FMEDA-失效模式和诊断分析

SunFMEA

引言:

　　字母组合FMEDA是一组英文字头的缩写，表示“失效模式影响和诊断分析"（Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis）。这个名字是由一位作者于1994年开始使用的，用来描述一种从1988年以来一直发展的系统分析技术，这种技术可以获得子系统/产品等级的失效率、失效模式和诊断能力（图1）。

                               
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图1: FMEDA 输入和输出

　FMEDA 技术考虑的是：
　 ●一个设计产品的所有部件；
　　●每个部件的功能；
　　●每个部件的失效模式；
　　● 每个部件失效模式对产品功能的影响；
　　●自动诊断检测失效的能力；
　　●设计增强（降低失效，提高安全）和
　　● 运行规范（环境强调因素）。

　　如果每个部件的数据库都比较精确，那么就可以用这种方法得出产品等级的失效率和失效模式数据，这比用现场返回分析和典型现场失效分析的方法更加精确。
　　FMEDA 是获得良好验证的 FMEA（失效模式影响分析）技术的一种延伸，既可以用于电气产品，也可以用于机械产品。

主要改进的方面有：

　　1. IEC 61508 失效模式定义 - 新定义；
　　2. 功能失效模式；
　　3. 机械部件的使用。
　　有了这些改进，使得 FMEDA技术更加成熟，成为更完整和更有用的方法。

无影响 - 类型 1, 不受影响
　　大多数部件有多种失效模式，这些失效模式或重要或不重要，重要性取决于在特定的设计中怎样地使用它们。比如一个电阻在开路和短路失效时，失效模式包括了它的值从原始量的一半到两倍的变化。如果这个电阻用于一个模拟电路的一部分，监视一个特定电压或者电流的等级，这个漂移的失效模式会直接导致测量的明显错误，并且看上去是非常的危险。

　　如果同样的电阻串联到一个晶体管的基极，最后驱动一个继电器的线圈。即使电阻值漂移超过这个相对宽的范围，产品也能连续工作，并且产生输出状态。在这个应用中，电阻值的漂移没有影响产品的功能。因此，这种失效模式被称为"无影响"模式，因为，虽然部件是所需功能的一部分，这种特定失效模式没有影响到所需的功能。如果这个电阻失效开路，就会影响到产品的功能。所以，部件的所有失效模式都不能被忽略。

无影响 - 类型 2, 不是一部分
　　有些部件的目的是用于人机界面的显示和辅助功能，它们不是产品中功能电路的一部分，而是在应用中需要的。比如一个电阻可以用于设置一个电流水平，当进行通信时，使一个显示LED灯点亮，因此在通信处于激活状态时，我们就能够看到灯亮。如果这个电阻失效，那么在通信进行时，这个LED灯就不会亮起，但它不会影响这个产品的正常工作。事实上，这个电阻的任何失效模式看起来都不会影响这个产品的功能和性能。这类部件被称为"不是一部分" ，因为它们不执行所需功能的一部分。

"安全"失效的新定义
　　注意所谓"不影响"是相对于一个部件的特定失效模式，也就是用于所需的功能（或者那部分的其他失效模式将导致功能的丢失）；"不是一部分"是相对于一个整体部件是不必要的，或者是用于执行应用的其他功能，但两者在当今的IEC61508 定义中都被认为是"安全"的。

　　在一个安全系统的环境中，一个非常有用和不模糊的安全失效定义会导致一个故障动作（在没有容错结构的情况下），这个动作明显和危险失效动作是相反的（失效执行安全功能或者在需要时出现动作失能）。这种 "安全" 的定义也增加了一个对安全产品评估故障动作率的数据，这对产品的潜在用户也是非常重要的参数，因为它会导致生产率降低，并且可能引发另一个危险事件产生。

按全失效分数计算
　　剩下的问题是在计算SFF中怎样使用"无影响"和"不是一部分"失效率（或者不使用）。最保守的方法是在计算时排除这两者，给产品提供一个最低的SFF估计。这种方法仅考虑安全和危险失效对需要安全功能的直接影响。保守的供应商使用这种策略，使用的时间周期大概在2000年到2002年之间。

　　非常清楚，不好的策略来计算"不是一部分"失效是"安全"的。这是因为一个产品设计者用一种近似特定的SFF门槛来设计，可能加入额外部件达到了那个门槛，但这些部件没有使安全功能得到提高。

　　大约在2003年左右，这个领域里的重要工业专家们一致同意，决定把初始的"安全失效"加入"无影响"，但排除"不是一部分"做为安全失效的新定义。最后的结果是：在新定义的安全失效中，"无影响"失效用在计算SFF的安全失效部分，"不是一部分"失效率不包括在相关的安全计算中。FMEDA 结果报告开始大量出版，用于附加失效率的类型。

　　这个变化的结果是FMEDA报告总体失效率，代表了所有部件的总的失效率，甚至有些失效率不会导致在产品级可以观察得到的失效。在产品级可看到的失效率是可预计的，用整体失效率减去无影响失效率，因为无影响失效在多数情况下，在独立部件的完整参数测试时就能找到。

功能失效模式分析
　　也在2000年早期，功能失效模式分析加入到FMEDA过程。在早期的FMEDA工作中，部件失效模式依照IEC 61508应直接映射到"安全"或者"危险"类型。这相对来说比较容易，因为每件事情不是"危险"就是"安全"。现在则有多种失效模式类型，直接指派到某种类型已经比较困难。另外，如果产品用于不同的应用，那么指派的类型也有所变化。在执行FMEDA过程中，具有直接失效模式类型的指派，对于每个新的应用或者每种使用变化，都需要一个新的FMEDA。

　　在功能失效模式方法中，产品的实际功能失效模式是可识别的。在执行详细的FMEDA时，每个部件失效模式可以映射到一种功能失效模式。功能失效模式然后按照产品失效模式在特定应用中进行分类。这就不需要在进行一个新应用时再做分析工作。

机械 FMEDA 技术
　　在2000年早期就已经清楚，很多用于安全关键性应用的产品有机械部件。执行一个FMEDA 过程，而不考虑这些机械部件，就是不完整的，并且存在误导。使用FMEDA技术分析机械部件的基本问题是缺少一个机械部件的数据库，它包括部件失效率和失效模式分布。

　　利用一系列已经出版了的参考资料，有些供应商在2003年开始，建立机械部件的数据库。随着而后几年的调查和改进，数据库已经出版。这使得FMEDA可以用于具有电气和机械结合的部件，也可用于纯机械的部件。

文章来源于网络

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