基于 FMECA 方法的故障模式危害性分析

张锐丽，高万春，吴为团

（海军航空工程学院青岛校区，山东 青岛 266041）

基于 FMECA 方法的故障模式危害性分析

张锐丽，高万春，吴为团

（海军航空工程学院青岛校区，山东 青岛 266041）

通过对某型飞机燃油系统建立故障模式分析表，对燃油系统所包含的故障件进行故障模式、影响及其危害性分析（FMECA），找出系统中存在的一些多发性、危险性故障，确定故障产生的原因，根据影响的严重程度和故障出现的概率来确定其出现的综合效应。

故障；故障模式；危害性分析

飞机及其分系统大多数是复杂装备，改善飞机及其各个系统的可靠性与维修性是提高质量与作战能力，增加整个飞机的军事和经济效益的重要途径。当装备出现故障或异常问题时，维修成为解决问题的基本方法与手段，如果在飞行训练和使用维护阶段对飞机各个系统中的重点部件进行故障模式影响及危害性分析 (FailureModelEffec tCriticalityAnalysis,FMECA)，根据分析飞机系统在使用过程中实际发生的典型故障，分析出故障的潜在原因或者潜在的影响，可以为后期评估论证、研制、生产各阶段产品的改进、改型或新产品的研制提供有意义的参考。

1 故障模式、影响及分析方法

航空装备故障分为多发性危险故障、典型故障和较大故障，故障有各种不同的模式、现象和产生机理，应结合具体情况具体分析。故障模式即故障的现象，是对设备所发生的、能被观察或测量到的故障现象的规范描述。

故 障 模 式 与 影 响 分 析（Failure Mede Effect Analysis，以下简称 FMEA)，即在系统设计过程中，通过对系统各组成单元潜在的各种故障模式及其对系统功能的影响进行分析，并把每一个潜在故障模式按它的严酷程度予以分类，提出可以采取的预防改进措施，以提高产品可靠性的一种设计分析方法，这种方法是通过一般归纳的方式来完成可靠性或安全性的定性分析。而故障模式、影响及其危害性分析（FMECA）是在上述分析方法的基础上，对故障模式所产生的影响的致命程度作出判断，进一步进行了量化分析。

1.1 确定严酷度的类别和故障概率等级

将每一故障模式按损失程度进行分类，即得到该产品的严酷度，一般讲严酷度分为4类，严酷度类别是对故障造成的最坏潜在后果规定的一个量度。当产品或故障模式不能按下述的4类进行分类时，可按类似的损失程度进行归类。

Ⅰ级：灾难性的，为一种会引起人员死亡或系统毁坏的故障；Ⅱ级：致命性的，为会引起人员的严重伤害、重大经济损失或导致任务失败的故障；Ⅲ级：临界性的，为会引起人员轻度伤害、一定的经济损失或导致任务延误或降级的系统轻度损坏；Ⅳ级：轻度的，为一种不足以导致人员伤害、一定经济损失或系统损坏的故障，但会导致非计划性维护或修理的。

通过确定系统的严酷度类别，在制定改进措施的时，根据各个等级，考虑消除危害性的大的故障，临界或轻度故障作好预防维修或提高维修等级。

故障模式在使用中是否真正会对系统造成损害，不但与故障的严酷度有关，还与故障模式的出现概率有关。故障发生的概率可以分为5个等级 :A 级 ( 经 常 发 生 )， 范 围：0.2＜P ≤ 1.0、B 级( 有 时 发 生 )， 范 围：0.1＜P ≤ 0.2、C 级 ( 不 常 发生 )，范围：0.01＜P ≤ 0.1、D 级 (很少发生 )，范围：0.001＜P ≤ 0.01、E 级 ( 极 少 发 生 )， 范 围：0＜P ≤ 0.001。

1.2 建立故障模式分析表

本文对某型飞机燃油系统的常见故障进行了统计，得出故障模式分析表如表1，并做如下几点说明，（1）将特定检查和换季一起，机械日和预先机务准备一并合并进行统计、机身和机翼油箱卸压活门进行了合并，燃油放油开关和电动开关漏油问题合并为一类，燃油液面控制起和压差控制器加压时信号灯故障归为一类。（2）严酷度等级的判定采用专家评估法。（3）故障概率等级根据三年的故障卡片进行统计，并将相关问题进行了合并计算。

燃油系统中部件的故障大致分为漏油、灯不亮（损坏）、失效、功能下降及其它等五种类型，通过建立 FMECA 维修性信息分析表 ,确定了燃油系统中各部件的故障规律、故障模式。

表 1 燃油系统 FMECA 表

2 危害性分析

对某种故障模式的后果及其出现概率的综合度量称为危害度，针对故障危害性分析的多指标性和模糊性，综合专家们对故障模式的严酷度进行经验界定，采取危害性矩阵图法对各种故障模式按照危害度大小进行排序。

危害性矩阵图是按照故障模式发生的概率和危害程度所产生的综合性影响分类，全面评估每个故障模式的危害性程度，为系统的改进措施的先后排序提供基本依据。矩阵图含义如下:横坐标表示故障模式的严酷度类别,纵坐标表示故障模式发生的概率等级。根据这两个数据值，将各故障模式所代表的点标在矩阵上,从而得到故障模式的危害性分布 (图1)。

3 故障模式及影响

危害性的判断方法:从故障模式标注的分布点向矩阵的对角线 (OP)做垂线 ,该垂线与对角线会产生一个交点，交点到坐标原点的距离即作为衡量故障模式危害性的尺度，当距离越长,则危害性越大。同时规定在同一矩阵方格内的标注点危害性相同，如（2）和（6）危害性相同，（1）、（3）和（5）危害性相同。由危害性矩阵可以看出，（2）对系统的危害性最大，即燃油电动开关漏油故障，属于密封圈老化，位于起落架舱，属于机械专业故障；（6）燃油液面控制器故障，为油面控制器损坏属于机械故障，（5）燃气涡轮起动机故障严酷度等级为Ⅱ，但因为其故障发生概率等级很小为E，所以危害性不是特别高。同时（2）、（6）和（1）故障发生的概率都比较大。（3）油量指示器内部电桥故障为特设专业故障，发生概率等级为D。

图1 故障模式的危害性矩阵分析

通过对某机燃油系统的故障模式、故障机理的确定及故障影响的分析，提出防止失效的措施，更新迭代 FMEA 报告表，无论是进行新一轮的保障性分析工作，还是为下一代装备研制提供经验数据来说，都是提高系统可靠性的重要一环。

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