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FMEA在加改装工程的解决方案案
- 【导读】
- 加改装工程是目前常用的一种提高装备效能的方法，它具有效费比高、周期短的优点。如何有效地提高加改装工程的研制水平是当前迫切需要解决的一个难题。首先分析了加改装工程方
加改装工程是目前常用的一种提高装备效能的方法，它具有效费比高、周期短的优点。如何有效地提高加改装工程的研制水平是当前迫切需要解决的一个难题。首先分析了加改装工程方案阶段的特点，然后从技术科学的基本任务出发，回答了FMEA技术应用于加改装工程方案阶段的五个基本问题：为何做、谁来做、做什么、何时做和怎么做。最后，总结了FMEA技术应用于加改装工程方案阶段的特点。结合应用实例描述了该方法能达到的效果。
1 引言
加改装工程是在已有产品基础上进行技术改进的工程研制工作，它具有适用面广、周期短、费用低的优点，因而成为世界各国经常采用的产品研制手段。然而在实际应用中，加改装工程研制也面I临一些特有的难题，其中总体设计尤为突出。一方面，加改装工程研制中存在着大量的复杂接口设计，这些接口设计受到系统功能、结构、外形、强度、供电、电磁兼容等多方面因素的限制，设计难度很大；另一方面，加改装工程的系统设计师往往不是原产品的系统设计师，而加改装工程设计却要建立在充分了解原产品的基础之上，这对加改装工程系统设计师提出了很高的要求。随着现代武器装备更新速度的加快和装备复杂程度的提高，上面两个矛盾日趋严重。因此，迅速提高加改装工程研制水平，成为摆在加改装工程系统设计师面前的一道现实性难题。
利用可靠性工程技术是提高系统研制水平的一个有效途径。FMEA技术是可靠性工程技术中分析产品故障因果关系的一种最基本方法，是许多可靠性工作的中心。FMEA的应用研究至今仍为许多专家学者所关注。FMEA工作应与产品的设计同步进行，尤其应在设计的早期阶段就开始进行FMEA，这将有助于及时发现设计中的薄弱环节并为安排改进措搪的先后顺序提供依据。而在系统研制阶段中，方案阶段是非常关键的一步。方案阶段工作的好坏，直接关系到系统研制的质量和成败。
因此，利用FMEA技术提高加改装工程方案阶段的研制水平有非常重要的意义，然而目前尚未发现有这方面的研究文献。本文从加改装工程方案阶段的特点出发，结合FMEA分析方法，利用系统工程的思想，从“如何做、做什么、谁来做、何时做”四个方面探讨了FMEA技术应用于加改装工程方案阶段的方法。
2 加改装工程方案阶段的特点
1)设计工作往往以系统平台(载机、载车、载舰)为中心开展，设计的首要问题是围绕系统平台的接口设计；
2)加装设备的选择与权衡是一项非常重要的设计工作，其中必选设备与可选设备、加装设备与平台上已有的设备之间往往要进行大量的接口分析与设计工作；
3)对有恢复要求的加改装工程，系统研制还要考虑系统的可恢复性以及系统的恢复方案设计；
4)包括系统平台在内的部分设备可利用信息比较齐全，有的甚至已经积累了大量的使用与维护保障资料。
3 FMEA在加改装工程方案设计阶段的应用研究
技术科学(工程科学)的研究，一定要使其成为工程师们能理解、用的上的东西。因此，FMEA在加改装工程方案阶段的应用研究，首先要回答五个最基本问题：Why，Who，What，When＆How(为何做?谁来做?做什么?何时做?怎么做?)。只有回答了这五个问题之后，才能真正把FMEA和加改装工程方案阶段结合起来。如图l所示。
图1 研究要解决的首要问题
第一个问题在引言中已经阐述过了，下面将回答后面四个问题。
FMEA人员(谁来做)
一般来讲，FMEA采用“谁设计、谁分析”的原则，在此基础上，充分吸收生产、管理和使用等各部门有经验的工程技术人员，特别是可靠性工程技术人员参与分析工作。按照系统工程的思想，工程研制要设置一个总体设计部。一般工程研制方案阶段的工作，主要由总体设计部系统设计师们完成，因而FMEA人员多为系统设计师或可靠性总师。由于加改装工程自身的特点，二者有所不同。
FMEA是分析系统(设备)故障模式及影响的工作，系统(设备)的信息越多，分析工作越准确。加改装工程在方案阶段一个重要工作就是确定系统平台和加改装设备，中间常常有个权衡和反复比较的过程。一般情况下系统平台和加(改)装设备已经投入使用一段时间，有一些现成的FMEA结果可以借鉴；同时系统研制的许多底层人员包括设计人员、生产人员、管理人员和使用人员等对这些平台(设备)都非常了解。因此与一般工程研制不同，加改装工程方案阶段的FMEA，应该让许多底层人员参与进来，由系统设计师和这些底层人员共同完成。
应用内容(做什么)
FMEA包括两大部分：系统定义和填写FMEA表格。其中填写FMEA表格是FMEA的具体内容，这方面已有大量文章做了介绍，此处不再赘述。系统定义是填写FMEA表格的准备工作，是从可靠性工程的角度分析系统的功能、工作方式、剖面、任务时间等。系统定义对于系统设计师非常重要，与传统设计方法相比，有检验、补充和完善设计的强大功能。本文重点讨论系统定义。
加改装工程方案阶段的系统定义主要围绕接口设计进行。主要有以下四种：一是结构空间上的匹配，加装设备要能装得上，对于有维修要求的设备，还要便于维修；二是系统平台与加装设备之间的供电匹配，包括电品质和功率两方面；三是所有电子设备与系统平台要满足电磁兼容性要求；四是设备之间的使用限制要求。为了满足上面各种匹配关系，往往要对系统平台或加装设备进行改动，系统定义应详细描述清楚之间的各种关系。
结合上一小节内容，底层人员提供有关设备的FMEA信息，顶层人员根据这些信息，结合系统研制目标，进行顶层的FMEA，并根据F她A结果进行权衡分析，决策系统平台与设备的匹配关系(包括结构空间、电、电磁兼容性和使用)，进而确定哪些设备需要进行专门的改进。总的来讲，系统定义过程是一个深入理解系统功能和机理的过程，是FMEA分析的重要环节。
应用时机(何时做)
加改装工程在方案阶段主要有以下工作内容：
1)平台的选择。一般根据系统研制的指标要求，从现有不同装备中，进行综合权衡论证，从中选取一种最合适的装备作为系统研制的平台。有时随着系统研制指标的确定，平台也随之确定下来。
2)加装设备的选择。除了限定加装设备，一般有多种适用的加装设备供选择，在方案阶段，系统设计师综合考虑系统平台的特点、不同设备的性能以及经费、研制周期等因素，选择系统研制需要配置的加装设备。
3)系统总体方案设计。包括供电设计、电磁兼容设计和总体布局设计。必要时还要进行结构、气动以及强度分析。
底层人员一般先提供原始的硎EA资料，顶层人员收集到这些资料以后，进行系统平台及设备加改装方案的初步设计。一般在初步设计完成之后，系统组成基本明确。这时顶层和底层FMEA人员分别进行功能FMEA和硬件FMEA，一方面可以加深对系统的理解，另一方面，有利于检查所选设备能否满足系统可靠性要求，找到系统薄弱环节，了解系统可靠性关键件，为系统可靠性设计提供依据。分析过程中，顶层人员要和底层人员随时交流有关信息。经过几个反馈过程，确定系统的总体技术方案。如图2所示。
图2 加改装工程方案设计FMEA工作流程图
应用方法(怎么做)
FMEA有两种：硬件法和功能法。硬件法一般采用“自下而上”的分析方法，功能法相反，一般采用“自上面下”的方法。一般的工程研制中，由于方案阶段系统构成尚不明确，系统可利用信息较少，因而多采用功能法。与此相比，加改装工程方案阶段有新的特点：一是整个系统由于还处在方案设计阶段，系统构成也不明确；二是由于在方案阶段，系统平台较早确定下来，甚至部分选装设备也较早确定下来，对这些装备(设备)来讲，可利用信息非常齐全，有的甚至已经积累了大量的使用维护保障信息。由于上面两个特点，加改装工程FMEA分析方法采用硬件法和功能法结合起来更为合适，这样可以最大限度地提高分析结果的准确性和可信性。其中底层FMEA人员多采用硬件法，顶层FMEA人员多采用功能法。
4 特点
1)分析人员既有顶层系统设计师，又有底层设计员和使用、管理人员；
2)分析内容包括系统定义和填写舳A表格，其中系统定义非常关键；
3)应用时机一般在初步设计之后，采用反馈处理机制；
4)分析方法以硬件法和功能法相结合进行。
5 结论
通过某型专用车辆加改装项目的实例应用，证明在加改装工程方案阶段利用FMEA，可以达到以下效果：
1)系统定义更加清晰。系统设计师可以很快对系统功能和机理有较深的理解：
2)利于发现系统薄弱环节，提高系统设计水平，降低研制费用和风险；
3)为确定可靠性关键件私重要件提供依据；
4)为确定可靠性试验和检验的程序、方法提供重要的信息。
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