武器装备故障模式影响及危害性分析方法

2020-12-22李红才

中国新技术新产品 2020年18期

李红才

（国营长虹机械厂，广西桂林 541002）

0 引言

故障模式影响及危害性分析（Failure Mode， Effects and Criticality Analysis，FMECA）方法是一种常用的系统可靠性分析技术，它通过分析系统组成单元及其元器件所有可能发生的故障模式，以及对系统功能产生的所有不良影响，定性分析故障模式的发生度、严重度、探测度，获得风险优先数，定量计算故障模式对可靠性的危害度，从而找出系统研发设计、材料选择、制造工艺、延寿修理的潜在缺陷，确定薄弱环节，并制定预防性维护措施及可靠性改善措施，为提高系统质量和可靠性水平提供理论依据和技术指导[1]。

1 武器装备故障模式影响及危害性分析

1.1 武器装备FMECA方法基本原理

FMECA 由FMEA 和CA 2 个部分组成，如图1 所示，FMEA（Failure Mode and Effects Analysis）是通过对武器装备系统组成单元及其元器件故障模式及影响进行定性分析，并制定预防性维护措施形成闭环控制，以此来提高武器装备系统可靠性的一种分析技术。CA 是通过对武器装备故障模式危害度进行定量计算，在FMEA 分析的基础上，通过分层次建立武器装备故障模式危害度分析模型，从部件危害度分析到系统危害度，找出武器装备关键子系统以及在结构设计、材料选择及制造工艺、延寿修理上的潜在缺陷，确定薄弱环节，制定预防性维护措施及可靠性改善措施，CA 是对FMEA 的有效补充和深度扩展，使武器装备故障模式对可靠性危害度的分析工作更加准确充分。FMECA 将武器装备故障模式及影响分析（FMEA）和定量计算（CA）相结合，从而使武器装备故障模式分析工作变得更加科学合理、深入透彻，同时为武器装备系统潜在缺陷及薄弱环节的确定，以及预防维修维护措施及可靠性改善措施的制定，提供定性信息和定量依据[2]。

FMECA 是工程实际中最常用的武器装备系统可靠性薄弱环节分析技术之一[3]。其基本原理为：根据武器装备系统技术质量文件及历史服役故障数据，分析武器装备系统的结构组成、实际作战环境条件及储存、运输过程维护措施，鉴别失效模式，进而分析引起武器装备系统失效的根本原因及故障发生机理，并采用概率统计方法，根据发生度、严重度、探测度，定性分析武器装备故障模式的风险优先数，定性分析武器装备故障模式影响并定量计算武器装备故障模式对整体可靠性的危害度，找出武器装备系统的潜在缺陷，确定薄弱环节，制定预防性维护措施及可靠性改善措施，保证武器装备的作战性能。

图1 FMECA 方法基本原理逻辑图

1.2 武器装备不同寿命周期选用的FMECA方法及目的

武器装备在不同的寿命周期分析潜在缺陷及薄弱环节的目的不同，因此在不同寿命周期选用的FMECA 分析技术也有所不同，武器装备寿命周期各阶段选用的FMECA 技术及目的见表1。

1.3 武器装备FMECA方法分析过程

武器装备FMECA 主要的分析步骤有4 个。1）武器装备系统定义。2）武器装备故障模式及影响分析（FMEA）。3）武器装备故障模式危害性分析（CA）。4）输出武器装备FMECA 报告。

2 危害度分析方法

常用的武器装备故障模式危害性分析（CA）有风险优先数（Risk Priority Number，RPN）分析法和危害性矩阵分析法，风险优先数（RPN）分析法在工程中的应用较为广泛。

表1 武器装备寿命周期各阶段选用的FMECA 技术及目的

2.1 故障模式及影响分析（FMEA）

风险优先数（RPN）分析法是根据武器装备故障模式风险优先数（RPN）值的大小，对武器装备故障模式进行风险定性排序，通过制定预防性维护措施形成闭环控制，使武器装备故障模式RPN 值降到可接受的最低水平。它利用武器装备故障模式发生度（Occurrence Probability Ranking，OPR）、严重度（Effect Severity Ranking，ESR）、探测度（Detectability Difficulty Ranking，DDR）进行定性分析，确定评分等级，计算武器装备故障模式风险优先数（RPN）值。风险优先数（RPN）分析法是开展武器装备可靠性分析、保障性分析、维修性分析的基础。武器装备故障模式风险优先数（RPN）值定性分析计算公式[4]为：

式中：S（Severity）表示发生度，O（Occurrence）表示严重度，D（Detectivity）表示探测度。

针对武器装备RPN 值高的故障模式，在制定预防性维护措施及可靠性改善措施形成闭环控制时，应重点考虑降低武器装备故障模式的发生度及严重度，同时提高武器装备故障模式探测度3 个方面的问题。

2.2 危害度定量分析（CA）

FMEA 方法中的RPN 分析是针对武器装备故障模式的定性分析，危害度分析（CA）是在FMEA 分析的基础上，针对武器装备故障模式进行的定量计算，包括武器装备故障模式危害度定量计算和武器装备系统危害度定量计算，武器装备故障模式危害度定量分析（CA）是对FMEA 进行的有力补充和深度扩展，从而使武器装备故障模式和潜在缺陷及薄弱环节的研究更加准确充分，为制定预防维护措施和可靠性改善措施提供工程指导依据，促进武器装备可靠性增长。

武器装备故障模式危害度的定量计算公式为：

式中：Cmj为武器装备在工作时间t内，以第j种故障模式发生的某严酷度等级下的危害度。αj为武器装备故障模式频率比。βj为武器装备故障模式影响概率。λj为武器装备执行作战任务阶段内的故障率。t为武器装备执行作战任务阶段内的工作时间。

武器装备系统危害度指各故障模式危害度Cmj的总和，其定量计算公式为：

式中：Cp为武器装备系统危害度。j=1，2，…，n为武器装备系统在相应严酷度等级下的故障模式数目。

危害度Cp计算是故障模式对武器装备作战性能和持续作战能力影响结果定量化分析的关键步骤。系统危害度分析是对武器装备系统故障后果危害程度的综合度量，反映武器装备子系统发生故障时，对武器装备作战性能及持续作战能力和整体可靠性的影响程度。通过故障模式危害度定性分析和定量计算，可以找出武器装备系统研发设计、材料选择、制造工艺、延寿修理的潜在缺陷，确定武器装备系统的薄弱环节，并以此为依据，针对武器装备故障模式制定预防性维护措施及可靠性改善措施，从而提高武器装备使用和储存可靠性水平，促进武器装备可靠性的不断增长，保证武器装备作战性能和持续作战能力。