选择最优失效分析技术：守护设备可靠性的实战指南

从过往失效中学习是理解并预防未来设备故障的最佳路径。实践中，这一学习过程归属于失效分析范畴。

如今可选的失效分析技术众多，各有优劣与适用场景。本文梳理可用技术、实施步骤及如何为您的情境选型。

什么是失效分析？

失效分析是收集和分析失效数据的过程，旨在识别资产故障/损坏的根本原因。该信息可用于改进机器/部件设计、调整维护计划、优化维护流程，最终目标是提升资产可靠性。

失效分析通常在故障发生后进行，是RCA（根因分析）流程的核心环节。但也可用于识别潜在故障诱因，从而选用正确预防手段。

视目的不同，失效分析可由厂房/维护工程师、可靠性工程师、失效分析工程师执行。

维护工程师基于厂房运营知识开展初级失效分析。内部团队缺乏专长时，建议聘请提供失效分析服务的顾问。

可靠性工程师运用多种失效分析技术提升容错能力、确保系统稳健性。

失效分析常见应用场景

主要实施理由如下：

识别根本失效原因

许多机器故障是未及时处理的深层问题的表层表现。有时多因素组合导致意外崩溃。

因故障代价高昂且破坏大，维护团队必须大力预防。除常规维护外，识别并消除根本失效原因是遏制故障的最佳手段。

预防潜在故障

机器/系统包含众多相互关联、相互依赖的组件。这些组件导致系统级故障的概率不等。系统信息与数据可用于分析潜在故障概率。

通过测试和仿真找出薄弱环节并改进——无论是设计调整还是变更运行维护建议。

改进产品设计

如前所述，失效分析可用于改进设备或部件设计。工程师可运用不同技术识别设计潜在问题。

更务实层面，可实施破坏性测试评估拟用于最终产品的组件和材料特性。

这些测试与分析的洞察用于创造或提升产品质量。

确保合规

政府或行业机构施加的法规和标准常要求失效分析。失效分析方法用于确保产品符合要求标准。

责任评估

与故障相关的法律程序要求分析故障原因。保险理赔中同样需要，确保合同条款得到履行。此类情况下失效分析可能是法律强制要求。

自然，失效分析结果也可作为诉讼保护。

实施失效分析的步骤

失效分析技术因具体用例差异大，但实施步骤遵循固定模式。

步骤1：定义问题

清晰简洁的问题陈述是深度分析前提。失效分析要求工程师尽可能明确定义问题。问题陈述应包含：

• 发生的故障
• 需收集的数据
• 拟使用的失效分析技术
• 失效分析的预期目标

步骤2：收集失效数据

必须收集所有相关数据，含定量与定性数据。

定量数据指运营数据、维护数据、设备龄期等。获取渠道：

• 维护记录
• CMMS数据库或其他资产健康/性能监测工具
• 故障排查过程
• 失效调查中的目视检查

定性数据难以量化。通过访谈机器操作员、维护技术员、运营经理等获取。收集所有与故障相关的数据。

步骤3：构建失效时间线

根因引发连锁反应形成我们观测到的表层故障。收集的数据可揭示事件序列。信息充分时，分析团队可绘制失效时间线，作为分析的视觉与思维辅助。

期望时间线能阐明事件间的因果关系。

步骤4：筛选有用数据、剔除噪音

上一步创建的时间线也用于识别有用数据。步骤2收集的定量/定性数据映射至时间线事件。能映射进时间线的数据对最终分析有用。

其余数据可丢弃，因与导致故障的事件无关。避免分析团队浪费精力在无关信息上。

步骤5：实施选定的失效分析技术

下一步执行选定技术（下节详述）。方法选择取决于具体用例、行业、分析工程师经验。

步骤6：复盘结果、测试并应用解决方案

详细研究分析结果。多数情况下失效分析目的是实施补救防止未来故障。测试不同方案，采用最优方案改进系统/机器。

常用失效分析技术

失效分析非精确科学。它是对故障真因的好奇探索，可视为一种技艺。

但失效分析离不开结构。多年工程师开发出多种技术作为框架分析各类故障。

最流行的失效分析技术如下：

5个为什么（5 Whys）

5个为什么是识别事件因果关系的简单方法论。基于对初始问题问"为什么"。第一个答案构成下一个"为什么"的基础。持续追问直到触及根本或完全不可控因素。

推荐阅读： 5 Whys：终极根因分析工具。

鱼骨图/石川图

鱼骨图（即石川图）以鱼骨形式可视化失效分析技术。鱼头代表分析问题，鱼骨代表潜在原因。

整图预设：多因素可导致被调查的故障/事件/效应。广泛用于医疗、航空航天、IT的流程改进。

推荐阅读： 如何用鱼骨工具做根因分析。

失效模式与影响分析（FMEA）

FMEA是预防性失效分析技术。借助历史数据与未来预测预判潜在故障。审视机器潜在失效方式及各失效后果。

失效模式与影响分析是预防性故障分析框架，将系统每个部件置于专家团队审视下，驱动严谨头脑风暴。

广泛应用于可靠性工程、安全工程、质量控制。

推荐阅读： FMEA & FMECA：如何实施失效模式与影响分析。

故障树分析（FTA）

故障树分析运用布尔逻辑关系识别故障根因。建模故障在系统中如何传播。帮助可靠性工程师创建具备适当冗余的明确系统，使组件故障不必然级联为系统级故障。

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FTA广泛用于航空航天、发电、国防。

推荐阅读： 什么是故障树分析及如何实施。

帕累托图

经验法则：任何系统中，80%结果（或故障）源于20%潜在原因。

此即帕累托原则（80-20法则）。因果间的这种倾斜见于多种分布，从人群/国家财富分配到机器故障原因。

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帕累托图是识别导致最多故障的根因的定量工具。广泛用于多根因需处理但资源稀缺的场景。

推荐阅读： 如何用帕累托图做根因分析。

屏障分析

屏障分析是根因分析方法论，确定目标安全的屏障。目标定义为需保护免受故障的组件/机器/系统。

识别可能导致机器故障的各类路径。确定这些路径中充当安全运行屏障的要素。修改它们以消除系统问题。

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屏障分析识别成功运营的阻碍。绕过或消除屏障即可解决。广泛用于IT行业的根因分析技术。

推荐阅读： 根因调查屏障分析样例。

失效分析技术快速对比

下表按内部团队培训耗时、执行耗时、主要优势与局限对比各FA技术。

核心启示

失效分析是多功能工具，用途广泛。可用于调查过往故障、理解失效机理、预测未来失效模式。

不存在"一招鲜吃遍天"的失效分析方案。技术选择取决于分析目标、可用资源、相关数据获取、分析团队认知与偏好。