13.4.8第四章--故障类型及影响分析

长江大学机械工程学院安全系统工程第四章故障类型及影响分析长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院安全系统工程概述FMEA的程序应用举例FMECA简介长江大学机械工程学院4.1概述安全系统工程一、故障类型及影响分析（FMEA，FailureModeandEffectanalysis）的基本含义：从分析系统的各个组成部分（可以是系统、子系统、元器件）的故障和故障类型开始，逐个分析其对系统安全性的影响及应采取的防止或消除事故的对策。它是一种辨识、分析系统潜在危险及其影响的定性分析方法。长江大学机械工程学院4.1概述FMEA是分析系统各组成部分、元件关系的重要方法。子系统或元件运行中发生故障，且为不同类型故障。如电气开关可能发生接触不良、接点粘连等。不同类型故障对系统影响不同。过程（评价过程，注意过程与前者相似）：找子系统及元件可能故障及类型；找各种类型故障对邻近子系统或元件的影响；分析故障对系统的影响；提消除或控制影响的措施。早期的FMEA为定性分析，后包括故障发生难易程度的评价或发生概率，与致命度分析(CriticalAnalysis)结合，构成故障类型和影响、危险度分析(FMECA)。则若确定了每个元件的故障发生概率，可确定设备、系统或装置的故障发生概率，定量描述故障影响。安全系统工程长江大学机械工程学院4.1概述安全系统工程二、基本概念1、故障：一般是指元件、子系统、系统在规定的运行时间、条件内，不能实现预期功能的状态。2、故障类型：是指系统中相同组成部分和元素所发生故障的不同类型。故障类型实质——不同故障机理显现的各种故障现象的表现形式。系统或元件故障机理十分复杂，一个系统或一个元件往往有多种故障类型。长江大学机械工程学院4.1概述一般故障类型可从5个方面考虑：运行过程中的故障提前动作规定时间内不动作规定时间内不能停车运行能力降级、超量或受阻安全系统工程长江大学机械工程学院4.1概述如：一般机电产品、设备常见故障类型由上述5各方面可细化为33种类型：安全系统工程长江大学机械工程学院4.1概述3、危险度：不同故障类型危险程度。通常用不同故障类型发生的概率来衡量其危险程度。安全系统工程长江大学机械工程学院4.1概述4、故障等级：衡量故障对系统任务、人员、财务安全造成影响的程度。通常用故障危险程度等级、故障严重度等级和评点法来衡量。安全系统工程长江大学机械工程学院4.1概述4、故障等级：衡量故障对系统任务、人员、财务安全造成影响的程度。通常用故障危险程度等级、故障严重度等级和评点法来衡量。安全系统工程长江大学机械工程学院4.1概述4、故障等级：衡量故障对系统任务、人员、财务安全造成影响的程度。通常用故障危险程度等级、故障严重度等级和评点法来衡量。安全系统工程长江大学机械工程学院4.1概述5、故障类型及影响分析表的一般格式安全系统工程长江大学机械工程学院4.2FMEA的程序安全系统工程FMEA包括四方面：1、掌握和了解对象系统；2、分析系统元件故障类型和产生原因；3、故障类型对系统和元件的影响；4、汇总结果和提出改正措施。长江大学机械工程学院1、掌握和了解对象系统从影响范围考虑(1)了解分析对象系统、装置或设备。(2)确定分析系统，划清对象系统、装置、设备与子系统、设备的界线，固定所属的元素(设备、元件)。(3)确定系统分析的边界，明确：①分析时不需考虑的故障类型、结果、原因或防护装置等，如分析故障原因时不考虑飞机坠落到系统外和地震、龙卷风等影响；②最初运行条件或元素状态等，如对初始运行条件，正常情况下阀门是“开/闭”须清楚。(4)收集元素最新资料→功能、与其他元素间功能关系等。安全系统工程4.2FMEA的程序长江大学机械工程学院分析详细程度：被分析系统的规模和层次。如选定一化工厂为对象时，故障类型和影响分析→各生产系统（供料系统、间歇混合系统、氧化系统、产品分离系统和其他辅助系统）→分析故障类型及其对工厂的影响。某生产系统为对象：分析构成系统的设备的故障类型及其影响。某一设备为对象：分析各部件故障类型及其对设备的影响。分析各层次故障类型和影响时→考虑它们对整个工厂的影响——总体影响。安全系统工程4.2FMEA的程序长江大学机械工程学院2、分析系统元素的故障类型分析系统元素故障类型——故障原因产生的结果。故障类型——故障原因（一一对应）首先：找可能故障类型→每种故障类型的所有原因→确定系统元素的故障类型。故障类型的确定，可依据以下两方面：(1)若分析对象是已有元素，则根据以往运行经验或试验情况确定元素的故障类型。(2)若分析对象是设计中的新元素，则参考其他类似元素的故障类型，或者对元素进行可靠性分析确定元素的故障类型。安全系统工程4.2FMEA的程序长江大学机械工程学院为了区分故障类型和故障原因：必须明确元素的故障是故障原因对元素功能影响的结果。故障原因从内、外部原因分析。分析时，元素→分解为若干组成部分（如机械部分、电气部分等→研究各部分故障类型(内部原因)和这些部分与外界环境间的功能关系，找出可能的外部原因。外部原因——元素运行外部条件方面的问题＋邻近的其他元素的故障。安全系统工程4.2FMEA的程序长江大学机械工程学院根据故障原因分析，最后确定元素的故障类型。确定元素故障类型的程序如图所示：安全系统工程4.2FMEA的程序长江大学机械工程学院3、故障类型的影响故障类型的影响：系统正常运行状态下，详细地分析一元素各种故障类型对系统的影响。分析故障类型的影响，通过研究系统主要参数及其变化（变化分析）确定故障类型对系统功能的影响，可根据故障后果的物理模型或经验研究故障类型的影响。变化分析：方法强调“变化”。为解决问题，调查者在对事故现场进行调查的基础上，须根据现场情况找出与正常情况存在的差异。与科学方法一样，变化分析也遵循一个合乎逻辑的程序。它以差异性原理为根据。首先，所有的问题都被认为是由于某些未预料到的变化所引起，然后，通过变化分析确定其原因。安全系统工程4.2FMEA的程序长江大学机械工程学院使用变化分析时可按以下步骤：（1）对问题进行定义(实际发生了什么?)；（2）确定常规值(安全实际情况，应该发生了什么?)；（3）对比两者并识别、确定并描述其变化(变化的内容、出现位置、时间、达到的程度)；（4）说明这些变化影响什么和不影响什么；（5）识别变化中的特点；（6）记录发生变化的可能原因；（7）选择出最有可能的原因。安全系统工程4.2FMEA的程序长江大学机械工程学院故障类型的影响可从下面三种情况分析：(1)元素故障类型对相邻元素的影响，该元素可能是其他元素故障的原因。(2)元素故障类型对整个系统的影响，该元素可能是导致重大故障或事故的原因。(3)元素故障类型对子系统及周围环境的影响。安全系统工程4.2FMEA的程序长江大学机械工程学院4、列出故障类型和影响分析表根据故障类型和影响分析表，系统地、全面和有序地进行分析，最后将分析结果汇总于表中，一目了然地显示全部分析内容。根据研究对象和分析的目的，故障类型和影响分析表可设置成多种形式。安全系统工程4.2FMEA的程序长江大学机械工程学院1、电机运行系统故障类型和影响分析一电机运行系统如图所示，该系统是一种短时运行系统，如果运行时间过长则可能引起电线过热或者电机过热、短路。安全系统工程4.3应用举例长江大学机械工程学院安全系统工程4.3应用举例对系统中主要元素进行FMEA，结果见表：元素故障类型可能的原因对系统影响按钮1．卡住2．接点断不开(1)机械故障(1)机械故障(2)人员没放开按钮(1)电机不转(1)电机运转时间过长(2)短路会烧毁保险丝继电器1．接点不闭合2．接点不断开(1)机械故障(1)机械故障(2)经过接点电流过大(1)电机不转(1)电机运转时间过长(2)短路会烧毁保险丝保险丝不熔断(1)质量问题(2)保险丝过粗短路时不能断开电路电机1．不转2．短路(1)质量问题(2)按钮卡住(3)继电器接点不闭合(1)质量问题(2)运转时问过长丧失系统功能(1)电路电流过大烧毁保险丝(2)使继电器接点粘连长江大学机械工程学院2、空气压缩机储罐的故障类型和影响分析空气压缩机的储罐属于压力容器，其功能是储存空气压缩机产生的压缩空气。这里仅考察储罐的罐体和安全阀两个元素的故障及其影响，分析结果列于下表：安全系统工程4.3应用举例长江大学机械工程学院安全系统工程长江大学机械工程学院FMEA从定性分析→定量→故障类型和影响、危险度分析FMECA(FailureMode,EffectsandCriticalityAnalysis，简称FMECA)。故障类型和影响、危险度分析包括两个方面的分析：(1)故障类型和影响分析；(2)危险度分析。确定了每个元件的故障发生概率，可确定设备、系统或装置的故障发生概率（评价），从而定量地描述故障的影响。评价系统的关键：指标（哪些元件）、确定关系（合成关系）和指标故障概率（定量化）。安全系统工程4.4故障类型和影响、危险度分析简介长江大学机械工程学院例如，起重机防过卷装置和钢丝绳的故障类型和影响、危险度分析见表：安全系统工程注：（1）危险程度分为：大－危险；中－临界；小－安全。（2）发生概率：非常容易发生，1×10-1；容易发生，1×10－2；偶尔发生，10－3；不常发生，1×10-4；几乎不发生,1×10-5；很难发生，1×10－6。（3）应急措施：立即停止作业；及时检修；注意。4.4故障类型和影响、危险度分析简介长江大学机械工程学院危险度分析目的：评价每故障类型危险程度。采用概率－严重度评价故障类型的危险度。概率：故障类型发生概率；严重度：故障后果严重程度。危险度分析时，把概率和严重度分别划分为若干等级。如，美国杜邦公司把概率划分为6个等级，危险程度划分为3个等级(见前表中注)。当用危险度一个指标来评价时，可按下式计算：安全系统工程)(tkkC2式中：C—系统危险度；n—导致系统重大故障或事故的故障类型数目；λ—元素的基本故障率；t—元素的运行时间；α—导致系统重大故障或事故的故障类型数目占全部故障类型数目的比例；β—导致系统重大故障或事故的故障类型出现时，系统发生重大故障或事故的概率；kl—实际运行状态的修正系数；k2—实际运行环境条件的修正系数。4.4故障类型和影响、危险度分析简介