基于FMECA的產(chǎn)品可靠性分析方法

唐少波，王田宇，溫業(yè)堃，王家鑫

（國(guó)營(yíng)長(zhǎng)虹機(jī)械廠，廣西 桂林 541003）

0 引言

FMECA是一種將產(chǎn)品故障模式定性分析——失效模式與影響分析（FMEA）和定量計(jì)算——危害度分析（CA）相結(jié)合，將故障模式的危害度和發(fā)生概率聯(lián)系起來(lái)，研究故障發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，從部件級(jí)向系統(tǒng)級(jí)自下而上地推進(jìn)的方式跟蹤故障并制定措施及時(shí)地糾正歸納總結(jié)的分析方法，更能體現(xiàn)產(chǎn)品各個(gè)子系統(tǒng)的可靠性水平[1]。

王新[2]利用FMECA技術(shù)分析了導(dǎo)航雷達(dá)的故障模式，根據(jù)危害度來(lái)有效地識(shí)別薄弱環(huán)節(jié)。申桂香等[3]根據(jù)數(shù)控車床壽命周期內(nèi)的故障數(shù)據(jù)，分析了刀架系統(tǒng)的故障模式的頻率和損傷概率，獲得了各個(gè)部件的危害度。于捷等[4]利用FMECA方法獲得了數(shù)控車床部件的致命度，確定了影響可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。張海波等[5]應(yīng)用FMECA方法基于故障數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)故障分析，基于危害度的大小指出了數(shù)控系統(tǒng)的故障多發(fā)部位。李琦[6]利用FMECA方法分析了加工中心的可靠性，獲得了故障模式危害度。

本文從預(yù)防故障或缺陷入手，根據(jù)故障模式發(fā)生概率及嚴(yán)重性級(jí)別的綜合影響來(lái)研究故障模式對(duì)部件及整機(jī)可靠性的影響。利用FMECA分析技術(shù)將FMEA與CA結(jié)合，運(yùn)用邏輯思想分層次地建立部件故障發(fā)生概率與故障模式危害度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，層層遞進(jìn)，從故障模式對(duì)部件可靠性的影響分析到對(duì)整機(jī)可靠性的影響，對(duì)故障危害特性有了更為直觀的認(rèn)識(shí)和具體的分析，為提高產(chǎn)品合格水平隨時(shí)間的保持能力提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 FMEA

產(chǎn)品某一個(gè)故障模式的評(píng)分值（CEO）等于該故障模式的嚴(yán)酷度等級(jí)（ESR）和發(fā)生概率等級(jí)（OPR）的等級(jí):

CEO值的大小可定性地分析故障模式危害性程度的高低。CEO值越高，則該故障模式的危害性程度越高。

ESR是評(píng)定故障模式最終影響的嚴(yán)重程度。評(píng)分準(zhǔn)則如表1所示。

表1 ESR評(píng)分準(zhǔn)則

OPR是評(píng)定某個(gè)故障模式實(shí)際發(fā)生的可能性。OPR評(píng)分準(zhǔn)則如表2所示。

表2 OPR評(píng)分準(zhǔn)則

根據(jù)表1-2可知，對(duì)于CEO高的故障模式，應(yīng)重點(diǎn)地考慮如何降低故障發(fā)生概率等級(jí)和故障影響嚴(yán)酷度等級(jí)，以制定改進(jìn)措施進(jìn)而及時(shí)地糾正缺陷和故障，確定故障機(jī)理形成閉環(huán)控制，提高產(chǎn)品的可靠性。

2 FMECA

2.1 RPN分析法

風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（RPN:Risk Priority Number）分析法是對(duì)潛在故障模式風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)，從消除故障源入手，將潛在缺陷變?yōu)榭蓹z測(cè)缺陷的結(jié)果，關(guān)注產(chǎn)品合格水平隨時(shí)間的保持能力，研究故障發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，揭示設(shè)計(jì)和工藝缺陷，達(dá)到可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障，確定故障機(jī)理并制定改進(jìn)措施，以及時(shí)地糾正和排除故障，形成閉環(huán)控制的目的。產(chǎn)品故障模式RPN值定性分析計(jì)算公式如公式（2）所示:

式（2）中:S（Severity）——發(fā)生度；

O（Occurrence）——嚴(yán)重度；

D（Detectivity）——探測(cè)度。

在RPN分析中，產(chǎn)品不同的故障模式發(fā)生度、嚴(yán)重度和探測(cè)度可能出現(xiàn)RPN值相同的情況，對(duì)此應(yīng)對(duì)嚴(yán)酷度等級(jí)高的故障模式及時(shí)地采取措施并進(jìn)行糾正，以降低故障發(fā)生的可能性。

2.2 故障模式對(duì)部件可靠性危害度（Cmij）

部件i以故障模式j(luò)發(fā)生故障對(duì)該部件可靠性的危害度Cmij的定量計(jì)算公式如公式（3）所示[8]:

式（3）中:αij——部件i以故障模式j(luò)發(fā)生故障引起該部件發(fā)生故障的故障模式概率。

αij的計(jì)算公式如公式（4）所示[8]:

式（4）中:ni——部件i的第j種故障模式出現(xiàn)的次數(shù)；

nj——部件i故障模式發(fā)生總次數(shù)。

βij——部件i以故障模式j(luò)發(fā)生故障造成該部件損傷的概率，其值如表3所示。

表3 失效模式影響概率β取值表

λj為部件基本故障率，其計(jì)算公式如式（5）所示[8]:

式（5）中:Ni——部件i在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的故障總次數(shù)；

∑t——部件i在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的累計(jì)工作時(shí)間；

t——工作時(shí)間。

2.3 部件對(duì)整機(jī)可靠性的危害度（CRi）

部件對(duì)整機(jī)可靠性的危害度Cr是該產(chǎn)品在特定的嚴(yán)酷度類別下和特定的任務(wù)階段內(nèi)的各種故障模式對(duì)部件可靠性的危害度Cmij的總和，其定量計(jì)算公式如式（6）所示[8]:

式（6）中:j=1，2，…，n為產(chǎn)品在相應(yīng)嚴(yán)酷度等級(jí)下的故障模式數(shù)目。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于FMECA研究產(chǎn)品可靠性的分析方法，在計(jì)算產(chǎn)品故障模式對(duì)部件可靠性危害度及部件對(duì)整機(jī)可靠性危害度的過(guò)程中，在FMEA的基礎(chǔ)上，引入CA，分層次地建立產(chǎn)品故障發(fā)生概率與故障模式危害度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，從故障模式對(duì)部件可靠性的危害度分析到對(duì)整機(jī)可靠性的危害度，更深層次地了解各個(gè)部件的故障對(duì)整機(jī)可靠性的影響。該方法邏輯層次分明，清晰明確，關(guān)注產(chǎn)品合格水平隨時(shí)間的保持能力，彌補(bǔ)了根據(jù)產(chǎn)品部件故障發(fā)生概率判定薄弱環(huán)節(jié)的方法的缺陷。