基于FMECA的某型船舶报警系统的故障分析

报告，含系统的功能原理、系统定义、绘制系统功能和可靠性框图、结论与建议和附件等[3]。

2 实例分析

为了更好地说明FMECA的工作步骤以及对产品的重要作用，以下是某船舶报警系统在设计阶段利用FMECA定性分析并明确设计方案中重要组成单元可能存在的潜在隐患的分析过程。

2.1 功能描述

在某型船舶报警系统包括声光报警箱和延伸报警系统两个模块。当有危险情况时，声光报警箱通过声音和各种光向船员发出示警信号；延伸报警系统是为了满足用户对警号响度和警号位置的特殊要求，将主机接警信号通过信号线、无线信号或者网络方式送达需要的位置（如驾驶室、轮机长室、值班员住所、公共场所等），并发出报警信号。报警系统的功能原理图如图1所示，实物电路如图2所示。

2.2 功能框图

根据报警系统功能，可将其分成几个独立的功能单元，如图3所示。

2.3可靠性框图

实际使用中，报警系统完成相关功能，需要各组成部分均工作，各部分之间为串联关系。其任务可靠性框图如图4所示。

2.4FMECA定性分析

根据FMECA定性分析结果，将产品所有潜在的故障模式的严酷度和概率列出，见表1。并用危害性矩阵进行直观的表示，如图5所示。

从表1、图5得知，该报警系统共31个故障模式，其中严酷度为Ⅰ类的有9个、Ⅱ类的有17个、Ⅲ类的有5个，但考虑故障模式发生概率的因素，危害性最大的是故障模式识别号为303（输入信号不能与其他信号隔离）、302（信号输入错误）、701（指示灯开路）和702（指示灯短路），将其定为关键的故障模式。在设计改进时需重点注意。

3 可靠性强化试验

可靠性强化试验（Reliability Enhancement Testing，RET）是对受试产品施加单一或综合的环境应力（应力水平远超过正常使用环境），以快速激发产品潜在缺陷，通过故障原因、失效模式分析和改进结构设计，提高产品可靠性[4]。

可靠性强化试验的目的是尽快激发现场可能存在的隐患和寻找极限应力，健壮产品设计。它采取强化环境条件，激发效率高，能快速地激发出产品的潜在缺陷，消除隐患，加固薄弱环节，提高产品的使用质量和可靠性，加快产品研制和交付的周期[5]。

可靠性强化试验有如下技术特点[6]：

（1）可靠性强化试验不要求模拟环境的真实性，而是强调环境应力的激发效应，从而实现研制阶段产品可靠性的快速增长；

（2）可靠性强化试验是一种加速应力试验，采用步进应力方法，施加的环境应力是变化的，而且是递增的，可以超出规范极限甚至到破坏极限；

（3）可靠性强化试验对产品施加三轴六自由度振动和高温变率；

（4）为了试验的有效性，可靠性强化试验必须在能够代表设计、元器件、材料和生产中所使用的制造工艺都已基本落实的样件上进行，并且应尽早进行，以便进行改进。

结合可靠性强化试验的特点，为了快速地激发系统的潜在缺陷，消除隐患，加固薄弱环节，对此报警系统进行了可靠性强化试验。

在制定可靠性强化试验方案前，需要对试验对象进行环境因素和敏感应力的分析，找出影响产品可靠性的主要因素和对产品可靠性影响较大的敏感应力，并以此为依据制定相应的可靠性强化试验方案[7⁃8]。本文的研究对象所经历的主要环境因素有运输环境、工作环境和自然环境，对产品影响最大的应力因素主要有振动、环境温度等因素。因此本文的可靠性强化试验以温度、振动为主要应力条件来激发系统的潜在缺陷。

本文的具体试验条件依据文献[9⁃11]中提到的有关可靠性强化试验应力剖面的选择原则进行试验。试验结果见表2。

根据上述试验出现的故障，分析其原因，改进结论如下：

密封胶、漆的脱落是因粘贴剂强度低，固化后太脆，可在后续的改进中更换粘贴剂并改进粘贴方式。蜂鸣器在91℃高温时不响，原因为该蜂鸣器的正常工作环境温度为-20～50 ℃，可在后续整改中更换为工作温度更高的EAO蜂鸣器。发光管发光暗淡是由试验温度超过其额定温度导致高温损伤，指示灯故障是由于振动试验过程中震断了发光管管脚，在后续整改设计中应在指示灯与PCB板间加硅胶固定。

4 结 语

本文从报警系统的实际功能出发，对产品设计中各个模块进行了FMECA分析，明确了产品潜在的故障，为设计的改进提供了参考建议。同时在产品进行可靠性强化试验过程中暴露出产品设计中的薄弱环节，也为设计改进提供了切实的意见。事前分析（FMECA）和试验相结合对提高产品可靠性起到了很大的作用。在FMECA报告中将指示灯作为危害性最大的故障模式给以提出，而在实际的可靠性强化试验中系统的指示灯也出现了故障。FMECA给出的危害性分析结论和可靠性强化试验出现的故障现象是吻合的，进一步证明了FMECA工作的科学性和有效性。

参考文献

[1] 孟亚峰，蔡金燕，王格方.基于FMECA的某型雷达系统故障分析[J].军械工程学院学报，2000，12（4）：20⁃23.

[2] 赵廷弟.故障模式及影响分析专家系统[J].北京航空航天大学学报，1999，25（5）：611⁃614.

[3] 唐成.FMECA和FRACAS在无人机动力系统中的应用[D].成都：电子科技大学，2010.

[4] 金刚，李美，陆培永.可靠性强化试验初探[J].仪表技术，2011（8）：59⁃60.

[5] 李劲，时钟.可靠性强化试验在高可靠产品中的应用探讨[J].电子产品可靠性与环境试验，2011（5）：10⁃14.

[6] 龚庆祥.型号可靠性工程手册[M].北京：国防工业出版社，2007.

[7] 赵艳涛.可靠性强化试验在某产品上的应用[J].环境技术，2009（3）：24⁃27.

[8] 蒋培，陈循，张春华，等.可靠性强化试验技术综述[J].强度与环境， 2003（1）：58⁃64.

[9] 陈循，朱文献，陶俊勇.可靠性强化试验应力剖面的研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2003（1）：46⁃50.

[10] 姚军，曹心宽，姜同敏.可靠性强化试验定量评估方法[J].北京航空航天大学学报，2006（1）：117⁃120.

[11] 朱青，王直，李垣江，等.基于LabVIEW与OPC的船舶机舱报警系统设计[J].现代电子技术，2009，32（1）：129⁃131.

作者简介：黄金娥 1975年出生，湖北钟祥人，硕士研究生，现为海军装备研究院工程师。研究方向为质量与可靠性。

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