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失效模式、后果与严重度分析
FMECA
吴思竹
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内容提要
概述
FMECA的定义、目的和作用
FMECA的方法
FMECA的步骤
系统定义
失效模式与后果分析
严重度分析
严重度矩阵图
FMECA输出与注意的问题
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概述
元部件的故障对系统可造成重大影响
以往设计师依靠经验判断元部件故障对系统的影响
依赖于人的知识和工作经验
GJB450A-“ FMECA是找出设计上潜在缺陷的手段，
是设计审查中必须重视的资料”
系统的、全面的和标准化的方法—FMECA
设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件故障
设计更改、可靠性补偿
FMECA是可靠性、维修性、保障性和安全性设计分析
的基础
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FMECA的概念
FMECA的定义
失效模式、后果与严重度分析(Failure Mode , Effects and
Criticality analysis , 简记为FMECA)是分析系统中每一产品
所有可能产生的失效模式及其对系统造成的所有可能后果，
并按每一个失效模式的严重程度及其发生概率予以分类的一
种归纳分析方法。
FMECA是一种自下而上的归纳分析方法；
FMEA和CA。
基本概念
失效：产品丧失规定的功能
失效模式：失效或故障的形式
失效后果：一个部件失效时对整机所产生的影响
严重度：后果的严重程度（І、П、Ш、ІV级）
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典型失效模式
GJB1391《故障模式影响及危害性分析》
序号 故障模式 序号 故障模式
1 结构故障(破损) 12 超出允差(下限)
2 捆结或卡死 13 意外运行
3 振动 14 间歇性工作
4 不能保持正常位置 15 漂移性工作
5 打不开 16 错误指示
6 关不上 17 流动不畅
7 误开 18 错误动作
8 误关 19 不能关机
9 内部漏泄 20 不能开机
10 外部漏泄 21 不能切换
11 超出允差(上限) 22 提前运行
机械产品典型失效模式
失效模式可分为以下七大类：
损坏型：如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等。
退化型：如老化、腐蚀、磨损等。
松脱性：松动、脱焊等
失调型：如间隙不当、行程不当、压力不当等。
堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等。
功能型：如性能不稳定、性能下降、功能不正常。
其他：润滑不良等。
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失效后果
局部后果:某产品的失效模式对该产品自身
和与该产品所在约定层次相同的其他产品的
使用、功能或状态的影响后果
高一层次后果:某产品的失效模式对该产品
所在约定层次的高一层次产品的使用、功能
或状态的影响后果
最终后果:指系统中某产品的失效模式对初
始约定层次产品的使用、功能或状态的影响
后果
严重度类别
严重度：产品失效造成的最坏后果的严重程
度
严重度类别定义(GJB1391)
严重度类别 严 重 程 度 定 义
Ⅰ类(灾难的) 这是一种会引起人员死亡或系统(如飞机、坦克、导弹
及船舶等)毁坏的故障。
Ⅱ类(致命的) 这种故障会引起人员的严重伤害、重大经济损失或导
致任务失败的系统严重损坏。
Ⅲ类(临界的) 这种故障会引起人员的轻度伤害，一定的经济损失或
导致任务延误或降级的系统轻度损坏。
Ⅳ类(轻度的) 这是一种不足以导致人员伤害、一定的经济损失或系
统损坏的故障，但它会导致非计划性维护或修理。
从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设计）
、生产（生产可行性分析、工艺设计、生产设
备设计与使用）和使用发现各种影响产品可靠
性的缺陷和薄弱环节，为提高产品的质量和可
靠性水平提供改进依据。
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FMECA的目的
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在产品寿命周期
各阶段的FMECA方法
论证与方案阶段 工程研制阶段 生产阶段 使用阶段
方
法
功能FMECA
·硬件FMECA
·软件FMECA
过程FMECA 统计FMECA
目
的
分析研究系统功
能设计的缺陷与
薄弱环节，为系
统功能设计的改
进和方案的权衡
提供依据。
分析研究系统硬件、
软件设计的缺陷与
薄弱环节，为系统
的硬件、软件设计
改进和保障性分析
提供依据。
分析研究所设
计的生产工艺
过程的缺陷和
薄弱环节及其
对产品的影响，
为生产工艺的
设计改进提供
依据。
分析研究产品使用过
程中实际发生的故障、
原因及其影响，为提
供产品使用可靠性和
进行产品的改进、改
型或新产品的研制提
供依据。
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FMECA方法分类
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FMECA的步骤
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2 失效模式与后果分析FMEA
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故障检测方法
故障检测方法一般包括目视检查、离机
检测、原位测试等手段：
自动传感装置
传感仪器
音响报警装置
显示报警装置
故障检测一般分为事前检测与事后检测
两类，对于潜在故障模式，应尽可能设
计事前检测方法
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补偿措施
设计补偿措施
产品发生故障时，能继续安全工作的冗余设备
安全或保险装置(如监控及报警装置)
可替换的工作方式(如备用或辅助设备)
可以消除或减轻故障影响的设计或工艺改进(如概率
设计、计算机模拟仿真分析和工艺改进等)
操作人员补偿措施
特殊的使用和维护规程，尽量避免或预防故障的发
生
一旦出现某故障后操作人员应采取的最恰当的补救
措施
例4-1 某一飞机上的电容式传感器系统由
4个电路单元组成。试
作出其失效后果分析
和可靠性预计。
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例子
根据使用环境，按《电子设备可靠性预
计手册》，确定组成系统的各元器件失
效率，进行该系统的可靠性预测，见表4
—3
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例4-1
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小结
FMECA：
按照一定的格式有步骤地分析每一个部件(或每一种
功能)可能产生的失效模式
每一失效模式对系统的影响（FMEA）
失效后果的严重程度（CA)
这是一种失效因果关系分析。
FMECA作为一种设计报告，其内容和格式都
需要有统一的标准，以便在设计评审时，故障
出现后及其他有关工作中便于查考。
小结
CA:按照严重性级别（I～IV）、严重度
数字、发生概率的联合影响来对FMEA所
确定的每一种失效模式进行分级。
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故障概率等级——定性分析方法
A级--经常发生 >20%
B级--有时发生 10% >20%
C级--偶然发生 1% >10%
D级--很少发生 % >1%
E级--极少发生 <%
数据来源
预计值或分配值
外场评估值等
分类：定性和定量
3 严重度分析(CA)
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定量分析
失效模式严重度数字
3 严重度分析(CA)
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失效模式相对频率
－失效模式相对频率
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失效后果概率
－失效后果频率
产品严重度数字
一个产品项目的严重度数字是在某一任务阶段
内，同一严重性级别下，各失效模式严重度数
字之和。
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3 严重度分析(CA)
例4－2
某一放大器(标号20A1)电路由3个电阻
(20A1Rl、20A1R2和20A1R6)、2个
电容(20A1C3和20A1C7)、1个二极管
(20A1CR3)、1个三极管(20AlQ4)和1
个变换器(20A1T5)共8个元件组成。该
放大器用在接收机(标号20)中，接收机
用在雷达(标号Z)巾，某任务阶段内工作
时间为1h，请制作其失效严重度分析表。
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严重度矩阵图
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FMECA输出与注意的问题
FMECA输出
单点故障模式清单
Ⅰ、Ⅱ类故障模式清单
可靠性关键件、重要件
不可检测故障模式清单
严重度矩阵图等
FMEA/CA表
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实施FMECA应注意的问题
强调“谁设计、谁分析”的原则
“谁设计、谁分析”的原则，也就是产品设计人员
应负责完成该产品的FMECA分析工作，可靠性专业
人员应提供分析必须的技术支持。
实践表明，FMECA工作是设计工作的一部分。“谁
设计、谁分析”、及时改进是进行FMECA的宗旨，
是确保FMECA有效性的基础，是国内外开展
FMECA工作经验的结晶。如果不由产品设计者实施
FMECA，必然造成分析与设计的分离，也就背离了
FMECA的初衷。
实施FMECA应注意的问题
重视FMECA的策划
实施FMECA前，应对所需进行的FMECA活动进行完整、全面、
系统的策划，尤其是对复杂大系统，更应强调FMECA的重要
性。要求的必要性体现在以下几方面：
结合产品研制工作，运用并行工程的原理，对所需的FMECA进
行完整、全面、系统的策划，将有助于保证FMECA分析的目的
性、有效性，以确保FMECA工作与研制工作同步协调，避免事
后补做的现象。
对复杂大系统，总体级的FMECA往往需要低层次的分析结果作
为输入，对相关分析活动的策划将有助于确保高层次产品
FMECA的实施。
FMECA计划阶段事先规定的基本前提、假设、分析方法和数据，
将有助于在不同产品等级和承制方之间交流和共享，确保分析结
果的一致性、有效性和可比性。
实施FMECA应注意的问题
保证FMECA的实时性、规范性、有效性
实时性。FMECA工作应纳入研制工作计划、做到目的明确、
管理务实；FMECA工作与设计工作应同步进行，将FMECA结
果及时反馈给设计过程。
规范性。分析工作应严格执行FMECA计划、有关标准/文件
的要求。分析中应明确某些关键概念，比如：故障检测方法
是系统运行或维修时发现故障的方法；严酷度是对故障模式
最终影响严重程度的度量，危害度是对故障模式的后果严重
程度的发生可能性的综合度量，两者是不同的概念，不能混
淆。
有效性。对分析提出的改进、补偿措施的实现予以跟踪和分
析，以验证其有效性。这种过程也是积累FMECA工程经验的
过程。
实施FMECA应注意的问题
FMECA的剪裁和评审
FMECA作为常用的分析工具，可为可靠
性、安全性、维修性、测试性和保障性等
工作提供信息，不同的应用目的可能得到
不同的分析结果。各单位可根据具体的产
品特点和任务对FMECA的分析步骤、内
容进行补充，剪裁，并在相应文件中予以
明确。
实施FMECA应注意的问题
FMECA的数据
故障模式是FMECA的基础。能否获得故障模式的相关信息是
决定FMECA工作有效性的关键。若进行定量分析时还需故障
的具体数据，这些数据除通过试验获得外，一般是需要通过
相似产品的历史数据进行统计分析。有计划有目的注意收集、
整理有关产品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及频
数比的相关故障信息库，这是开展有效的FMECA工作的基本
保障之一。
FMECA应与其他分析方法相结合
FMECA虽是有效的可靠性分析方法，但并非万能。它不能代
替其他可靠性分析工作。应注意FMECA一般是静态的、单一
因素的分析方法。在动态方面还很不完善，若对系统实施全
面分析还需与其他分析方法（如FTA、ETA等）相结合。
习题
