠性设计与分析资料、试
3
可靠性 设计分 析及试
验数据中获取故障模式及故障率数 据等；当无数据来源时，可以从某 些标准、手册、资料（如 GJB/Z299B等）和软件测试中获取
用 于 产 品 硬 件 FMECA 、 软 件 FMECA 的 定 性 、 定 量分析
与分析必须采用FMEA。 1991年，ISO9000推荐使用FMEA来提高产品设计质量。 1994年，FMEA成为QS-9000的认证要求。
美国三大汽车公司推出的汽车零组件生产和所属供应商的强制性要求。 克莱斯勒，通用，福特
8
国外FMECA标准、手册和规范的发布情况
代号
名称
发布机构和时间
发布机构和时间
国际电子工业委 员会（IEC）， 1985
福特汽车公司， 1988
SAE-J-1739
故障模式及影响分析
国际汽车工程师 协会，1994
故障模式、影响和危害性 国际汽车工程师
SAE ARP5580 分析程序
协会，2001
QS 9000 FMEA
QS9000 FMEA手册（第三 版）
美国克莱斯勒、 福特、通用汽车 公司，2001
第五章 故障模式影响与危害度分析 （ Failure Mode , Effects and Criticality
Analysis; FMECA）
炼迎风傲骨之魂，构求真务实之风
主 要内容
31 FMECA概述 2 故障模式影响分析FMEA 3 危害度分析CA 4 FMECA结果形式 35 FMECA应用示例
对其进行分类。
故障模式影响及危害性分析
故障模式影响及危害性分析故障模式影响及危害性分析汪洋133 167><11 7149 GZPOPHUT@1264>>FMECA的定义故障模式影响及危害性分析（Failure Mode ,Effects and Criticality analysis , 简记为FMECA）是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。
FMECA的目的FMECA的主要目的是发现产品功能设计、硬件设计、工艺设计中的缺陷和薄弱环节，为提高产品的质量和可靠性水平提供改进依据。
在产品寿命周期各阶段的FMECA方法国外FMECA有关标准SAE ARP926 Design Analysis Procedure For Failure Mode,Effects and Criticality Analysis (FMECA)，1967.9.15MIL-STD-1629 Procedures For Performing a Failrue Mode, Effects and Criticality Analysis. 1974.<11.1MIL-STD-2070 Procdeures For Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis For Aeronautical Equipment. 1977.6.12 SAE ARP 926A Fault/Failure Analysis Procedure. 1979.<11.15MIL-STD-1629A Procedures For Performing a Failure Mode, Effects andCriticality Analysis. 1980.<11.24IEC812-85 Analysis Techniques For System Reliability-Procedure For Failure Mode and Effects Analysis(FMEA).1985SAE ARP1834 Fault/Failure Analysis For Digital Systems and Equipment. 1986.8.7国内FMECA有关标准GB7826-87 系统可靠性分析技术-失效模式和效应分析(FMEA)程序. 1987.6.3HB6359-89 失效模式、影响及危害性分析程序. 1989.7.12GJB1391-92 故障模式、影响及危害性分析程序. 1992.7.18QJ2437-93 卫星故障模式影响和危害分析. 1993.3.2FMECA的步骤系统定义FMEACA编制FMECA报告系统定义确定系统中进行FMECA的产品范围描述系统的功能任务及系统在完成各种功能任务时所处的环境条件制定判断系统及系统中的产品正常与故障的准则、选择FMECA方法等故障模式影响分析（FMEA）故障模式分析故障原因分析故障影响分析故障检测方法分析补偿措施分析故障与故障模式故障是产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态（对某些产品如电子元器件、弹药等称为失效）故障模式是故障的表现形式，如短路、开路、断裂、过度耗损等功能故障与潜在故障功能故障是指产品或产品的一部分不能完成预定功能的事件或状态。
电子产品故障模式、影响及危害性分析(FMECA)
FPGA
(5)
接 口 部 分
CPU (7)
电源
(8)
(6)
IO通道部分
12
应力分析法实施步骤
根据FMECA的需要，按产品的功能关系或组成特点进行FMECA的产品所
在的功能层次或结构层次为产品的约定层次，一般是从复杂到简单依次进 行划分。
系统电 源(031) (24V) IO通道电 源(032) (+/-15V) 非隔离AI 通道 (014) FPGA (022) ) CPU板电 源(033) (3.3V) CPU板电 源(034) (1.2V) 单片机 (021) CPU板电 源(035) (5V) 晶振 (023)
非隔离AI通道单通道模式任务可靠性框图
故障模式、影响及危害性分析(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis，
简称FMECA)是在工程实践中总结出来的，以故障模式为基础，以故障影响 或后果为目标的分析技术。它通过逐一分析各组成部分的不同故障对系统工
作的影响，全面识别设计中的薄弱环节和关键项目，并为评价和改进系统设
9
故障模式、影响及危害性分析(FMECA)的方法
可以看出，采用应力分析法可以具体地分析出系统中各个元器件在任何一
种失效模式下失效时对系统的影响及发生的概率，采用这种方法可以具体 地分析出系统的失效模式及产生这种失效模式的概率(即系统怎么失效，发
生这种失效的概率是多少)。当然，分析过程中涉及各个元器件的失效分布，
S 2
失效模式2
器件级分析
功能级分析
系统级分析
故障模式、效应及危害性分析全篇
5
鼓风机 绕组失效
35
部件名称 橡皮蛇形管 绝缘体
白炽灯
轴承失效
50
汇流环、电刷和整流子失
磁控管
效
5
断路器 接触失效
95
线圈失效
5
主要的失效模式及其比率(%)
材料蜕化
85
接头机械损伤
10
机械破裂
50
蜕化
50
严重破坏(灯丝断裂、玻 10 璃破碎)
灯丝发射能力下降
90
窗口击穿
20
发弧和火花导致阴极性能 40 降低
• 例 绘制雷达系统功能等级框图（图2.4），图中的分 析对象是接收机内的前置放大器，故其它子系统的分 机和接收机内其它功能单元及其元器件均被略去了
FMECA的一般方法
图2.4 某雷达系统的功能等级框图
雷达
发射机 A1
接收机 A2
前置放大 器 A1
本机振荡 器
B2(1)
本机振荡 器
B2(2)
元器件
（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9）
产 品 代 功 故障模式 失效效应 损伤概 故障模式 使用失效 危害度
号能
率 频数比
率
Crji
(β) (α) 10-6/小时
开 路 无输出 1.00 0.80
1.5
1.200
薄膜电阻 A2B11 分压 数值变化 错误输出 0.10 0.20
FMECA的一般方法
图2.1 未进行FMECA分析的自毁控制接收 机的逻辑和激励中继线路简图
E1 E2
FMECA的一般方法
图2.2 进行FMECA分析后的自毁控制 接收机的逻辑和激励中继线路简图
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*1 DMEA
注： *1 DMEA 即Damage Mode Effects Analysis（损坏模式影响分析） *2 FTA 即Fault Tree Analysis（故障树分析） *3 ETA 即Event Tree Analysis（事件树分析）
在产品寿命周期 各阶段的FMECA方法
论证与方案 工程研制阶段 阶段
为制定关键项目和单点故障等清单或可靠性控制计划提 供定性依据。
为可靠性（R）、维修性（M）、安全性（S）、测试 性（T）和保障性（S）工作提供一种定性依据。
为制定试验大纲提供定性信息。 为确定更换有寿件、元器件清单提供使用可靠性设计的
定性信息。 为确定需要重点控制质量及工艺的薄弱环节清单提供定
FMECA的目的
从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设计）、生产（生产 可行性分析、工艺设计、生产设备设计与使用）和使用发现各 种影响产品可靠性的缺陷和薄弱环节，为提高产品的质量和可 靠性水平提供改进依据。
FMECA作用
保证有组织地定性找出系统的所有可能的故障模式及其 影响，进而采取相应的措施。
简要描 述故障 检测方 法
简要描 述补偿 措施
页
备注
13
本栏主 要记录 对其它 栏的注 释和补 充说明
3 危害性分析(CA)
分类：定性和定量 CA表
初始约定层次产品
任务
约定层次产品
分析人员
代 产 功 故 故 任 严 故障 故
码 品 能 障 障 务 酷 概率 障
或
模 原 阶 度 等级 率
功
式 因 段 类 或故 λp
故障概率等级
危害性增加
ⅣⅢ
ⅡⅠ
严酷度等级
FMECA输出与注意的问题
FMECA输出
单点故障模式清单 Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单 可靠性关键件、重要件 不可检测故障模式清单 危害性矩阵图等 FMEA/CA表
性信息。 可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。
FMECA方法分类
FMECA方法分类
单独FMECA分 析方法
综合FMECA分 析方法
设计FMECA
过程FMECA
*2
FMECA与FTA 综合分析法 （FTF法）
*3
FMECA与ETA 综合分析法 （ETF）
功能 FMECA
硬件 FMECA
软件 FMECA
2
记录被 分析产 品或功 能的名 称与标
3
简要描 述产品 所具有 的主要 功能
任务
分析人员
故 故 任务
障
障 阶段
模
原
与
式
因
工作 方式
4
根据故 障模式 分析的 结果简 要描述 每一产 品的所 有故障 模式
5
根据故 障原因 分析结 果简要 描述每 一故障 模式的 所有故 障原因
6
简要说 明发生 故障的 的任务 阶段与 产品的 工作方 式
的 系统功能设 的硬件、软件设计 对产品的影响，用可靠性和进行产
计的改进和 改进和保障性分析 为生产工艺的 品的改进、改型或
方案的权衡 提供依据。
设计改进提供 新产品的研制提供
提供依据。
依据。
依据。
FMECA的步骤
1 系统定义
2 FMEA
3CA
明 确 分 析 范 围
产 品 功 能 与 任 务 分 析
明 确 产 品 的 故 障 判 据
故 障 模 式 分 析
故 障 原 因 分 析
故 障 影 响 分 析
故 障 检 测 方 法 分 析
补 偿 措 施 分 析
危 害 性 分 析
得 出 分 析 结 果
1 系统定义
确定系统中进行FMECA的产品范围
产品层次示例 约定层次——规定的FMECA的产品层次 初始约定层次——系统最顶层 最低约定层次——系统最底层
故障模式影响及危害度分析
FMECA
内容提要
概述 FMECA的定义、目的和作用 FMECA的方法 FMECA的步骤
系统定义 故障模式影响分析 危害性分析 危害性矩阵图
FMECA输出与注意的问题 应用案例
概述
元部件的故障对系统可造成重大影响
灾难性的影响 挑战者升空爆炸——发动机液体燃料管垫圈不密封
审核 批准 故障影响
局部 影响
高一 层次 影响
最终 影响
7
8
9
根据故障影响分析的结果， 简要描述每一个故障模式的 局部、高一层次和最终影响 并分别填入第 7 栏--9 栏
第 页共
填表日期
严 故障 补偿
酷 检测 措施
度 方法
类
别
10
11
12
根据最 终影响 分析的 结果按 每个故 障模式 分配严 酷度类 别
生产阶段
使用阶段
·硬件FMECA
方 法
功能FMECA··软损件坏F模M式E影CA响分
析
过程FMECA
统计FMECA
分析研究系
分析研究所设 分析研究产品使用
பைடு நூலகம்
统功能设计 分析研究系统硬件、计的生产工艺 过程中实际发生的
的缺陷与薄 软件设计的缺陷与 过程的缺陷和 故障、原因及其影
目 弱环节，为 薄弱环节，为系统 薄弱环节及其 响，为提供产品使
描述系统的功能任务及系统在完成各种功能任务时所处 的环境条件
任务剖面、任务阶段及工作方式 功能描述
制定系统及产品的故障判据、选择FMECA方法等
故障判据 分析方法
2 故障模式影响分析FMEA
初始约定层次产品
约定层次产品
代 产品 功
码
或
能
功能
标志
1
对每一 产品的 每一故 障模式 采用一 种编码 体系进 行标识
能
与 别 障数
标
工
据源
志
作
方
式
1 2 345 6 7 8
9
审核
第 页 共页
批准
填表日期
故 障 故 工 故 障 模 产 品 危 备注
模 式 障 作 式 危 害 害度
频 数 影 时 度 Cm(j) Cr(j) 比 响间
α 概t
率
β
10
11 12 13
14
15
危害性矩阵图
产品危害度Cr 故障模式危害度Cm(j)
致命性的影响 起落架上位锁打不开
以往设计师依靠经验判断元部件故障对系统的影响
依赖于人的知识和工作经验
系统的、全面的和标准化的方法—FMECA
设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件故障 设计更改、可靠性补偿
是可靠性、维修性、保障性和安全性设计分析的基础
FMECA的概念
FMECA的定义
故障模式影响及危害性分析(Failure Mode ,Effects and Criticality analysis , 简记为FMECA)是分析系统中每一产品所有可能产生 的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障 模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。 FMECA是一种自下而上的归纳分析方法； FMEA和CA。