机械工程专业故障模式和影响分析（柴油发动机）.docx

摘 要 故障模式和影响分析（FMEA）是一种工程方法，能够明确的表示出局部的故障对系统的影响，从而对已经确定发生故障的部位进行风险分析。 本文首先讨论了实施可靠性风险评估的目的和意义，以及相关的理论和方法，对模糊集理论，故障模式和影响分析等进行了系统的评述。一般而言，在确定FMEA风险因子数值的过程中，往往是以对系统设计以及操作有着较高熟悉程度的专业人员的工作经验为基础的，存在一定的主观性，其经验水平以及相关研究资料的完善程度对于最终评估结果的准确性、客观性以及真实性有着极为重要的影响。为了解决传统故障模式和影响分析（FMEA）的不足，我们将模糊理论与传统的FMEA结合起来。通过模糊风险优先级值（FRPN）评估故障模式的优先级，模糊风险优先级值指的是通过加权的方式来计算出故障发生频率、故障严重程度以及故障模式检测程度的几何平均值，与此同时，通过α截集以及优化模型对FRPN进行相应的计算。然后介绍了在基于模糊FMEA理论的基础上对柴油发动机进行故障分析的流程，最后列举出了模糊FMEA在柴油机可靠性评价中的应用实例。 关键词 发动机；风险评价；FMEA；模糊理论；可靠性分析 IV Diesel engine reliability analysis based on fuzzy fault mode and influence analysis Abstract Failure mode and impact analysis (FMEA) is an engineering method which can clearly show the impact of local faults on the system, so as to carry out risk analysis on the parts where faults have been identified. This paper first discusses the purpose and significance of implementing reliability risk assessment, as well as related theories and methods, and systematically reviews fuzzy set theory, failure mode and impact analysis. The value of risk factors in a FMEA is determined by an expert team familiar with the design and operation of the system based on experience. The inadequacy of expert experience and the imperfection of data will affect the accuracy of the evaluation results. In order to solve the inadequacy of the traditional failure mode and impact analysis (FMEA), we combine the fuzzy theory with the traditional FMEA. The priority of fault mode was evaluated by fuzzy risk priority value (FRPN), which is the fuzzy weighted geometric mean of the frequency of fault occurrence, the severity of fault and the detection degree of fault mode. Then the flow chart of fault analysis of diesel engine based on fuzzy FMEA theory is introduced, and the application example of fuzzy FMEA in diesel engine reliability evaluation is given. Key words Engine; risk assessment; FMEA; fuzzy theory; reliability analysis 目录 摘 要 I Author:Wu Haoming Tutor：Wang Yaoyao II Abstract II 第1章 绪论 1 1.1研究背景及意义 1 1.2国内外研究现状 1 1.2.1可靠性技术发展的现状和趋势 1 1.2.2柴油机可靠性发展的现状和趋势 3 1.3研究内容 6 第2章 基于模糊逻辑的 FMEA 分析 7 2.1模糊FMEA的方法 7 2.2传统的 FMEA 的评价准则 7 2.3基于加权几何平均值的模糊 FMEA 10 2.3.1模糊 FMEA 的模糊评判准则 10 2.3.2权重的确定方法 12 2.4模糊 FMEA 评价方法的分析 12 2.5本章小结 16 第3章 基于模糊FMEA的发动机故障分析 18 3.1建立因素集和因素等级集 18 3.2建立权重集 19 3.3构造模糊评判矩阵 19 3.4模糊综合评判 21 3.5评判结果的去模糊化 22 3.6模糊FMEA在柴油机可靠性评价中的应用实例 22 3.7本章小结 26 第4章 结论与展望 27 4.1结论 27 4.2展望 27 致谢 29 参考文献 30 第1章 绪论 1.1研究背景及意义 风险评估，也被称之为安全评估，指的是通过定量或定性的方法对系统中有可能出现的事故风险进行综合评价，以实现事故率、损失的最小化以及安全投资效益的最大化目标，一般来说，在评估过程中主要以专业经验、评估标准以及评估指南参照物。通过危害分析能够对系统性危害发生的概率以及后续带来的负面影响作出评估。风险评估由风险识别、分析和评价三个部分组成，风险识别指的是通过各种手段确定系统中是否存在风险以及风险的类型；风险分析指的是对识别出的风险进行综合分析，了解其出现的原因；风险评价则是在分析的基础上对风险形成的影响力、出现的概率等进行评价。 随着各种新型工业技术的应用，在现阶段的工业生产中，规模呈现出持续扩大的趋势，一些具有高度复杂性、先进性、规模性的工业设备层出不穷，这就到导致其对于发动机的要求越来越高。但是，从现阶段的情况来看，我国发动机设计、生产水平与西方发达国家相比仍然处于比较低的位置，可靠性也无法得到有效保障。FMEA技术是产品可靠性系统工程设计和分析中常见的故障预防分析方法之一。然而,FMEA风险因素的价值是由一组熟悉系统设计和操作的专家通过经验确定的。FMEA进行模糊化,能够有效的解决专家经验和资料不足的影响。本文在分析潜在失效模式的基础上，将模糊逻辑理论与常用的风险分析方法相结合。利用模糊方法和影响分析评估和分析柴油机的可靠性概率，从而有效识别和管理风险，并且提高可靠性和安全性。 1.2国内外研究现状 1.2.1可靠性技术发展的现状和趋势 国外可靠技术的开发是需求导向、管理导向、工程导向和专业化的。20世纪40年代和50年代是可靠性技术发展的摇篮和基础年代。这一时期，在对产品的可靠性展开研究的过程中，部分工程技术人员以及数学领域中的顶尖学者用于创新，逐渐开始尝试采用定量理论以及数理统计的方法来进行。 从世界范围内来看，美国是世界上第一个建立可靠性咨询委员会的国家，其先后制定了军事规范、军事标准以及可靠性标准体系，这为世界上后续可靠性研究的发展提供强有力的支撑。从上世界60年代开始，可靠性技术的发展迈入了飞速成长的阶段，并在20世纪70年代走向了成熟。20世纪80年代以后,可靠性技术已经向更深更广的方向发展。世界各国为了给可靠性技术的研究以及实践提供保障，陆续制定了诸多的关联措施。以日本为例，其以从美国引进的可靠性技术为基础，并且在实际应用中结合自身实情进行了相应的修改，使得其民用电子产品的可靠性水平在世界范围内斗名列前茅。长久以来，日本生产的汽车、家用电器以及数控机床等产品的质量得到了世界各国的广泛认可，在各国市场上都占有相当的占有率。从上世纪90年代开始，美国以可靠性研究为立足点，通过多种方式逐渐将稳健设计、并行流程以及IPPD管理推广了出去。除此以外，通过对国外可靠性研究成果的分析，可以发现其常重视基础协同开发、应用协同开发和可靠性技术协同开发。为了保证自身能够在竞争激烈的国际市场上占据优势地位，部分发展水平较高的国家，如美国、英国、法国等都将可靠性水平列为评价产品质量的重要标准之一。 我国的可靠性研究的起步时间与国外发达国家基本相同，也是从上世纪50年代开始，但是发展速度却长期处于缓慢的状态之中。从现阶段的情况来看，我国在数学以及可靠性理论方面已经取得了一定的成果，例如，在机械可靠性工程中，陆续形成了等效理论、广义可靠性理论以及模糊可靠性理论等多个具有一定水平的研究成果；在相关组织结构方面，我国也先后成立可靠性与质量管理协会、中国电子元器件质量认证委员会等机构。可靠性认证和管理机构,如国家电工电子产品可靠性和可维护性技术委员会。目前，通过简单的系统分析，将可靠性技术转化为复杂物理系统和非物理系统的可靠性分析,如机电和人机通过图表法和手工算法研究和开发计算机辅助,仿真,专家系统和软件商业化,这就打破了过去长期以来以物理研究为主的局面，逐渐迈入了围绕产品可靠性进行全面质量管理以及可靠性的保证的新时期；功能也得到了极大的丰富，在过去的发展阶段，大都只能进行数据处理、映射等相对比较简单的工作，而现在已经能够以知识集成为基础进行开发等具备高度复杂性的工作。 通过对国内外各种可靠性技术发展方向的分析可以发现，在未来的发展阶段，可靠性技术应从如下几个方面展开研究： (1)"软硬兼施"。机电产品是软件和硬件的集成,是软硬件一体化的产物。由于软件可靠性对系统的正常运行起着重要作用，在设计过程中应考虑软硬件的可靠性。 (2)进行失效物理分析、应用以及研究。当设计完成后，要在第一时间通过可靠性测试的方式探寻到设计中存在的各种不足，通过高加速应力测试的方式让产品本身存在的薄弱环节展现出来。 (3)实施集成化结构设计。在设计过程中，不能够片面重视某一方面的设计，要注重耐久性、可靠性、经济性、动态可靠性、静态可靠性等各个方面的协调，尽可能让各个方面都处于相对比较均衡的状态之中。 （4）勇于创新，构建具有创新性的可靠性管理模型，推进和应用网络化管理，本着谨慎、严格的态度针对系统的可靠性展开全面评价。 1.2.2柴油机可靠性发展的现状和趋势 在已有文献的基础上，从有限元计算到模态分析，国外对柴油机可靠性进行了20多年的研究。从强度研究到刚度分析,我们逐渐成熟,在可靠性分析上,从部件分析到机器整机的预测。从分阶段的可靠性设计到柴油发动机寿命周期的可靠性保证。例如，奥地利AVL公司经过长期的发展，现已从过去的可靠性设计阶段，逐渐开始进入到内燃机测试、故障数据分析以及可靠性保证阶段，逐渐形成了一套具有高度系统性、全面性的方法，并且与我国几家发展水平相对较高的柴油机生产厂家展开了合作，例如玉柴、常柴等，为其提供相应的技术支持。随着计算智能发展的速度越来越快，在柴油机可靠性计算和分析过程中，神经网络、支持向量机以及模糊集等诸多先进性水平比较高的方法得到了极为普遍的应用。 要想让采油机的可靠性处于比较高的水平之上，那么在设计过程中就必须围绕可靠性的相关原则来进行分析、计算以及设计。制造商必须有一个完整的质量保证体系来保证产品的制