插件2能-07 PT13、17D故障类型、故障等级、致命度分析法解释Microsoft Word 文档

(教材P103~112、123~129) PPt 2能2-013、017插件

三、故障类型及影响分析【知识要求】

故障类型及影响分析(Failure Mode & Effect Analysis，FMEA)是一种广泛使用的、非常重要的系统安全分析方法。我国国家军用标准中明确指出：FMIEA是找出设计上潜在缺陷的手段，是设计审查中必须重视的资料之一。

1．目的

故障类型及影响分析的目的是辨识设备或系统的故障模式及每种故障模式对系统或装置造成的影响。评份人员通常提出增加设备可靠性的建议，进而提出工艺安全对策。

2．基本概念

(l)故障

一般指元件、子系统或系统在规定的运行时间和条件内，达不到设计规定功能昀情况。

(2)故障类型

系统、子系统或元件发生的每一种故障的形式称为故障类型。例如，一个阀门故障可以有四种故障类型：内漏、外漏、打不开、关不严。表2一l列出了一般故障类型的分类，各种故障类型一般可按表中分类考虑。（故障概率中有元件的全部故障概率和单个故障类型的出现概率）

(3)故障等级

根据故障类型对系统或子系统影响的程度不同而划分的等级称为故障等级。

3．故障类型分级方法

(1)定性分级方法

故障类型对系统（或子系统）影响的严重程度的定性分级方法，将故障危险性等级分为四个等级（见下表）。

(2)半定量故障等级划分方法

依据损失的严重程度、故障的影响范围、故障发生的频率、防止故障的难易程度和工艺设计情况而定的。

在难以取得可靠性数据的情况下，可以采用评点法，此法较简单，划分精确。它从几个方面来考虑故障对系统的影响程度，用一定点数表示影响程度的大小，通过计算，求出故障等级。

总式中： C i i C s —总点数， （0＜C S ＜10）

如何确定点数C i 呢？可采用专家座谈会法：由3～5位有经验的专家座谈讨论，提出C i 数值；这种方法又称BS 法；也可采用函询调

查法：将提出的问题和必要的背景材料，用通信的方式向有经验的专家提出，然后把他们答复的意见进行综合，再反馈给他们，如此反复多次，直到得到认为合适的意见为止。

另一种求点数的方法是查评点数参考表选取。见教材P106表2—3，可根据评点因素求出点数，相加后计算出总点数Cs 。

（教材P106）表2-3 评点参考表

这样，又导出了一个以评点数来划分的半定量的故障等级，其等级划分见下表：

(2)风险矩阵法（P106~108）

·故障发生的可能性和故障发生后果引起的后果，综合考虑后会得出比较准确的衡量标准，这个标准称为风险（也称危险度），它代表故障概率和严重度的综合评价。

风险矩阵法将故障发生后的后果严重度和故障发生的概率分别划分等级，进行综合评价。

1.严重度

严重度。是指故障类型对系统功能影响的程度，分为四个等级。见下表（教材P107）

（见教材P107表2-5）

2.故障概率

故障概率。是指在一特定的时间内，故障出现的次数。时间可按一个有相对的时间界线的区间时段，如一年、一个月；或根据某系统（子系统）的大修间隔期、某项任务周期或其它的期间决定。故障概率的高低是影响故障综合性严重度的重要因素。可以用定量方法和定性方法来确定（描述）单个故障的概率。具体等级划分级如下：（故障概率中有元件的全部故障概率和单个故障类型的出现概率）（1）故障概率的定性方法分类（分级）：（见教材P107）

·Ⅰ级：故障概率很低，元件操作期间出现的机会可以忽略。

·Ⅱ级：故障概率低，元件操作期间不易出现。

·Ⅲ级：故障概率中等，元件操作期间出现的机会为50% 。

·Ⅳ级：故障概率高，元件操作期间易于出现。

（2）故障概率的定量方法分类（分级）：（见教材P107）

·Ⅰ级：在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，少于全部的故障概率的0.01。

·Ⅱ级：在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，多于

全部的故障概率的0.01，而少于0.10。

·Ⅲ级：在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，多于全部的故障概率的0.10，而少于0.20。

·Ⅳ级：在元件工作期间，任何单个故障类型出现的概率，多于全部的故障概率的0.20。

（以上内容详见教材P107，故障类型分级比较复杂，不同的方法、不同的行业有不同的分级方法，附件中例举了其它类型的分类，希望有助于加强记忆。）

4．FMEA的特点（P108）

FMEA具有如下一些特点：

(1)该方法是从部件分析到故障，即分析过程是从原因到结果。

(2)侧重于建立上、下级的逻辑关系。

(3) FMEA是一种定性评价方法，便于掌握，对设备等硬件设施的分析能力较强。5．资料文件的要求（P108）

使用FMEA方法需要如下资料：

(1)系统或装置的PJD图（工艺管理仪表流程图）。

(2)设备、配件一览表。

(3)设备功能和故障模式方面的知识。

(4)系统或装置功能及对设备故障处理方法的知识。

FMEA方法可由单个分析人员完成，但需要其弛人进行审查，以保证完整性。对评价人员的要求随着评价的设备项目大小、，复杂程度等因素有所不同。所有的FMEA评价人员都应对设备功能及故障模式熟悉，并了解这些故障模式如何影响系统或装置的其他部分。6．制表（P108~109）

使用FMEA方法的特点之一就是制表。由于表格便于编码、分类、查阅、保存，所以很多部门根据自己的情况拟出不同表格(见表2-6、表2-7、表2-8)，但基本内容相似。

[在制表时还应根据选用的具体方法（简单的故障类型分析、半定量等级划分分析、风险矩阵法、致命度分析）制定分析表格（事例中的几个表均不完全相同）。] 7．分析步骤（P109~110）

(1)明确系统本身的情况和目的

(2)确定分析程度和水平

(3)绘制系统图和可靠性框图

(4)列出所有故障类型并选出对系统有影响的故障类型。

(5)列出造成故障的原因

对危险性特别大的故障类型，如故障等级为I级，可进行进一步的分析。

FMEA的分析步骤可用图2—2表示。

以上内容应认看教材

8．致命度分析

对特殊危险的故障类型，如故障等级为1级的故障类型，可能导

致人员伤亡或系统严重损坏，因此，对这类元件故障要特别注意，可采取致命度的分析方法，进一步的分析。（见教材P110~112，128~129）

美国汽车工程师学会（SAE ）把故障致命度分为四个等级。见下表：

（见教材P111表2-9） 致命度分析一般都和故障类型影响分析合用。使用下式计算出致命度指数C ，，它表示元件运行100万小时（次）发生的故障次数。

式中： n ——元件的致命故障类型号数，n =1，2，3，…，i ；

i ——致命故障类型的第i 个序号；

λG ——单位时间或周期的故障次数，一般指元件故障率；

t

——完成一项任务，元件运行的小时数或周期（次）数；

K A ——元件λG 的测定值与实际运行时的强度修正系数；

K E ——元件λG 的测定值与实际运行时的环境条件修正系数；

α——λG 中该故障类型所占比例；

β——发生故障时会造成致命的影响的发生概率，其值见表2-10。 教材P112 表2-10 β取值表

三、通过案例学习故障类型和影响分析法【能力要求】

例题1(课件中例题)

空气压缩机储罐的故障类型和影响分析

本例题是最简单的故障类型和影响分析。对照教材P109中《故障类型及影响分析表格》（P109，表2-6、表2-7、表2-8），本事例将故障类型及影响分析表格的栏目精简到最少，本表栏目设置特点：〃保留了必须有的：故障类型、故障的影响、故障原因，达到了找出问题、分析问题的目的；

〃设置了“校正措施”栏目，明确了应采取的整改措施。达到了找出问题、提出建议的完整性。

〃设置了“故障的识别”栏目对故障的表露现象进行了描述，为操作者提供了识别故障的观察要点，以利于及时发现故障，及时采取措施。

例题2(教材P123~126)

1．柴油机燃料供应系统的故障类型及影响分析

·看教材

教材P124 图2-3所示为一柴油机燃料供应系统示意图。柴油经膜式泵送往壁上的中间储罐，再经过滤器流人曲轴带动的柱塞泵，将燃料向柴油机汽缸喷射。

此处共有5个子系统，即燃料供应子系统、燃料压送子系统、燃料喷射子系统、驱动装置、调速装置，其系统图见教材P124图2 4所示。

这里仅就燃料供应子系统做出故障类型及影响分析，从故障类型及影响分析表中，摘出对系统有严重危险的故障类型，汇总见表2-18和表2-19（教材P125、126），从中可以看出采取措施的重点。

（教材P125）表2-18 柴油机燃料供应子系统故障类型及影晌分析表1

·燃料泵故障最严重；··单向阀打不开、管路接头破损柴油机不能运转；···污垢影响类型多。

（教材P126）表2-19 柴油机燃料供应子系统故障类型及影响分析表2

·高压管线破裂一般发生在运行，在运行高压管线破裂会导致燃料喷射，有较大的发生火灾危险，很高的压力射流有伤人的危险；柴油机会因供油中立即停运，··单向阀打不开、柱塞泵咬住柴油机都不能运转。

···柱塞泵故障中装机原因占比例较大；污垢影响到柱塞泵、单向阀2个元件。

本例题的故障类型和影响分析与上一例题相比，本事例故障类型及影响分析表格的栏目增加了：子系统名称、元件名称、故障等级、备注栏目，将故障影响栏目分为子系统和柴油机，明确了单位类型故障对子系统和柴油机系统（可视为全系统或上一级系统）的影响，更全面的表示了故障的影响。没有设校下措施栏目，其整改建议可另外以表格或文字形式提出。设备注栏目可灵活使用。

例题2(教材P123~126)

2．暖风系统的故障类型及影响分析（教材P126~129）

(1)系统概述（教材P126~127）

·暖风系统每年冬季工作六个月，使室温保持22℃。系统的使用周期为10年；

·暖气系统设地下室内，环境温度-23℃，有相当的粉尘。因此，环境条件修正系数KE定为0.94，而强度修正系数KA为1.0。

·室内温度达不到22℃，就被认为是系统出了故障，造成这种故障的元件故障类型就被认为是致命故障类型。

·暖风系统所使用的公用工程部分，即外电和煤气，不在分析范围之内。

系统由三个子系统构成，即：

1)加热子系统：共有煤气管、切断气源用的手动阀、煤气流量控制阀、火嘴、点火器控制阀、点火器等六个部分：

2)控制子系统。

3)空气分配子系统。

(2)确定分析程度和水平

只分析加热子系统，一直分析到功能元件。

(3)绘制系统图和可靠性框图：（教材P127~128）

系统图、可靠性框图见教材P127图2-5、P128图2-6

(4)列出加热子系统故障类型及影响分析表(见教材P128~129表2-20)，进行致命度分析对系统造成影响的故障类型，进行致命度分析。

本例题的加热子系统故障类型及影响分析表是按照进行“致命度分析”的评价方法设置的，其栏目设置与前两个事例大不相同。此处重点讲一下致命度分析表中几个数据的计算方法。

（4）致命度分析表中几种故障类型的计算方法和结论

加热子系统致使度分析表（摘录教材P128~129表2-20）

〃例1:煤气管从焊缝处泄漏故障类型计算：

·运行时间：87600（时/日X日/年X10年）；

·故障率：%/1000（h），本故障类型的故障率: 0.05(%/1000)

·运行时间t X运行系数K A X环境系数K E X故障率（%/1000）λG X项目数n=可靠度指数：n〃K A·K E·λG·t

87600 X 1 X0.94 X0.05/100/1000X 4=0.16469（0.164688）

·可靠度指数X故障类型比αX影响概率β= 致命类型影响率

0.16469X 0.01 X0.01 =0.00（0.00164688,保留2位小数）

结论:停运期,煤气泄漏,有煤气无功消耗损失,对系统不构成影响；该煤气管元件故障率较低(0.05),其焊缝处泄漏故障类型比低(0.01),一般情况下对系统不构成影响。虽对系统不构成影响，但煤气是危险性气体，应立即在采取安全措施的情况下排除故障。

例2: 安全/控制阀控制口打不开故障类型计算：

·运行时间（运行中，每年6个月）：10年时/2，87600/2=43800·故障率：%/1000（h），本故障类型的故障率: 54.4 (%/1000)·运行时间t X运行系数K A X环境系数K E X故障率（%/1000）λG X项目数n = 可靠度指数：n〃K A·K E·λG·t

43800 X 1X0.94X54.4/100/1000X 1=22.39757

可靠度指数X故障类型比αX影响概率β= 致命类型影响率

22.39757 X0.4 X1.0 =8.96（8.9590,保留2位小数）

结论:运行期, 安全/控制阀控制口打不开有损失,对系统致命类型影响率为8.96，应立即排除，一般来讲该故障类型的排除相对较易；安全控制阀元件故障率为54.4%（超过50%），达到元件故障概率Ⅳ级（最高级别），其控制口打不开的故障类型为0.4（超过0.2）,属于单个故障类型出现概率的Ⅳ级（最高级别）。

·应争取条件更换运行可靠性更高的同类元件；在实现更换质量更好的元件前，应加强对其元件的日常检查和维护保养工作。

例3: 安全/控制阀控制口关不上故障类型计算：

·运行时间（运行中，每年6个月）：10年时/2，87600/2=43800·故障率：%/1000（h），本故障类型的故障率: 54.4 (%/1000)

·运行时间t X运行系数K A X环境系数K E X故障率（%/1000）λG X项目数n = 可靠度指数：n〃K A·K E·λG·t

43800X 1 X0.94X54.4/100/1000X1=22.39757

可靠度指数X故障类型比αX影响概率β= 致命类型影响率

22.39757X0.15 X1.0=3.36（3.3593,保留2位小数）

结论:运行期, 安全/控制阀控制口关不上有损失,对系统致命类型影响率为 3.36，应排除；一般来讲该故障类型的排除相对较易；安全控制阀元件故障率达到元件故障概率的Ⅳ级(最高级别),其控制口关不上的故障类型比0.15,属于单个故障类型出现概率的Ⅲ级（中等偏高）。应争取条件更换运行可靠性更高的同类元件；在实现更换质量更好的元件前,要加强对其元件的日常检查和维护保养工作。

例4: 安全/控制阀安全口打不开故障类型计算：

·运行时间：20h（仅在系统启动、关闭时段运行）

·故障率：%/1000（h），本故障类型的故障率: 54.4 (%/1000)·运行时间t X运行系数K A X环境系数K E X故障率（%/1000）λG X项目数n = 可靠度指数：n〃K A·K E·λG·t

20 X 1 X0.94 X54.4/100/1000 X 1=0.01023

可靠度指数X故障类型比αX影响概率β= 致命类型影响率

0.01023X 0.25 X1.0 =0.00（0.0025,保留2位小数）

结论:运行期, 安全/控制阀的安全口关不上会启动缓慢，无显见损失，系统致命类型影响率为0.00。安全控制阀元件故障率54.4%，达到元件故障概率Ⅳ级（最高级别）, 安全口关不上故障类型比0.25（超过0.2）,属于单个故障类型出现概率的Ⅳ级（最高级别），其致命类型影响率为0.00的原因是：因为该故障范围仅限于安全/控制阀元件中的安全口部件，该部件运行时间短，其安全口关不上类型故障后果影响小。

以上分析仅为更好的学习教材而选取的章节，主要提供参考性的分析思路，不作为标准分析答案,也没有重点例题的含义。

附件：其它危险性等级划分例举：

（1）预先危险性分析的危险性等级的划分

预先危险性分析的危险性等级的划分：

（2）不同的行业、不同的物体（或设备系统、建筑物等）在受到破坏后的损坏严重程度，也有不同的等级划分。某些法规、标准的规定依据往往以这些等级划分为参考和界定某些界线的依据条件；在评价中经常要对某些物体、系统的破坏程度进行划分等级，以该等级作为评价其后果严重度或风险大小的参考依据标准。如爆炸危险品生产的安全间距，就以其爆炸影响范围内的建筑以的破坏等级为划分内处部落安全距离、不同类别的建筑物（企业内的一般生产厂房、危险性建筑物、重要公共建筑物，社会重要公共建筑物，国家重点建筑设施等）的安全距离的主要依据条件之一。例：建筑物破坏等级的划分，见下表：建筑物破坏等级的划分：

以上例举仅为加深各种不同评价方法对危险等级的划分并

没有统一的标准和顺序方法。希望重视对不同评价方法的认真、仔细的学习，不作为标准分析答案,也没有重点例题的含义。

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