FMECA：故障模式、影响与危害性分析

SunFMEA

一、FMECA的分类

从国内外应用FMECA技术情况看，FMECA方法可概括为两大类，即单因素FMECA方法和综合因素FMECA方法。其中单因素FMECA方法又可分为设计FMECA、过程FMECA；综合因素FMECA方法，主要是FMECA、FTA（故障树分析）和ETA（事件树分析）之间相结合的分析方法。下图1为FMECA方法的分类示意图，其中DMECA即Damage Modes, Effects and Criticality Analysis（损坏模式、影响与危害性分析）。

                               
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图1 FMECA方法的分类示意图

从产品生命周期看，不同阶段的工作内容各不相同，所采用FMECA的方法也不尽相同，如表1所示。

① 在论证和方案阶段、工程研制阶段的早期：主要选用功能FMECA方法。

② 在工程研制与定型阶段：在产品设计时，主要采用硬件（含DMECA）、软件FMECA，也可采用功能FMECA、综合的FMECA方法；在进行工艺设计时，可采用过程FMECA。随着产品设计形态的变化，应不断更新FMECA，及时发现设计中的薄弱环节并加以纠正。

③ 在生产阶段：主要是采用过程FMECA。

​④ 在使用阶段：利用使用中的故障信息，及时发现使用中的薄弱环节并加以纠正。根据需要，可选用硬件及软件FMECA、DMECA、过程FMECA和综合FMECA等方法。

                               
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表1 在产品寿命周期各阶段的FMECA方法

二、FMECA的常见问题

功能FMECA、硬件FMECA、软件FMECA、过程FMECA虽是不同的方法，但总体流程和步骤基本一致，如图2所示。

                               
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图2 FMECA分析流程图

3.1 管理问题

1）重要性认识不够

目前还有很多企业关于FMECA对质量保证的重要性认识不够，FMECA工作开展不及时，存在应付心理和补文件现象，导致FMECA分析结果的作用发挥得也不充分，FMECA的价值没有得到充分的体现。

2）FMECA工作量大

由于FMECA采用自底向上的工作方式，需要分析每一种装备或装备组成部分的各种故障模式，参与人员多，工作量大，因而其成为了一项劳动密集型任务，而且不可避免地需占用科研周期。对于非强制要求进行FMECA的装备研制，往往不能系统地开展FMECA工作。

3）分工不明确

在具体FMECA分析过程中，分工不明确也是常见的问题。建议组建FMECA分析团队，分工明确，责任到人，遵循“谁设计、谁分析”的原则。对于机载电子产品来说，应由部件设计师开展元器件级、功能电路级和SRU级的FMECA分析，系统设计师完成LRU级、分系统级的FMECA分析，可靠性设计师提供技术支持，并对文件质量进行把关，如有必要，还应组织专家团队对 FMECA 报告进行评审，充分发挥 FMECA 团队精神。

4）表单不规范

目前FMECA分析中最普遍和难以解决的问题就是，FMECA分析表中故障模式、故障原因、 故障影响、改进措施等内容填写得过于笼统，不够规范和细化，严重影响文件质量。针对这一问题，可以通过形成标准模板来规范填写，例如可以形成常用元器件、功能电路、SRU、LRU等各层级FMECA表单填写模板，并经专家团队进行评审，作为FMECA报告的审核依据，可以有效提升文件质量。

3.2 技术问题

1）约定层次

约定层次是根据FMECA的需要，按产品的功能关系或组成特点进行FMECA的产品所在的功能层次或结构层次，一般是从复杂到简单依次进行划分，可分为“初始约定层次”、“约定层次”和“最低约定层次”。其中，初始约定层次是要进行FMECA总的、完整的产品所在的约定层次中的最高层次，是FMECA最终影响的对象，它直接影响FMECA分析结果的准确性。最低约定层次是约定层次中最底层的产品所在的层次，它决定了FMECA工作深入、细致的程度，直接影响FMECA分析的工作量。

约定层次常见的问题：FMECA分析中常出现对初始约定层次定义不准确的情况，例如分析对象为某轴承组件（LRU），将初始约定层次定义为飞机，要分析轴承组件故障对飞机造成的最终影响是比较困难的，且容易分析不准确，并且会导致分析出来的Ⅰ、Ⅱ类单点故障和可靠性关键产品不正确。

2）可靠性框图

FMECA分析中的可靠性框图为任务可靠性框图，常见的问题包括：①绘制成基本可靠性框图，不能准确的表示故障影响的逻辑关系；② 框图层级混乱，一个图中出现多个层级且两个层级之间用实线相连；③ 框图中缺少编码；④ 绘制顺序错乱。

3）故障判据

故障判据是判别产品故障的界限，一般是根据产品的功能、性能指标、使用环境等允许极限进行确定的。常见的问题包括：缺少故障判据；缺少产品性能故障判据，或没有对性能故障判据进行量化等。

4）严酷度定义

严酷度类别是按故障模式对“初始约定层次”造成的最坏的潜在后果进行确定的。常见的问题包括：在进行严酷度定义时，没有对定义中的“主要或关键功能”、“性能降低”等进行详细描述。

5）故障模式

故障模式可通过标准和手册、统计、试验、分析、预测和参考相似产品等方法获取。在进行故障模式分析时，应当穷举产品在每种工作模式下所有的故障模式。故障模式最常见的问题是描述得太笼统、不够细致，如使用“功能丧失”、“性能下降”等描述方式。

6）故障原因

故障原因一般包含内部原因（例如导致产品发生故障的化学、物理或生物变化过程）和外部原因（例如其他产品的故障、环境、使用和人为因素等）。分析故障原因时经常出现以下问题：不能正确区分故障模式与故障原因、不能明确各约定层次间故障的传递关系等。

故障模式是故障的表现形式，如：短路、开路、断裂、过度耗损等；故障原因是引发故障的设计、制造、使用和维修等有关因素，如设计不合理、使用不当等。FMECA是一个由下而上的分析迭代过程，各约定层次间存在着一定的关系，即低层次的故障模式是高一层次的故障原因，低层次故障模式对高一层次的故障影响是高一层次的故障模式。如图3所示。

                               
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图3 各约定层次之间的关系图

7）故障影响

故障影响分析时常见的问题：有余度设计的产品在分析故障影响时，没有考虑余度全部丧失的情况，认为余度设计可以降低故障影响的严酷度等级。

8）设计改进措施和使用补偿措施

设计改进措施和使用补偿措施常见的问题包括：①不能正确区分两种措施，设计改进措施是在设计和工艺上采取的消除、减轻故障影响或降低故障发生概率的改进措施（如进行余度设计、优选元器件、降额设计等）；使用补偿措施是为了预防故障发生而采取维修措施，或一旦出现故障后操作人员应采取的最恰当的补救措施（如启动冗余措施、功能检查、定期维修等）；②两种措施全部填写“无”；③设计改进措施的操作性和可执行性不强，如使用“加强元器件筛选”、“加强工艺控制”、“采用高可靠性元器件”等口头性措施；④设计改进措施没有落实。

文章来源于赵渊博 进化足迹，侵删。