張銳麗，高萬春，吳為團

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266041）

基于 FMECA 方法的故障模式危害性分析

張銳麗，高萬春，吳為團

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266041）

通過對某型飛機燃油系統(tǒng)建立故障模式分析表，對燃油系統(tǒng)所包含的故障件進行故障模式、影響及其危害性分析（FMECA），找出系統(tǒng)中存在的一些多發(fā)性、危險性故障，確定故障產(chǎn)生的原因，根據(jù)影響的嚴(yán)重程度和故障出現(xiàn)的概率來確定其出現(xiàn)的綜合效應(yīng)。

故障；故障模式；危害性分析

飛機及其分系統(tǒng)大多數(shù)是復(fù)雜裝備，改善飛機及其各個系統(tǒng)的可靠性與維修性是提高質(zhì)量與作戰(zhàn)能力，增加整個飛機的軍事和經(jīng)濟效益的重要途徑。當(dāng)裝備出現(xiàn)故障或異常問題時，維修成為解決問題的基本方法與手段，如果在飛行訓(xùn)練和使用維護階段對飛機各個系統(tǒng)中的重點部件進行故障模式影響及危害性分析 (FailureModelEffec tCriticalityAnalysis,FMECA)，根據(jù)分析飛機系統(tǒng)在使用過程中實際發(fā)生的典型故障，分析出故障的潛在原因或者潛在的影響，可以為后期評估論證、研制、生產(chǎn)各階段產(chǎn)品的改進、改型或新產(chǎn)品的研制提供有意義的參考。

1 故障模式、影響及分析方法

航空裝備故障分為多發(fā)性危險故障、典型故障和較大故障，故障有各種不同的模式、現(xiàn)象和產(chǎn)生機理，應(yīng)結(jié)合具體情況具體分析。故障模式即故障的現(xiàn)象，是對設(shè)備所發(fā)生的、能被觀察或測量到的故障現(xiàn)象的規(guī)范描述。

故 障 模 式 與 影 響 分 析（Failure Mede Effect Analysis，以下簡稱 FMEA)，即在系統(tǒng)設(shè)計過程中，通過對系統(tǒng)各組成單元潛在的各種故障模式及其對系統(tǒng)功能的影響進行分析，并把每一個潛在故障模式按它的嚴(yán)酷程度予以分類，提出可以采取的預(yù)防改進措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計分析方法，這種方法是通過一般歸納的方式來完成可靠性或安全性的定性分析。而故障模式、影響及其危害性分析（FMECA）是在上述分析方法的基礎(chǔ)上，對故障模式所產(chǎn)生的影響的致命程度作出判斷，進一步進行了量化分析。

1.1 確定嚴(yán)酷度的類別和故障概率等級

將每一故障模式按損失程度進行分類，即得到該產(chǎn)品的嚴(yán)酷度，一般講嚴(yán)酷度分為4類，嚴(yán)酷度類別是對故障造成的最壞潛在后果規(guī)定的一個量度。當(dāng)產(chǎn)品或故障模式不能按下述的4類進行分類時，可按類似的損失程度進行歸類。

Ⅰ級：災(zāi)難性的，為一種會引起人員死亡或系統(tǒng)毀壞的故障；Ⅱ級：致命性的，為會引起人員的嚴(yán)重傷害、重大經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的故障；Ⅲ級：臨界性的，為會引起人員輕度傷害、一定的經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級的系統(tǒng)輕度損壞；Ⅳ級：輕度的，為一種不足以導(dǎo)致人員傷害、一定經(jīng)濟損失或系統(tǒng)損壞的故障，但會導(dǎo)致非計劃性維護或修理的。

通過確定系統(tǒng)的嚴(yán)酷度類別，在制定改進措施的時，根據(jù)各個等級，考慮消除危害性的大的故障，臨界或輕度故障作好預(yù)防維修或提高維修等級。

故障模式在使用中是否真正會對系統(tǒng)造成損害，不但與故障的嚴(yán)酷度有關(guān)，還與故障模式的出現(xiàn)概率有關(guān)。故障發(fā)生的概率可以分為5個等級 :A 級 ( 經(jīng) 常 發(fā) 生 )， 范 圍：0.2＜P ≤ 1.0、B 級( 有 時 發(fā) 生 )， 范 圍：0.1＜P ≤ 0.2、C 級 ( 不 常 發(fā)生 )，范圍：0.01＜P ≤ 0.1、D 級 (很少發(fā)生 )，范圍：0.001＜P ≤ 0.01、E 級 ( 極 少 發(fā) 生 )， 范 圍：0＜P ≤ 0.001。

1.2 建立故障模式分析表

本文對某型飛機燃油系統(tǒng)的常見故障進行了統(tǒng)計，得出故障模式分析表如表1，并做如下幾點說明，（1）將特定檢查和換季一起，機械日和預(yù)先機務(wù)準(zhǔn)備一并合并進行統(tǒng)計、機身和機翼油箱卸壓活門進行了合并，燃油放油開關(guān)和電動開關(guān)漏油問題合并為一類，燃油液面控制起和壓差控制器加壓時信號燈故障歸為一類。（2）嚴(yán)酷度等級的判定采用專家評估法。（3）故障概率等級根據(jù)三年的故障卡片進行統(tǒng)計，并將相關(guān)問題進行了合并計算。

燃油系統(tǒng)中部件的故障大致分為漏油、燈不亮（損壞）、失效、功能下降及其它等五種類型，通過建立 FMECA 維修性信息分析表 ,確定了燃油系統(tǒng)中各部件的故障規(guī)律、故障模式。

表 1 燃油系統(tǒng) FMECA 表

2 危害性分析

對某種故障模式的后果及其出現(xiàn)概率的綜合度量稱為危害度，針對故障危害性分析的多指標(biāo)性和模糊性，綜合專家們對故障模式的嚴(yán)酷度進行經(jīng)驗界定，采取危害性矩陣圖法對各種故障模式按照危害度大小進行排序。

危害性矩陣圖是按照故障模式發(fā)生的概率和危害程度所產(chǎn)生的綜合性影響分類，全面評估每個故障模式的危害性程度，為系統(tǒng)的改進措施的先后排序提供基本依據(jù)。矩陣圖含義如下:橫坐標(biāo)表示故障模式的嚴(yán)酷度類別,縱坐標(biāo)表示故障模式發(fā)生的概率等級。根據(jù)這兩個數(shù)據(jù)值，將各故障模式所代表的點標(biāo)在矩陣上,從而得到故障模式的危害性分布 (圖1)。

3 故障模式及影響

危害性的判斷方法:從故障模式標(biāo)注的分布點向矩陣的對角線 (OP)做垂線 ,該垂線與對角線會產(chǎn)生一個交點，交點到坐標(biāo)原點的距離即作為衡量故障模式危害性的尺度，當(dāng)距離越長,則危害性越大。同時規(guī)定在同一矩陣方格內(nèi)的標(biāo)注點危害性相同，如（2）和（6）危害性相同，（1）、（3）和（5）危害性相同。由危害性矩陣可以看出，（2）對系統(tǒng)的危害性最大，即燃油電動開關(guān)漏油故障，屬于密封圈老化，位于起落架艙，屬于機械專業(yè)故障；（6）燃油液面控制器故障，為油面控制器損壞屬于機械故障，（5）燃氣渦輪起動機故障嚴(yán)酷度等級為Ⅱ，但因為其故障發(fā)生概率等級很小為E，所以危害性不是特別高。同時（2）、（6）和（1）故障發(fā)生的概率都比較大。（3）油量指示器內(nèi)部電橋故障為特設(shè)專業(yè)故障，發(fā)生概率等級為D。

圖1 故障模式的危害性矩陣分析

通過對某機燃油系統(tǒng)的故障模式、故障機理的確定及故障影響的分析，提出防止失效的措施，更新迭代 FMEA 報告表，無論是進行新一輪的保障性分析工作，還是為下一代裝備研制提供經(jīng)驗數(shù)據(jù)來說，都是提高系統(tǒng)可靠性的重要一環(huán)。

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