FMECA故障模式影响和严重性分析报告

FMECA (Failure) 故障模式影响和严重性分析。

一个系统可靠性的质量分析方法，它包括从失效模型中的研究调查，这可存在于系统中的任何项目。

1．FMECA概述

随看工业的发展和科技的进步，我们所研制的系统的复杂程度不断提高，设备成本也

急剧增加，因此，进行试验的费用也大大提高。此外，为了满足市场的需求，在不断提高

系统工作性能、简化操作过程、减少维护费用的同时，产品开发者还必须为降低研制及生

产成本、缩短研制周期付出努力。因此，研制人员通常在进行试验前，对所设计的产品进

行故障预想，并希望通过类似方法发现设计中存在的设计缺陷或薄弱环节，并进行修改。

早期的事故或故障预想虽然可能发现设计中的一些问题，但由于缺乏固定的程序和系统化

的方法，预想结果具有很大的不确定性，因而其效果也不能令人满意。在这种情况下；人

们通过总结工程实践经验，逐渐形成了现在的“故障模式、影响及危害性分析”的系统化

的故障分析方法。

故障模式、影响及危害性分析（FMECA）是对产品各组成单元（元器件、组件、分系

统、系统）潜在的各种故障模式、故

障原因及其对产品功能的影响

和影响的致命程度进行分析，并把每个潜在的故障模式按其严酷度予以分类，从中发现系

统设计的薄弱环节和关键部件，并采取相应的预防改进措施，以提高产品可靠性。FMECA

一般分两部完成：第一，识别故障模式和它们的影响——故障模式及影响分析（FMEA）；

第二，根据故障模式的严酷度和发生概率，对故障模式分级——危害性分析（CA）。

通过FMECA可以在试验前对设计方案进行较为全面、系统的检查；及时采取改进措

施。与通过“试验—修改—再试验”的手段检验和完善系统设计相对照，特别是对于那些

组成部分多、技术先进、结构复杂、成本高的新研制系统，有效的FMECA工作可以起到降

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低研制费用、缩短设计改进周期的良好作用，从而大大提高研制阶段的效率。

由于FMECA具有原理简单，易操作并且具有良好效果的特点，已经成为军工领域及

其它科技工业在产品研制过程中进行可靠性分析时使用的重要方法之一，是我国许多军工

产品研制周期中规定的主要可靠性工作项目之一，有效的FMECA的分析工作还可以推动其

它可靠性工作的开展。此外，以FMECA技术为基础的分析技术还被应用于安全性、维修性

等有关技术领域的分析和评估工作。

因此，大力推广FMECA技术对于在有限经费投入的前提下提高电子产品的可靠性水

平具有积极的意义。

2 主要功能

故障模式、影响及危害性分析（FMECA）模块支持包括MIL-STD-1629A和BS5760在

的各种不同标准，此模块还提供了各种交互式图形工具，用来建立表示系统、子系统与部

件间的逻辑连结方框图，这些方框图代表所有部件或系统。此图表可以扩展用以表示各层

次级别的故障模式。

FMECA模块中一个最强大的功能就是它能在整个系统的各个级别上自动跟踪故障影

响、严酷度和故障原因，程序可以自动计算故障率和危害性数据。

当执行FMECA分析时，输入描述性文字在所有的数据录入工作中占了非常大的比率。

FMECA模块中提供了一个短语词库，包含了一些常用部件、故障模式及故障影响等等的短

语，用户可以从短语词库中选取所用的文字，可以大大的减少数据录入的时间。用户还可

以自己定义自己的短语词库，以满足自己的特殊要求。

FMECA模块中包含了一个来源于MIL-HDBK-338的频数表工具，它包含了常用部件的

故障模式及其频数，用户亦可自定义词库。当从GJB/Z 299B、MIL-217、Bellcore或

Mechanical模块中传送数据时，频数表也可以用来自动生成故障模式。

3 主要特点

图形化系统层次结构描述，轻松创建系统层次图

同时在表格视图和对话框视图中察看系统数据

在层次或表格视图中切换显示故障模式，故障影响在系统层次间的自动跟踪及迭代

与其它可靠性分析软件相互转化的自动转换工具

用于快速数据录入的频数表工具

短语词库用于消除重复性文字录入

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在系统各级间自动跟踪故障影响

自动指派严酷度、自动计算危害性

自动绘制分析变量之间的关系图

自动生成标准FMECA表格以及由用户自行定义的容

单一故障模式的多故障影响分析

用户自定义严重性类别、缩略词及有关文本

剪切、复制、粘贴等编辑工具

可用微软公司Word、Excel等工具编辑的综合报告

用户自定义报告的容，并可直接预览和打印

用户自定义分析格式和客

可在分析中利用和自行维护的来自MIL-HDBK-338的常用故障模式清单（包括元器件类

型、其故障模式和频数比）

分析中自动显示当前对象的现有故障模式

可靠性基础

FMEA和FMECA的基本概念

故障模式和影响分析（FMEA）以及故障模式、影响和危害性分析（FMECA）是用来识别一产品或

过程当中的潜在故障模式，评估与故障模式相关的风险，按重要程度将故障模式分出等级，并针

对最严重的故障模式采取相应的矫正措施的一种方法。

虽然目的、术语和其他一些细节问题会随着类型(比如：过程FMEA、设计FMEA等)不同而变化，

但是基本方法都是相似的。本文概述了FMEA / FMECA分析的方法和需求。

FMEA / FMECA 概述

一般来说，FMEA / FMECA需要先确认下列基本信息：

• 产品

• 功能

• 故障

• 故障影响

• 故障原因

• 当前检测方法

• 补偿措施

• 备注

大多数的这类分析还会包括一些在分析中评估故障模式相关风险的方法，从而对矫正措施进行排

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序。两个常用方法为：

• 风险优先数(RPNs)

• 危害度分析(进行危害度分析的FMEA = FMECA)

公开的标准和方针

对于FMEA和FMECA的需求和推荐报告格式有很多已出版的方针和标准。对于这类分析的主要标

准有：SAE J1739、AIAG FMEA-3和MIL-STD-1629A。此外，许多行业和公司也都开发出了自己的

分析程序，以来满足他们产品或过程的特殊需要。图1中是一采用Automotive Industry Action

Group (AIAG) FMEA-3格式的过程FMEA示例。点击看大图。

Figure 1 [Enlarge]

FMEA或FMECA的基本分析步骤

进行FMEA/FMECA分析的基本步骤包括：

• 组成分析小组。

• 确定分析程序。

• 收集并校阅相关的资料。

• 确认所分析的产品或过程。

• 确认所分析的每个产品或过程的功能、故障、故障影响、故障原因和检测方法。

• 评估分析所得出结果的风险。

• 排序并分派矫正措施。

• 采取矫正措施，并重新评估风险。

• 适当的分配、校阅并更新分析。

风险评估方法

一个典型的FMEA包含一些用来评估分析所得出的潜在问题相关风险的一些方法。下面叙述了两

种常用的方法：风险优先数法和危害度分析法。

风险优先数

使用风险优先数（RPN）法来评估风险时，分析小组一定要做到：

• 对每一故障的严酷度进行定级。

• 对每一故障的发生概率进行定级。

• 对每一故障诱因的优先检测难度进行定级。(即，在产品到达终端用户或顾客之前将问

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题检测出来的概率。)

• 通过获得产品的三个因素等级来计算出RPN：

RPN = 严酷度等级 x 发生概率等级 x 检测难度等级

RPN可以用来比较分析结果，并对矫正措施的问题进行排序。

危害度分析

MIL-STD-1629A文件叙述了两种类型的危害度分析：定量的和定性的。为了使用定量的危害度分

析方法，分析组一定要做到：

• 在一给定的工作时间，为每个产品定义出可靠性/不可靠性。

• 确认每一产品不可靠性中可能造成每一潜在故障模式的部分。

• 对能造成可能发生的每一故障模式的损失（或危害度）概率进行定级。

• 通过获得产品的三个因素等级来计算出每一潜在故障模式的危害度：

故障模式的危害度 = 产品不可靠度x 不可靠度中可造成故障模式的比率 x 损失概率

• 通过把产品中识别出的每一故障模式的危害度进行相加，来计算每一产品的危害度。

产品的危害度 = 故障模式危害度之和

为了使用定性的危害度分析方法来评估风险及对矫正措施排序，分析组一定要做到：

• 对故障潜在影响的严酷度进行定级。

• 对每一潜在故障模式发生的可能性进行定级。

• 通过一危害度矩阵来对故障模式进行比较，该矩阵的行代表严酷度，列代表故障模式发

生的概率。

应用和收益

FMEA / FMECA分析程序是一种有多种不同的方法，以便于广泛应用于不同领域的工具。它可为

帮助产品或过程改进设计，以来提高可靠性、质量、安全性、客户满意度以及降低成本。该工具

还可以用来建立和优化可维修系统的保养计划，和/或检测手段，以及其他质量保证措施。它还

提供了故障模式和矫正措施的资料基础，可以用作未来发现并修理故障的信息依据，以及对新工

程师的培训工具。此外，安全性和质量需求中也经常要求进行FMEA或FMECA，如在ISO 9001、

QS 9000、 ISO/TS 16949、 6Sigma、 FDA Good Manufacturing Practices (GMPs)、Process Safety

Management Act (PSM)等中。

瑞蓝公司的Xfmea软件便于故障模式和影响分析（FMEA）和故障模式、影响和危害度分析（FMECA）

中的分析、数据管理和结果报告。该软件支持所有主要的标准(AIAG FMEA-3、J1739、ARP5580、

MIL-STD-1629A等。)并且对所有类型的FMEA / FMECA提供广阔的分析与报告的个性化定制能力，

方便用户可以自由配置软件，使其满足机构中特殊的分析和报告程序要求。

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如何提高航天型号FMECA的有效性

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故障模式、影响及危害性分析（Failure Mode, Effects and Criticality

Analysis，简称FMECA）是在工程实践中总结出来的，以故障模式为基础，以故障影

响或后果为目标的分析技术。它通过逐一分析各组成部分的不同故障对系统工作的影

响，全面识别设计中的薄弱环节和关键项目，并为评价和改进系统设计的可靠性提供

基本信息。

世界宇航发达国家的发展历程和工程实践证明：作为重要的可靠性工程技术手

段，FMECA技术具有原理简单、方法成熟、技术规、易于操作、收效显著等特点，可

为保证航天飞行任务成功发挥巨大作用。

然而，与世界宇航发达国家的应用情况相比，我国航天领域中FMECA技术尚未充

分发挥其应有的作用，FMECA工作往往与研制工作脱节，其结果难于为评价、改进设

计提供有效的支持；而工作效果不理想反过来又进一步影响了设计人员开展FMECA工

作的积极性，造成分析与设计更加脱节的恶性循环。

经验表明，为提高FMECA的有效性，在加大技术培训力度的同时，工作中应特别

注意：

强调“谁设计、谁分析”的原则，即强调由设计人员完成分析工作，并随设计工

作的进展不断更新分析结果；可靠性专业人员负责提供分析必需的技术支持。

重视FMECA的策划。在实施分析之前，应按标准要求对分析活动进行完整、全面

的策划，并将其纳入型号研制和可靠性工作计划，这对于各级型号总体单位尤为重要。

严格按照计划的安排和有关标准、规要求开展分析工作，避免因使用错误的概念

或方法造成遗漏和偏差。

工程研制中，航天型号通常被划分成不同层次（如系统、分系统、设备、单机等）

的若干部分。各层次产品在实施FMECA时，必须应用FMECA分析的层次迭代关系，将

其以下各层次产品的分析结果综合进来，从而最终使整个型号的分析活动及其结果形

成完整的体系。FMECA分析的层次迭代的基本原则是：低层次产品故障模式对上一层

次的影响就是上一层次产品的故障模式，而低层次产品导致该故障影响的故障模式，

则是上一层次产品该故障模式的故障原因。

能否获得全面、准确的产品故障模式信息，是决定FMECA工作有效性的关键因素

之一。各级研制单位应注意收集产品故障信息，并逐步建立和完善适合自身产品特点

的故障信息数据库。

FMECA是单因素的分析方法，对于航天产品设计量采用的冗余技术，在分析中应

采用特定的分析方法，提高分析的有效性。

目前，工程中FMECA工作主要依靠人工完成，现有的FMECA软件只是提供了部分

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文档和数据管理的便利，不能解决人工分析的局限性。对于复杂产品，设计人员可能

难于准确判断其故障特性，因此，建议适当采用试验、仿真等手段辅助实施分析。

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