系统级FMEA工作方法探讨

系统级FMEA工作方法探讨

北京宇航系统工程研究所 李艳霞 赵长见 管 飞

摘要 首先对探讨系统级FMEA工作进行了必要性分析；其次立足于型号研制特点及故障发生的特点提出了做系统级FMEA的思路；最后抛砖引玉，给出了做系统级FMEA供大家参考的三个实例。

关键词 系统级 FMEA

前言
FMEA是英文Failure Mode and Effect Analysis的缩写．中文意思是故障(失效)模式影响分析。FMEA就是按预定的标准程序．对分析对象的各种故障模式、影响、原因及相应的防止措施进行分析的一种技术
FMEA属于单因素定性分析方法．对产品可能发生的所有故障模式逐一地、单个地进行分析，主要是表格化工作，简单、易行。它适用于系统的任何一级．也适用于系统内外接口，既可针对设计也可针对其它，如工艺、维修、使用等。
FMEA技术和其它工程技术一样．来源于实践反过来又指导实践。国军标、航天行业标准以及型号可靠性大纲都规定了FMEA是型号研制中必做的工作项目
工程应用中．各型号单机级的FMEA工作程序和方法已经比较成熟．广大设计人员已经基本具备单机级的FMEA工作所需的的技能和素质。而系统级FMEA 目前只限于对各单机级FMEA工作的汇总、归纳，分析不到系统级的故障模式。目前型号研制过程中．总会出现各种各样的问题和故障．而且一部分故障属于单机级的FMEA所覆盖不了的．这当中虽然有我们的认知水平达不到的原因，但其中也有我们没有分析到的原因。而且， 目前国军标及相关标准都没有介绍有关系统级FMEA的内容 这就迫切需要我们开展系统级FMEA工作方法探讨和研究．尽我们最大努力把型号研制过
程中一切可能潜在的故障模式都尽可能的找出来．对其进行深入分析并采取相应的有效措施．来降低故障发生的可能性．从而达到防止故障发生的最终。中国可靠性网。
目的。本文立足于型号研制特点及故障发生的特点提出了做系统级FMEA的思路。
关于系统级FMEA的理解
所谓系统级应相对地理解．例如控制系统对其所属单机可以视为系统．而对全弹(箭)又可视为单元． 因此系统级FMEA 可以指全弹(箭)FMEA．也可以指某分系统FMEA。
1．1 系统级FMEA与单机级FMEA的主要区别
单机级FMEA多用硬件法：而系统级FMEA多用功能法
对于系统级内部协调性问题(即各单机之间的接口与相互影响问题)．单机级FMEA不可能覆盖．须由系统级FMEA补充完成。
对系统级的总体设计方面可能存在的缺陷、疏漏等问题．只能由系统级FMEA来解决，而单机级FMEA做不到
1．2 系统级故障模式识别
可以采用功能法．首先列举系统级功能．然后以各项功能为基础．站在系统级高度上识别可能存在的对于系统级功能实现有碍的隐患、缺陷、疏漏等问题(即故障模式)。如果通过系统级FMEA将这些故障加以识别和确认．也是必须的．尽管对这些故障模式采取针对性措施仍要追溯到单机．但是这样做并不是简单的重复单机级FMEA．而是经系统化的提炼．有利于系统化的故障管理．从而保证或提高系统级的固有可靠性。
在识别系统级故障模式过程中．如果遇到与单机FMEA中有重复．则在工作表备注中加以说明．不再重复。系统级故障模式识别可从以下几方面人手
1)总体要求的正确性、全面性：
2)对产品任务剖面认知的符合性(主要是飞行时序的正确性与协调性、环境条件量级与持续时问对实际的符合程度)：
3)系统级内部各单元的协调性以及响应耦合陛：
4)对特殊环境(例如气动加热、发动机高速燃气流等)防护的完备性：
5)具有动作部件(例如火工元件爆炸、分离等)工作时对其它部件的影响：
6)电、气、液路系统潜在通路：
7)电气系统电磁兼容性方面的问题
1-3 系统级FMEA实施方法
系统级FMEA的工作程序、参照标准、工作表、报告内容格式等和单机级FMEA相同。
引起系统级故障模式的原因一般比较复杂。包括硬件、软件、人为因素等。因此故障模式原因分析必须准确、具体。切忌笼统。要追溯到单机的设计、工艺等方面的原因。以利于采取针对性措施。
系统级内部各单机问的接口问题不可遗漏。可以作为影响系统级功能的故障模式单独列出．也可以体现在某个影响功能的故障模式的原因之中

2 几个实例
1)某型号增压系统由高压气瓶、电爆阀、管路系统、减压器等主要组件构成。在单机FMEA中。气瓶、阀门、管路均做了故障模式影响分析工作。以上单机的相关试验也做得较成功 当组成系统后。电爆阀门打开．气体突然通过管路作用在减压器的膜片上．同时激励起膜片的振动和管路中气体的脉动．而且膜片振动和气体脉动的频率一致形成自激回路系统。使膜片破裂— — 双向弯曲疲劳断裂。这表明只进行单机的FMEA是不够的、不完整的．必须总体进行系统的FMEA才会发现系统潜在的故障。机理才会清楚。改进的措施才有效。该型号经改进后 不再出现上述故障
2)某型号连续两发飞行试验均在一级飞行数十秒后结构折断。飞行失败 寻找原因时．只知道姿态失稳造成的气动载荷过大 这个现象令人百思不得其解 一级飞行数十秒没有扰动．产品的特性都已考虑完整．姿控系统的仿真试验表明。姿态是稳定的 最后在有关专家的指导下．发现速率陀螺
安装的支架刚度弱。在一级飞行数十秒左右时。气流脉动作用在速率陀螺的支架上．激励支架使其产生角振动。速率陀螺感受这个信号。控制导弹姿态变化，姿态变化又加剧了支架的角振动．形成一个
自激回路的运动 最终造成姿态发散。气动载荷增大。使导弹结构折断。但只从速率陀螺、支架的
FMEA根本分析不到这类问题 但把它作为姿态控制系统来分析，增加了一个二阶振荡环节．这个环节却是在系统设计中没有考虑的．只有进行了总体系统FMEA时。才可能发现这个隐患 最后采取的措施很简单，增加支架刚度，使其角振动频率提高。问题得到了解决。在以后的飞行中。不再出现姿态发散的现象．飞行获得了成功。
3)某型号在首飞时发现伺服系统保压部分喷漏．导致飞行失败。在故障分析中发现尾罩分离时。有自由运动物质产生 这些自由物体在发动机高速喷流与回流作用下．迅速向伺服系统的液压部分撞击。打坏了其结构。致使液压喷漏。在采取相应措施后。飞行获得成功 伺服系统的单机FMEA分析不到破裂问题。对分离单独的FMEA分析也无问题，能正常分离。但作为系统来考虑，自由物体撞击后果显然是一种隐患．应通过系统级FMEA来解决 实践证明。总体系统级的FMEA是很重要的。应该看重从系统的高度出发。对单机、分系统涉及不到的故障隐患进行FMEA。只有这样做系统级的FMEA才有针对性。才有自身的工作内容．才有可能排除系统中存在的故障隐患.

3 结论
通过上述分析与具体实例．做系统级FMEA工作比较难、比较复杂，但只要认真细致，不要做单机、分系统已经做过的工作，区分开质量复查、复核复算与FMEA的不同工作内容．做好系统级的FMEA也是有可能的。
参考文献
[1】周正伐．可靠性工程基础[M】．北京：宇航出版社．1999．
[2】Q／Dy 608—2005 FMEA实施细则
[3]胡昌寿．航天可靠性设计手册[M】．北京：机械工业出版社．1998．