FMECA在電子裝備通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)分析中的應(yīng)用

仲維彬

（海軍裝備部，西安 710061）

引言

通用質(zhì)量特性包含可靠性、維修性、測試性、保障性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性，有效開展通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)分析工作是保證電子裝備質(zhì)量的基礎(chǔ)性工作[1]。FMECA（故障模式、影響及危害性分析）是產(chǎn)品通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)分析中一項(xiàng)重要的技術(shù)工作，在通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)分析中廣泛應(yīng)用[2]。FMECA以識別電子裝備各層級的故障模式、故障原因、故障影響為基礎(chǔ)，進(jìn)而可用于可靠性改進(jìn)設(shè)計(jì)和確定可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品；同時(shí)FMECA在維修性分析中用于確定維修活動，在測試性設(shè)計(jì)中FMECA為診斷策略提供需診斷的信息輸入，在安全性分析中FMECA是進(jìn)行安全性分析的重要基礎(chǔ)之一；FMECA也是確定維修任務(wù)、開展保障性分析、確定維修保障資源的初始信息源[3]。在鑒定試驗(yàn)階段，F(xiàn)MECA成文信息還要可為維修性試驗(yàn)、測試性試驗(yàn)提供故障樣本信息輸入。因此，F(xiàn)MECA對通用質(zhì)量特性一體化設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證起著牽引性作用[4]。

當(dāng)前電子裝備在研制過程廣泛開展FMECA工作，在以往電子裝備通用質(zhì)量特性提升方面FMECA也發(fā)揮了一定作用。然而各電子裝備在開展FMECA時(shí)效果參差不齊，未能完全發(fā)揮FMECA的效力，具體問題主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

1）FMECA與產(chǎn)品功能性能設(shè)計(jì)協(xié)同性不足，未能在產(chǎn)品研制早期尤其是第一套樣機(jī)投產(chǎn)前盡可能的發(fā)揮其作用；

2）FMECA引導(dǎo)產(chǎn)品開展正向設(shè)計(jì)的能力不足；

3）FMECA信息利用不全，尤其是未采納相似產(chǎn)品的使用可靠性信息，導(dǎo)致FMECA效力大打折扣；

4）FMECA所產(chǎn)生的可靠性設(shè)計(jì)糾正措施、可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品及控制措施、維修活動、故障診斷策略、維修保障分析等未完全落地；

5）未全方位對FMECA進(jìn)行監(jiān)視與測量，F(xiàn)MECA實(shí)施過程流于形式。

鑒于FMECA在電子裝備研制實(shí)踐中存在的不足，本文在對FMECA工程方法實(shí)施經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)梳理總結(jié)的基礎(chǔ)上，探析出應(yīng)用于電子裝備FMECA的工程實(shí)施路徑和方法，以實(shí)現(xiàn)FMECA工作的協(xié)同性、有效性和規(guī)范化。

1 電子裝備FMECA的特點(diǎn)和流程

電子裝備一般指應(yīng)用于雷達(dá)、通訊、導(dǎo)航、情報(bào)處理、電子對抗等領(lǐng)域的整機(jī)或系統(tǒng)級電子產(chǎn)品。與其它武器裝備類似，電子裝備在研制過程也需經(jīng)歷方案論證與方案設(shè)計(jì)、樣機(jī)研制與性能驗(yàn)證、性能鑒定試驗(yàn)等階段，各階段FMECA工作均發(fā)揮相應(yīng)的效力。不同于飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦船等型號裝備，電子裝備往往在系統(tǒng)向分系統(tǒng)層級進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)分解時(shí)不會直接出現(xiàn)分系統(tǒng)層級的轉(zhuǎn)承制現(xiàn)象，而一般僅在板卡、模塊級出現(xiàn)轉(zhuǎn)承制情況。因此，電子裝備FMECA實(shí)施應(yīng)相對集中，從單元、分系統(tǒng)級到系統(tǒng)級的FMECA的主體工作都由承制單位開展。圖1為各階段電子裝備FMECA的主要工作流程。

圖1 FMECA典型工作流程

在方案論證及方案階段，應(yīng)基于裝備的技術(shù)設(shè)計(jì)方案開展功能FMEA，正向引導(dǎo)產(chǎn)品從功能特性層次開展可靠性正向設(shè)計(jì)；正向設(shè)計(jì)措施應(yīng)基于產(chǎn)品的特性，從功能設(shè)計(jì)層面開展，例如開展冗余設(shè)計(jì)、對外部供電和天線等增加防雷設(shè)計(jì)、防過電壓、實(shí)現(xiàn)帶電插拔等功能。

在樣機(jī)研制及性能驗(yàn)證階段，應(yīng)當(dāng)基于電子裝備詳細(xì)方案開展FMECA、FMEA—維修性信息、FMEA—測試性信息、FMEA—保障性分析、FMEA—安全性分析。在此階段可通過上述工作收集各層級的故障模式、故障原因、故障影響、故障嚴(yán)酷度和發(fā)生頻率、故障診斷方法、設(shè)計(jì)改進(jìn)措施、使用補(bǔ)償措施、故障風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、故障預(yù)防性維修信息、故障維修保障資源相關(guān)信息；

在性能鑒定階段，F(xiàn)MECA主要作用在于指導(dǎo)維修性試驗(yàn)和測試性試驗(yàn)的試驗(yàn)樣本選取，通過FMECA報(bào)告支撐電子裝備完成維修性試驗(yàn)和測試性試驗(yàn)[5,6]。

后續(xù)裝備使用階段應(yīng)通過裝備故障信息的收集進(jìn)行可靠性改進(jìn)設(shè)計(jì)，相關(guān)的信息用于為類似產(chǎn)品的FMECA提供故障信息和改進(jìn)信息輸入。

2 FMECA的有效應(yīng)用方法

2.1 FMECA工作組配置

FMECA工作組的有效配置是實(shí)現(xiàn)FMECA有序開展的先決條件。GJB/Z 1391要求FMECA由產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員完成，即“誰設(shè)計(jì)、誰分析”，而可靠性專業(yè)人員應(yīng)負(fù)責(zé)指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員開展FMECA工作。電子裝備應(yīng)依據(jù)該原則建立FMECA工作組，引導(dǎo)全員參與FMECA工作，典型的FMECA工作組見圖2。

圖2 電子裝備FMECA工作組

圖3 基于FMEA可靠性正向設(shè)計(jì)能力提升簡圖

電子裝備技術(shù)負(fù)責(zé)人對FMECA負(fù)技術(shù)責(zé)任?？煽啃栽O(shè)計(jì)師應(yīng)負(fù)責(zé)指導(dǎo)FMECA工作組開展FMECA工作，應(yīng)由可靠性設(shè)計(jì)師對FMECA工作組進(jìn)行前期FMECA培訓(xùn)，制定分析表格和嚴(yán)酷度等級、分析約定層次等規(guī)則，指導(dǎo)各級設(shè)計(jì)師開展FMECA工作。各級設(shè)計(jì)師應(yīng)按統(tǒng)一的模板或FMECA規(guī)則要求完成FMECA表格的填寫和上報(bào)，由可靠性設(shè)計(jì)師對FMECA報(bào)告進(jìn)行匯總，形成FMECA報(bào)告。各級設(shè)計(jì)師應(yīng)對下一級設(shè)計(jì)師的FMECA信息負(fù)技術(shù)審查責(zé)任，并由電子裝備技術(shù)負(fù)責(zé)人和可靠性設(shè)計(jì)師最終審查FMECA報(bào)告，形成FMECA成文報(bào)告。

各級設(shè)計(jì)師還應(yīng)針對FMECA報(bào)告所確認(rèn)的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施、故障檢測方法、維修策略、可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品及控制措施在后續(xù)設(shè)計(jì)、試制、試驗(yàn)等工作中進(jìn)行落實(shí)，以確保FMECA實(shí)施的有效性。

2.2 FMECA的計(jì)劃管控

計(jì)劃管控是實(shí)現(xiàn)FMECA與裝備功能性能設(shè)計(jì)協(xié)同的主要手段，具體應(yīng)按表1所示開展。FMECA工作計(jì)劃制定原則如下。

表1 FMECA工作時(shí)機(jī)制定原則

表2 設(shè)計(jì)糾正措施

2.3 基于FMEA的可靠性正向設(shè)計(jì)提升

基于FMECA的可靠性正向設(shè)計(jì)提升的核心有三點(diǎn)：

一是全面識別故障模式，在開展FMECA時(shí)，全面識別分析對象的故障模式是最基礎(chǔ)的工作。故障模式描述應(yīng)全面具體。故障模式是指分析對象或分析對象的一部分不能或者將不能完成預(yù)定功能的事件或狀態(tài)，應(yīng)找出該分析對象每個(gè)任務(wù)剖面每個(gè)功能的全部可能的故障模式；除此之外，應(yīng)將相似產(chǎn)品實(shí)際出現(xiàn)的故障信息經(jīng)驗(yàn)納入故障模式。

二是規(guī)范識別故障原因。故障原因分析是開展設(shè)計(jì)改正和使用補(bǔ)償?shù)那疤?，故障原因是由于?nèi)外兩方面因素所致，因此，在進(jìn)行故障原因分析時(shí)，應(yīng)對這兩方面原因均進(jìn)行考慮。

三是基于準(zhǔn)則進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)糾正。設(shè)計(jì)糾正措施應(yīng)基于故障原因，并結(jié)合故障的嚴(yán)酷度等級和發(fā)生頻率，提出針對性的糾正措施。設(shè)計(jì)糾正措施應(yīng)盡可能采納產(chǎn)品的成文可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并著重從以下幾方面進(jìn)行設(shè)計(jì)糾正。

2.4 基于故障模式的維修保障方案生成

基于故障模式的維修保障方案，采用FMEA—測試性信息、FMEA—維修性信息、以可靠性為中心的維修分析（RCMA）及維修工作分析實(shí)現(xiàn)電子裝備保障能力提升。

針對分析對象的故障模式分析活動至少應(yīng)對單元或模塊層級開展，才能有效支撐后續(xù)基層級維修保障。首先應(yīng)分析其可行的診斷方法，包括BIT、自動診斷設(shè)備檢測、人工檢測等，然后通過RCMA和維修工作分析確認(rèn)該故障模式的預(yù)防性維修和修復(fù)性維修方案，進(jìn)而確認(rèn)各維修工序所需要的維修人員、備附件、消耗品、維修工具等保障資源，具體關(guān)系見圖4。

圖4 基于故障模式的維修保障方案生成

3 FMECA的監(jiān)視與測量

FMECA工程應(yīng)用的成效需從不同維度分階段進(jìn)行評價(jià)，各階段FMECA的成文信息及實(shí)施結(jié)果應(yīng)由用戶代表、可靠性專家、產(chǎn)品設(shè)計(jì)專家等進(jìn)行監(jiān)視與測量，以保證FMECA工作實(shí)施質(zhì)量。

在方案階段，應(yīng)對功能FMEA報(bào)告進(jìn)行評審或?qū)彶?，審查要點(diǎn)是產(chǎn)品功能框圖描述和功能故障判據(jù)描述的準(zhǔn)確性、故障模式描述的全面性和準(zhǔn)確性、故障原因是否從內(nèi)外部兩方面開展分析、是否依據(jù)嚴(yán)酷度等級對糾正措施進(jìn)行決策等。

在樣機(jī)研制及性能驗(yàn)證階段，應(yīng)對產(chǎn)品的FMECA、FMEA—維修性信息、FMEA—測試性信息、保障性分析、安全性分析等工作進(jìn)行詳細(xì)評審或?qū)彶?。主要審查要點(diǎn)是產(chǎn)品硬件描述和故障判據(jù)描述的準(zhǔn)確性、故障模式描述的全面性和準(zhǔn)確性、故障原因是否從內(nèi)外部兩方面開展分析、是否依據(jù)嚴(yán)酷度等級對糾正措施進(jìn)行決策，以及各故障式的測試診斷方法、預(yù)防性維修方法和修復(fù)性維修方法是否能滿足裝備的測試性、維修性、保障性要求。

除對FMECA報(bào)告開展審查外，對FMECA的后續(xù)跟蹤也至關(guān)重要，應(yīng)通過檢查設(shè)計(jì)圖樣、設(shè)計(jì)更改成文信息、測試大綱、設(shè)計(jì)報(bào)告、試驗(yàn)報(bào)告、工藝文件等方式對FMECA所產(chǎn)生的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施、測試診斷方法、維修方式、可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品及控制措施進(jìn)行審查及管控，以保證FMECA工作見效。

4 總結(jié)

FMECA是一項(xiàng)成熟的故障分析技術(shù)，也廣泛應(yīng)用于電子裝備研制過程，但FMECA 工程應(yīng)用的規(guī)范化程度還不夠，未能有效發(fā)揮其在裝備通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)中的牽引性作用。鑒于此，本文提出了FMECA在產(chǎn)品通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)分析的工作流程，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步從FMECA工作組配置、計(jì)劃管控、正向設(shè)計(jì)提升、維修保障方案生成等維度提出了FMECA在產(chǎn)品通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)分析中應(yīng)用實(shí)施的有效方法。本文最后還分階段分維度闡述了FMECA的監(jiān)視與測量要點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)FMECA的閉環(huán)管控。本文所提出的思路和方法廣泛適用于電子裝備FMECA的工程實(shí)踐，可供各電子裝備通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)分析過程借鑒使用。