Analýza typů a důsledků poruch. FMEDA Analýza dat o poruchách v terénu

S exponenciálním zákonem rozdělení doby obnovy a doby mezi poruchami se k výpočtu ukazatelů spolehlivosti systémů s obnovou používá matematický aparát Markovových náhodných procesů. V tomto případě je fungování systémů popsáno procesem změny stavů. Systém je znázorněn jako graf nazývaný graf přechodu mezi stavy.

Náhodný proces v jakémkoli fyzickém systému S , je nazýván Markovian, pokud má následující vlastnost : na každou chvíli t 0 pravděpodobnost stavu systému v budoucnosti (t > t 0 ) záleží pouze na aktuálním stavu

(t = t 0 ) a nezávisí na tom, kdy a jak se systém do tohoto stavu dostal (jinými slovy: s pevnou přítomností budoucnost nezávisí na prehistorii procesu - minulosti).

t< t 0

t > t 0

U Markovova procesu závisí „budoucnost“ na „minulosti“ pouze prostřednictvím „přítomnosti“, tj. budoucí průběh procesu závisí pouze na těch minulých událostech, které ovlivnily stav procesu v přítomném okamžiku.

Markovův proces jako proces bez následků neznamená úplnou nezávislost na minulosti, protože se projevuje v přítomnosti.

Při použití metody v obecném případě pro systém S , je nutné mít matematický model jako soubor stavů systému S 1 , S 2 , …, S n , ve kterých může být při poruchách a obnově prvků.

Při sestavování modelu byly zavedeny následující předpoklady:

Poškozené prvky systému (nebo samotný objekt) jsou okamžitě obnoveny (začátek obnovy se shoduje s okamžikem poruchy);

Počet náhrad není nijak omezen;

Pokud všechny toky událostí, které přenášejí systém (objekt) ze stavu do stavu, jsou Poissonovy (nejjednodušší), pak proces náhodného přechodu bude Markovův proces se spojitým časem a diskrétními stavy. S 1 , S 2 , …, S n .

Základní pravidla pro sestavení modelu:

1. Matematický model je znázorněn jako stavový graf, ve kterém

a) kružnice (vrcholy grafuS 1 , S 2 , …, S n ) – možné stavy systému S , vznikající v důsledku poruch prvků;

b) šipky– možné směry přechodů z jednoho stavu S i jinému S j .

Šipky nahoře/dole označují intenzity přechodu.

Příklady grafů:

S0 - pracovní podmínky;

S1 – poruchový stav.

"Smyčka" označuje zpoždění v určitém stavu S0 a S1 relevantní:

Dobrý stav pokračuje;

Stav poruchy pokračuje.

Stavový graf odráží konečný (diskrétní) počet možných stavů systému S 1 , S 2 , …, S n . Každý z vrcholů grafu odpovídá jednomu ze stavů.

2. K popisu náhodného procesu přechodu stavu (selhání / obnovy) se používají stavové pravděpodobnosti

P1(t), P2(t), …, P i (t), …, Pn(t) ,

kde P i (t) je pravděpodobnost nalezení systému v tuto chvíli t proti i-tý stát.

Pochopitelně pro všechny t

(podmínka normalizace, protože jiné stavy, kromě S 1 , S 2 , …, S n Ne).

3. Podle grafu stavů se sestaví soustava obyčejných diferenciálních rovnic prvního řádu (Kolmogorov-Chapmanovy rovnice).

Uvažujme instalační prvek nebo samotnou instalaci bez redundance, která může být ve dvou stavech: S 0 - bezporuchový (funkční),S 1 - poruchový stav (obnovení).

Stanovme si odpovídající pravděpodobnosti stavů prvků R 0 (t): P 1 (t) v libovolném okamžiku t za různých počátečních podmínek. Tento problém vyřešíme za podmínky, jak již bylo uvedeno, že tok poruch je nejjednodušší λ = konst a restaurování μ = konst Zákon rozdělení času mezi selhání a čas obnovy je exponenciální.

Pro jakýkoli časový okamžik, součet pravděpodobností P 0 (t) + P 1 (t) = 1 je pravděpodobnost určité události. Opravme časový okamžik t a najdeme pravděpodobnost P (t + ∆ t) že v okamžiku času t + ∆ t položka se zpracovává. Tato událost je možná při splnění dvou podmínek.

V době t byl prvek ve stavu S 0 a na čas t nedošlo k žádnému selhání. Pravděpodobnost operace prvku je určena pravidlem násobení pravděpodobností nezávislých událostí. Pravděpodobnost, že v tuto chvíli t zboží bylo a stav S 0 , je rovný P 0 (t). Pravděpodobnost, že v čase t neodmítl E -λ∆ t . Až do vyššího řádu malosti můžeme psát

Pravděpodobnost této hypotézy se tedy rovná součinu P 0 (t) (1- λ ∆ t).

2. V daném okamžiku t prvek je ve stavu S 1 (ve stavu zotavení), během doby ∆ t obnova skončila a prvek vstoupil do stavu S 0 . Tato pravděpodobnost je také určena pravidlem násobení pravděpodobností nezávislých událostí. Pravděpodobnost, že v té době t prvek byl ve stavu S 1 , je rovný R 1 (t). Pravděpodobnost, že zotavení skončilo, se určuje prostřednictvím pravděpodobnosti opačné události, tzn.

1 - e -μ∆ t = μ· ∆ t

Pravděpodobnost druhé hypotézy tedy je P 1 (t) ·μ· ∆ t/

Pravděpodobnost provozního stavu systému v určitém okamžiku (t + ∆ t) je určena pravděpodobností součtu nezávislých neslučitelných událostí, když jsou splněny obě hypotézy:

P 0 (t+∆ t)= P 0 (t) (1- λ ∆ t)+ P 1 (t) ·μ ∆ t

Dělení výsledného výrazu o ∆ t a dosažení limitu na ∆ t → 0 , získáme rovnici pro první stav

dP 0 (t)/ dt=- λP 0 (t)+ uP 1 (t)

Provedeme-li podobnou úvahu pro druhý stav prvku - stav porušení (obnovení), můžeme získat druhou stavovou rovnici

dP 1 (t)/ dt=- uP 1 (t)+λ P 0 (t)

Pro popis pravděpodobností stavu prvku byla tedy získána soustava dvou diferenciálních rovnic, jejichž stavový graf je na obr. 2

d P 0 (t)/ dt = - λ P 0 (t)+ uP 1 (t)

dP 1 (t)/ dt = λ P 0 (t) - uP 1 (t)

Pokud existuje orientovaný stavový graf, pak soustava diferenciálních rovnic pro stavové pravděpodobnosti R NA (k = 0, 1, 2,…) lze okamžitě zapsat pomocí následujícího pravidla: na levé straně každé rovnice je derivacedP NA (t)/ dt, a v pravém je tolik součástek, kolik je hran spojených přímo s daným stavem; pokud hrana končí v daném stavu, pak má komponenta znaménko plus, pokud začíná z daného stavu, pak komponenta má znaménko mínus. Každá složka se rovná součinu intenzity toku událostí, které přenášejí prvek nebo systém podél dané hrany do jiného stavu, pravděpodobností stavu, ze kterého hrana začíná.

Systém diferenciálních rovnic lze použít ke stanovení PBR elektrických systémů, faktoru funkce a dostupnosti, pravděpodobnosti opravy (obnovy) několika prvků systému, průměrné doby, po kterou je systém v jakémkoli stavu, poruchy rychlost systému s přihlédnutím k výchozím podmínkám (stavům prvků).

Za počátečních podmínek R 0 (0) = 1; R 1 (0)=0 a (P 0 + P 1 =1), řešení soustavy rovnic popisujících stav jednoho prvku má tvar

P 0 (t) = μ / (λ+ μ )+ λ/(λ+ μ )* E^ -(λ+ μ ) t

Pravděpodobnost poruchového stavu P 1 (t)=1- P 0 (t)= λ/(λ+ μ )- λ/ (λ+ μ )* E^ -(λ+ μ ) t

Pokud byl prvek v počátečním okamžiku ve stavu poruchy (restaurování), tzn. R 0 (0)=0, P 1 (0)=1 , pak

P 0 (t) = μ/ (λ +μ)+ μ/(λ +μ)*e^ -(λ +μ)t

P 1 (t) = λ /(λ +μ)- μ/ (λ +μ)*e^ -(λ +μ)t

Obvykle ve výpočtech ukazatelů spolehlivosti za dostatečně dlouhé časové intervaly (t ≥ (7-8) t proti ) bez velké chyby lze pravděpodobnosti stavů určit zjištěnými průměrnými pravděpodobnostmi -

R 0 (∞) = K G = P 0 a

R 1 (∞) = NA P =P 1 .

Pro ustálený stav (t→∞) P i (t) = P i = konst je sestaven systém algebraických rovnic s nulovou levou stranou, protože v tomto případě dP i (t)/dt = 0. Pak má systém algebraických rovnic tvar:

Protože Kg existuje pravděpodobnost, že systém bude v tuto chvíli funkční t při t se pak z výsledné soustavy rovnic určí P 0 = kg., tj. pravděpodobnost provozu prvku se rovná faktoru stacionární dostupnosti a pravděpodobnost selhání se rovná faktoru vynuceného odstávky:

limP 0 (t) = kg =μ /(λ+ μ ) = T/(T+ t proti )

limP 1 (t) = Кп = λ /(λ+μ ) = t proti /(T+ t proti )

tj. bylo dosaženo stejného výsledku jako při analýze mezních stavů pomocí diferenciálních rovnic.

Metodu diferenciálních rovnic lze použít k výpočtu ukazatelů spolehlivosti a neobnovitelných objektů (systémů).

V tomto případě jsou nefunkční stavy systému "pohlcující" a intenzity μ výstupy z těchto stavů jsou vyloučeny.

U neobnovitelného objektu vypadá stavový graf takto:

Systém diferenciálních rovnic:

Za počátečních podmínek: P 0 (0) = 1; P 1 (0) = 0 pomocí Laplaceovy transformace pravděpodobnosti, že bude v pracovním stavu, tj. FBG na provozní dobu t bude .

Metodika FMEA, příklady

FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) je analýza způsobů a účinků poruch. Analýza poruchových režimů, původně vyvinutá a publikovaná americkým vojensko-průmyslovým komplexem (ve formě MIL-STD-1629), je dnes tak populární, protože v některých průmyslových odvětvích byly vyvinuty a publikovány specializované standardy FMEA.

Několik příkladů takových norem:

• MIL-STD-1629. Vyvinutý v USA a je předchůdcem všech moderních standardů FMEA.
• SAE-ARP-5580 je upravená MIL-STD-1629, doplněná o knihovnu některých prvků pro automobilový průmysl. Používá se v mnoha průmyslových odvětvích.
• SAE J1739 je standard FMEA popisující analýzu potenciálních poruchových režimů a důsledků při návrhu (DFMEA) a analýzu potenciálních poruchových režimů a důsledků ve výrobních a montážních procesech, PFMEA). Norma pomáhá identifikovat a snižovat riziko tím, že poskytuje relevantní podmínky, požadavky, hodnotící tabulky a pracovní listy. Tento dokument standardně obsahuje požadavky a pokyny, které uživatele provedou implementací FMEA.
• AIAG FMEA-3 je specializovaný standard používaný v automobilovém průmyslu.
• Interní standardy FMEA velkých výrobců automobilů.
• Historicky vyvinuté v mnoha společnostech a průmyslových odvětvích, postupy podobné analýze způsobů selhání a účinků. Možná jsou to dnes „standardy“ FMEA s nejširším záběrem.

Všechny standardy analýzy režimů poruch a účinků (ať již publikované nebo vytvořené historicky) jsou si obecně velmi podobné. Následující obecný popis poskytuje obecnou představu o FMEA jako metodologii. Záměrně není příliš hluboký a pokrývá většinu současných přístupů FMEA.

Nejprve musí být jasně definovány hranice analyzovaného systému. Systémem může být technické zařízení, proces nebo cokoli jiného, ​​co je předmětem analýzy FME.

Dále jsou identifikovány typy možných poruch, jejich důsledky a možné příčiny. V závislosti na velikosti, povaze a složitosti systému lze určení možných poruchových režimů provést pro celý systém jako celek nebo pro každý z jeho subsystémů jednotlivě. V druhém případě se důsledky poruch na úrovni subsystému projeví jako režimy poruch na úrovni výše. Identifikace poruchových režimů a účinků by měla být prováděna způsobem zdola nahoru, dokud není dosaženo nejvyšší úrovně systému. Pro charakterizaci typů a následků poruch definovaných na nejvyšší úrovni systému se používají parametry jako intenzita, kritičnost poruch, pravděpodobnost výskytu atd. Tyto parametry lze buď vypočítat „zdola nahoru“ z nižších úrovní systému, nebo je lze explicitně nastavit na jeho horní úrovni. Tyto parametry mohou být jak kvantitativní, tak kvalitativní. Výsledkem je, že pro každý prvek systému nejvyšší úrovně je vypočítána jeho vlastní jedinečná míra, vypočítaná z těchto parametrů podle odpovídajícího algoritmu. Ve většině případů se toto opatření označuje jako „poměr priority rizika“, „kritičnost“, „úroveň rizika“ nebo podobně. Způsoby, jakými se taková míra používá a jak se počítá, mohou být v každém případě jedinečné a jsou dobrým výchozím bodem pro různé moderní přístupy k provádění analýzy módů a účinků selhání (FMEA).

Příklad aplikace FMEA ve vojensko-průmyslovém komplexu

Účelem parametru „Kriticita“ je prokázat, že požadavky na bezpečnost systému jsou plně splněny (v nejjednodušším případě to znamená, že všechny indikátory kritičnosti jsou pod předem stanovenou úrovní.

Zkratka FMECA znamená Failure Mode, Effects and Criticality Analysis.

Hlavní ukazatele používané pro výpočet hodnoty závažnosti jsou:

• poruchovost (určená výpočtem doby mezi poruchami - MTBF),
• pravděpodobnost poruchy (jako procento ukazatele poruchovosti),
• pracovní čas.

Je tedy zřejmé, že parametr kritičnosti má reálnou přesnou hodnotu pro každý konkrétní systém (nebo jeho komponentu).

Existuje poměrně široká škála dostupných katalogů (knihoven) obsahujících pravděpodobnosti poruch různého typu pro různé elektronické součástky:

• FMD97
• MIL-HDBK-338B
• NPRD3

Deskriptor knihovny pro konkrétní komponentu obecně vypadá takto:

Protože pro výpočet parametru kritičnosti poruch je nutné znát hodnoty indexu poruchovosti, ve vojensko-průmyslovém komplexu se před aplikací metodiky FME[C]A provádí výpočet MTBF, výsledky které používá FSI[C]A. U prvků systému, jejichž index kritičnosti selhání překračuje tolerance stanovené bezpečnostními požadavky, by měla být také provedena vhodná analýza stromu chyb (FTA, analýza stromu chyb). Ve většině případů provádí analýzu poruchových režimů, efektů a kritickosti (FMEA) pro potřeby obranného průmyslu jedna osoba (buď odborník na návrh elektronických obvodů nebo specialista na kontrolu kvality) nebo velmi malá skupina takových odborníků.

FMEA v automobilovém průmyslu

Pro každé číslo priority rizika (RPN) selhání, které překročí předem stanovenou úroveň (často 60 nebo 125), jsou identifikována a implementována nápravná opatření. Zpravidla jsou stanoveni osoby odpovědné za realizaci takových opatření, načasování jejich realizace a způsob následného prokázání účinnosti přijatých nápravných opatření. Po provedení nápravných opatření je hodnota Failure Risk Priority Factor přehodnocena a porovnána se stanovenou limitní hodnotou.

Hlavní ukazatele používané pro výpočet hodnoty Risk Priority Ratio jsou:

• pravděpodobnost selhání
• kritičnost,
• pravděpodobnost detekce poruchy.

Ve většině případů je Risk Priority Ratio odvozeno na základě hodnot výše uvedených tří indikátorů (jejichž bezrozměrné hodnoty se pohybují od 1 do 10), tzn. je vypočítaná hodnota, která se pohybuje v podobných mezích. Avšak v případech, kdy existují skutečné (retrospektivní) přesné hodnoty poruchovosti pro konkrétní systém, lze hranice pro nalezení koeficientu priority rizika mnohokrát rozšířit, například:

Ve většině případů je analýza FMEA v automobilovém průmyslu prováděna interní pracovní skupinou zástupců z různých oddělení (výzkum a vývoj, výroba, servis, kontrola kvality).

Vlastnosti metod analýzy FMEA, FMECA a FMEDA

Metody analýzy spolehlivosti FMEA (Analýza režimů a důsledků poruch), FMECA (Analýza režimů, důsledků a kritickosti poruch) a FMEDA (Analýza režimů poruch, důsledků a diagnostiky), i když mají mnoho společného, ​​obsahují několik pozoruhodných rozdílů.

Zatímco FMEA je metodika, která umožňuje určit scénáře (metody), ve kterých může dojít k selhání produktu (zařízení), zařízení pro havarijní ochranu (ESD), technologického procesu nebo systému (viz IEC 60812 „Analytické techniky spolehlivosti systému – Postup pro poruchový režim a analýza účinků (FMEA)"),

FMECA, kromě FMEA, seřadí identifikované způsoby selhání v pořadí podle jejich důležitosti (kritičnosti) tím, že vypočítá jeden ze dvou indikátorů – číslo priority rizika (Risk Priority Number) nebo kritičnost selhání,

a cílem FMEDA je vypočítat poruchovost (poruchovost) výsledného systému, který lze považovat za zařízení nebo skupinu zařízení plnící složitější funkci. Metodika analýzy poruchových režimů, účinků a diagnostiky FMEDA byla nejprve vyvinuta pro analýzu elektronických zařízení a následně rozšířena na mechanické a elektromechanické systémy.

Obecné pojmy a přístupy FMEA, FMECA a FMEDA

FMEA, FMECA a FMEDA sdílejí stejné základní koncepty komponent, zařízení a jejich uspořádání (interakcí). Bezpečnostní přístrojová funkce (SIF) se skládá z několika zařízení, která musí zajistit provedení nezbytné operace k ochraně stroje, zařízení nebo procesu před následky nebezpečí, poruchy. Příklady zařízení SIS jsou převodník, izolátor, skupina kontaktů atd.

Každé zařízení se skládá z komponent. Snímač se může například skládat z komponent, jako jsou těsnění, šrouby, membrána, elektronické obvody a tak dále.

Sestavu zařízení lze považovat za jedno kombinované zařízení, které implementuje funkci SIS. Například pohon-polohovač-ventil je sestava zařízení, která lze společně považovat za konečný bezpečnostní prvek ESD. Komponenty, zařízení a sestavy mohou být součástí koncového systému pro účely hodnocení FMEA, FMECA nebo FMEDA.

Základní metodiku FMEA, FMECA a FMEDA lze použít před nebo během návrhu, výroby nebo konečné instalace konečného systému. Základní metodika zvažuje a analyzuje způsoby selhání každé součásti, která je součástí každého zařízení, aby bylo možné odhadnout pravděpodobnost selhání všech součástí.

V případech, kdy se pro sestavu provádí analýza FME, by se kromě identifikace režimů a účinků poruch měl vypracovat blokový diagram spolehlivosti (diagram) této sestavy, aby bylo možné posoudit vzájemnou interakci zařízení (viz IEC 61078:2006 „Analýza techniky spolehlivosti – Blokový diagram spolehlivosti a booleovské metody“).

Vstupní data, výsledky a vyhodnocení výsledků implementace FMEA, FMECA, FMEDA schematicky znázorněno na obrázku (vpravo). Zvětšit obrázek.

Obecný přístup definuje následující hlavní kroky analýzy FME:

• definice finálního systému a jeho struktury;
• identifikace možných scénářů provádění analýzy;
• posouzení možných situací kombinací scénářů;
• provádění analýzy FME;
• hodnocení výsledků analýzy FME (včetně FMECA, FMEDA).

Aplikace metodologie FMECA na výsledky analýzy způsobů a účinků poruch (FMEA) umožňuje posoudit rizika spojená s poruchami a metod FMEDA - schopnost posoudit spolehlivost.

Pro každé jednoduché zařízení je vytvořena tabulka FME, která je následně aplikována na každý konkrétní scénář analýzy. Struktura tabulky FME se může lišit pro FMEA, FMECA nebo FMEDA a také v závislosti na povaze konečného analyzovaného systému.

Výsledkem analýzy způsobů a účinků poruch je zpráva obsahující všechny ověřené (v případě potřeby upraveny pracovní skupinou expertů) FME tabulky a závěry / ​​rozsudky / rozhodnutí týkající se výsledného systému. Pokud je cílový systém po provedení analýzy FME upraven, musí se postup FMEA opakovat.

Rozdíly v hodnocení a výsledcích analýz FSI, FMEC a FMED

Ačkoli jsou základní kroky při provádění analýzy FME obecně stejné pro FMEA, FMECA a FMEDA, hodnocení a výsledky se liší.

Výsledky analýzy FMECA zahrnují výsledky FMEA a také pořadí všech způsobů a účinků poruch. Toto hodnocení se používá k identifikaci součástí (nebo zařízení) s vyšším stupněm dopadu na spolehlivost konečného (cílového) systému, charakterizovaného takovými bezpečnostními ukazateli, jako je průměrná pravděpodobnost selhání na vyžádání (PFDavg), průměrná četnost nebezpečných poruch ( PFHavg.), průměrná doba mezi poruchami (MTTF) nebo střední doba do nebezpečné poruchy (MTTFd).

Výsledky FMECA lze použít pro kvalitativní nebo kvantitativní hodnocení a v obou případech by měly být prezentovány s maticí kritickosti koncového systému ukazující v grafické podobě, které komponenty (nebo zařízení) mají větší/menší vliv na spolehlivost konečného (cíle) Systém.

Výsledky FMEA zahrnují výsledky FMEA a konečná data spolehlivosti systému. Mohou být použity k ověření, že systém splňuje cílovou SIL, k certifikaci SIL nebo jako základ pro výpočet cílové SIL zařízení SIS.

FMEDA poskytuje kvantitativní hodnocení ukazatelů spolehlivosti, jako jsou:

• Safe detekovaná poruchovost (míra diagnostikovaných / detekovaných bezpečných poruch) - frekvence (míra) poruch finálního systému, převádějící jeho provozní stav z normálního do bezpečného. Systém ESD nebo operátor je informován, cílový závod nebo zařízení je chráněno;
• Bezpečná nezjištěná poruchovost (míra nediagnostikovaných / nezjištěných bezpečných poruch) - četnost (míra) poruch finálního systému, převádějící jeho provozní stav z normálního do bezpečného. Systém ESD nebo operátor není oznámen, cílový závod nebo zařízení jsou chráněny;
• Nebezpečná zjištěná poruchovost (míra) poruch koncového systému, na které zůstane v normálním stavu, když vznikne potřeba, ale systém nebo obsluha ESD je upozorněna, aby problém odstranil nebo provedl údržbu. Cílový závod nebo zařízení není chráněno, ale problém je identifikován a existuje šance na nápravu problému dříve, než nastane potřeba;
• Nebezpečná nezjištěná poruchovost - Míra (rychlost) poruch koncového systému, při které zůstane v normálním stavu, když vznikne potřeba, ale systém nebo operátor ESD není upozorněn. Cílový závod nebo zařízení není chráněno, problém je skrytý a jediným způsobem, jak problém identifikovat a opravit, je provést kontrolní test (ověření). V případě potřeby může hodnocení FMEDA odhalit, kolik z nediagnostikovaných nebezpečných poruch lze identifikovat pomocí kontrolního testu. Jinými slovy, skóre FMEDA pomáhá zajistit, aby bylo dosaženo účinnosti testu (Et) nebo pokrytí kontrolního testu (PTC) při provádění důkazního testování (validace) koncového systému;
• Poruchovost hlášení (četnost poruchových výstrah) - četnost (četnost) poruch konečného systému, které neovlivní bezpečnost při přechodu jeho provozního stavu z normálního do bezpečného stavu;
• Míra poruch bez vlivu - Míra (míra) jakýchkoli dalších poruch, které nepovedou k přechodu provozního stavu konečného systému z normálního na bezpečný nebo nebezpečný.

KConsult C.I.S. nabízí profesionální služby certifikovaných evropských praktikujících inženýrů pro provádění analýz FMEA, FMECA, FMEDA, jakož i pro implementaci metodiky FMEA do každodenních činností průmyslových podniků.

Při vývoji a výrobě různých zařízení se periodicky vyskytují závady. Jaký je výsledek? Výrobci vznikají značné ztráty spojené s dodatečnými zkouškami, kontrolami a konstrukčními změnami. Nejedná se však o nekontrolovaný proces. Pomocí analýzy FMEA můžete posoudit možné hrozby a zranitelná místa a také analyzovat potenciální závady, které mohou narušovat provoz zařízení.

Poprvé byla tato metoda analýzy použita v USA v roce 1949. Poté se používal výhradně ve vojenském průmyslu při konstrukci nových zbraní. Již v 70. letech se však myšlenky FMEA objevily ve velkých korporacích. Jedním z prvních, kdo tuto technologii zavedl, byl Ford (v té době největší automobilka).

Metodu FMEA analýzy dnes používají téměř všechny strojírenské podniky. Hlavní principy řízení rizik a analýzy příčin selhání jsou popsány v GOST R 51901.12-2007.

Definice a podstata metody

FMEA je zkratka pro Failure Mode and Effect Analysis. Jedná se o technologii pro analýzu typů a následků možných poruch (závady, kvůli kterým objekt ztrácí schopnost plnit své funkce). Proč je tato metoda dobrá? Dává firmě možnost předvídat možné problémy a poruchy ještě dříve.Při analýze výrobce dostává následující informace:

• seznam potenciálních závad a poruch;
• analýza jejich příčin, závažnosti a následků;
• doporučení ke zmírnění rizik v pořadí podle priority;
• celkové posouzení bezpečnosti a spolehlivosti produktů a systému jako celku.

Data získaná jako výsledek analýzy jsou dokumentována. Všechny zjištěné a studované poruchy jsou klasifikovány podle stupně kritičnosti, snadnosti detekce, udržovatelnosti a četnosti výskytu. Hlavním úkolem je identifikovat problémy dříve, než vzniknou a začnou ovlivňovat zákazníky společnosti.

Rozsah analýzy FMEA

Tato metoda výzkumu se aktivně používá téměř ve všech technických oborech, jako jsou:

• výroba automobilů a lodí;
• letecký a kosmický průmysl;
• chemická a ropná rafinace;
• budova;
• výroba průmyslových zařízení a mechanismů.

V posledních letech je tento způsob hodnocení rizik stále více využíván i v nevýrobních oblastech – například v managementu a marketingu.

FMEA lze provádět ve všech fázích životního cyklu produktu. Nejčastěji se však analýza provádí při vývoji a úpravách produktů a také při použití stávajících návrhů v novém prostředí.

Druhy

Pomocí technologie FMEA studují nejen různé mechanismy a zařízení, ale také procesy řízení firmy, výroby a provozu produktů. V každém případě má metoda své vlastní specifické rysy. Předmětem analýzy může být:

• technické systémy;
• návrhy a produkty;
• procesy výroby, montáže, instalace a údržby výrobků.

Při zkoumání mechanismů se zjišťuje riziko nedodržení norem, výskyt poruch v procesu provozu, jakož i poruchy a snížená životnost. To zohledňuje vlastnosti materiálů, geometrii konstrukce, její charakteristiky, rozhraní interakce s jinými systémy.

FMEA analýza procesu umožňuje odhalit nesrovnalosti, které ovlivňují kvalitu a bezpečnost produktů. Zohledňuje se také spokojenost zákazníků a environmentální rizika. Zde mohou nastat problémy na straně člověka (zejména zaměstnanců podniku), výrobní technologie, použitých surovin a zařízení, měřicích systémů a dopadu na životní prostředí.

Výzkum využívá různé přístupy:

• „shora dolů“ (od velkých systémů po malé detaily a prvky);
• „zdola nahoru“ (od jednotlivých produktů a jejich částí až po

Výběr závisí na účelu analýzy. Může být součástí komplexní studie vedle jiných metod nebo sloužit jako samostatný nástroj.

Etapy

Bez ohledu na konkrétní úkoly se FMEA analýza příčin a následků poruch provádí podle univerzálního algoritmu. Zvažme tento proces podrobněji.

Příprava expertní skupiny

Nejprve se musíte rozhodnout, kdo bude studii provádět. Týmová práce je jedním z klíčových principů FMEA. Jen takový formát zajišťuje kvalitu a objektivitu vyšetření a vytváří prostor pro nestandardní nápady. Tým tvoří zpravidla 5-9 lidí. To zahrnuje:

• Projektový manažer;
• procesní inženýr provádějící vývoj technologického procesu;
• konstruktér;
• zástupce výroby nebo;
• člen oddělení zákaznických služeb.

V případě potřeby mohou být do analýzy struktur a procesů zapojeni kvalifikovaní specialisté z externích organizací. Diskuse o možných problémech a způsobech jejich řešení probíhá v sérii schůzek v délce do 1,5 hodiny. Mohou se konat jak v plném rozsahu, tak i částečně (pokud není k řešení aktuálních problémů nutná přítomnost určitých odborníků).

Projektová studie

Pro provedení analýzy FMEA je nutné jasně identifikovat předmět studia a jeho hranice. Pokud mluvíme o technologickém procesu, měli bychom označit počáteční a závěrečné události. U zařízení a konstrukcí je vše jednodušší – můžete je považovat za komplexní systémy nebo se zaměřit na konkrétní mechanismy a prvky. Nesrovnalosti lze uvažovat s přihlédnutím k potřebám spotřebitele, fázi životního cyklu výrobku, geografii použití atd.

V této fázi by měli členové expertní skupiny obdržet podrobný popis objektu, jeho funkcí a principů fungování. Vysvětlení by měla být přístupná a srozumitelná všem členům týmu. Prezentace se obvykle konají na prvním zasedání, odborníci studují pokyny pro výrobu a provoz konstrukcí, plánovací parametry, regulační dokumentaci a výkresy.

#3: Výpis potenciálních závad

Po teoretické části tým přistoupí k vyhodnocení případných neúspěchů. Je sestaven kompletní seznam všech možných nesrovnalostí a závad, které se mohou na zařízení vyskytnout. Mohou být spojeny s rozpadem jednotlivých prvků nebo jejich nesprávným fungováním (nedostatečný výkon, nepřesnost, nízký výkon). Při rozboru procesů je nutné uvádět konkrétní technologické operace, při kterých hrozí chybovost – například neprovedení nebo nesprávné provedení.

Popis příčin a následků

Dalším krokem je hloubková analýza takových situací. Hlavním úkolem je pochopit, co může vést ke vzniku určitých chyb, a také to, jak mohou zjištěné závady ovlivnit zaměstnance, spotřebitele a společnost jako celek.

Tým přezkoumá popisy operací, schválené požadavky na výkon a statistické zprávy, aby určil pravděpodobné příčiny závad. Protokol FMEA může také indikovat rizikové faktory, které může společnost korigovat.

Zároveň tým zvažuje, co lze udělat pro eliminaci možnosti závad, navrhuje způsoby kontroly a optimální frekvenci kontrol.

Odborné posudky

1. S - Závažnost / Význam. Určuje, jak závažné důsledky má tato vada pro spotřebitele. Hodnotí se na 10-ti bodové škále (1 - prakticky žádný účinek, 10 - katastrofální, při které může být výrobce nebo dodavatel trestně postihován).
2. O - Výskyt / Pravděpodobnost. Udává, jak často dochází k určitému porušení a zda se situace může opakovat (1 - velmi nepravděpodobné, 10 - selhání je pozorováno ve více než 10 % případů).
3. D - Detekce / Detekce. Parametr pro hodnocení kontrolních metod: zda pomohou včas odhalit nesrovnalost (1 - téměř zaručeně odhalené, 10 - skrytá vada, kterou nelze odhalit před nástupem následků).

Na základě těchto odhadů je pro každý režim poruchy určeno číslo priority rizika (HRN). Jedná se o zobecněný ukazatel, který vám umožní zjistit, které poruchy a porušení představují největší hrozbu pro společnost a její zákazníky. Vypočteno podle vzorce:

FRR = S × O × D

Čím vyšší je PHR, tím je porušení nebezpečnější a jeho následky jsou destruktivnější. Nejprve je nutné odstranit nebo snížit riziko závad a poruch, u kterých tato hodnota přesahuje 100-125. Od 40 do 100 bodů nabývají narušení s průměrnou úrovní ohrožení a PFR nižší než 40 znamená, že selhání je nevýznamné, vyskytuje se zřídka a lze jej bez problémů odhalit.

Po posouzení odchylek a jejich důsledků stanoví pracovní skupina FMEA prioritní oblasti práce. První prioritou je vypracovat plán nápravných opatření pro úzká místa, prvky a operace s nejvyššími OCR. Chcete-li snížit úroveň ohrožení, musíte ovlivnit jeden nebo více parametrů:

• odstranit původní příčinu poruchy změnou návrhu nebo procesu (hodnocení O);
• zabránit vzniku vady pomocí statistických kontrolních metod (skóre O);
• zmírnit negativní důsledky pro kupující a zákazníky – například snížit cenu vadných výrobků (skóre S);
• zavést nové nástroje pro včasnou detekci závad a následnou opravu (stupeň D).

Aby podnik mohl okamžitě začít s implementací doporučení, tým FMEA současně vypracuje plán jejich implementace s uvedením pořadí a načasování každého typu práce. Stejný dokument obsahuje informace o exekutorech a osobách odpovědných za provádění nápravných opatření, zdrojích financování.

Shrnutí

Poslední fází je příprava zprávy pro jednatele společnosti. Jaké sekce by měla obsahovat?

1. Přehled a podrobné poznámky o průběhu studie.
2. Možné příčiny závad ve výrobě/provozu zařízení a provádění technologických operací.
3. Seznam pravděpodobných důsledků pro zaměstnance a spotřebitele – zvlášť pro každé porušení.
4. Posouzení úrovně rizika (jak nebezpečná jsou možná porušení, která z nich mohou vést k vážným následkům).
5. Seznam doporučení pro údržbu, projektanty a projektanty.
6. Plán a zprávy o nápravných opatřeních na základě výsledků analýzy.
7. Seznam potenciálních hrozeb a následků, které byly změnou projektu eliminovány.

Ke zprávě jsou připojeny všechny tabulky, grafy a grafy, které slouží k vizualizaci informací o hlavních problémech. Dále musí pracovní skupina poskytnout použitá schémata pro hodnocení nekonzistencí z hlediska významnosti, četnosti a pravděpodobnosti odhalení s podrobným rozpisem stupnice (což znamená konkrétní počet bodů).

Jak vyplnit protokol FMEA?

Během studia musí být všechny údaje zaznamenány ve zvláštním dokumentu. Toto je „Protokol analýzy příčin a následků FMEA“. Jde o univerzální tabulku, kam se zadávají veškeré informace o případných závadách. Tato forma je vhodná pro studium jakýchkoli systémů, objektů a procesů v jakémkoli odvětví.

První část je dokončena na základě osobních pozorování členů týmu, studia podnikových statistik, pracovních pokynů a další dokumentace. Hlavním úkolem je pochopit, co může narušit fungování mechanismu nebo provádění jakéhokoli úkolu. Na jednáních musí pracovní skupina posoudit důsledky těchto porušení, odpovědět na to, jak nebezpečná jsou pro pracovníky a spotřebitele a jaká je pravděpodobnost, že bude závada odhalena již ve fázi výroby.

Druhá část protokolu popisuje možnosti prevence a eliminace neshod, seznam činností vyvinutých týmem FMEA. Pro jmenování osob odpovědných za provádění určitých úkolů je k dispozici samostatný sloupec a po provedení úprav návrhu nebo organizace obchodního procesu manažer v protokolu uvede seznam provedených prací. Poslední fází je přehodnocení se zohledněním všech změn. Porovnáním počátečních a konečných ukazatelů můžeme dojít k závěru o účinnosti zvolené strategie.

Pro každý objekt je vytvořen samostatný protokol. Úplně nahoře je název dokumentu – „Analýza typů a důsledků potenciálních vad“. O něco níže je uveden model zařízení nebo název procesu, termíny předchozí a další (dle harmonogramu) kontroly, aktuální datum a také podpisy všech členů pracovní skupiny a jejího vedoucího.

Příklad analýzy FMEA ("Tulinov Instrument-Making Plant")

Podívejme se, jak proces hodnocení potenciálních rizik probíhá na zkušenostech velké ruské průmyslové společnosti. Vedení Tulinovského zařízení na výrobu nástrojů (JSC TVES) svého času čelilo problému kalibrace elektronických vah. Podnik produkoval velké procento chybně fungujících zařízení, které bylo oddělení technické kontroly nuceno zasílat zpět.

Po prostudování posloupnosti kroků a požadavků na postup kalibrace identifikoval tým FMEA čtyři dílčí procesy, které měly největší vliv na kvalitu a přesnost kalibrace.

• přesun a umístění zařízení na stůl;
• kontrola polohy podle úrovně (měřítka musí být 100% vodorovná);
• umístění nákladu na plošiny;
• registrace frekvenčních signálů.

Jaké typy poruch a poruch byly během těchto operací zaznamenány? Pracovní skupina identifikovala hlavní rizika, analyzovala jejich příčiny a možné důsledky. Na základě odborných posudků byly vypočítány ukazatele PFR, které umožnily identifikovat hlavní problémy - chybějící jednoznačnou kontrolu nad výkonem práce a stavem zařízení (lavice, závaží).

Etapa	Scénář selhání	Příčiny	Důsledky	S	Ó	D	HCR
Stěhování a instalace váhy na stojan.	Nebezpečí pádu váhy v důsledku velké hmotnosti konstrukce.	Neexistuje žádná specializovaná doprava.	Poškození nebo porucha zařízení.	8	2	1	16
Kontrola vodorovné polohy pomocí úrovně (zařízení musí stát absolutně vodorovně).	Nesprávná promoce.	Vrchní deska nebyla rovná.		6	3	1	18
		Zaměstnanci nedodržují pracovní pokyny.		6	4	3	72
Uspořádání nákladu na pevných bodech plošiny.	Použití závaží nesprávné velikosti.	Obsluha starých, opotřebovaných závaží.	OTK vrací manželství kvůli metrologickému rozporu.	9	2	3	54
		Nedostatek kontroly nad procesem umístění.		6	7	7	252
	Mechanismus stojanu nebo senzory jsou mimo provoz.	Hřebeny pohyblivého rámu jsou zkosené.	Kvůli neustálému tření se závaží rychle opotřebovávají.	6	2	8	96
		Lano se přetrhlo.	Pozastavení výroby.	10	1	1	10
		Převodový motor selhal.		2	1	1	2
		Není dodržován harmonogram plánovaných kontrol a oprav.		6	1	2	12
Registrace frekvenčních signálů snímače. Programování.	Ztráta dat vložených do paměťového zařízení.	Výpadky proudu.	Musíte překalibrovat.	4	2	3	24

Pro eliminaci rizikových faktorů byla vypracována doporučení pro doškolení zaměstnanců, úpravu pracovní desky a nákup speciálního válečkového kontejneru pro přepravu vah. Koupě zdroje nepřerušitelného napájení vyřešila problém se ztrátou dat. A aby se předešlo budoucím problémům s kalibrací, navrhla pracovní skupina nové harmonogramy údržby a plánované kalibrace závaží – kontroly se začaly provádět častěji, díky čemuž lze poškození a poruchy odhalit mnohem dříve.

Zkoušky úplnosti technologických postupů.

Strukturální testování pro dokončení.

Tyto testy se provádějí na prvních prototypech produktu. Jejich účelem je ukázat, že konstrukce výrobku splňuje požadavky na spolehlivost.

Nezáleží na tom, jak byl prototyp postaven a jaké úsilí bylo vynaloženo na jeho ladění. Není-li dosaženo požadované úrovně spolehlivosti produktu, je nutné návrh zlepšit. Testování pokračuje, dokud produkt nesplní všechny stanovené požadavky.

Během těchto testů jsou zaznamenávány poruchy během počátečního období provozu výrobku. S těmito údaji je dosaženo plné konzistence mezi návrhem produktu a procesy požadovanými pro jeho výrobu a určuje množství zkoušek nezbytného k dosažení požadované spolehlivosti dodávky produktu spotřebitelům.

Testy se provádějí také na prvních vzorcích výrobků. Tyto vzorky I fungují pro dané období (doba záběhu). Charakteristiky jejich práce jsou pečlivě sledovány, měří se klesající poruchovost. Po době záběhu se shromažďují údaje o zkušenostech za účelem měření a ověřování výkonu produktu a jeho porovnání s výsledky. tatami, získané při testování úplnosti produktu I Pozorování provedená při těchto testech umožňují nastavit hodnotu doby záběhu produktu.

Zkoušky trvanlivosti. Při těchto zkouškách se zaznamenají poruchy opotřebení prvků výrobku a vytvoří se jejich rozložení. Získaná data slouží k eliminaci. příčiny těch poruch, jejichž výskyt vede k nepřijatelnému snížení předpokládané životnosti výrobku. Testy trvanlivosti se provádějí na řadě vzorků tohoto produktu. Při těchto zkouškách je nutné určit hranici přechodu z konstantní na rostoucí poruchovost a sestrojit rozdělení pro každý pozorovaný poruchový režim.

Jedním z účinných prostředků zlepšování kvality technických objektů je analýza typů a důsledků potenciálních poruch (Potential Failure Mode and Effects Analysis - FMEA). Analýza se provádí ve fázi návrhu konstrukce nebo technologického procesu (odpovídajícími fázemi životního cyklu výrobku jsou vývoj a příprava na výrobu), jakož i při finalizaci a zdokonalování výrobků již zařazených do výroby. Tuto analýzu je vhodné rozdělit do dvou fází: samostatnou analýzu ve fázi vývoje návrhu a ve fázi vývoje technologického procesu.

Norma (GOST R 51814.2-2001. Systémy jakosti v automobilovém průmyslu. Metoda pro analýzu typů a důsledků potenciálních vad) také počítá s možností využití metody FMEA při vývoji a analýze dalších procesů, např. , služby a marketingové procesy.

Hlavní cíle analýzy typů a důsledků potenciálních poruch:

Identifikace kritických poruch spojených s ohrožením lidského života a životního prostředí a vypracování opatření
snížit pravděpodobnost jejich výskytu a závažnost možných následků;

Identifikace a odstranění příčin případných poruch výrobku pro zlepšení jeho spolehlivosti.

Během analýzy se řeší následující úkoly:

Identifikace možných poruch objektu (produktu nebo procesu) a jeho prvků (bere to v úvahu zkušenosti z výroby a provozu podobných objektů),

Studium příčin poruch, kvantifikování frekvence jejich výskytu,

Klasifikace poruch podle závažnosti následků a kvantitativní posouzení závažnosti těchto následků,

Vyhodnocení dostatečnosti monitorovacích a diagnostických nástrojů Vyhodnocení možnosti detekce poruchy, možnosti prevence poruchy při praktickém použití těchto nástrojů, Vyhodnocení dostatečnosti monitorovacích a diagnostických nástrojů Vyhodnocení možnosti odhalení poruchy, možnosti prevence poruchy při praktickém použití těchto nástrojů

Vypracování návrhů na změnu konstrukce a výrobní technologie za účelem snížení pravděpodobnosti poruch a jejich kritičnosti,

Vypracování pravidel pro chování personálu v případě kritických poruch,

analýza možných personálních chyb.

Pro provedení analýzy je vytvořena skupina specialistů, kteří mají praktické zkušenosti a vysokou odbornou úroveň v oblasti projektování obdobných objektů, kteří znají procesy výroby součástí a montáže objektu, „technologie pro sledování a diagnostiku stavu objekt, metody“ údržby a oprav. Používá se metoda brainstormingu. Zároveň je ve fázi kvalitativní analýzy vypracován strukturní diagram objektu: objekt je považován za systém skládající se ze subsystémů různých úrovní, které se zase skládají z jednotlivých prvků.

Možné typy poruch a jejich důsledky jsou rozebrány zdola nahoru, tzn. od prvků k subsystémům a poté k objektu jako celku. Analýza bere v úvahu, že každá porucha může mít několik příčin a několik různých důsledků.

Kritičnost poruchy je ve fázi kvantitativní analýzy posuzována odborně, bodově, s přihlédnutím k pravděpodobnosti jejího vzniku, pravděpodobnosti jejího odhalení a posouzení závažnosti možných následků. Riziko selhání (číslo prioritního rizika) lze zjistit pomocí vzorce: I

kde hodnota O je určena v bodech v závislosti na pravděpodobnosti poruchy, - na pravděpodobnosti detekce (detekce) poruchy,“ závisí na závažnosti následků poruchy.

Nalezená hodnota pro každý prvek pro každou příčinu a pro každý možný následek je porovnána s kritickou hodnotou. Kritická hodnota se nastavuje předem a volí se od 100 do 125. Snižování kritické hodnoty odpovídá vývoji spolehlivějších produktů a procesů.

Pro každou poruchu, u které hodnota R překročí kritickou hodnotu, jsou vypracována opatření k jejímu snížení zlepšením konstrukce a výrobní technologie. Pro novou verzi objektu se kritičnost objektu R přepočítá. V případě potřeby se postup zjemnění znovu opakuje.

Výkonný nástroj pro analýzu dat pro zvýšení spolehlivosti

William Goble pro InTech

Analýza režimů a účinků poruch (FMEA) je speciální technika pro hodnocení spolehlivosti a bezpečnosti systémů vyvinutá v 60. letech. minulého století ve Spojených státech jako součást raketového programu Minuteman. Účelem jeho vývoje bylo odhalit a odstranit technické problémy ve složitých systémech.

Technika je celkem jednoduchá. Způsoby selhání každé součásti konkrétního systému jsou uvedeny ve speciální tabulce a dokumentovány – spolu s očekávanými důsledky. Metoda je systematická, účinná a podrobná, i když se někdy považuje za časově náročnou a opakující se. Důvodem účinnosti metody je to, že je studována každý typ poruchy každý samostatná složka. Následuje příklad tabulky popsané v jednom z původních pokynů pro aplikaci této metody, konkrétně MIL-HNBK-1629.

Sloupec #1 obsahuje název testované součásti, sloupec #2 - identifikační číslo součásti (sériové číslo nebo kód). První dva sloupce by společně měly jednoznačně identifikovat zkoumanou komponentu. Sloupec č. 3 popisuje funkci součásti a sloupec č. 4 popisuje možné způsoby selhání. Pro každý typ poruchy se zpravidla používá jeden řádek. Sloupec č. 5 se používá k zaznamenání důvodu selhání, pokud je to vhodné. Sloupec č. 6 popisuje důsledky každého selhání. Zbývající sloupce se mohou lišit v závislosti na tom, které verze FMEA se používají.

FMEA vám umožňuje najít problémy

Metoda FMEA se v průběhu let stala oblíbenou a stala se důležitou součástí mnoha vývojových procesů, zejména v automobilovém průmyslu. Důvodem bylo, že metoda byla schopna prokázat svou užitečnost a účinnost i přes kritiku. Ať je to jakkoli, právě při aplikaci metody FMEA můžete často slyšet výkřik jako „Ach ne“, když je jasné, že následky selhání té či oné součásti jsou velmi vážné, a co je nejdůležitější , předtím zůstali bez povšimnutí. Pokud je problém dostatečně závažný, zaznamenají se také nápravná opatření. Konstrukce je vylepšena, aby detekovala, vyhnula se nebo zvládla problém.

Aplikace v různých průmyslových odvětvích

V různých průmyslových odvětvích se používá několik variant techniky FMEA. FMEA se používá zejména k identifikaci nebezpečí, která je třeba vzít v úvahu při projektování petrochemických závodů. Tato technika je ve výborné shodě s další známou technikou – Studií nebezpečí a provozuschopnosti (HAZOP). Ve skutečnosti jsou obě techniky téměř stejné a jsou variacemi na seznamy součástí systému v tabulkové formě. Hlavní rozdíl mezi FMEA a HAZOP je ten, že HAZOP používá klíčová slova, která zaměstnancům pomáhají identifikovat abnormality, zatímco FMEA je založena na známých režimech selhání zařízení.

Variantou techniky FMEA používané k analýze řídicích systémů je technika analýzy rizik a provozuschopnosti řízení (CHAZOP). V seznamu jsou uvedeny známé poruchové stavy komponent řídicího systému, jako jsou základní systémy řízení procesů, kombinace ventilů a pohonů nebo různé převodníky, a zaznamenává se důsledky těchto poruch. Kromě toho jsou uvedeny popisy nápravných opatření, pokud selhání vede k vážným problémům.

Příklad FMEA

Tento obrázek schematicky znázorňuje zjednodušený „reaktor“ se systémem nouzového chlazení. Systém se skládá z gravitační vodní nádrže, regulačního ventilu, chladicího pláště kolem reaktoru, spínače s teplotním čidlem a zdroje energie. Při normálním provozu je spínač v aktivní (vodivé) poloze, protože teplota reaktoru je pod nebezpečnou zónou. Elektrický proud protéká ze zdroje ventilem a spínačem a udržuje ventil v uzavřené poloze. Pokud se teplota uvnitř reaktoru příliš zvýší, spínač citlivý na teplotu otevře okruh a otevře se regulační ventil. Chladicí voda proudí ze zásobníku, přes ventil, pak přes chladicí plášť a ven přes odtok pláště. Tento proud vody ochlazuje reaktor a snižuje jeho teplotu.

Líbí se vám tento článek? Dejte nám Like! Děkuju:)

Postup FMEA vyžaduje vytvoření tabulky, která uvádí všechny režimy selhání pro každou ze systémových komponent. Níže uvedená tabulka „reaktoru“ je příkladem použití techniky FMEA, která identifikovala kritické komponenty, které by měly být zkontrolovány z hlediska potřeby nápravných opatření.

Projektant systému - v našem případě jednoduchý reaktor - může zvážit instalaci 2 teplotně citlivých spínačů v sérii. Můžete použít inteligentní převodník vyhovující IEC 61508 s funkcí autodiagnostiky a výstupním signálem. Certifikovaný převodník značně zjednodušuje proces ověřování potřebný k lokalizaci závad. Spolu s jedním odtokem můžete nainstalovat druhý, takže ucpání jednoho z nich nepovede ke kritickému selhání systému. Hladinoměr v nádrži může ukazovat nedostatečnou hladinu vody. Je možné mnoho dalších konstrukčních změn a vylepšení, aby se zabránilo rozbití.

Část II

Vývoj metody FMEA

Metoda FMEA byla v 70. letech rozšířena o semikvantitativní hodnocení (číslo od 1 do 10) závažnosti, frekvence původu a detekce poruch. Do tabulky přidáno 5 sloupců. Tři sloupce obsahovaly hodnocení a čtvrtý - číslo priority rizika (z angličtiny: číslo priority rizika nebo RPN), získané vynásobením tří čísel. Tato rozšířená metoda se nazývá Failure Modes, Effects and Criticality Analysis neboli FMECA. Níže je uveden příklad tabulky s výsledky analýzy FMECA pro "jednoduchý reaktor".

Techniky FMEA se nadále vyvíjejí. Některé z pozdějších variant lze využít nejen pro design, ale i pro technologické postupy. Podobně jako u seznamu komponent se vytvoří seznam kroků procesu. Každý krok je doplněn popisem všech možností špatného průběhu procesu, který odpovídá popisu možných poruch té či oné součásti systému. Ve všech ostatních ohledech jsou tyto variace techniky FMEA vzájemně konzistentní. V literatuře jsou tyto metody někdy označovány jako „design FMEA“ nebo DFMEA a „process FMEA“ nebo PFMEA. „Procesní“ FMEA se úspěšně prokázala jako účinná při odhalování neočekávaných problémů.

Analýza poruch, jejich následky a diagnostika

Neustále se vyvíjející metoda FMEA mimo jiné dala život metodě „Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis“ (FMEDA). Na konci 80. let. vznikla potřeba simulovat automatickou diagnostiku chytrých zařízení. Na trhu bezpečnostních ovladačů byla nová architektura nazvaná „jeden ze dvou“ s diagnostickým přepínačem (1oo2D), která konkuruje tehdy běžné architektuře trojité modulární redundance nazývané „dva ze tří“ (2oo3). Protože bezpečnost a připravenost nové architektury silně závisela na implementaci diagnostiky, stala se kvantifikace diagnostiky důležitým procesem. FMEDA to dělá přidáním dalších sloupců zobrazujících četnost výskytu různých typů poruch a sloupec s pravděpodobností detekce pro každý řádek analýzy.

Stejně jako u FMEA, technika FMEDA uvádí všechny součásti a způsoby poruch a důsledky těchto poruch. Do tabulky jsou přidány sloupce, které uvádějí všechny režimy selhání systému, pravděpodobnost, že diagnostika odhalí konkrétní poruchu, a také kvantitativní odhad pravděpodobnosti výskytu této poruchy. Po dokončení analýzy FMEDA se vypočítá faktor „diagnostického pokrytí“ na základě váženého průměru poruchovosti diagnostického pokrytí všech součástí.

Pokud má být provedena analýza FMEDA, musí být pro každý komponent k dispozici četnost poruch a rozdělení poruch. Proto je vyžadována databáze komponent, jak je vidět na obrázku Proces FMEDA (výše).

Databáze komponent musí brát v úvahu klíčové proměnné, které ovlivňují poruchovost komponent. Mezi proměnné patří faktory prostředí. Naštěstí existují určité standardy, které umožňují charakterizovat prostředí ve zpracovatelském průmyslu, díky čemuž můžete vytvářet vhodné profily. Níže uvedená tabulka ukazuje "Environmentální profily pro procesní průmysl" převzaté z druhého vydání Příručka spolehlivosti elektrických a mechanických součástí,(www.exida.com).

FMEDA Analýza dat o poruchách v terénu

Analýza návrhu může být použita k vytvoření teoretických databází poruch. Přesné informace však lze získat pouze tehdy, pokud jsou četnost selhání součástí a také způsoby selhání založeny na datech shromážděných ze studie skutečného vybavení v terénu. Měl by být prošetřen jakýkoli nevysvětlený rozdíl mezi četností selhání součástí vypočítanou z provozních údajů a četností z FMEDA. Někdy je třeba proces sběru dat v terénu zlepšit. Někdy může být nutné aktualizovat databázi komponent o nové režimy selhání a typy komponent.

Naštěstí některé organizace pro certifikaci funkční bezpečnosti zkoumají data o poruchách zařízení v terénu při vyhodnocování většiny produktů, což z nich činí cenný zdroj dat o skutečných poruchách. Některé projekty také shromažďují data o poruchách v terénu s pomocí koncových zákazníků. Po více než 10 miliardách hodin (!) provozu různých zařízení, které přinesly obrovské množství dat o poruchových stavech a četnosti shromážděných v desítkách studií, je obtížné přeceňovat hodnotu komponentové základny FMEDA, zejména v aspektu funkční bezpečnosti. Výsledná produktová data FMEDA se obvykle používají pro výpočty úrovně ověření integrity bezpečnosti.

Techniku ​​FMEDA lze použít k vyhodnocení účinnosti ověřovacích testů různých bezpečnostních funkcí k určení, zda konkrétní návrh splňuje určitou úroveň integrity bezpečnosti. Jakýkoli konkrétní důkazní test odhalí některá nebo jiná potenciálně nebezpečná selhání – ale ne všechny. FMEDA vám umožňuje určit, které poruchy jsou nebo nejsou identifikovány důkazním testováním. To se provádí přidáním dalšího sloupce, který vyhodnocuje pravděpodobnost detekce každého režimu selhání součásti během kontrolního testování. Při použití této podrobné systematické metody je zřejmé, že některé potenciálně nebezpečné režimy selhání nejsou během ověřovacího testování detekovány.

Zadní strana medaile

Hlavním problémem při použití metody FMEA (nebo některé z jejích variant) je vysoká cena času. Mnoho analytiků si stěžuje na nudný a zdlouhavý proces. Aby se proces analýzy posunul kupředu, je skutečně zapotřebí přísného a soustředěného facilitátora. Vždy je třeba mít na paměti, že řešení problémů není součástí analýzy. Problémy se řeší po dokončení analýzy. Pokud budou tato pravidla dodržována, dojde k poměrně rychlému zlepšení bezpečnosti a spolehlivosti.

Dr. William Goble je hlavním inženýrem a ředitelem skupiny pro certifikaci funkční bezpečnosti v exida, akreditovaném certifikačním orgánu. Více než 40 let zkušeností v oblasti elektroniky, vývoje softwaru a bezpečnostních systémů. Ph.D. v oblasti kvantitativní analýzy spolehlivosti / bezpečnosti automatizačních systémů.