第1-3可靠性分析概述

1.5可靠性分析

可靠性分析是可靠性設(shè)計(jì)重要組成部分。表13可靠性分析的主要工作項(xiàng)目1故障模式、影響及危害性分析(FMECA)2故障樹分析(FTA)3潛在通路分析4電路容差分析5耐久性分析可靠性分析下面簡(jiǎn)要介紹前兩項(xiàng)可靠性分析工作具體內(nèi)容1.5.1故障模式、影響及危害性分析

(FMECA)(1)目的通過(guò)系統(tǒng)地分析，確定元器件、零部件、設(shè)備、軟件在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中每一個(gè)產(chǎn)品層次所有可能的故障模式，以及每一故障模式的原因及影響程度，以便找出潛在的薄弱環(huán)節(jié)，并提出改進(jìn)措施以提高產(chǎn)品的可靠性。

(2)組成故障模式、影響及危害性分析（以下簡(jiǎn)稱FMECA）由故障模式及影響分析（FMEA）和危害性分析（CA）兩部分組成，只有在進(jìn)行FMEA基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行CA。FMECA方法分類設(shè)計(jì)FMECA過(guò)程FMECA功能FMECA硬件FMECA軟件FMECA損壞模式及影響分析DMEA(3)FMECA分類及適用情況(a)FMECA分類圖FMECA方法的分類統(tǒng)計(jì)FMECA(b)在產(chǎn)品壽命周期各階段的FMECA方法的應(yīng)用目的(表14)表14

FMECA方法的應(yīng)用目的FMECAFMEACA目的分析產(chǎn)品中所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)產(chǎn)品所造成的所有可能影響,并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)酷度及其發(fā)生概率予以分類的一種自下而上進(jìn)行歸納的分析技術(shù)分析產(chǎn)品中所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)產(chǎn)品所造成的所有可能影響,并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)酷度予以分類的一種自下而上進(jìn)行歸納的分析技術(shù)按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)酷度及其發(fā)生的概率所產(chǎn)生的綜合影響進(jìn)行劃等分類用途（1）找出產(chǎn)品的所有可能的故障模式及其影響，并進(jìn)行定性、定量的分析，進(jìn)而采取相應(yīng)措施，并確認(rèn)風(fēng)險(xiǎn)低于可接受水平（2）為確定嚴(yán)酷度為Ⅰ、Ⅱ類故障模式清單和單點(diǎn)故障模式清單提供定性、定量依據(jù)（3）作為維修性（M）、安全性（S）、測(cè)試性（T）、保障性（S）設(shè)計(jì)與分析的輸入（4）為確定可靠性試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)的產(chǎn)品項(xiàng)目清單提供依據(jù)（5）為確定關(guān)鍵、重要件清單提供定性、定量信息（1）找出產(chǎn)品的所有可能的故障模式及其影響，并進(jìn)行定性分析，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施（2）為確定嚴(yán)酷度為Ⅰ、Ⅱ類故障模式清單和單點(diǎn)故障模式清單提供定性依據(jù)（3）作為維修性（M）、安全性（S）、測(cè)試性（T）、保障性（S）設(shè)計(jì)與分析的輸入（4）為確定可靠性試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)的產(chǎn)品項(xiàng)目清單提供依據(jù)（5）為確定關(guān)鍵、重要件清單提供定性信息主要從風(fēng)險(xiǎn)分析的角度對(duì)FMEA進(jìn)行補(bǔ)充、擴(kuò)展表15FMECA、FMEA和CA的目的、用途(b)FMECA實(shí)施的步驟:初始約定層次產(chǎn)品

任務(wù)

審核

第頁(yè)·共頁(yè)約定層次產(chǎn)品

分析人員

批準(zhǔn)

填表日期代碼產(chǎn)品或功能標(biāo)志功能故障模式故障原因任務(wù)階段與工作方式故障影響嚴(yán)酷度類別故障檢測(cè)方法設(shè)計(jì)改進(jìn)措施使用補(bǔ)償措施備注局部影響高一層次影響最終影響（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）對(duì)每一產(chǎn)品采用一種編碼體系進(jìn)行標(biāo)識(shí)記錄被分析產(chǎn)品或功能的名稱與標(biāo)志簡(jiǎn)要描述產(chǎn)品所具有的主要功能根據(jù)故障模式分析的結(jié)果，依次填寫每一產(chǎn)品的所有故障模式根據(jù)故障原因分析結(jié)果，依次填寫每一故障模式的所有故障原因根據(jù)任務(wù)剖面依次填寫發(fā)生故障的的任務(wù)階段與該階段內(nèi)產(chǎn)品的工作方式根據(jù)故障影響分析的結(jié)果，依次填寫每一個(gè)故障模式的局部、高一層次和最終影響并分別填入第（7）欄-（9）欄根據(jù)最終影響分析的結(jié)果，按每個(gè)故障模式確定其嚴(yán)酷度類別根據(jù)產(chǎn)品故障模式原因、影響等分析結(jié)果，依次填寫故障檢測(cè)方法根據(jù)故障影響、故障檢測(cè)等分析結(jié)果依次填寫設(shè)計(jì)改進(jìn)與使用補(bǔ)償措施簡(jiǎn)要記錄對(duì)其它欄的注釋和補(bǔ)充說(shuō)明表16故障模式及影響分析(FMEA)表表17危害性分析（CA）表初始約定層次產(chǎn)品任務(wù)審核第頁(yè)?共頁(yè)約定層次產(chǎn)品分析人員批準(zhǔn)填表日期代碼產(chǎn)品或功能標(biāo)志功能故障模式故障原因任務(wù)階段與工作方式嚴(yán)酷度類別故障模式概率等級(jí)或故障數(shù)據(jù)源故障率λp故障模式頻數(shù)比α故障影響概率β工作時(shí)間t故障模式危害度Cm(j)產(chǎn)品危害度Cr（j）備注(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)a.FMECA方法中各約定層次的定義（1）約定層次——根據(jù)分析的需要，按產(chǎn)品的功能關(guān)系或復(fù)雜程度劃分的產(chǎn)品功能層次或結(jié)構(gòu)層次。這些層次一般從比較復(fù)雜的系統(tǒng)到比較簡(jiǎn)單的零件進(jìn)行劃分；（2）初始約定層次——進(jìn)行FMECA總的完整的產(chǎn)品所在的層次，它是約定的產(chǎn)品第一分析層次；（3）其他約定層次——相繼的約定層次（第二、第三、第四等）、這些層次表明了直至較簡(jiǎn)單的組成部分的有順序的排列；（4）最低約定層次——約定層次中最低層的產(chǎn)品所在層次。它決定了FMECA工作深入、細(xì)致的程度?！簤合到y(tǒng)451000其他系統(tǒng)主液壓分系統(tǒng)451100輔助液壓分系統(tǒng)451200緩沖瓶451110液壓油箱451120柱塞液壓泵ZB-34451130泵軸451131軸承組件451132柱塞451133飛機(jī)450000初始約定層次約定層次最低約定層次系統(tǒng)分系統(tǒng)裝備設(shè)備零組件………圖某型戰(zhàn)斗機(jī)液壓系統(tǒng)約定層次示例圖c.定義嚴(yán)酷度類別嚴(yán)酷度是指產(chǎn)品故障模式所產(chǎn)生的最終影響的嚴(yán)重程度。應(yīng)對(duì)產(chǎn)品故障模式的嚴(yán)酷度進(jìn)行定義，進(jìn)而對(duì)每一個(gè)故障模式按嚴(yán)酷度類別進(jìn)行排序。嚴(yán)酷度類別是依據(jù)產(chǎn)品每個(gè)故障模式造成最終可能出現(xiàn)的人員傷亡、“初始約定層次”產(chǎn)品損壞和環(huán)境損害等方面的影響程度而確定的。表18產(chǎn)品常用的嚴(yán)酷度等級(jí)劃分嚴(yán)酷度等級(jí)嚴(yán)重程度定義Ⅰ類（災(zāi)難的）引起人員死亡或產(chǎn)品（如飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克及艦船等）毀壞及重大環(huán)境損害Ⅱ類（致命的）引起人員嚴(yán)重傷害、或重大經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗、產(chǎn)品嚴(yán)重毀壞及嚴(yán)重環(huán)境損害Ⅲ類（中等的）引起人員中等程度傷害、或中等程度的經(jīng)濟(jì)損失，或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級(jí)、產(chǎn)品中等程度損壞或中等程度的環(huán)境損害Ⅳ類（輕度的）不足以導(dǎo)致人員傷害、或輕度經(jīng)濟(jì)損失或產(chǎn)品輕度損壞及環(huán)境損害，但它會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃性維護(hù)或修理1.5.2

故障樹分析(FTA)(1)目的通過(guò)對(duì)可能造成產(chǎn)品故障的各種因素進(jìn)行析，能定性地確定產(chǎn)品故障發(fā)生的所有原因和原因組合，并定量地確定產(chǎn)品故障的發(fā)生概率。通過(guò)故障樹分析，能夠透徹了解系統(tǒng)，找出薄弱環(huán)節(jié)，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、使用環(huán)境、維修方式等，提高產(chǎn)品可靠性，同時(shí)驗(yàn)證重大故障的發(fā)生概率是否能滿足可靠性要求。(2)適用對(duì)象和情況FTA適用于電子、機(jī)電、機(jī)械，或者新研產(chǎn)品、老品、老品改進(jìn)等各類產(chǎn)品。FTA適用于系統(tǒng)壽命周期的任何階段，包括從設(shè)計(jì)階段早期直至批生產(chǎn)前的各個(gè)設(shè)計(jì)階段，以及生產(chǎn)和使用階段。

在設(shè)計(jì)階段，F(xiàn)TA可幫助查找潛在的產(chǎn)品故障模式和災(zāi)難性危險(xiǎn)因素，發(fā)現(xiàn)可靠性和安全性薄弱環(huán)節(jié)，改進(jìn)設(shè)計(jì)；

在生產(chǎn)和使用階段，可以幫助對(duì)故障事件開展調(diào)查分析，更改設(shè)計(jì)或改進(jìn)生產(chǎn)手段和使用維修方案。(3)主要內(nèi)容(A)方法:FTA是將一個(gè)不希望的產(chǎn)品故障事件或?yàn)?zāi)難性的產(chǎn)品危險(xiǎn)事件做為頂事件，通過(guò)由上向下的嚴(yán)格按層次的故障因果邏輯分析，建立故障樹。逐層找出對(duì)上一層事件必要而充分的直接原因，最終找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有原因（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等）和原因組合，即各個(gè)底事件。在具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)算出頂事件發(fā)生概率和底事件重要度等定量指標(biāo)。

下面介紹建立故障樹概念和具體實(shí)施。圖故障樹示例(B)選擇頂事件頂事件是建立故障樹的基礎(chǔ)，選擇的頂事件不同，則建立的故障樹也不同。在進(jìn)行故障樹分析時(shí)，選擇頂事件的方法如下：（a）在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行FTA時(shí)，一般從那些顯著影響產(chǎn)品技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性的故障中選擇確定頂事件。（b）在FTA之前若已進(jìn)行了FME(C)A，則可以從故障嚴(yán)酷度為Ⅰ、Ⅱ類的系統(tǒng)故障模式中選擇其中一個(gè)故障模式確定為頂事件。（c）發(fā)生重大故障或者事故后，可以將此類事件作為頂事件，通過(guò)故障樹分析為故障歸零提供依據(jù)。對(duì)于頂事件必須嚴(yán)格選擇，否則建出的故障樹將達(dá)不到預(yù)期的目的。大多數(shù)情況下，產(chǎn)品會(huì)有多個(gè)不希望事件，應(yīng)對(duì)它們一一確定，分別作為頂事件建立故障樹并進(jìn)行分析（見(jiàn)下面示例圖）。(C)建造故障樹故障樹的建立故障樹是一種特殊的倒立樹狀因果關(guān)系邏輯圖。它用事件符號(hào)、邏輯門符號(hào)和轉(zhuǎn)移符號(hào)(△▽子樹轉(zhuǎn)移符號(hào))描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。邏輯門的輸入事件是輸出事件的“因”，邏輯門的輸出事件是輸入事件的“果”。序號(hào)符號(hào)名稱說(shuō)明1基本事件（底事件）在特定的故障樹分析中無(wú)須探明其發(fā)生原因的底事件。2未探明事件原則上應(yīng)進(jìn)一步探明其原因但暫時(shí)不必或者不能探明其原因的底事件。3結(jié)果事件（中間事件或頂事件）故障樹分析中由其他事件或者事件組合所導(dǎo)致的事件。其中，位于故障樹頂端的結(jié)果事件為頂事件，位于頂事件和底事件之間的結(jié)果事件為中間事件。a.故障樹常用事件及其符號(hào)

序號(hào)符號(hào)名稱說(shuō)明1與門表示僅當(dāng)所有輸入事件發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生。2或門表示至少一個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí)，輸出事件就發(fā)生。b.故障樹常用邏輯門及其符號(hào)

故障樹c.故障樹分析圖的組成:基本事件：是無(wú)需探明其發(fā)生原因的底事件底事件是故障樹中僅導(dǎo)致其他事件的原因事件。它位于所討論的故障樹底端，總是某個(gè)邏輯門的輸入事件而不是輸出事件未探明事件：是原則上應(yīng)進(jìn)一步探明其原因但暫時(shí)不必或者不能探明其原因的底事件頂事件：是故障樹分析中所關(guān)心的最后結(jié)果事件。它位于故障樹的頂端，代表了系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件中間事件是位于底事件和頂事件之間的結(jié)果事件E0E23E1E2E3＋●故障樹d.故障樹分析圖的組成:E0E23E1E2E3或門：當(dāng)輸入事件中至少有一個(gè)發(fā)生時(shí)，則輸出事件發(fā)生，這種關(guān)系稱為事件并,用邏輯“或門”描述與門：門的輸入事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，輸出事件必然發(fā)生，這種邏輯關(guān)系稱為事件交，用邏輯“與門”描述E0E23E1E2E3＋●e.建故障樹示例＿不同頂事件１電路開關(guān)合上后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)開關(guān)合上后線路上無(wú)電流電動(dòng)機(jī)故障電源故障＋＋線路故障f.建故障樹示例＿不同頂事件２電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)開關(guān)合上后線路上無(wú)電流電動(dòng)機(jī)故障電源故障＋線路故障開關(guān)未合＋人誤使開關(guān)未合開關(guān)故障合不上＋(6)FTA與FMECA的對(duì)比(見(jiàn)下表22)對(duì)比項(xiàng)目FMECAFTA目的分析設(shè)計(jì)，識(shí)別缺陷識(shí)別導(dǎo)致重要故障的路徑對(duì)象預(yù)想的所有可能的故障預(yù)想的產(chǎn)品某個(gè)或某些重大事故范圍硬件為主的單因素分析硬件、軟件、人因等多因素分析方法歸納法填表演繹法建樹輸入設(shè)計(jì)資料，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出FMECA報(bào)告，項(xiàng)目清單故障樹分析及報(bào)告用途保證固有可靠性、支持維修性、安全性分析和質(zhì)量保證保證安全性、可靠性、指導(dǎo)設(shè)計(jì)改進(jìn)特點(diǎn)全面分析普遍進(jìn)行重點(diǎn)分析責(zé)任人工程設(shè)計(jì)人員做，可靠性人員審查工程設(shè)計(jì)人員與可靠性人員共同做FMECA的結(jié)果可為FTA提供頂事件1.5.3潛在電路分析（SCA）a.目的

潛在分析可分為針對(duì)電路的潛在電路分析、軟件的潛在分析和液、氣管路系統(tǒng)的潛在分析。此處僅介紹潛在電路分析。

潛在電路是電子/電氣系統(tǒng)中的一種設(shè)計(jì)意圖之外的狀態(tài)，在一定的條件下，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生非期望功能或抑制期望功能。

它具有潛藏性，而一旦激勵(lì)條件得以滿足，表現(xiàn)出“突然發(fā)生”、“出人意料”、“巨大破壞性”等特點(diǎn)。對(duì)電子/電氣系統(tǒng)的危害是巨大的，由于產(chǎn)品規(guī)模較大、復(fù)雜、設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)要求理解不一致等原因，很容易在設(shè)計(jì)中引進(jìn)潛在電路。

特定條件下才會(huì)被激發(fā)，一般很難通過(guò)試驗(yàn)或仿真手段予以發(fā)現(xiàn)。潛在電路分析的目的就是在假設(shè)所有元器件及部件均未失效的情況下，發(fā)現(xiàn)電路中在一定的激勵(lì)條件下可能產(chǎn)生非期望功能或抑制期望功能的潛在狀態(tài)，以保證電路安全可靠。b.基本概念(1)潛在電路：屬于非失效相關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。潛在電路包括四種表現(xiàn)形式：潛在路徑、潛在時(shí)序、潛在指示和潛在標(biāo)志。(2)潛在路徑：電流所流經(jīng)的非期望路徑。(3)潛在時(shí)序：數(shù)據(jù)或邏輯信號(hào)以非期望或矛盾的時(shí)間順序、或在非期望的時(shí)刻、或延續(xù)一個(gè)非期望的時(shí)間段發(fā)生，從而使系統(tǒng)出現(xiàn)的異常狀態(tài)。(4)潛在指示：系統(tǒng)運(yùn)行狀況的模糊或錯(cuò)誤的指示。潛在指示可能誤導(dǎo)系統(tǒng)或操作人員做出非期望的反應(yīng)。(5)潛在標(biāo)志：系統(tǒng)功能的錯(cuò)誤或不確切的標(biāo)志。潛在標(biāo)志可能會(huì)誤導(dǎo)操作人員。(6)網(wǎng)絡(luò)樹：對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行劃分和簡(jiǎn)化后獲得的樹狀網(wǎng)絡(luò)示意圖。該圖能簡(jiǎn)明地表達(dá)相互連通的元器件之間的連接關(guān)系。(8)網(wǎng)絡(luò)森林：網(wǎng)絡(luò)樹的集合。(9)功能網(wǎng)絡(luò)森林：與某電路功能有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)森林。(10)線索：一種分析用的問(wèn)題提示，根據(jù)該提示，分析者易于識(shí)別電路系統(tǒng)是否具有該線索所提示的運(yùn)行狀態(tài)，并判定其是否屬于設(shè)計(jì)意圖之外的狀態(tài)，即潛在狀態(tài)。(11)線索表：由一系列線索組成并按一定的規(guī)則進(jìn)行組織的線索清單。(12)源：電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能的信號(hào)和數(shù)據(jù)的源頭，在潛在電路分析中通常作為路徑追蹤的起點(diǎn)。(13)目標(biāo)：電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能的執(zhí)行部件或關(guān)鍵部件，如功能信號(hào)執(zhí)行部件等，非期望地激活或抑制它將引發(fā)一個(gè)非期望事件，在潛在電路分析中通常作為路徑追蹤的終點(diǎn)。類似電路拓?fù)淠Ｊ奖憩F(xiàn)出類似電路行為的原理

所有的電路都可歸納為由五種基本的電路拓?fù)淠Ｊ浇M成，這五種電路拓?fù)淠Ｊ饺鐖D所示，它們是：直線形、電源拱形、接地拱形、組合拱形及H形。

直線形電源拱形接地拱形組合拱形H形圖五種基本電路拓?fù)淠Ｊ?/p>

由于每個(gè)基本電路拓?fù)淠Ｊ剿锌赡艿碾娐沸袨槭且子谡莆盏模虼俗R(shí)別出一個(gè)電路中存在哪些電路拓?fù)淠Ｊ骄湍苁狗治鋈藛T易于識(shí)別該電路的全部行為，從而識(shí)別出系統(tǒng)中的潛在電路。網(wǎng)絡(luò)樹示例分析網(wǎng)絡(luò)樹，結(jié)合范例電路系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，確認(rèn)在樹上的元器件確實(shí)承受雙向電流的情況，如果確認(rèn)這是設(shè)計(jì)所不允許的，即可判定它為潛在電路。其他網(wǎng)絡(luò)樹分析相同。分析人員要將發(fā)現(xiàn)的潛在電路與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行交流確認(rèn)，即對(duì)初步分析結(jié)論進(jìn)行反饋交流，最后雙方對(duì)結(jié)論達(dá)成一致意見(jiàn)后，組織對(duì)分析報(bào)告進(jìn)行評(píng)審驗(yàn)收。具體過(guò)程略。1.5.4電路容差分析a.目的

分析電路的組成部分在規(guī)定的使用溫度范圍內(nèi)其參數(shù)偏差和寄生參數(shù)對(duì)電路性能容差的影響，并根據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

電路性能參數(shù)發(fā)生變化原因電路性能參數(shù)發(fā)生變化的主要現(xiàn)象有：性能不穩(wěn)定、參數(shù)發(fā)生漂移、退化等，造成這些現(xiàn)象的原因有以下三種：（1）組成電路的元器件參數(shù)存在著公差電路設(shè)計(jì)時(shí)通常只采用元器件參數(shù)的標(biāo)稱值進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，忽略了參數(shù)的公差。標(biāo)稱值確定的電路性能參數(shù)會(huì)出現(xiàn)參數(shù)偏差。這種原因產(chǎn)生