北航可靠性-故障模式影响及危害性分析案例教学
航空航天工程中的可靠性与维修研究
航空航天工程中的可靠性与维修研究随着航空航天工程的不断发展，可靠性和维修在这个领域变得越来越重要。
在航天器、飞机和其他航空航天设备中，可靠性是确保飞行安全和运行顺畅的关键因素。
本文将探讨航空航天工程中可靠性与维修的研究。
可靠性是指系统在规定的工作环境下，在规定的时间内能够完成所要求的功能的能力。
在航空航天领域，可靠性要求极高，因为一旦系统发生故障，后果可能是灾难性的。
因此，对于航空航天工程师来说，确保航天器或飞机能够安全地执行任务至关重要。
在航空航天工程中研究可靠性的关键方面之一是故障模式和效应分析（FMEA）。
这是一种系统性的方法，用于识别潜在的故障模式，分析其可能的影响，并制定相应的对策。
通过对系统的各个组件进行FMEA分析，可以识别出可能存在的故障点，并采取相应的措施来预防或降低故障的发生。
可靠性增长模型是另一种研究可靠性的方法，在航空航天工程中得到广泛应用。
可靠性增长模型基于对设备或系统的运行数据进行统计分析，通过对过去故障的统计进行预测，进一步改进和提高设计和维护策略。
这种可靠性增长模型可以帮助工程师根据设备或系统的实际状况，进行相应的维护和修理，以提高其可靠性。
维修是确保航空航天工程可靠性的重要环节。
航空航天设备需要经常性维护和检修，以确保其能在严苛的环境和极端的工况下正常运行。
维修也包括修复设备或系统的故障，以保持其正常运行状态。
航天器或飞机的维修可能需要在地面或飞行中进行，这就要求工程师具备高度的技术水平和应急响应能力。
航空航天工程中的维修通常需要进行定期维护和计划维护。
定期维护是根据设备或系统的使用寿命和运行时间制定的维护计划。
定期维护可以帮助工程师在设备出现故障之前发现问题，并及时采取措施。
计划维护则是根据设备或系统的性能指标和运行数据制定的，旨在确保设备或系统按照设计要求运行。
在航空航天工程中，维修的另一个关键方面是故障排查与故障分析。
当设备或系统出现故障时，工程师需要迅速准确地确定故障的原因，并采取适当的措施进行修复。
B737NG航线维护故障模式影响及危害性分析
1.故障模式影响及危害性分析 1.1.定义[1][2]故障模式影响分析（Failure mode and effects analysis ，FMEA ）是在产品设计过程中，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、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法；故障模式影响及危害性分析（Failure mode and effects and criticality analysis ，FMECA ）是故障模式影响分析和危害性分析（Criticality analysis ，CA ）的组合分析方法，分析产品中每一个可能的故障模式并确定其对产品所产生的影响，提出可能采取的预防改进措施，以提高产品可靠性的一种设计分析方法。
一般情况下，将FMEA 和FMECA 统称为“FMEA ”。
应用FMEA 法对民用飞机进行故障分析。
查清整机各故障部位、模式及原因的比率，从整体上掌握该型民用飞机的故障发生情况；找出对整机可靠性影响较大的故障模式；对发生故障频繁的部件或系统深入进行故障模式及原因分析，探寻可靠性改进设计的方向；通过危害度分析，摸清该型民用飞机的薄弱环节，为最终排除其故障提供依据。
1.2分析步骤[1]FMEA 的基本分析步骤如图1所示。
从图1可以看出，进行FMEA 分析最重要的是第5步，即进行危害性分析。
危害性分析的目的是按每一故障模式的危害度类别及故障模式的发生概率所产生的综合影响及其划分等分类，以便全面的评价各种可能出现的故障模式的影响。
1.3故障模式危害度[2]1）零部件故障模式危害度分析零部件i 以故障模式j 发生故障致使该零部件发生故障的危害度为ij CR ，其计算公式为i ij ij ij CR λβα⋅⋅= （1-1）在公式1-1中：ij α——零部件i 以故障模式j 引起该零部件故障的故障模式概率（频率比）ij β——零部件i 以故障模式j 发生故障造成该零部件损伤的概率称为丧失功能的条件概率。
北京航空航天大学软件FMEA分析介绍
输入问题
输出问题
未达到要求的性能 发现的整个产品失效 系统错误信息 其他
22
GJB/Z1391A-2006 实用的软件故障模式分类及其典型示例
类别 软 件 故 障 模 式 示 例
软件的 1）运行时不符合要求 通用故 2）输入不符合要求 障模式 3）输出不符合要求
1）未收到输入 2）收到错误输入 3）收到数据轻微超差 软件的 输入 详细故 故障 4）收到数据中度超差 障模式 5）收到数据严重超差 6）收到参数不完全或遗漏 7）其他
5
关于SFMEA的几个问题
z z z
是测试技术吗？ 属于静态还是动态测试技术？ 从发现的问题类型的角度和其他静态测试技术有何不 同？
6
概述
z z
不执行程序而发现缺陷，因此属于静态测试技术 可以在早期发现需求的问题、设计的缺陷，体现了尽 早检测的原则 和其他审查、评审等静态方法配合使用，可尽早、尽 可能多的发现需求、设计的缺陷
3
内容
1. 软件FMEA相关基本概念 2. 软件FMEA的分析阶段与级别 3. 软件FMEA分析方法类型 4. 系统级软件FMEA分析方法 5. 系统级软件FMEA实例
4
概述
FMEA是一种传统的可靠性、安全性分析方法，在 硬件的可靠性工作中已获得了广泛的应用，对提高硬 件的可靠性、安全性发挥了重要作用。软件FMEA概念 的提出始于1979年，近年来软件FMEA的应用有逐步增 多的趋势，主要集中在嵌入式软件领域，并成功应用 于安全关键领域，如医疗仪器、军用产品、汽车业等。
z
z
15
软件FMEA方法与分析阶段的关系
16
系统级分析方法
17
系统级SFMEA方法步骤
18
飞行器航电系统的可靠性分析及优化
飞行器航电系统的可靠性分析及优化首先，可靠性分析的第一步是确定系统的功能需求和性能指标。
对于航电系统来说，常见的功能需求包括电力供应、数据传输、信息处理等。
性能指标可以包括系统的故障率、可用性、可恢复性等。
通过明确功能需求和性能指标，可以为可靠性分析提供明确的目标和评估标准。
其次，对于航电系统的可靠性分析，常用的方法之一是故障模式和影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，FMEA）。
FMEA是一种定量分析方法，通过识别系统的故障模式，评估故障的严重程度和影响，并制定相应的纠正措施。
通过FMEA可以识别系统中的潜在故障，并采取相应的措施减少系统故障的可能性。
另外，故障树分析（Fault Tree Analysis，FTA）也是一种常用的可靠性分析方法。
FTA通过构建故障树模型，分析系统故障的起因和传播过程，评估系统的可靠性指标。
通过FTA可以明确系统各个组件之间的关系，找出故障的根本原因，并提出相应的改进措施和冗余设计。
在进行可靠性分析的基础上，可以针对系统的潜在故障进行优化设计。
一种常见的优化方法是冗余设计，即在系统中引入多余的部件或功能，以提高系统的可靠性。
例如，可以采用冗余供电系统，当一个供电系统出现故障时，另一个系统可以顶替其功能，确保飞行器不会因为电力问题而失去操控能力。
此外，还可以通过设计故障检测和容错机制，及时发现故障并采取相应的措施。
另外，还可以通过使用高可靠性的组件和材料来提高系统的可靠性。
选择高质量的航空电子元器件，并进行充分的测试和验证，可以减少故障的概率。
此外，对于关键部件，可以采用冗余设计，确保在一个部件发生故障时，其他可用的部件可以继续工作。
在进行可靠性分析和优化的过程中，还需要注重系统的维护和检修。
定期的维修和检查可以及时发现潜在的故障，并采取相应的修复措施，以保证飞行器航电系统的长期稳定运行。
综上所述，飞行器航电系统的可靠性分析和优化是确保飞行器安全运行的重要工作。
【民航精品课件 系统可靠性分析】09-故障树模型(FT)
符号
说明
禁门：
A
仅当“禁门打开条件”发生时，输入事件B发生才导致
禁门打开条件
输出事件A发生；
打开条件写入方框内。
B
顺序与门：
A 顺序条件
B
仅当输入事件B按规定的“顺序条件”发生时，输出事 件A才发生。
A
非门：
输出事件A是输入事件B的逆事件。
B
2013-11-24
9
故障树常用转移符号
符号
说明
相同转移符号（A是子树代号，可用字母数字代替）：
而事件标号不同的子树去”，不同的事件标号在三角形
旁注明。
右图表示“相似转移符号所指子树与此处子树相似但 事件标号不同”。
2013-11-24
10
故障树示例
工人坠落 死亡
工人坠落
·
工作高度超过XX米， 下方无阻拦物
安全带设施 未起作用
1
工人失足 坠落
＋
身体重心在 船台外
1
安全带设施 未起作用
工作面 打滑
＋
安全带设施 的缺陷
未使用 安全带
工人身体 失去平衡
＋
＋
飞机因发动机故障 不能飞行
2/3
D 发动机A 故障
发动机B 故障
发动机C 故障
D
D
＋ 事件符号X7～X12 事件符号X13～X18
X1
E
X4
E
·
＋
X2
X3
X5
X6
安全带 支撑物坏
安全 为移动 带坏 工作地
点而卸除
工人疏 忽未用
2013-11-24
可对冷、温和热储备进行建模，在主要事件发生 故障后，根据某种顺序触发储备单元工作。
航空航天系统的可靠性与安全性分析
航空航天系统的可靠性与安全性分析回复标题: 航空航天系统的可靠性与安全性分析第一章：引言航空航天系统的可靠性与安全性一直是航空航天领域的重要关注点。
在航空航天工程中，可靠性是指系统在规定时间内正常工作的概率，而安全性则关乎人身财产的保护和飞行操作的风险控制。
本文将深入探讨航空航天系统的可靠性与安全性分析，以提高飞行安全和效率。
第二章：可靠性分析方法航空航天系统可靠性分析是通过研究系统的故障概率、故障模式和维修时间，以确定系统的可靠性水平。
常用的可靠性分析方法包括失效模式与影响分析、故障树分析和可行性分析等。
失效模式与影响分析通过识别系统的失效模式和评估其对飞行安全和可靠性的影响，为系统优化和维修策略提供依据。
故障树分析则通过建立故障树模型，识别系统失效的可能性及其根本原因。
可行性分析通过对故障发生的可能性和后果的评估，确定系统的可行性水平。
第三章：安全性分析方法航空航天系统的安全性分析是指对系统在设计和操作中的风险进行评估和管理的过程。
常用的安全性分析方法包括风险评估、安全性策略和事故调查等。
风险评估通过对系统设计和操作中的潜在风险进行识别、评估和控制，以降低飞行事故的概率。
安全性策略则是指在识别风险后，制定相应的安全管理措施，确保系统在设计和操作中的安全性。
事故调查则是通过对事故的原因进行分析和总结，为未来系统设计和操作提供经验教训。
第四章：可靠性与安全性工程实践航空航天系统的可靠性与安全性工程实践是保障飞行安全的基础。
在实践中，应建立专业的可靠性与安全性团队，制定完善的工程规程和实施方案。
应定期对系统进行可靠性和安全性评估，并根据评估结果制定相应的改进措施。
同时，应加强人员培训和意识高度，提高航空航天系统操作人员的技能水平和应急处置能力。
第五章：案例研究本章将通过分析历史上的航空航天系统事故案例，探讨可靠性和安全性分析的重要性。
案例研究将重点介绍事故的原因、影响及其对航空航天系统可靠性和安全性的启示。
北航可靠性故障模式影响及危害度分析FMECA课件
FMECA虽是有效的可靠性分析方法，但并非万能。 它不能代替其他可靠性分析工作。应注意FMECA一 般是静态的、单一因素的分析方法。在动态方面还 很不完善，若对系统实施全面分析还需与其他分析 方法（如FTA、ETA等）相结合。
2024/3/4
17
故障模式
故障与故障模式
8
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
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
2024/3/4
12
实施FMECA应注意的问题
强调“谁设计、谁分析”的原则
“谁设计、谁分析”的原则，也就是产品设计人员 应负责完成该产品的FMECA工作，可靠性专业人员 应提供分析必须的技术支持。
实践表明，FMECA工作是设计工作的一部分。“谁 设计、谁分析”、及时改进是进行FMECA的宗旨， 是确保FMECA有效性的基础，也是国内外开展 FMECA工作经验的结晶。如果不由产品设计者实施 FMECA，必然造成分析与设计的分离，也就背离了 FMECA的初衷。
有效性。对分析提出的改进、补偿措施的实现予以跟踪 和分析，以验证其有效性。这种过程也是积累FMECA工 程经验的过程。
2024/3/4
飞行器故障模式与影响分析的最新进展研究
飞行器故障模式与影响分析的最新进展研究在现代航空航天领域，飞行器的安全性和可靠性始终是至关重要的关注点。
飞行器故障模式与影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，简称 FMEA）作为一种重要的可靠性分析方法，一直在不断发展和完善。
本文将探讨飞行器故障模式与影响分析的最新进展，旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
一、传统飞行器故障模式与影响分析方法的局限性传统的飞行器 FMEA 方法在过去几十年中发挥了重要作用，但随着飞行器系统的日益复杂和技术的不断进步，其局限性也逐渐显现。
首先，传统方法在处理多因素、非线性的复杂系统时，往往难以准确捕捉故障模式之间的相互关系。
在现代飞行器中，各个子系统之间的交互作用愈发紧密，一个部件的故障可能会引发一系列连锁反应，而传统的线性分析方法难以全面评估这种复杂的影响。
其次，传统 FMEA 对于不确定性的处理能力不足。
在实际情况中，飞行器的运行环境、零部件的性能等都存在一定的不确定性。
然而，传统方法通常基于确定性的假设和数据进行分析，这可能导致分析结果与实际情况存在偏差。
此外，传统方法在面对快速更新的技术和不断变化的设计要求时，灵活性和适应性较差。
新的材料、工艺和设计理念的应用，要求FMEA 方法能够及时跟上并有效应对。
二、最新进展之基于模型的故障模式与影响分析为了克服传统方法的局限性，基于模型的 FMEA 方法逐渐成为研究的热点。
这种方法通过建立飞行器系统的数学模型或物理模型，能够更真实地反映系统的运行特性和故障传播机制。
基于模型的 FMEA 可以利用系统动力学模型、有限元模型等多种形式。
例如，系统动力学模型可以描述系统中各变量之间的动态关系，从而帮助分析故障在时间维度上的演变过程。
有限元模型则能够对飞行器结构的力学性能和潜在故障进行精确分析。
通过模型的仿真和分析，不仅可以更准确地预测故障的发生和影响，还能够对不同的设计方案进行比较和优化，从而在设计阶段就有效地降低故障风险。
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障模式 能的名 所具
采用一 称与标 有的
种编码 志 主要
体系进
功能
行标识
2021/3/6
故障模 式
故障 原因
任务阶 故障影响
段与 工作方 局部
式 影响
高一 层次 影响
最终 影响
严酷度
故障检 测方法
设计改进措施 使用补偿措施
备注
4
5
6 7 8 9 10 11
12
13
根据故 根据故 根据任 根据故障影响分析 按每个 根据产 根据故障影响、主要记录
述每一 每一故 的任务 入第7栏--9栏
生概率 析结果，
产品的 障模式 阶段与
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
14
填写FMECA表格
根据前面分析，填写FMECA表，如下表所示：
WJ5AI发动机系统故障模式影响分析（FMECA）表
初始约定层次：运七飞机 约 定 层 次： J16-G10A螺旋桨
皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现 如下：
1、早期皮肌炎患者，还往往 伴有全身不适症状，如-全身肌 肉酸痛，软弱无力，上楼梯时感 觉两腿费力；举手梳理头发时， 举高手臂很吃力；抬头转头缓慢 而费力。
系统约定层次划分
障模式 障原因 务剖面 的结果，简要描述 故障模 品故障 故障检测等分对其它栏
分析的 分析结 简要说 每一个故障模式的 式确定 模式原 析结果简要描的注释和
结果， 果，简 明发生 局部、高一层次和 其严酷 因、影 述设计改进与补充说明
简要描 要描述 故障的 最终影响并分别填 度和发 响等分 使用补偿措施
任 务：起飞/着陆 全部 分析人员：
审定： 批准：
第1页 共1页 填表日期：2007.04.11
产品或功能 标识
代 码 产品 部件
名称 代号
功能
故障模 式
故障原因
任务阶
故
段及
工作方 式
局部影响
障影响
高一层 次影响
最终影响严度酷故检方障测法
补偿措施
发 生 概 率 等
级
a. 变距 功能失 效
变距机构 组成零组 件裂纹；
2021/3/6
11
故障模式影响分析
严酷度类别定义：结合航空产品的特点，确定升降舵系 统严酷度类别定义
严酷度类别
严重程度定义
Ⅰ类 这是一种会导致顺桨系统毁坏的故障。
这种故障会导致顺桨系统部分严重损坏，不 Ⅱ类 能完成基本功能。
这种故障会引起顺桨系统的部分功能无法完 Ⅲ类 成，为了完成这些功能，需要采取应急措施。
连 杆
夹 紧 箍
紧 箍 螺
变 距 杆
栓
油 缸 螺 帽
通 气 堵 头
转 接 管
滑 油 管 螺 帽
活 塞 盖
离 心 定 距 器
液压 定距 分油 活门
调 整 衬 套
油 缸 螺 帽
油 缸
止 动 螺 帽
顺 桨 限 动 环
桨帽 定心 轴套
2021/3/6
10
确定故障判据，完成故障模式分析
确定顺桨系统的故障判据 确定顺桨系统的故障模式库 完成顺桨系统零、组件产品的故障模式分析
根据顺桨系统的结构和功能，结合FMEA分析的需要，
完成顺桨系统约定层次的划分
初始约 定层次 第一层
顺桨系统
约定层 次
调速器
桨毂
顺桨泵
最低约 定层次
顺
回
桨选桨
分择分
油活油
活门活
活 塞 组 件
活 塞 盖 组 件
桨 壳 组 件
门
门
接
油直
油
缸属 组零 件件
管 嘴 组
电 机
齿 轮 泵
件
活堵 塞头
夹
桨 套
桨 壳
输出危害性矩阵图、 Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单、设计改进措施等 给出顺桨系统的FMECA分析结论
2021/3/6
16
谢谢
2021/3/6
17
6
Байду номын сангаас
产品描述
2021/3/6
7
系统功能分析
绘制顺桨系统功能与结构图，完成系统功能分析
顺 桨 泵
螺旋桨 顺桨系
统
桨 毂
调 速 器
电机 齿轮泵 直属零件 桨壳组件 油缸组件 活塞组件 活塞盖组件 接管嘴组件 顺桨分油活门 选择活门 回桨分油活门
驱动齿轮泵 输出高压滑油
传递变距力
总体连接,传递载荷 储油
近乎为零
某一故障模式发生概率小于产品总故障概 率的0.1%
2021/3/6
13
FMECA表格选用
选用如下FMECA表：
故障模式影响分析（FMEA）表
初始约定层次产品
任务
审核
第 页•共 页
约定层次产品
分析人员
批准
填表日期
代 码
产品或 功能标
志
功 能
1
2
3
对每一 记录被 简要
产品的 分析产 描述
每一故 品或功 产品
高概率
某一故障模式发生概率大于产品总故障概 率的20%
B 有时发生
中等概率
某一故障模式发生概率大于产品总故障概 率的10%，小于20%
C 偶然发生
不常发生
某一故障模式发生概率大于产品总故障概 率的1%，小于10%
D
很少发生
不大可能发生
某一故障模式发生概率大于产品总故障概 率的0.1%，小于1%
E 极少发生
液压力和桨叶离心力 相互转换 自动定距
保证滑油从螺旋桨轴 的头部流入螺旋桨内
开关顺桨油路 顺桨泵进油时，打开顺桨
分油活门 控制小矩油压
顺桨/ 回桨 高压 滑油
连接桨 叶及发 动机并 传递扭
矩
保持发 动机平
衡转 速，控 制各种 顺桨系
统
吸功 变距 适应 不同 飞行
状态
2021/3/6
8
皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
设计改进措施等
2021/3/6
2
产品描述
J16-G10A螺旋桨顺桨系统 螺旋桨除了在工作范围内能变距外,还能固定在顺 桨位置,即桨叶对飞机飞行时产生最小阻力这样 一种位置.
正常位置
顺桨位置
2021/3/6
3
产品描述
功能及组成
2021/3/6
4
产品描述
2021/3/6
5
产品描述
2021/3/6
这种故障对顺桨系统的功能无影响，仅轻度 Ⅳ类 影响产品有效使用和操作。
2021/3/6
12
危害性分析
进行定性的危害性分析之前须明确给出故障模式发生概 率等级定义。结合航空产品的特点，给出升降舵系统故 障发生概率等级定义
故障模式发生
等级 定义
概率的特 故障模式发生概率（在产品使用时间内）
征
A 经常发生
故障模式影响及危害性分析案例教学
J16-G10A 螺旋桨顺桨系统
北京航空航天大学工程系统工程系
2021/3/6
1
螺旋桨顺桨系统系统的FMECA
学习要求
要求通过案例分析基本掌握硬件FMECA分析技术， 如功能分析、约定层次划分、故障模式分析、故障 影响分析、和设计改进措施的制定等。
教学内容
产品描述 系统功能分析，系统约定层次划分 故障模式影响分析 危害性分析 填写FMECA表格 分析输出危害性矩阵图、Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单、
起飞/着 陆 全部
妨碍变距
不能控 制桨叶 角
飞行 飞机振动 Ⅲ 员感
觉
停车顺桨
E
1
桨毂
G10- 变距、 0000 联接
b. 联接 失效
裂纹
起飞/着 陆 全部
桨袖断裂
桨套、 桨叶等 脱体
击坏飞机 其他部件；Ⅱ 飞机振动
关、重零组件 转速磁力探伤； 变化控制渗碳层厚
度
E
2021/3/6
15
FMECA输出