故障模式和影響分析（ Failure Model and Effects Analysis ，簡稱 FMEA ?）是對系統各組成部分、組件進行分析的重要方法，他是由可靠性工程發展起來的。這種方法主要分析系統中各子系統及組件可能發生的各種故障模式，查明各種類型故障對鄰近子系統或組件的影響以及最終對系統的影響，提出可能采取的預防改進措施，以提高系統的可靠性和安全性。

　　早期的故障模式和影響分析只能做定性分析，后來在分析中包括了故障發生難易程度或發生概率的評價，從而把他與致命度分析（ Critical Analysis ?）結合起來，構成故障模式和影響、致命度分析（ FMECA ?）。這樣，若確定了每個組件的故障發生概率，就可以確定設備、系統或裝置的故障發生概率，從而定量地描述故障的影響。

　　（一）故障模式

　　系統、子系統或組件在運行過程中，由于性能低劣而不能完成規定的功能時，則稱為故障發生。

　　系統或組件發生故障的機理十分復雜，故障機理是指誘發零件、產品、系統發生故障的物理與化學過程、電學與機械學過程，也可以說是形成故障源的原因。換句話說，就是要考慮某個故障模式是如何發生的，以及他們發生的可能性有多大。

　　故障模式是從不同表現形態來描述故障的，故障模式是由不同故障機理顯現出來的各種故障現象的表現形式。因此，一個系統或一個組件往往有多種故障模式。

　　從可靠性的定義出發，系統或組件的故障模式，一般可從五個方面來考慮：①運行過程中的故障；②提前動作；③在規定的時間不動作；④在規定的時間不停止；⑤運行能力下降、超量或受阻。

　　一般說來，產品或系統不同，故障模式也不同，上述五類故障模式進一步細化如表 3-1-4 所示。

表 3-1-4 一般故障模式

　　表 3-1-4 介紹了各種不同的故障模式，但產品不同，故障模式也不同。例如汽車、鋼軌等機械產品的故障模式表現為磨損、疲勞、折斷、沖擊、變形、破裂等。

　　只有及時了解和掌握產品、設備、組件的故障模式、產生原因及其影響，才能正確地采取相應措施。若忽略了某些故障模式，則這些故障可能因為沒有采取防止措施而引發事故。

　　（二）分析程序

　　故障模式和影響分析程序如下：

　　1 ．掌握和了解對象系統

　　對故障模式和影響進行分析之前，必須掌握被分析對象系統的有關資料，以確定分析的詳細程度。確定對象系統的邊界條件包括以下內容：

　　?了解作為分析對象的系統、裝置或設備。

　　?確定分析系統的物理邊界，劃清對象系統、裝置、設備與子系統、設備的界線，圈定所屬的元素（設備、組件）。

　　?確定系統分析的邊界，應明確兩方面的問題：

　　?分析時不需考慮的故障模式、運行結果、原因或防護裝置等，如分析故障原因時不考慮飛機墜落到系統外和地震、龍卷風等對系統的影響；

　　?最初的運行條件或元素狀態等，例如對于初始運行條件，在正常情況下閥門是開啟還是關閉的必須清楚。

　　?收集元素的最新資料，包括其功能、與其它元素之間的功能關系等。

　　分析的詳細程度取決于被分析系統的規模和層次。例如，選定載運工具作為對象系統時，故障模式和影響分析應著眼于組成載運工具的各個系統，如制動系統、轉向系統、傳動系統等，對這些系統的故障模式及其對載運工具的影響進行分析。當把構成載運工具的某個子系統作為對象系統時，應對構成該子系統的部件的故障模式及其影響進行分析。當以某一部件為分析對象時，則應對該部件的各組成零件進行故障模式及其對部件的影響進行分析。當然，分析各層次故障模式和影響時，最終都要考慮他們對整個系統（載運工具）的影響。

　　2 ．對系統組件（元素）的故障模式和產生原因進行分析

　　在對系統組件的故障模式進行分析時，要將其看作是故障原因產生的結果。首先，找出所有可能的故障模式，同時盡可能找出每種故障模式的所有原因，然后確定系統組件的故障模式。故障模式的確定，可依據以下兩方面：

　　?若分析對象是已有元素，則可根據以往運行經驗或試驗情況確定元素的故障模式。

　　?若分析對象是設計中的新元素，則可以參考其它類似元素的故障模式，或者對元素進行可靠性分析來確定元素的故障模式。

　　一般來說，一個元素至少有 4 種可能的故障模式：意外運行；運行不準時；停止不及時；運行期間故障。

　　為了區分故障模式和故障原因，必須明確元素的故障是故障原因對元素功能影響的結果。故障原因可以從內部原因和外部原因兩個方面來分析。

　　在分析時要把元素進一步分解為若干組成部分，如機械部分、電氣部分等，然后研究這些部分的故障模式（內部原因）和這些部分與外界環境之間的功能關系，找出可能的外部原因。一般來說，外部原因主要是元素運行的外部條件方面的問題，同時也包括鄰近的其它元素的故障。

　　3 ．故障模式對系統和組件的影響

　　故障模式的影響是指系統正常運行的狀態下，詳細地分析一個元素各種故障模式對系統的影響。分析過程的基本出發點，不是從故障已發生開始考慮，而是分析現有設計方案，會有哪種故障發生，即對每一種輸出功能的偏差，預測可能發生的故障，對部件、子系統、系統有什么影響及其程度，列出可能發生的全部故障模式。

　　故障模式的影響可以從下面三種情況來分析：

　　?元素故障類型對相鄰元素的影響，該元素可能是其它元素故障的原因。

　　?元素故障類型對整個系統的影響，該元素可能是導致重大故障或事故的原因。

　　?元素故障類型對子系統及周圍環境的影響。

　　4 ．匯總結果和提出改正措施。

　　根據故障類型和影響分析表，系統地、全面和有序地進行分析，最后將分析結果匯總于表中，可以一目了然地顯示全部分析內容。根據研究對象和分析的目的，故障類型和影響分析表可設置成多種形式。表 ?3-1-5 為美國杜幫公司的 FMEA 表。

表 3-1-5 美國杜幫公司的 FMEA 表

　　危險重要度：⑴安全 ⑵臨界狀態 ⑶不安全

　　（三）故障模式和影響、致命度分析

　　故障模式和影響、致命度分析包括故障模式和影響以及致命度分析。致命度分析的目的在于評價每種故障類型的危險程度。通常，采用概率 — ?嚴重度來評價故障模式的危險度。概率是指故障模式發生的概率，嚴重度是指故障后果的嚴重程度。采用該方法進行致命度分析時，通常把概率和嚴重度分別劃分為若干等級。如美國杜幫公司把概率劃分為 ?6 個等級：非常容易發生 — 1×10^-1，容易發生 — 1×10^-2，較常發生 ?—1×10^-3，不易發生 — 1×10^-4，難以發生 — 1×10^-5，極難發生 ?—1×10^-6；把危險程度劃分為 3 個等級：大 — 危險，中 — 臨界，小 — 安全。

　　當用致命度指標來評價時，可按下式計算：

　　 ?　　　(3-1-1)

　　式中C—— 致命度指數。表示相應系統組件每 100 萬次運行造成系統故障的次數；

　　n—— 導致系統重大故障或事故的故障類型數目；

　　i—— 致命性故障模式的第i個序號；

　　λ—— 元素的基本故障率；

　　t—— 元素的運行時間；

　　k₁—— 實際運行狀態的修正系數；

　　k₂—— 實際運行環境條件的修正系數；

　　α—— 導致系統重大故障或事故的故障類型數目占全部故障類型數目的比例；

　　β—— 導致系統重大故障或事故的故障類型出現時，系統發生重大故障或事故的概率，其參考值如表 3-1-6 所示。

表 3-1-6??? ?β參考值