FMEA软件总体设计

【导读】
3.1 总体概述 3.1.1 系统设计目标 FMEA软件是故障模式影响分析的工具平台，其目的是为了快速、高效地完成大型复杂系统的FMEA分析。该软件不仅可以适用于可靠性分析，也可适用于安全
3.1 总体概述
3.1.1 系统设计目标
    FMEA软件是故障模式影响分析的工具平台，其目的是为了快速、高效地完成大型复杂系统的FMEA分析。该软件不仅可以适用于可靠性分析，也可适用于安全性分析。


3.1.2 系统的功能需求
    功能需求是指软件必须执行的功能，被用来定义系统的行为——即软件在某种输入条件下要给出确定的输出必须做的处理或转换，使用户利用系统能够完成的任务，从而满足业务需求。功能需求通常是软件功能的“硬指标”。FMEA的功能需求是在充分分析现有可靠性行业流行的FMEA分析软件功能的基础上，结合我国可靠性行业FMEA分析人员的实践经验和他们的使用特点，遵循实用、合理、易用的原则而提出的。主要功能需求如下：

    1)能提供灵活简便的数据输入和信息管理。数据输入和信息管理是本软件的重要功能之一，FMEA的数据输入和信息管理功能，应能够安全、科学、便捷地输入和管理各类FMEA信息，其包括项目组成信息、产品基本信息、故障模式信息、FMEA属性信息、用户信息等，从而使FMEA小组成员从大量信息中解脱出来，把主要精力集中在FMEA分析上。

    2)能提供初始和修正RPN的自动计算。根据严重度、频度和探测度的值计算RPN或修改RPN，并以不同的颜色显示高RPN、高严重度和按照RPN大小进行排序，以引起分析人员赋予特别注意，确保通过现存的设计控制或预防／-N正措施降低该风险。

    3)能编辑各类FMEA信息。可以增加、插入、修改、删除、查询各类FMEA信息。

    4)能提供安全的信息保护。通过FMEA工作组权限控制、数据备份与恢复和密码保护功能保证FMEA分析的信息的安全性。

    除此之外，软件还应能自动生成FMEA报告。用户可根据需要设定输出格式，支持打印预览和打印机输出功能，并能生成Word、Excel或HTML文件， 提供报告设计器供用户创建各种风格的报告模板，并内置标准的报告模板供用户选用。


3.2 设计原则
    系统设计原则37ml是软件设计时要考虑的总体原则，它必需满足可靠性行业对使用软件特殊要求、FMEA软件各种应用和未来发展。为此，针对FMEA软件特点，提出下列FMEA的设计原则：

    1)实用性原则
    由于数据输入、信息管理和报告输出是本软件的重要功能，系统设计要从实际需要出发，能够进行灵活的数据处理和报表制作，并具有功能完善、操作友好、简洁明快的界面。

    2)安全性原则
    FMEA分析资料一般属于企业的商业机密，因此保证数据安全非常重要。通过用户名、密码控制操作人员权限，以及数据的备份与恢复，保证敏感信息的安全性，使之不被没有授权的用户浏览、修改，是FMEA软件设计一个重要原则。

    3)标准化原则
    FMEA作为一种通用的可靠性分析技术已经广泛用于航空、航天、兵器、船舶、电子、机械、汽车、家用电器等工业领域，为保证软件的通用性，FMEA软件支持所有的FMEA主流标准，并具有扩展的用户化分析和报表功能，允许根据企业的需要对软件进行配置。

    4)可靠性原则
    系统必须具有高容错能力以及特殊情况处理能力，保证系统运行的高可靠性和数据的完整性。

    5)可扩展性原则
    未来随着FMEA的应用的深入，其功能可能需要调整和扩展。为了满足这个需求，必须采用分层的软件框架结构模型，避免功能的扩展与更改时软件的重构。在模块设计时采用面向对象设计中的开闭原则，即一个模块应该对功能的扩展开放，支持新的行为，对自身的更改封闭，使扩展软件功能的时候不修改和影响已有的功能。 
 
    6)可维护升级原则
    FMEA定性定量分析的技术还在不断发展中，所以在设计时要充分考虑技术的升级不会导致软件的重构。系统运行后，维护工作将是一个长期的工作。因此，本系统设计充分考虑维护工作的需求：设计采用面向对象、模块化的技术，提高软件的复用性、界面一致性、代码重用性，尽量降低维护工作量及困难，提高可维护升级性。


3.3 软件结构
    在符合一般软件的设计规范以及体系结构的基础上，根据FMEA的理论基础及分析过程，参考国内外的FMEA分析软件以及结合我国可靠性行业FMEA分析人员的实践经验和他们的使用特点，并且考虑到大型复杂系统的特点，最终设计了FMEA软件的各功能模块，所确定的系统总体结构如图5所示。 
 
图5 FMEA系统总体结构

    FMEA软件由如下七个主要模块组成：
    1)输入模块：提供灵活简便的数据输入，包括项目组成信息、产品基本信息、故障模式信息、FMEA属性信息、用户信息等。

    2)FMEA分析模块：确定所分析的产品或工艺的功能、故障模式、故障影响，故障原因和控制等。

    3)风险评估模块：提供初始和修正RPN的自动计算。根据严重度、频度和探测度的值计算RPN或修改RPN，并以不同的颜色显示高RPN、高 严重度和按照RPN大小进行排序。

    4)输出模块：自动生成FMEA报告，报告制作方面提供了最大的灵活性，可在Microsoft Word或Excel中创建报告，用户可根据需要设定输出格式，报告可以转换为HTML和PDF格式，支持打印预览和打印机输出功能，提供报告设计器供用户创建各种风格的报告模板，并内置标准的报告模板供用户选用。

    5)数据库管理模块：FMEA分析包括大量的信息，比如项目组成信息、产品基本信息、故障模式信息等。该模块功能是主要采用树型结构管理产品的组成信息和以工作表形式管理FMEA信息。

    6)数据库系统：用于存储支持FMEA分析的基础数据，包括标准库、故障信息库、各类FMEA信息、便于填表使用的各类词库等，是软件运行的基础。

    7)接口模块：使FMEA软件与其它相关可靠性分析软件相互支持，实现与FTA、可靠性预计与分配、寿命评估等软件的综合应用，也可进一步与可靠性仿真、维修性分析等软件连接，提供其所需要的故障数据和可靠性信息，为开发“综合”分析平台奠定基础。


3.4 FMEA分析处理流程
    FMEA软件的主要功能是信息管理功能，即能够安全、科学、便捷地管理各类FMEA信息，使FMEA小组成员从大量信息中解脱出来，把主要精力集中在FMEA分析上，确定某个产品或工艺的潜在故障模式、评定这些故障模式所带来的风险、根据影响的重要程度予以分类并且制定和实施各种改进和补偿措施的设计方法等。根据系统的目的和功能需求，可以确定其分析处理流程如所示。

    分析处理流程主要分为四个部分：系统的输入、FMEA分析、纠正／预防和报告的预览／打印。
    1)在系统的输入部分，主要进行各类FMEA信息的输入和修改，包括项目组成信息、产品基本信息、故障模式信息、FMEA属性信息、用户信息等，并存储数据库里，为以后的分析计算提供依据。

    2)FMEA分析，是确定所分析的产品或工艺的功能、故障模式、故障影响，故障原因和控制等。FMEA分析主要由以下几个步
骤构成： 
    →描述对象／过程
    →确定潜在的失效模式
    →描述失效的影响
    →确定原因
    →风险评估

    其中风险评估又主要由以下几个步骤构成：
    →评估严重度(S)
    →评估频度(O)
    →评估探测度(D)
    →计算RPN值

    3)纠正／预防主要由以下几个步骤构成：
    →描述目前的控制方法
    →建议及采取措施
    →评定措施被采取后的结果
 

    应首先针对高严重度，高RPN值和小组指定的其它项目进行预防，纠正措施的工程评价。任何建议措旌的意图都是要依以下顺序降低其风险级别：严重度，频度的探测度。在工程实践中，不管其RPN值是多大，当严重度是9或10时，必须予以特别注意，以确保现行的设计控制或预防，纠正措施针对了这种风险。
 
    在所有的已确定潜在失效模式的后果可能会给最终用户造成危害的情况下，都应考虑预防／纠正措施，以便通过消除，减弱或控制起因来避免失效模式的产生。在对严重度值为9或l0时的项目给予特别关注之后，小组再考虑其它的失效模式，其意图在于降低严重度，其次频度，再次探测度。
 
    建议措施的主要目的是通过改进设计，降低风险，提高顾客满意度。只有设计更改才能导致严重度的降低。只有通过设计更改消除或控制失效模式的一个或多个起因，机理才能有效地降低频度。增加设计确认／验证措施将仅能导致探测度值的降低。由于增加设计确认验证不是针对失效模式的严重度和频度的，所以，该种工程措旌是不太期望采用的14…。

    4)报告的预览／打印主要是实现在屏幕上或在打印机上输出FMEA报告 。
 
图6 FMEA的分析处理流程 
 
 
3.5详细功能描述 
    FMEA软件的界面设计原则是输入界面简洁明快，操作简单，提示丰富，界定清楚，菜单、快捷按钮及输入表单项可自由定制；输出界面：图表显示设计合理、丰富，可自定义报告模板，有打印预览功能，支持打印机输出，输出顺畅，并内置了大量输入和输出模板，并附带部分故障模式数据库，使得该软件具有良好的适用性。支持所有的FMEA主流标准，具有扩展的用户化分析和报表功能，允许根据需要对软 件进行配置。主要功能和部分界面设计详述如下。 
 
 
3.5.1 FMEA分析
    1)添加功能
    在产品树上，选择树上某个组件，单击鼠标右键，在弹出菜单上选择“添加功能”，执行该操作后，编辑功能属性。 

    2)添加失效
    在FMEA树上，选择功能，单击鼠标右键，在弹出菜单上选择“添加失效”，执行该操作后，编辑失效属性。 

    3)添加影响
    在FMEA树上，选择失效，单击鼠标右键，在弹出菜单上选择“添加影响一，执行该操作后，编辑影响属性。 

    4)添加原因
    在FMEA树上，选择影响，单击鼠标右键，在弹出菜单上选择“添加原因”，执行该操作后，编辑原因属性。 
 

3.5.2 风险评估 
    根据影响的严重度、原因的发生度和探测度的情况，自动计算RPN值或修改RPN值，并再根据RPN值的大小，以不同的颜色显示高RPN、高严重度和按照RPN大小进行排序。


3.5.3 纠正与预防
    在工程评审中，对高严重度、高RPN值和其他被指定的项目，采取纠正措施，在一般情况下，不论RPN大小如何，当严重度为9或l0，必须要赋予特别注意，以确保通过现存的设计控制或预防／纠正措施降低该风险。在FMEA树上，选择原因，单击鼠标右键，在弹出菜单上选择“添加动作”或“添加控制”，执行该操作后，如图所示，编辑动作、控制属性。


3.5.4 智能输出
3.5.4.1 报告输出
    根据用户设定的报告模板，打印输出报告。选择菜单“分析”一“报告输出”菜单项，系统将弹出“报告输出”对话框，界面设计参考图如图7所示： 
 
图7 编辑报告输出参考界面 
 
    “预览”：实现报告的输出预览。“打印”：将报告通过输出设备输出。可以输出到打印机，在预览时，也可以另存为Microsoft Word、Excel文件、Html文件等。 
 

3.5.4.2 图形输出
    选择菜单“分析”-“图形输出”-“RPN图形”菜单项，系统将弹出该项目的危害度图形对话框，界面设计参考图如图8： 
 
图8 报告的图形输出参考界面 
 
    RPN分析示意图包括故障模式RPN，子产品故障模式RPN等，图形显示包括直方图、饼形图、线形图等。最上方是RPN图形的操作工具栏，其操作方法请参考风险矩阵工具条操作方法。 
 

3.6 小结
    本章首先介绍了系统设计的总体目标、系统的功能需求和设计原则，在深入理解所需功能的前提下，紧密结合开发平台的特点，精心设计了软件结构和FMEA分析处理流程。最后介绍了FMEA软件的主要功能，包括工程管理、组件管理、FMEA分析、智能输出等，并且给出了部分软件界面设计示意图。 



  • 2019-08-01 11:00
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