故障树计算

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FMECA的一般方法
故障模式、效应及危害度分析 的基本程序
• 定义系统及其各种功能要求和相应的失效判据; • 制订功能、可靠性等框图,并作扼要的文字说明; • 确定在哪一功能级上进行分析,并根据实际情况确定采用 的分析方法; • 确定失效模式及其发生的原因和效应,以及由此引起的各 种继发事件; • 确定失效检测方法和可能采取的预防性措施; • 针对后果特别严重的失效,进一步考虑修改设计的步骤; • 计算相对故障概率及其故障危害等级; • 根据失效模式、效应及危害度分析结果提出相应的改进建 议 FMECA的一般方法
FMECA的一般方法
• 第四步 • 根据元器件在前置放大器内承受的电应 力和热应力,确定各种元器件的使用失 效率(表中的使用失效率系国外60年代 的水平,目前可见GJB299B可靠性预计 手册查得(可参见预计讲义的P15表9);
• λ=λb.πE
FMECA的一般方法
第五步 计算每个元器件的每种失效模式的 危害度Crij
FMECA的一般方法
雷达系统的FMECA分析
• 第一步、 绘制分级功能框图。这种框图既不是工作 原理框图,也不是可靠性框图,而是将系统内部分为 子系统、分机、功能单元和元器件等若干功能等级的 框图。
• 它不但表明了构成系统的各个子系统、分机、功能组 件和元器件在功能上的相互依赖关系,而且便于看出 失效模式、效应及危害度分析应在哪一级上进行。 • 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
薄膜电阻 器 薄膜电阻 器 管状钽电 容器
A2B11 R1 A2B11 R2 A2B11 C3
分压 器 分压 器 去 耦
开 路 数值变化 开 路 数值变化 开 路
FMECA的一般方法
• 第七步 • 计算前置放大器的危害度:
(Cr ) s Crij 6.63510
i j
6
பைடு நூலகம்
第八步
建立危害度(性)矩阵
Crij ij ij i t
• αij为单元i以失效模式j发生失效的频数比; • βij为单元i以失效模式j发生失效时引起上 一级发生失效的概率。 • λi为单元i的失效率。t为任务时间
FMECA的一般方法
第六步 填写前置放大器所有元器件的失效模式、 效应及危害度分析一览表
表 2-2 前置放大器失效模式、效应及危害度分析一览表(任务时间为 1³106 小时
概述
失效树分析
• 失效树分析法(Fault Tree Analysis)简 称 FTA 。 1961年 美 国 贝 尔 实 验 室 沃 森 (Watson)等人在民兵导弹发射控制系 统中开始应用,其后波音公司对FTA作 了修改使其能用计算机进行处理,推动 了FTA技术的迅速发展。FTA现已成为 分析各种复杂系统可靠性的重要方法之 一。
• 可依据GJB299给出的典型电子设备用元器件的 失效模式及其频数比,这个比值应根据具体元 器件和使用人员的实际经验加以修正,也可以 统计获得。
GJB299给出的失效模式分布
元器件类别 普通双极晶体管 失效模式 开路 短路 性能退化 开路 瓷介电容器 短路 参数飘移 比例% 44 36 20 16 73 11
概述
• 失效树分析,是把系统不希望发生的失 效状态作为失效分析的目标,这一目标 在失效树分析中定义为“ 顶事件”。在 分析中要求寻找出导致这一失效发生的 所有可能的直接原因,这些原因在失效 树分析中称之为“ 中间事件”。再跟踪 追迹找出导致每一个中间事件发生的所 有可能的原因,顺序渐进,直至追踪到 对被分析对象来说是一种基本原因为止。 这种基本原因,失效树分析中定义为 “ 底事件”。
应用布尔代数等按树形图逻辑符 号将树形图简化, 求最小割集 (最 重要致命原因事件的组合)并计 算顶 事 件 发 生 概 率 。 若 是 定 量 的、逻辑的、演绎的方法,还可 对事件发生频率、费用及工时损 失等做出相对(定性)的评价 以某个特定的不希望发生的故障 (不正常)为顶事件,可以进行 更深入的分析。与 FMEA 相比, 不仅可以分析部件错误,还可以 分析由于人员差错、软件错误、 控制错误、环境应力等引起的故 障、 ,及进行多重故障分析。可 以从逻辑上明确故障的发生过程 定量计算顶事件的发生概率。其 不利的一面是还有人力熟悉布尔 代数与最小割集等知识。
FMECA的一般方法
图2.4 某系统的功能等级框图
雷n
¢ ä ú ²É » A1 Ó Õ ú ½ Ê » A2 ì ß Ì Ï A3 Ï Ô Ê ¾ Æ ÷ A4(1) Ï Ô Ê ¾ Æ ÷ A4(2) °Ã Å ó Ç Ö ²´ Æ ÷ A1 ¾ ú ñ ´ ±» Õ µ Æ ÷ B2(1) ¾ ú ñ ´ ±» Õ µ Æ ÷ B2(2) ª ÷þ Ô Æ ¼ ç ´ µ Ô A5
(1) 产 品 (2) (3) 代 功 号 能 (4) 故障模式 (5) (6) (7) (8) 失效效应 损伤概 故障模式 使用失效 率 频数比 率 (β ) (α ) 10-6/小时 无输出 1.00 0.80 1.5 错误输出 0.10 0.20 1.5 无输出 错误输出 无影响 1.00 0.10 0.00 0.80 0.20 0.35 1.5 1.5 0.22 (9) 危害度 Crji 1.200 0.030 1.200 0.030 0.000
概述
失效树建造是失效树分析的关键
• 失效树建造是失效树分析的关键,也是 工作量最大的部分。由于建树工作量大, 因而这种方法在新的复杂系统上使用受 到局限。例如,美国原子能委员会发表 的WASH-1400核电站风险评价分析报告 指出,为了建造失效树,60名专家用了 将近三年时间,消耗了大量资金
概述
故障模式、效应与危害度分析 (FMECA) 的一般方法
通过失效模式、效应及危害度 分析可以做到
• 鉴别出被分析单元会导致的不可接受或非常严 重的失效,确定可能会对预期或所需运行情况 造成致命影响的失效模式,并列出由此而引起 的从属失效; • 决定需另选的元器件、零部件和整件; • 保证能识别各种检测手段引起的失效模式; • 选择预防或正确维护要点,制定故障检修指南, 配置测试设备以及为测试点提供资料。 • 确定单元及子系统失效模式的危害度
• 危害性矩阵用来确定和比较每一故障模式的危害 程度,进而为确定改进措施的先后次序提供依据。
• 矩阵的横坐标用故障模式的严酷度表示。在进行 定性分析时,纵坐标表示发生故障模式发生的概 率等级(对上一级的影响);在进行定量分析时, 纵坐标表示产品或故障模式的危害度。 • 如下图所示,从元点开始,所记录的故障模式分 布点沿着对角线方向距离原点越远,其危害性越 大,越需尽快采取措施改进。
概述
概述
• NASA卫星系统,在发射情况下,由于对旋转 天线汇流环进行失效模式、效应与危害分析时 只考虑开路失效模式,忽略了短路失效效应, 结果因天线汇流环发生短路而使发射失效,损 失了九千至一亿五千万美元。 • 美国DC-10商用飞机,在变更发动机维修方法 时,因未进行失效模式、效应与危害度分析, 终于在芝加哥上空坠毁。1979年3月28日,美 国的三里岛2号反应堆发生的举世瞩目的重大 安全事故,也是因未对控保系统中增压安全阀 及其监示电路的失效模式进行详细分析的结果。
故障模式、效应及危害性分析 故障树分析
信息产业部电子五所
内容介绍
1 概述 FMECA同FTA的的概念、相互区别及应用 2 FMECA的一般方法 FMECA分析方法 FMECA分析实例 3 FTA的方法基础 4 FTA的一般方法 FT的建立和简化、 FT的定量分析、定性分析
概述
FMEA、FMECA
• 失效模式、影响与危害分析(FMECA),或失 效模式与效应分析(FMEA),是一种可靠性 分析技术,在工程设计(可以是整个的也可以 是局部的)完成后供检查和分析设计图纸(就 电子设备来说,是对电路的设计图纸)用。 • 这种分析方法能对被研究对象具体指明单元可 能发生的失效模式(例如,对电路来说,是发 生开路失效或短路失效,饱和阻塞,还是参数 漂移等)、产生的效应和后果,因而有助于获 得供改进可靠性用的具体工程方案。
• FMECA是在FMEA基础上扩展出来的, 它是FMA(故障模式分析)、FEA(失效 影响分析)、FCA(失效后果分析)三种方 法的总称。它使定性分析的FMEA增加 了定量分析的特点。 • 失效模式、效应与危害度分析又是维修 性设计特别是故障安全设计的基础,也 是PLP(产品责任预防)分析的代表性方法。 • 70年代末期,美国发生的几起重大事故 均与未周密地进行失效模式、效应与危 害度分析有关 。例如:
危害度矩阵图
前置放大器元器件各故障模式的 危害度矩阵
Q4 ¼ µ ¼ -» ¼ Â µ « ´ ¯ ç « ù « © ç Æ ó
2
£ ¦ È Î º ¶ Cr
1.5 1 0.5 0 Î å Ë Ä È ý ¶ þ Ï á È È ¶ Ñ ¿ ¶ µ ¼
FMECA的一般方法
• 第三步
• 对分级功能图中的每一个方框图自下而上逐级进 行失效模式、效应及危害度分析,指出被分析方 框对较高一级的隶属等级产生的效应。 • 定性估计每个元器件内每种失效模式引起的前置 放大器的故障概率βij,当无法得到这种确切数据 时,可适当地统一划分失效概率的等级,例如可 采用以下等级:肯定上一级单元发生失效的等级 为1.00,可能引起失效的等级为0.50;可能性较 小的等效为0.10,不可能引起失效的等级为0.00。
´ Ô ¢ §ç ´ Ä À ³½ Í µ Ô µ ä ë Ê È ½ â Ì ² Æ ÷ B5 ç Ó µ Ê B6
ì µ » Æ Æ ÷ B3
Ð µ Å ó Ö Æ ²´ Æ ÷ B4
FMECA的一般方法
• 第二步 • 确定被分析单元的(前置放大器内每一个元器
件)失效模式频数比,即某一种失效模式出现 的次数与单元出现的全部故障次数之比。α
FMECA同FTA的相互区别
方法 按层 次的 分析 方 向 方 FMEA、FMECA 自原因——单一故障模式 (错误模式)方面向结果— —上级系统的故障方面分 析,自下而上,顺向 在表格内填写故障模式对装 置、系统的影响,对故障模 式的评价,改进措施,并将 致命项目(模式)列表 FTA 自结果——不希望发生的顶事件 (上级事件)向原因方面(下级 事件) 做树形图分解, 自上而下, 逆向 由顶事件起经过中间事件至最下 级的基本事件用逻辑符号联结, 形成树形图, 再计算不可靠度 (不 安全概率)

定性 与定 量分 析的 功 能
是定性的、归纳性的方法, 特别是不需要计算。但 FMECA 需要根据故障率数 据定量地计算致命度
特点 (优 点与 缺 点)
利用表格,简单列举系统构 成零部件的所有故障模式, 并假定其发生,可找出系统 可能发生的故障。缺点是只 输入硬件的单一故障模式, 因而是孤立的分析。在某种 程度上也可考虑与人员差 错、软件错误有关系统的部 件。对于含大量部件,具有 多重功能的工作模式和维修 措施的复杂系统,以及环境 影响大的系统,在应用上均 有困难
严酷度分类
为了度量产品故障造成的最坏的潜在影响,应对 每一潜在的故障模式进行严酷度分类,严酷度一般分 为四级:
Ⅰ类(灾难的)——这种故障会引起人员死亡或系统 (如飞机、导弹)毁坏。
Ⅱ类(致命的)——这种故障会引起人员严重伤害、 重大的经济损失或导致任务失败。 Ⅲ类(临界的)——这种故障会引起人员的轻度伤害, 一定的经济损失或导致任务延误或降级。 Ⅳ类(轻度的)——这种故障不会造成人员的轻度伤 害及一定程度的经济损失,但它会导致非计划维修。
概述
应用注意事项
• FMECA、FTA都是可靠性分析方法,但 是并非万能。FMECA、FTA不能代替全 部可靠性分析。这两种方法不仅要相辅 相成地应用,还要重视与其它分析方法、 管理方法及数据的结合。尤其,FMECA、 FTA都是重视功能型的静态分析方法, 在考虑时间序列与外部因素等共同原因 方面,即动态分析方面并不完善。
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