船舶机电系统故障模式与影响分析

王海松

故障模式与影响分析（failure mode and effects analysis，FMEA）技术其原理是根据系统内设备与结构的稳定性展开技术分析。由于产品故障可能与设计、制造过程、使用、承包商、供应商以及服务有关，因此，FMEA又细分为设计FMEA、过程FMEA、使用FMEA和服务FMEA四类。其中设计FMEA和过程FMEA最为常用。由于船舶机电具有的复杂性和特殊性，使得难以对其稳定性进行统计，所以，一些装置稳定应结合经验判断。FMEA工作模式是进行系统功能研究分析各潜在问题对系统的影响，继而提供解决方法。船舶机电系统故障模式船级设各专业全面了解专家信息，以及FMEA的输出结果要得到船级社的认同。

1 故障模式与影响分析

首先，FMEA的基础要求为故障模式，故障模式主要集中于产品故障外部展现，例如：电气系统短路、断路、系统磨损等，其种种问题都能够通过故障模式事先感知，继而通过调查、试验得出。众所周知，船舶系统庞大、其设计的系统内容较多，一般只选取核心并对系统稳定性具有直接影响的系统展开研究。最后，生成船舶系统的FMEA。

通常情况下，结合不同功能将船舶系统划分成船舶推进机械系统方向控制、电力系统、安全系统、通讯系统。选择的系统判断故障形式通常可以分为：功能部分丧失、全部丧失、不稳定运行等。常见构件故障形式为构件损坏形式。例如：柴油机的高压油管分为：密封圈破损、螺纹磨损、堵塞、污染等。电气构件故障分为：短路、开路、断路、漏电、老化等。故障模式判断利用混合结构性与功能性故障分析[1]。

科学选择系统边界条件继而确认故障范围，其中包含：系统初始状态，确认有效状态下的必然事件。常见故障事件可以划分为：人为因素影响、系统硬件影响、系统环境影响。在分析过程中，注重系统硬件造成的基本故障问题，同时，设定系统结构的故障事件具有独立性，忽略因为系统环境与不可抗力引发的事件。

2 船舶机电系统故障模式与影响分析——实例研究

以某船舶电力系统为例分析。船舶系统构成分为：发电机、总配电板、动力负载、照明荷载等。其船舶电力系统FMEA分析等级为：FMEA的最高级别为船舶系统；二级系统则是电力系统，FMEA最低等级是船舶电力系统与相关影响因素分析，如表1[2].

表1 船舶电力系统FMEA

其船舶系统问题严重性等级判断为：

一级，灾难性的，出现人员生命健康威胁，甚至死亡。

二级，致命的，可能出现伤害，造成系统停止运行、人员伤亡。

三级，一般伤害，影响系统性能。

四级，对系统损害较少，但也需要进行维修。其船舶电力系统故障出现概率等级为：A级，时常出现，产品生产过程中故障模式出现故障问题率较大。也就是单一故障模式要高于产品总故障的25%.B级，很可能出现。产生生产过程中出现故障问题概率为中等，其单一故障模式概率高于总故障10%低于20%.C级，一般的。偶尔出现。产品生产过程中，其故障模式仅是偶尔出现。出现概率高于产品生产过程中总故障的1%，低于10%.D级，轻度的较少出现，产品生产过程中故障模式不会出现，出现概率高于产品总故障率的0.1%，低于1%.E级，极不可能出现。产品生产过程中，故障模式出现概率是0，出现概率低于产品产品总故障率0.1%[3]。

其船舶电力系统风险性研究主要依靠：A级，发电机分系统与总配电板系统。不管故障模式出现概率处于哪一等级，一旦出现故障模式将对船舶运行和人们生命安全造成威胁。B级：故障模式对子系统影响，通过故障严重性判断故障危险是不可行的。应结合故障模式出现率，即：动力负载、照明负载等系统对主推进系统影响的分系统。其影响将会对人们生命安全和船舶具有一定影响。C级：故障模式对子系统有一定影响。不过，其影响不会对传播和人们生命安全造成威胁[4]。

在研制、开发早期就要进行FMEA，并随着设计的深入不断反复及深化进行。通过有关定义与系统故障模式的FMEA对其各部分系统构成的电力系统。FMEA能够划分为不同状态。

（一）航行工况

电力系统在航行工况中能够对船舶航行形成危害性，波及人们生命安全与系统故障影响。一旦故障模式出现，将对船舶和人员安全构成威胁：发电机、总配电板、动力负载多个分系统。根据船舶有关设计方案和说明书中对发电机、总配电板、动力负载的子系统规划为：发电机2台，处于航行状态下1台发电机工作，发电机荷载率为54%.发电机发生能够对船舶运行和人员造成影响。船舶电力系统设计制定有效方法继而排除危险影响。总配电板的下级子系统出现也能够导致“灾难性”影响。其系统制定安全、稳定的保护方法继而排除“对船舶电力系统关键影响的分系统故障模式”引发的对船舶运行形成威胁的故障。动力复杂发生能够对全系统损坏与人员伤亡故障模式状态下。其系统制定稳定、安全的保护方法继而排除危险发生[5]。

（二）船舶在靠离码头状态

船舶靠离码头引发人员伤亡和系统受损故障模式下，最终影响将会直接波及船舶人员安全的总配电板、发电机等子系统。在船舶有关设计方案和说明书内，发电机、总配电板、动力复杂可以划分为多个系统设计形式为：发电机2台，在靠离码头下，2台发电机同时运作，总荷载力在70%发电机发生故障模式状态下，制定可行性方法，避免对船舶和人身安全的威胁。总配电板的下级子系统出现故障模式下，其系统稳定性、安全保护方法能够避免对电力系统的故障影响。动力负载，当出现对人员伤亡和系统损坏故障模式下，其系统能够提供科学合理的方法，避免船舶和人员伤害[6]。

FMEA也有较大限制性，其表现于：第一，检验人员专业水平限制。以往的FMEA形式多隐藏在设备中，考量的问题主要集中在设备功能上。相关人员仅考虑到设备失效，未考虑到引起故障的原因。第二，只分析单一的初始故障。以往FMEA预测特殊设备失效的潜在影响，代表着一些重要故障组合被忽略。第三，外界因素分析限制。对船舶安全有直接影响的外界条件，例如：环境；如果未对设备有一定影响也会被自动忽略。

3 结束语

综合分析，船舶系统展开FMEA具有系统性、综合性特点。在船舶设计建造全阶段，任务量较多，还需要各专家合作发挥主导影响。例如：电子系统专家、机械专家、研究人员等。其输出结构包含补充航海实验项目和相关补充，制定船舶操作手册等。船级社也应在故障模式中分析程序运行状态。对此，笔者分别从：故障模式与影响分析、实例研究两方面进行分析，希望对船舶机电系统故障模式与影响分析起到帮助性作用，做好故障影响分析。

[1]杜 肖，高 飞，田 笑.某型飞机供电系统故障模式影响及危害性分析[J].飞机设计，2016（05）：43-45，51.

[2]许殿辉.故障模式和影响分析法在通风系统中的应用[J].江西煤炭科技，2017（01）：49-51.

[3]卢碧红，张秉海，曲宝章.动车组牵引供电系统故障模式影响与危害分析[J].振动.测试与诊断，2016（01）：97-101，200.[4]李 璠，毛海涛.飞机机电作动系统故障模式分析与故障诊断方法[J].航空维修与工程，2016（03）：47-50.

[5]马 勇，马建峰，孙 聪，等.飞行控制系统组件化故障模式与影响分析方法[J].西安电子科技大学学报，2016（02）：174-179.

[6]董作军，邱 琼，钟元华，等.基于故障模式、影响与危害性分析的食品药品监管风险预警系统构建[J].中国新药与临床杂志，2016（10）：713-717.