您可以捐助,支持我们的公益事业。

1元 10元 50元





认证码:  验证码,看不清楚?请点击刷新验证码 必填



  求知 文章 文库 Lib 视频 iPerson 课程 认证 咨询 工具 讲座 Modeler   Code  
会员   
   
 
     
   
 订阅
  捐助
MBSE的扩展应用之可靠性分析(Model-Based FMEA)
 
作者:数字化从业笔记团队
760 次浏览     评价:  
 2019-11-11
 
编辑推荐:
本文将结合案例说明当前Model-Based FMEA的一种实现方式(基于SysML扩展),以及其与传统FMEA分析方式的差异等,希望对您有所帮助
本文来源于微信号数字化从业笔记,由火龙果软件Delores编辑,推荐

今天,数字化设计相对传统基于文档/文本设计的优势已在各行各业形成共识。 MBSE (Model Based Systems Engineering),作为一种新的数字化手段,实现了系统工程中前期方案设计环节的数字化,补齐了系统研发环节最后一块大的短板。更由于其在系统研发环节中所处的特殊位置,MBSE将注定带来比其他数字化工具更广泛和深刻的影响。

FMEA (Failure Mode and Effects Analysis),作为与系统设计并行、共生的研发环节,必然将会从系统设计的数字化中受益,也必然会向着数字化设计的方向发展 – 从传统的Text-Based FMEA转变为Model-Based FMEA。

1. FMEA概述

FMEA作为一种自下而上对系统的失效模式和潜在影响分析的方法,是系统安全、可靠性分析的重要内容,广泛应用于航空、航天、汽车等行业,属于产品研发过程中不可或缺的环节。

发展历史

FMEA分析方法最初应用在NASA Apollo等航天项目中,复杂的系统设计催生了FMEA在航天的最早应用,以保证航天系统的可靠性,人类在月球的第一个脚印背后有着FMEA这种分析手段的支撑。

随后,FMEA方法被引入到对系统安全、可靠性要求同样严格的民航业,并形成了自己的可靠性分析标准–SAE J1739,该标准涵盖设计(Design FMEA)和制造(Process FMEA)两部分,是航空产品安全性评估流程(ARP4761)的重要组成部分。

汽车行业对FMEA的引入始于1970s年代的福特Ford。1993年,AIAG(Automotive Industry Action Group)发布了汽车行业的FMEA规范- PotentialFailure Mode and Effects Analysis(FMEA) Reference Manual,随后多次更新,至今已到第4版,该规范目前作为Chrysler LLC, Ford Motor Company, General Motors Corporation等车企及其供应商进行FMEA分析的指导手册。

IEC-International ElectrotechnicalCommission从1985年开始发布FMEA国际标准–IEC 60812,并在2006、2018年更新第2、3版。

当前,FMEA的应用已不仅仅局限于航空航天、汽车行业,越来越多涉及安全、可靠性的行业,如半导体、医疗、软件等,在不断扩展FMEA的应用。

内容和分析流程

FMEA分析的内容包含但不限于如下信息:

FMEA分析的范围的确认,需要的信息包含:

系统功能模型

系统边界图

Parameter (P) diagrams

界面接口图

...

Item – 分析对象,可以是系统、子系统、功能单元、零部件等

Potential Failure Modes - 分析对象的失效模式

Potential Causes – 可能引起失效的原因

Potential Effects - 失效可能带来的影响,一般包含局部影响和对系统的最终影响

Occurrence – 失效发生的频率

Severity – 失效严重程度评估

Prevention Controls – 预防失效发生的措施

Detection Controls – 失效的探测措施

Recommended Action – 推荐措施

相关责任人

预计完成日期

以福特Ford汽车公司Design FMEA为例,其FMEA分析涵盖内容如下:

Potential Failure Mode andEffect Analysis (FMEA) Reference Manual-4th Ed

关于FMEA分析流程,IEC 60812标准中提供了参考,如下图:

2. MBSE与FMEA的结合: OMG Safety & Reliability Profile

由于FMEA分析与系统设计过程并行且高度耦合,MBSE与FMEA的结合变成了自然而然的事情。

基于这一想法,OMG组织于2017年成立专业团队,研究在SysML中实现safety and reliability分析的功能,以便形成标准的落地方案。

RFP (Request for Proposals)中提出的需求包含:

能够对安全性信息进行建模,如风险Hazard及其危害Harms等

能够对可靠性分析进行建模,包含FaultTree Analysis (FTA) and Failure Mode and Effects Analysis (FMEA)

截至当前,已经发布的OMG Safety & Reliability Profile框架如下,基于国际标准IEC 60812的FMEA已经包含在该框架内。

借助Stereotype扩展的方式,OMG Safety & Reliability Profile中提供了FMEA分析所需的元素和关联关系,用于支撑FMEA的模型化表达,包含失效模式、失效原因、控制措施、探测措施、局部失效影响、最终失效影响等,如下图所示:

有了这套标准Profile的支撑,可靠性分析可以实现与系统设计工作在同一个平台下、用同一个语言、同一套标准进行。

3. Model-Based FMEA案例

FMEA分析对象为系统模型,基于SysML的图形化模型数据可直接作为可靠性工程师进行FMEA分析的辅助输入。

系统与周边环境交互关系

系统架构

接口界面矩阵

FMEA模型的呈现:

FMEA覆盖率分析:覆盖率矩阵可直观查看当前FMEA分析完成进度、FMEA信息与系统设计信息的追溯关系。

4. 基于模型的FMEA vs 基于文本的FMEA

5. 小结

借助新的数字化设计手段,FMEA实现了与系统设计在同一套工具、同一个语言、同一套标准下进行,这将帮助工程师克服传统基于文本的FMEA分析方式中数据追溯性、一致性、可重用性、可维护性的困难。

另外,有了数字化的FMEA模型,在FMEA数据的统计分析、FMEA表单的自动化生成、周边工具集成等方面也将出现更多的可能性。

   
760 次浏览     评价: 订阅 捐助
 
相关文章

UML概览
UML图解:用例图(Use case diagram )
UML图解:活动图(activity diagram )
UML图解:类图(class diagram )
 
相关文档

UML统一建模语言参考手册
网上商城UML图
UML建模示例:JPetStor
UML序列图编写规范
 
相关课程

UML与面向对象分析设计
UML + 嵌入式系统分析设计
业务建模与业务分析
基于UML和EA进行系统分析设计