FMECA故障模式影響和嚴重性分析報告

FMECA (Failure) 故障模式影響和嚴重性分析。

一個系統可靠性的質量分析方法，它包括從失效模型中的研究調查，這可存在于系統中的任何項目。

1．FMECA概述

隨看工業的發展和科技的進步，我們所研制的系統的復雜程度不斷提高，設備成本也

急劇增加，因此，進行試驗的費用也大大提高。此外，為了滿足市場的需求，在不斷提高

系統工作性能、簡化操作過程、減少維護費用的同時，產品開發者還必須為降低研制及生

產成本、縮短研制周期付出努力。因此，研制人員通常在進行試驗前，對所設計的產品進

行故障預想，并希望通過類似方法發現設計中存在的設計缺陷或薄弱環節，并進行修改。

早期的事故或故障預想雖然可能發現設計中的一些問題，但由于缺乏固定的程序和系統化

的方法，預想結果具有很大的不確定性，因而其效果也不能令人滿意。在這種情況下；人

們通過總結工程實踐經驗，逐漸形成了現在的“故障模式、影響及危害性分析”的系統化

的故障分析方法。

故障模式、影響及危害性分析（FMECA）是對產品各組成單元（元器件、組件、分系

統、系統）潛在的各種故障模式、故

障原因及其對產品功能的影響

和影響的致命程度進行分析，并把每個潛在的故障模式按其嚴酷度予以分類，從中發現系

統設計的薄弱環節和關鍵部件，并采取相應的預防改進措施，以提高產品可靠性。FMECA

一般分兩部完成：第一，識別故障模式和它們的影響——故障模式及影響分析（FMEA）；

第二，根據故障模式的嚴酷度和發生概率，對故障模式分級——危害性分析（CA）。

通過FMECA可以在試驗前對設計方案進行較為全面、系統的檢查；及時采取改進措

施。與通過“試驗—修改—再試驗”的手段檢驗和完善系統設計相對照，特別是對于那些

組成部分多、技術先進、結構復雜、成本高的新研制系統，有效的FMECA工作可以起到降

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低研制費用、縮短設計改進周期的良好作用，從而大大提高研制階段的效率。

由于FMECA具有原理簡單，易操作并且具有良好效果的特點，已經成為軍工領域及

其它科技工業在產品研制過程中進行可靠性分析時使用的重要方法之一，是我國許多軍工

產品研制周期中規定的主要可靠性工作項目之一，有效的FMECA的分析工作還可以推動其

它可靠性工作的開展。此外，以FMECA技術為基礎的分析技術還被應用于安全性、維修性

等有關技術領域的分析和評估工作。

因此，大力推廣FMECA技術對于在有限經費投入的前提下提高電子產品的可靠性水

平具有積極的意義。

2 主要功能

故障模式、影響及危害性分析（FMECA）模塊支持包括MIL-STD-1629A和BS5760在

的各種不同標準，此模塊還提供了各種交互式圖形工具，用來建立表示系統、子系統與部

件間的邏輯連結方框圖，這些方框圖代表所有部件或系統。此圖表可以擴展用以表示各層

次級別的故障模式。

FMECA模塊中一個最強大的功能就是它能在整個系統的各個級別上自動跟蹤故障影

響、嚴酷度和故障原因，程序可以自動計算故障率和危害性數據。

當執行FMECA分析時，輸入描述性文字在所有的數據錄入工作中占了非常大的比率。

FMECA模塊中提供了一個短語詞庫，包含了一些常用部件、故障模式及故障影響等等的短

語，用戶可以從短語詞庫中選取所用的文字，可以大大的減少數據錄入的時間。用戶還可

以自己定義自己的短語詞庫，以滿足自己的特殊要求。

FMECA模塊中包含了一個來源于MIL-HDBK-338的頻數表工具，它包含了常用部件的

故障模式及其頻數，用戶亦可自定義詞庫。當從GJB/Z 299B、MIL-217、Bellcore或

Mechanical模塊中傳送數據時，頻數表也可以用來自動生成故障模式。

3 主要特點

圖形化系統層次結構描述，輕松創建系統層次圖

同時在表格視圖和對話框視圖中察看系統數據

在層次或表格視圖中切換顯示故障模式，故障影響在系統層次間的自動跟蹤及迭代

與其它可靠性分析軟件相互轉化的自動轉換工具

用于快速數據錄入的頻數表工具

短語詞庫用于消除重復性文字錄入

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在系統各級間自動跟蹤故障影響

自動指派嚴酷度、自動計算危害性

自動繪制分析變量之間的關系圖

自動生成標準FMECA表格以及由用戶自行定義的容

單一故障模式的多故障影響分析

用戶自定義嚴重性類別、縮略詞及有關文本

剪切、復制、粘貼等編輯工具

可用微軟公司Word、Excel等工具編輯的綜合報告

用戶自定義報告的容，并可直接預覽和打印

用戶自定義分析格式和客

可在分析中利用和自行維護的來自MIL-HDBK-338的常用故障模式清單（包括元器件類

型、其故障模式和頻數比）

分析中自動顯示當前對象的現有故障模式

可靠性基礎

FMEA和FMECA的基本概念

故障模式和影響分析（FMEA）以及故障模式、影響和危害性分析（FMECA）是用來識別一產品或

過程當中的潛在故障模式，評估與故障模式相關的風險，按重要程度將故障模式分出等級，并針

對最嚴重的故障模式采取相應的矯正措施的一種方法。

雖然目的、術語和其他一些細節問題會隨著類型(比如：過程FMEA、設計FMEA等)不同而變化，

但是基本方法都是相似的。本文概述了FMEA / FMECA分析的方法和需求。

FMEA / FMECA 概述

一般來說，FMEA / FMECA需要先確認下列基本信息：

? 產品

? 功能

? 故障

? 故障影響

? 故障原因

? 當前檢測方法

? 補償措施

? 備注

大多數的這類分析還會包括一些在分析中評估故障模式相關風險的方法，從而對矯正措施進行排

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序。兩個常用方法為：

? 風險優先數(RPNs)

? 危害度分析(進行危害度分析的FMEA = FMECA)

公開的標準和方針

對于FMEA和FMECA的需求和推薦報告格式有很多已出版的方針和標準。對于這類分析的主要標

準有：SAE J1739、AIAG FMEA-3和MIL-STD-1629A。此外，許多行業和公司也都開發出了自己的

分析程序，以來滿足他們產品或過程的特殊需要。圖1中是一采用Automotive Industry Action

Group (AIAG) FMEA-3格式的過程FMEA示例。點擊看大圖。

Figure 1 [Enlarge]

FMEA或FMECA的基本分析步驟

進行FMEA/FMECA分析的基本步驟包括：

? 組成分析小組。

? 確定分析程序。

? 收集并校閱相關的資料。

? 確認所分析的產品或過程。

? 確認所分析的每個產品或過程的功能、故障、故障影響、故障原因和檢測方法。

? 評估分析所得出結果的風險。

? 排序并分派矯正措施。

? 采取矯正措施，并重新評估風險。

? 適當的分配、校閱并更新分析。

風險評估方法

一個典型的FMEA包含一些用來評估分析所得出的潛在問題相關風險的一些方法。下面敘述了兩

種常用的方法：風險優先數法和危害度分析法。

風險優先數

使用風險優先數（RPN）法來評估風險時，分析小組一定要做到：

? 對每一故障的嚴酷度進行定級。

? 對每一故障的發生概率進行定級。

? 對每一故障誘因的優先檢測難度進行定級。(即，在產品到達終端用戶或顧客之前將問

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題檢測出來的概率。)

? 通過獲得產品的三個因素等級來計算出RPN：

RPN = 嚴酷度等級 x 發生概率等級 x 檢測難度等級

RPN可以用來比較分析結果，并對矯正措施的問題進行排序。

危害度分析

MIL-STD-1629A文件敘述了兩種類型的危害度分析：定量的和定性的。為了使用定量的危害度分

析方法，分析組一定要做到：

? 在一給定的工作時間，為每個產品定義出可靠性/不可靠性。

? 確認每一產品不可靠性中可能造成每一潛在故障模式的部分。

? 對能造成可能發生的每一故障模式的損失（或危害度）概率進行定級。

? 通過獲得產品的三個因素等級來計算出每一潛在故障模式的危害度：

故障模式的危害度 = 產品不可靠度x 不可靠度中可造成故障模式的比率 x 損失概率

? 通過把產品中識別出的每一故障模式的危害度進行相加，來計算每一產品的危害度。

產品的危害度 = 故障模式危害度之和

為了使用定性的危害度分析方法來評估風險及對矯正措施排序，分析組一定要做到：

? 對故障潛在影響的嚴酷度進行定級。

? 對每一潛在故障模式發生的可能性進行定級。

? 通過一危害度矩陣來對故障模式進行比較，該矩陣的行代表嚴酷度，列代表故障模式發

生的概率。

應用和收益

FMEA / FMECA分析程序是一種有多種不同的方法，以便于廣泛應用于不同領域的工具。它可為

幫助產品或過程改進設計，以來提高可靠性、質量、安全性、客戶滿意度以及降低成本。該工具

還可以用來建立和優化可維修系統的保養計劃，和/或檢測手段，以及其他質量保證措施。它還

提供了故障模式和矯正措施的資料基礎，可以用作未來發現并修理故障的信息依據，以及對新工

程師的培訓工具。此外，安全性和質量需求中也經常要求進行FMEA或FMECA，如在ISO 9001、

QS 9000、 ISO/TS 16949、 6Sigma、 FDA Good Manufacturing Practices (GMPs)、Process Safety

Management Act (PSM)等中。

瑞藍公司的Xfmea軟件便于故障模式和影響分析（FMEA）和故障模式、影響和危害度分析（FMECA）

中的分析、數據管理和結果報告。該軟件支持所有主要的標準(AIAG FMEA-3、J1739、ARP5580、

MIL-STD-1629A等。)并且對所有類型的FMEA / FMECA提供廣闊的分析與報告的個性化定制能力，

方便用戶可以自由配置軟件，使其滿足機構中特殊的分析和報告程序要求。

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如何提高航天型號FMECA的有效性

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故障模式、影響及危害性分析（Failure Mode, Effects and Criticality

Analysis，簡稱FMECA）是在工程實踐中總結出來的，以故障模式為基礎，以故障影

響或后果為目標的分析技術。它通過逐一分析各組成部分的不同故障對系統工作的影

響，全面識別設計中的薄弱環節和關鍵項目，并為評價和改進系統設計的可靠性提供

基本信息。

世界宇航發達國家的發展歷程和工程實踐證明：作為重要的可靠性工程技術手

段，FMECA技術具有原理簡單、方法成熟、技術規、易于操作、收效顯著等特點，可

為保證航天飛行任務成功發揮巨大作用。

然而，與世界宇航發達國家的應用情況相比，我國航天領域中FMECA技術尚未充

分發揮其應有的作用，FMECA工作往往與研制工作脫節，其結果難于為評價、改進設

計提供有效的支持；而工作效果不理想反過來又進一步影響了設計人員開展FMECA工

作的積極性，造成分析與設計更加脫節的惡性循環。

經驗表明，為提高FMECA的有效性，在加大技術培訓力度的同時，工作中應特別

注意：

強調“誰設計、誰分析”的原則，即強調由設計人員完成分析工作，并隨設計工

作的進展不斷更新分析結果；可靠性專業人員負責提供分析必需的技術支持。

重視FMECA的策劃。在實施分析之前，應按標準要求對分析活動進行完整、全面

的策劃，并將其納入型號研制和可靠性工作計劃，這對于各級型號總體單位尤為重要。

嚴格按照計劃的安排和有關標準、規要求開展分析工作，避免因使用錯誤的概念

或方法造成遺漏和偏差。

工程研制中，航天型號通常被劃分成不同層次（如系統、分系統、設備、單機等）

的若干部分。各層次產品在實施FMECA時，必須應用FMECA分析的層次迭代關系，將

其以下各層次產品的分析結果綜合進來，從而最終使整個型號的分析活動及其結果形

成完整的體系。FMECA分析的層次迭代的基本原則是：低層次產品故障模式對上一層

次的影響就是上一層次產品的故障模式，而低層次產品導致該故障影響的故障模式，

則是上一層次產品該故障模式的故障原因。

能否獲得全面、準確的產品故障模式信息，是決定FMECA工作有效性的關鍵因素

之一。各級研制單位應注意收集產品故障信息，并逐步建立和完善適合自身產品特點

的故障信息數據庫。

FMECA是單因素的分析方法，對于航天產品設計量采用的冗余技術，在分析中應

采用特定的分析方法，提高分析的有效性。

目前，工程中FMECA工作主要依靠人工完成，現有的FMECA軟件只是提供了部分

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文檔和數據管理的便利，不能解決人工分析的局限性。對于復雜產品，設計人員可能

難于準確判斷其故障特性，因此，建議適當采用試驗、仿真等手段輔助實施分析。

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