Analiza tipurilor și consecințelor defecțiunilor. Analiza datelor privind defecțiunile echipamentelor de teren în FMEDA

Cu o lege de distribuție exponențială a timpului de recuperare și a timpului dintre defecțiuni, aparatul matematic al proceselor aleatoare Markov este utilizat pentru a calcula indicatorii de fiabilitate ai sistemelor cu recuperare. În acest caz, funcționarea sistemelor este descrisă de procesul de schimbare a stărilor. Sistemul este reprezentat ca un grafic numit grafic de tranziție de la stare la stare.

Un proces aleatoriu în orice sistem fizic S se numește Markov, dacă are următoarea proprietate : pentru orice moment t 0 probabilitatea unei stări a sistemului în viitor (t> t 0 ) depinde doar de starea din prezent

(t = t 0 ) și nu depinde de când și cum a ajuns sistemul în această stare (altfel: cu un prezent fix, viitorul nu depinde de preistoria procesului - trecutul).

t< t 0

t> t 0

Pentru procesul Markov, „viitorul” depinde de „trecut” doar prin „prezent”, adică cursul viitor al procesului depinde doar de acele evenimente trecute care au influențat starea procesului în momentul prezent.

Procesul Markov, ca proces fără efecte secundare, nu înseamnă independență completă față de trecut, deoarece se manifestă în prezent.

La utilizarea metodei, în cazul general, pentru sistem S , trebuie să ai model matematic ca un set de stări ale sistemului S 1 , S 2 , ..., S n , în care poate fi în caz de defecțiuni și refaceri de elemente.

La compilarea modelului au fost introduse următoarele ipoteze:

Elementele eșuate ale sistemului (sau obiectul însuși) sunt imediat restaurate (începutul recuperării coincide cu momentul defecțiunii);

Nu există restricții privind numărul de restaurări;

Dacă toate fluxurile de evenimente care transferă sistemul (obiectul) de la stare la stare sunt Poisson (cel mai simplu), atunci procesul aleator de tranziții va fi un proces Markov cu timp continuu și stări discrete. S 1 , S 2 , ..., S n .

Reguli de bază pentru elaborarea unui model:

1. Modelul matematic este reprezentat ca un grafic de stare, în care

a) cercuri (vârfurile graficuluiS 1 , S 2 , ..., S n ) - posibile stări ale sistemului S , care rezultă din defecțiuni ale elementelor;

b) săgeți- directii posibile de trecere dintr-o stare S i altcuiva S j .

Deasupra/dedesubtul săgeților indică intensitatea tranzițiilor.

Exemple de grafice:

S0 - conditii de lucru;

S1 - starea de eșec.

„Buclele” denotă întârzieri într-o stare sau alta S0 și S1 relevante:

Stare bună continuă;

Starea de eșec continuă.

Graficul stărilor reflectă un număr finit (discret) de stări posibile ale sistemului S 1 , S 2 , ..., S n . Fiecare dintre vârfurile graficului corespunde uneia dintre stări.

2. Pentru a descrie un proces aleatoriu de tranziție de stare (eșec/recuperare), sunt utilizate probabilitățile de stare

P1 (t), P2 (t), ..., P i (t), ..., Pn (t) ,

Unde P i (t) - probabilitatea de a găsi sistemul în acest moment t v i-m stare.

Evident, pentru orice t

(condiția de normalizare, deoarece alte stări decât S 1 , S 2 , ..., S n Nu).

3. Pe baza graficului de stare, este alcătuit un sistem de ecuații diferențiale obișnuite de ordinul întâi (ecuații Kolmogorov-Chapman).

Luați în considerare un element de instalare sau o instalare neredundantă în sine, care poate fi în două stări: S 0 -fail-safe (eficient),S 1 - starea de eșec (recuperare).

Să determinăm probabilitățile corespunzătoare stărilor elementului R 0 (t): P 1 (t) oricand tîn condiţii iniţiale diferite. Vom rezolva această problemă cu condiția, așa cum sa menționat deja, că fluxul de eșecuri este cel mai simplu λ = const si recuperare μ = const, legea de distribuție a timpului între defecțiuni și timpul de recuperare este exponențială.

Pentru orice moment în timp, suma probabilităților P 0 (t) + P 1 (t) = 1 - probabilitatea unui eveniment de încredere. Fixăm momentul de timp t și găsim probabilitatea P (t + ∆ t) că la momentul de timp t + ∆ t articolul este în lucru. Acest eveniment este posibil atunci când sunt îndeplinite două condiții.

La momentul t, elementul era în stare S 0 si in timp t nu a avut loc nicio defecțiune. Probabilitatea de funcționare a unui element este determinată de regula înmulțirii probabilităților evenimentelor independente. Probabilitatea ca în acest moment t articolul a fost si starea S 0 , este egal cu P 0 (t). Probabilitatea ca în timp t nu a refuzat, egal e -λ∆ t . Cu o precizie de până la o valoare de ordin mai mare a micimii, putem scrie

Prin urmare, probabilitatea acestei ipoteze este egală cu produsul P 0 (t) (1- λ ∆ t).

2. La un moment dat t elementul este în stare S 1 (în stare de refacere), în timpul ∆ t recuperarea sa încheiat și articolul a intrat în stare S 0 ... Această probabilitate este determinată și de regula înmulțirii probabilităților evenimentelor independente. Probabilitatea ca la un moment dat t elementul era în stare S 1 , este egal cu R 1 (t). Probabilitatea ca recuperarea sa se incheie, o definim prin probabilitatea evenimentului opus, i.e.

1 - e -μ∆ t = μ· ∆ t

Prin urmare, probabilitatea celei de-a doua ipoteze este P 1 (t) ·μ· ∆ t/

Probabilitatea stării de funcționare a sistemului la momentul respectiv (t + ∆ t) este determinată de probabilitatea sumei evenimentelor independente incompatibile atunci când ambele ipoteze sunt îndeplinite:

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

Împărțirea expresiei rezultate la ∆ t si luand limita la ∆ t → 0 , obținem ecuația pentru prima stare

dP 0 (t)/ dt=- λP 0 (t)+ μP 1 (t)

Efectuând un raționament similar pentru a doua stare a elementului - starea de eșec (recuperare), se poate obține a doua ecuație de stare

dP 1 (t)/ dt=- μP 1 (t)+λ P 0 (t)

Astfel, pentru a descrie probabilitățile stării elementului, s-a obținut un sistem de două ecuații diferențiale, al cărui grafic de stare este prezentat în Fig.

d P 0 (t)/ dt = - λ P 0 (t)+ μP 1 (t)

dP 1 (t)/ dt = λ P 0 (t) - μP 1 (t)

Dacă există un grafic direcționat al stărilor, atunci sistemul de ecuații diferențiale pentru probabilitățile stărilor R LA (k = 0, 1, 2, ...) poți scrie imediat folosind următoarea regulă: în partea stângă a fiecărei ecuații există o derivatădP LA (t)/ dt, iar în dreapta - atâtea componente câte coaste sunt asociate direct cu această stare; dacă muchia se termină în această stare, atunci componenta are semnul plus; dacă începe din această stare, atunci componenta are semnul minus. Fiecare componentă este egală cu produsul intensității fluxului de evenimente care transferă un element sau sistem de-a lungul unei muchii date către o altă stare, cu probabilitatea stării din care pornește muchia.

Sistemul de ecuații diferențiale poate fi utilizat pentru a determina FBG al sistemelor electrice, funcția și factorul de disponibilitate, probabilitatea de a fi în reparație (restaurare) a mai multor elemente ale sistemului, timpul mediu de rezidență al sistemului în orice stare, rata de defectare a sistemului, ținând cont de condițiile inițiale (stările elementelor).

Cu conditiile initiale R 0 (0) = 1; R 1 (0) = 0 și (P 0 + P 1 =1), soluția sistemului de ecuații care descrie starea unui element are forma

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

Probabilitatea unei stări de defecțiune P 1 (t)=1- P 0 (t)= λ/(λ+ μ )- λ/ (λ+ μ )* e^ -(λ+ μ ) t

Dacă în momentul inițial de timp elementul se afla în starea de defecțiune (recuperare), i.e. R 0 (0) = 0, P 1 (0)=1 , atunci

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

De obicei la calcularea indicatorilor de fiabilitate pentru intervale de timp suficient de lungi (t ≥ (7-8) t v ) fără o eroare mare, probabilitățile stărilor pot fi determinate de probabilitățile medii la starea de echilibru -

R 0 (∞) = K G = P 0 și

R 1 (∞) = LA P = P 1 .

Pentru starea de echilibru (t→∞) P i (t) = P i = const este alcătuit un sistem de ecuații algebrice cu laturile stângi zero, deoarece în acest caz dP i (t) / dt = 0. Atunci sistemul de ecuații algebrice are forma:

pentru că Kg există posibilitatea ca sistemul să fie operațional în acest moment t la t, apoi din sistemul de ecuaţii obţinut se determină P 0 = Kg., adică probabilitatea funcționării elementului este egală cu factorul de disponibilitate staționară, iar probabilitatea de defecțiune este egală cu coeficientul de oprire forțată:

limP 0 (t) = Kg =μ /(λ+ μ ) = T/(T+ t v )

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

adică, rezultatul este același ca și în analiza stărilor limită folosind ecuații diferențiale.

Metoda ecuațiilor diferențiale poate fi utilizată pentru calcularea indicatorilor de fiabilitate și a obiectelor (sisteme) nerecuperabile.

În acest caz, stările inoperabile ale sistemului sunt „absorbante” și intensitățile μ ieșirile din aceste state sunt excluse.

Pentru un obiect nerecuperabil, graficul de stare este:

Sistem de ecuații diferențiale:

Cu conditiile initiale: P 0 (0) = 1; P 1 (0) = 0 , folosind transformata Laplace a probabilității de a fi într-o stare de lucru, adică FBG la timpul de funcționare t va fi .

Metodologia FMEA, exemple

FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) este o analiză a modurilor și consecințelor defecțiunilor. Dezvoltat și publicat inițial de complexul militar-industrial al SUA (sub forma MIL-STD-1629), analiza modului de defecțiune și a efectului este atât de populară astăzi, deoarece unele industrii au dezvoltat și publicat standarde FMEA dedicate.

Câteva exemple de astfel de standarde:

• MIL-STD-1629. Dezvoltat în SUA și este strămoșul tuturor standardelor moderne FMEA.
• SAE-ARP-5580 este o revizuire a MIL-STD-1629 cu o bibliotecă de elemente pentru industria auto. Folosit în multe industrii.
• SAE J1739 este un standard FMEA pentru modul de eroare potențială și analiza efectelor în proiectare (DFMEA) și analiza modului de defecțiune potențială și a efectelor în procese de fabricație și asamblare, PFMEA). Standardul ajută la identificarea și atenuarea riscului prin furnizarea de termeni, cerințe, diagrame de evaluare și foi de lucru adecvate. Ca standard, acest document conține cerințe și recomandări pentru a ghida utilizatorul prin implementarea FMEA.
• AIAG FMEA-3 este un standard specializat utilizat în industria auto.
• Standardele interne FMEA ale marilor producători de automobile.
• Dezvoltate istoric în multe companii și industrii, procedurile sunt similare cu analiza tipurilor și consecințelor defecțiunilor. Poate că astăzi acestea sunt „standardele” FMEA cu cea mai largă acoperire.

Toate standardele pentru analiza modurilor de defecțiune și a consecințelor (publicate sau dezvoltate istoric) sunt în general foarte asemănătoare între ele. Descrierea generală de mai jos oferă o privire de ansamblu asupra FMEA ca metodologie. Nu este în mod intenționat foarte profund și acoperă majoritatea abordărilor FMEA utilizate în prezent.

În primul rând, limitele sistemului analizat trebuie clar definite. Sistemul poate fi un dispozitiv tehnic, un proces sau orice altceva supus analizei FME.

În plus, sunt identificate tipurile de posibile defecțiuni, consecințele acestora și posibilele cauze ale apariției. În funcție de dimensiunea, natura și complexitatea sistemului, determinarea tipurilor de posibile defecțiuni poate fi efectuată pentru întregul sistem în ansamblu sau pentru fiecare dintre subsistemele acestuia în mod individual. În acest din urmă caz, consecințele defecțiunilor la nivelul subsistemului se vor manifesta ca moduri de defecțiune la nivel superior. Identificarea tipurilor și a consecințelor defecțiunilor ar trebui efectuată folosind metoda de jos în sus, până când este atins nivelul superior al sistemului. Pentru a caracteriza tipurile și consecințele defecțiunilor, definite la nivelul superior al sistemului, se folosesc parametri precum intensitatea, criticitatea defecțiunilor, probabilitatea de apariție etc. Acești parametri pot fi fie calculați „de jos în sus” de la nivelurile inferioare ale sistemului, fie setați în mod explicit la nivelul său superior. Acești parametri pot fi atât cantitativi, cât și calitativi. Ca urmare, pentru fiecare element al sistemului de nivel superior, se calculează propria măsură unică, calculată din acești parametri conform algoritmului corespunzător. În cele mai multe cazuri, această măsură este denumită „raportul de prioritate a riscurilor”, „severitatea”, „nivelul de risc” sau ceva similar. Modul în care este utilizată o astfel de măsură și modul în care este calculată poate fi unic în fiecare caz și poate oferi un bun punct de plecare pentru o varietate de abordări moderne ale analizei modului de defecțiune și a efectelor (FMEA).

Un exemplu de aplicare FMEA în complexul militar-industrial

Scopul parametrului „Severitate” este de a demonstra că cerințele de securitate ale sistemului sunt pe deplin îndeplinite (în cel mai simplu caz, aceasta înseamnă că toți indicatorii de criticitate sunt sub un nivel predeterminat.

Abrevierea FMECA înseamnă Failure Mode, Effects and Criticality Analysis.

Principalii indicatori utilizați pentru a calcula valoarea criticității sunt:

• rata de eșec (determinată prin calcularea timpului mediu dintre defecțiuni - MTBF),
• probabilitatea de eșec (ca procent din indicatorul ratei de eșec),
• timpul pentru alergat.

Astfel, este evident că parametrul de criticitate are o valoare reală exactă pentru fiecare sistem specific (sau componenta acestuia).

Există o gamă destul de largă de cataloage (biblioteci) disponibile care conțin probabilitățile diferitelor tipuri de defecțiuni pentru diferite componente electronice:

• FMD 97
• MIL-HDBK-338B
• NPRD3

Un descriptor de bibliotecă pentru o anumită componentă, în general, arată astfel:

Întrucât pentru calcularea parametrului de criticitate al defecțiunii este necesară cunoașterea valorilor indicatorului ratei de eșec, în complexul militar-industrial, înainte de aplicarea metodologiei FME [C] A, se calculează metodologia MTBF, ale cărei rezultate sunt utilizate de FME [C] A. Pentru elementele sistemului, a căror criticitate de defecțiune depășește toleranțele stabilite de cerințele de siguranță, trebuie efectuată și o analiză a arborelui defecțiunilor (FTA) corespunzătoare. În cele mai multe cazuri, analiza modurilor de defecțiune, efectelor și severității (FMEA) pentru nevoile complexului industrial militar este efectuată de un specialist (care este un expert în proiectarea circuitelor electronice sau un specialist în controlul calității acestora) sau un foarte mic. grup de astfel de specialiști.

FMEA în industria auto

Pentru fiecare Număr prioritar de risc (RPN) de defecțiune care depășește un nivel predeterminat (adesea 60 sau 125), sunt identificate și implementate acțiuni corective. De regulă, se stabilesc responsabilii pentru implementarea unor astfel de măsuri, momentul implementării lor și modalitatea de demonstrare ulterioară a eficacității acțiunilor corective întreprinse. După luarea măsurilor corective, valoarea Factorului de Prioritate Risc de Eșec este reevaluată și comparată cu valoarea maximă stabilită.

Principalii indicatori utilizați pentru calcularea valorii ratei de prioritate a riscurilor sunt:

• probabilitatea unui eșec
• criticitate,
• probabilitatea de a detecta o defecțiune.

În cele mai multe cazuri, raportul de prioritate a riscului este derivat pe baza valorilor celor trei indicatori de mai sus (din care valori adimensionale se află în intervalul de la 1 la 10), adică este o valoare calculată care variază în cadrul acelorași limite. Cu toate acestea, în cazurile în care sunt disponibile valori exacte reale (retrospective) ale ratei de eșec pentru un anumit sistem, limitele de găsire a factorului de prioritate de risc pot fi extinse de multe ori, de exemplu:

În cele mai multe cazuri, analiza conform metodologiei FMEA în industria auto este realizată de un grup de lucru intern format din reprezentanți ai diferitelor departamente (C&D, producție, service, control al calității).

Caracteristicile metodelor de analiză FMEA, FMECA și FMEDA

Metodele de analiză a fiabilității FMEA (failure modes and consequences analysis), FMECA (failure modes, consequences and severity analysis) și FMEDA (failure modes, consequences and diagnostics analysis), deși au multe în comun, conțin câteva diferențe notabile.

Întrucât FMEA este o metodologie care vă permite să determinați scenarii (modalități) prin care un produs (echipament), un dispozitiv de protecție în caz de urgență (ESD), un proces tehnologic sau un sistem poate eșua (a se vedea standardul IEC 60812 „Tehnici de analiză pentru fiabilitatea sistemului - Procedură pentru defecțiune analiza modului și efectelor (FMEA) "),

FMECA, pe lângă FMEA, ierarhizează modurile de defecțiune identificate în ordinea importanței (criticității) prin calcularea unuia dintre cei doi indicatori - Numărul priorității riscului sau criticitatea defecțiunii,

iar scopul FMEDA este de a calcula rata de defecțiune a unui sistem final, care poate fi considerat un dispozitiv sau un grup de dispozitive care îndeplinesc o funcție mai complexă. Metodologia FMEDA pentru analiza modurilor, consecințelor și diagnosticării defecțiunilor a fost dezvoltată mai întâi pentru analiza dispozitivelor electronice și, ulterior, extinsă la sistemele mecanice și electromecanice.

Concepte și abordări generale FMEA, FMECA și FMEDA

FMEA, FMECA și FMEDA împărtășesc concepte de bază comune despre componente, dispozitive și aranjarea (interacțiunea) a acestora. Funcția instrumentată de siguranță (SIF) constă din mai multe dispozitive care trebuie să asigure efectuarea operațiunii necesare pentru a proteja o mașină, un echipament sau un proces tehnologic de consecințele unui pericol sau defecțiune. Exemple de dispozitive ESD sunt un convertor, un izolator, un grup de contacte etc.

Fiecare dispozitiv este alcătuit din componente. De exemplu, un transmițător poate fi format din componente precum garnituri, șuruburi, diafragmă, electronice etc.

Un ansamblu de dispozitive poate fi considerat ca un dispozitiv combinat care implementează funcția ESD. De exemplu, un actuator-poziționator-valvă este un ansamblu de dispozitive, care împreună pot fi considerate ca elementul de siguranță final al unui ESD. Componentele, dispozitivele și ansamblurile pot face parte din sistemul final în scopul evaluării FMEA, FMECA sau FMEDA.

Metodologia de bază din spatele FMEA, FMECA și FMEDA poate fi aplicată înainte sau în timpul proiectării, fabricării sau asamblarii finale a sistemului final. Metodologia de bază ia în considerare și analizează modurile de defecțiune ale fiecărei componente care face parte din fiecare dispozitiv pentru a estima șansa de defecțiune a tuturor componentelor.

În cazurile în care analiza FME este efectuată pentru un ansamblu, pe lângă identificarea modurilor și consecințelor defecțiunilor, ar trebui dezvoltată o diagramă bloc (diagrama) a fiabilității acestui ansamblu pentru a evalua interacțiunea dispozitivelor între ele (a se vedea standardul IEC). 61078: 2006 „Tehnici de analiză pentru fiabilitate – Diagrama bloc de fiabilitate și metode booleene“.

Date de intrare, rezultate și evaluarea rezultatelor FMEA, FMECA, FMEDA prezentată schematic în imagine (dreapta). Măriți imaginea.

Abordarea generală definește următorii pași principali pentru analiza FME:

• definirea sistemului final și a structurii acestuia;
• determinarea scenariilor posibile pentru efectuarea analizei;
• evaluarea situațiilor posibile de combinații de scenarii;
• efectuarea analizei FME;
• evaluarea rezultatelor analizei FME (inclusiv FMECA, FMEDA).

Aplicarea metodologiei FMECA la rezultatele analizei modului de defecțiune și efectului (FMEA) oferă o oportunitate de a evalua riscurile asociate cu defecțiunile, iar metodologia FMEDA oferă o oportunitate de a evalua fiabilitatea.

Pentru fiecare dispozitiv simplu, este dezvoltat un tabel FME, care este apoi aplicat fiecărui scenariu de analiză definit. Structura tabelului FME poate varia pentru FMEA, FMECA sau FMEDA și, de asemenea, în funcție de natura sistemului final analizat.

Rezultatul analizei modurilor și consecințelor defecțiunilor este un raport care conține toate tabelele FME verificate (dacă este necesar, ajustate de către grupul de experți) și concluziile/judecățile/deciziile privind sistemul final. Dacă sistemul țintă este modificat după analiza FME, procedura FMEA trebuie repetată.

Diferențele dintre estimări și rezultate ale analizelor FME, FMEC și FMED

Deși pașii de bază pentru efectuarea unei analize FME sunt în general aceiași pentru FMEA, FMECA și FMEDA, scorul și rezultatele sunt diferite.

Rezultatele FMECA includ rezultatele FMEA, precum și clasamentele tuturor modurilor și consecințelor de defecțiune. Acest clasament este utilizat pentru a determina componentele (sau dispozitivele) cu un grad mai mare de influență asupra fiabilității sistemului final (țintă), caracterizat prin indicatori de siguranță precum probabilitatea medie de defecțiune la cerere (PFDavg), rata medie de defecțiuni periculoase. (PFHavg).), Timpul mediu între defecțiuni (MTTF) sau timpul mediu până la defecțiuni periculoase (MTTFd).

Rezultatele FMECA pot fi utilizate pentru evaluare calitativă sau cantitativă, iar în ambele cazuri ele ar trebui să fie reprezentate de matricea de criticitate a sistemului final, arătând într-o formă grafică care componente (sau dispozitive) au un impact mai mare/mai mic asupra fiabilității sistemului. sistem final (țintă).

Rezultatele FMEDA includ rezultatele FMEA și datele de fiabilitate ale sistemului final. Acestea pot fi utilizate pentru a verifica dacă un sistem îndeplinește un nivel SIL țintă, certificare SIL sau ca bază pentru calcularea SIL țintă al unui dispozitiv ESD.

FMEDA oferă estimări cantitative ale indicatorilor de fiabilitate, cum ar fi:

• Safe detected failure rate (rata de eșecuri sigure diagnosticate / detectate) - frecvența (rata) defecțiunilor sistemului final, transferând starea sa de funcționare de la normal la sigur. Sistem PAZ sau operator notificat, țintă sau echipament protejat;
• Rata de eșec sigură nedetectată (rata defecțiunilor sigure nediagnosticate / nedetectabile) - frecvența (rata) defecțiunilor sistemului final, transferând starea sa de funcționare de la normal la sigur. Sistemul sau operatorul ESD nu este notificat, instalația sau echipamentul țintă este protejată;
• Rata de eșec detectată periculoasă - rata (rata) de defecțiune a sistemului final la care acesta va rămâne într-o stare normală atunci când este nevoie, dar sistemul sau operatorul ESD este notificat pentru a corecta problema sau pentru a efectua întreținere. Instalația sau echipamentul țintă nu sunt protejate, dar problema este identificată și există șansa de a remedia problema înainte să apară nevoia;
• Rata de defecțiuni periculoase nedetectate (rata defecțiunilor periculoase nediagnosticate / nedetectabile) - frecvența (rata) defecțiunilor sistemului final, la care acesta va rămâne într-o stare normală atunci când va fi nevoie, dar sistemul sau operatorul ESD nu este notificat . Ținta sau echipamentul nu este protejat, problema este latentă și singura modalitate de a identifica și corecta problema este efectuarea unui test de probă. Dacă este necesar, FMEDA poate identifica cât de multe dintre defecțiunile periculoase nediagnosticate pot fi identificate prin testul de probă. Cu alte cuvinte, scorul FMEDA ajută la furnizarea de indicatori de performanță pentru Proof Test (Et) sau Proof Test Coverage (PTC) atunci când se efectuează testarea probei (validarea) a sistemului țintă;
• Rata de eșec a anunțului - frecvența (intensitatea) defecțiunilor sistemului final, care nu va afecta performanța de siguranță atunci când starea sa de funcționare este transferată de la o stare normală la una sigură;
• Rata de defecțiuni fără efect - Frecvența (rata) oricăror alte defecțiuni care nu vor duce la tranziția stării de funcționare a sistemului final de la normal la sigur sau periculos.

KConsult C.I.S. oferă servicii profesionale ale inginerilor practici europeni atestați în efectuarea analizelor FMEA, FMECA, FMEDA, precum și introducerea metodologiei FMEA în activitățile zilnice ale întreprinderilor industriale.

În timpul dezvoltării și producției diferitelor echipamente, apar periodic defecte. Care este rezultatul? Producătorul suportă pierderi semnificative asociate cu teste suplimentare, verificări și modificări de proiectare. Cu toate acestea, acesta nu este un proces necontrolat. Puteți utiliza FMEA pentru a evalua potențialele amenințări și vulnerabilități și pentru a analiza potențialele defecte care ar putea interfera cu funcționarea echipamentului.

Această metodă de analiză a fost folosită pentru prima dată în Statele Unite în 1949. Apoi a fost folosit exclusiv în industria militară la proiectarea de noi arme. Cu toate acestea, deja în anii 70, ideile FMEA au ajuns în marile corporații. Unul dintre primii care a introdus această tehnologie a fost Ford (la acea vreme – cel mai mare producător de mașini).

În prezent, metoda de analiză FMEA este utilizată de aproape toate întreprinderile de construcție de mașini. Principiile de bază ale managementului riscurilor și analizei cauzelor defecțiunilor sunt descrise în GOST R 51901.12-2007.

Definiția și esența metodei

FMEA înseamnă Failure Mode and Effect Analysis. Aceasta este o tehnologie de analiză a varietăților și a consecințelor posibilelor defecțiuni (defecte din cauza cărora obiectul își pierde capacitatea de a-și îndeplini funcțiile). De ce este bună această metodă? Acesta permite companiei să anticipeze posibile probleme și disfuncționalități în timpul analizei, producătorul primește următoarele informații:

• o listă cu potențiale defecte și defecțiuni;
• analiza cauzelor apariției, severității și consecințelor acestora;
• recomandări pentru reducerea riscurilor în ordinea priorităților;
• evaluarea generală a siguranței și fiabilității produselor și a sistemului în ansamblu.

Datele obţinute în urma analizei sunt documentate. Toate defecțiunile detectate și studiate sunt clasificate în funcție de gradul de criticitate, ușurința de detectare, mentenabilitatea și frecvența de apariție. Sarcina principală este de a identifica problemele înainte ca acestea să apară și să înceapă să afecteze clienții companiei.

Sfera analizei FMEA

Această metodă de cercetare este utilizată activ în aproape toate industriile tehnice, cum ar fi:

• automobile și construcții navale;
• industria aviatică și spațială;
• rafinare chimică și petrol;
• clădire;
• fabricarea de echipamente si mecanisme industriale.

În ultimii ani, această metodă de evaluare a riscurilor a fost din ce în ce mai utilizată în domeniile non-producție – de exemplu, în management și marketing.

FMEA poate fi efectuat în toate etapele ciclului de viață al produsului. Cu toate acestea, cel mai adesea analiza este efectuată în timpul dezvoltării și modificării produselor, precum și atunci când se utilizează modele existente într-un mediu nou.

feluri

Cu ajutorul tehnologiei FMEA, ei studiază nu numai diverse mecanisme și dispozitive, ci și procesele de management al companiei, producția și operarea produselor. În fiecare caz, metoda are propriile caracteristici specifice. Obiectele analizei pot fi:

• sisteme tehnice;
• structuri și produse;
• procesele de producție, asamblare, instalare și service a produselor.

La examinarea mecanismelor, acestea determină riscul de nerespectare a standardelor, defecțiuni în timpul funcționării, precum și defecțiuni și scăderea duratei de viață. Aceasta ia în considerare proprietățile materialelor, geometria structurii, caracteristicile acesteia, interfețele de interacțiune cu alte sisteme.

Analiza FMEA a procesului vă permite să detectați neconformitățile care afectează calitatea și siguranța produselor. Sunt de asemenea luate în considerare satisfacția clienților și riscurile de mediu. Aici pot apărea probleme din partea unei persoane (în special, angajații întreprinderii), tehnologia de producție, materiile prime și echipamentele folosite, sistemele de măsurare, impactul asupra mediului.

Atunci când se efectuează cercetări, sunt utilizate diferite abordări:

• „de sus în jos” (de la sisteme mari la piese și elemente mici);
• „de jos în sus” (de la produse individuale și piesele acestora până la

Alegerea depinde de scopul analizei. Poate face parte dintr-un studiu cuprinzător, pe lângă alte metode, sau poate fi folosit ca instrument de sine stătător.

Etapele

Indiferent de sarcinile specifice, analiza FMEA a cauzelor și consecințelor defecțiunilor este efectuată conform unui algoritm universal. Să aruncăm o privire mai atentă asupra acestui proces.

Pregatirea grupului de experti

În primul rând, trebuie să decideți cine va conduce cercetarea. Munca în echipă este unul dintre principiile cheie ale FMEA. Doar acest format asigură calitatea și obiectivitatea expertizei și, de asemenea, creează spațiu pentru idei non-standard. De regulă, o echipă este formată din 5-9 persoane. Include:

• Manager de proiect;
• inginer de proces care efectuează dezvoltarea unui proces tehnologic;
• inginer de design;
• un reprezentant de producție sau;
• angajat al serviciului pentru clienți.

Dacă este necesar, în analiza structurilor și proceselor pot fi implicați specialiști calificați din organizații externe. Discuția despre posibilele probleme și modalitățile de rezolvare a acestora are loc într-o serie de întâlniri cu o durată de până la 1,5 ore. Acestea pot fi efectuate atât integral, cât și parțial (dacă prezența anumitor experți nu este necesară pentru a rezolva problemele curente).

Studiați proiectul

Pentru a efectua o analiză FMEA, trebuie să identificați clar obiectul de studiu și limitele acestuia. Dacă vorbim de un proces tehnologic, este necesară desemnarea evenimentelor inițiale și finale. Pentru echipamente și structuri, totul este mai simplu - le puteți considera sisteme complexe sau vă puteți concentra pe mecanisme și elemente specifice. Neconcordanțe pot fi luate în considerare ținând cont de nevoile consumatorului, stadiul ciclului de viață al produsului, geografia de utilizare etc.

În această etapă, membrii grupului de experți ar trebui să primească o descriere detaliată a obiectului, funcțiile și principiile de funcționare ale acestuia. Explicațiile ar trebui să fie accesibile și de înțeles pentru toți membrii echipei. De obicei, prezentările au loc la prima sesiune, experții studiază instrucțiuni pentru fabricarea și funcționarea structurilor, parametrii de planificare, documentele de reglementare și desenele.

# 3: Enumerați defecte potențiale

După partea teoretică, echipa procedează la evaluarea posibilelor eșecuri. Este întocmită o listă completă a tuturor inconsecvențelor și defectelor posibile care pot apărea la instalație. Ele pot fi asociate cu defalcarea elementelor individuale sau cu funcționarea lor incorectă (putere insuficientă, inexactitate, productivitate scăzută). La analiza proceselor, este necesară enumerarea operațiunilor tehnologice specifice, în timpul execuției cărora există riscul erorilor - de exemplu, neexecutarea sau executarea incorectă.

Descrierea cauzelor și consecințelor

Următorul pas este o analiză aprofundată a unor astfel de situații. Sarcina principală este de a înțelege ce poate duce la apariția anumitor erori, precum și modul în care defectele detectate pot afecta angajații, consumatorii și compania în ansamblu.

Pentru a determina cauzele probabile ale defectelor, echipa examinează descrierile operațiunilor, cerințele aprobate pentru implementarea acestora și rapoartele statistice. În protocolul de analiză FMEA, puteți specifica și factorii de risc pe care întreprinderea îi poate ajusta.

Totodată, echipa se gândește la ce se poate face pentru a elimina șansa apariției defectelor, propune metode de control și frecvența optimă a inspecțiilor.

Evaluări ale experților

1. S - Severitate / Semnificație. Stabilește cât de grave vor fi consecințele acestui defect pentru consumator. Se evaluează pe o scară de 10 puncte (1 - practic nu afectează, 10 - catastrofal, în care producătorul sau furnizorul poate fi supus pedepsei penale).
2. O - Apariție / Probabilitate. Arată cât de des apare o anumită încălcare și dacă situația se poate repeta (1 - extrem de puțin probabil, 10 - eșecul este observat în mai mult de 10% din cazuri).
3. D - Detectare. Un parametru pentru evaluarea metodelor de control: vor ajuta ele la identificarea în timp util a neconformității (1 - este aproape garantat că va fi detectat, 10 - un defect ascuns care nu poate fi detectat înainte de apariția consecințelor).

Pe baza acestor evaluări se determină numărul prioritar de riscuri (PRN) pentru fiecare tip de defecțiune. Acesta este un indicator generalizat care vă permite să aflați care defecțiuni și încălcări reprezintă cea mai mare amenințare pentru companie și clienții săi. Calculat prin formula:

PChR = S × O × D

Cu cât HRF este mai mare, cu atât mai periculoasă este încălcarea și cu atât mai distructive sunt consecințele acesteia. În primul rând, este necesar să se elimine sau să se reducă riscul de defecte și defecțiuni la care această valoare depășește 100-125. Încălcările cu un nivel mediu de amenințare scor de la 40 la 100 de puncte și un HRP mai mic de 40 indică faptul că eșecul este nesemnificativ, apare rar și poate fi detectat fără probleme.

După evaluarea abaterilor și a consecințelor acestora, grupul de lucru FMEA stabilește domeniile prioritare de lucru. Prima prioritate este stabilirea unui plan de acțiuni corective pentru blocajele - elementele și operațiunile cu cele mai mari rate HFR. Pentru a reduce nivelul de amenințare, trebuie să influențați unul sau mai mulți parametri:

• eliminați cauza inițială a defecțiunii prin schimbarea designului sau a procesului (scor O);
• prevenirea apariției unui defect folosind metode de control statistic (scor O);
• atenuarea consecințelor negative pentru cumpărători și clienți - de exemplu, prețuri mai mici pentru produsele defecte (scor S);
• introducerea de noi instrumente pentru detectarea timpurie a defecțiunilor și repararea ulterioară (gradul D).

Pentru ca întreprinderea să poată începe imediat implementarea recomandărilor, echipa FMEA elaborează simultan un plan de implementare a acestora, indicând succesiunea și calendarul fiecărui tip de lucru. Același document conține informații despre executanții și cei responsabili cu efectuarea măsurilor corective, surse de finanțare.

Rezumând

Etapa finală este pregătirea unui raport pentru directorii companiei. Ce secțiuni ar trebui să conțină?

1. Revizuire și note detaliate despre progresul studiului.
2. Cauze potențiale ale defectelor în producția/exploatarea echipamentelor și efectuarea operațiunilor tehnologice.
3. O listă a consecințelor probabile pentru angajați și consumatori - separat pentru fiecare încălcare.
4. Evaluarea nivelului de risc (cât de periculoase sunt posibilele încălcări, care dintre ele pot duce la consecințe grave).
5. O listă de recomandări pentru întreținere, planificatori și planificatori.
6. Programează și raportează implementarea acțiunilor corective pe baza rezultatelor analizei.
7. O listă de potențiale amenințări și consecințe care au fost eliminate prin schimbarea proiectului.

Toate tabelele, graficele și diagramele sunt atașate raportului, care servesc la vizualizarea informațiilor despre principalele probleme. De asemenea, grupul de lucru ar trebui să furnizeze schemele utilizate pentru evaluarea discrepanțelor în ceea ce privește semnificația, frecvența și probabilitatea detectării cu o decodificare detaliată a scalei (ceea ce înseamnă cutare sau cutare număr de puncte).

Cum se completează protocolul FMEA?

În timpul studiului, toate datele trebuie înregistrate într-un document special. Acesta este Protocolul de analiză a cauzei și efectului FMEA. Este un tabel universal în care sunt introduse toate informațiile despre posibilele defecte. Acest formular este potrivit pentru studiul oricăror sisteme, obiecte și procese din orice industrie.

Prima parte este finalizată pe baza observațiilor personale ale membrilor echipei, a studiului statisticilor companiei, a instrucțiunilor de lucru și a altor documente. Sarcina principală este de a înțelege ce poate interfera cu funcționarea mecanismului sau cu îndeplinirea unei sarcini. La ședințe, grupul de lucru trebuie să evalueze consecințele acestor încălcări, să răspundă cât de periculoase sunt acestea pentru lucrători și consumatori și care este probabilitatea ca un defect să fie descoperit în etapa de producție.

A doua parte a protocolului descrie opțiuni pentru prevenirea și eliminarea inconsecvențelor, o listă de măsuri elaborate de echipa FMEA. O coloană separată este prevăzută pentru numirea responsabililor pentru implementarea anumitor sarcini, iar după efectuarea ajustărilor la proiectarea sau organizarea procesului de afaceri, managerul indică în protocol o listă a lucrărilor efectuate. Etapa finală este re-notarea, luând în considerare toate modificările. Prin compararea indicatorilor inițiali și finali, putem concluziona despre eficacitatea strategiei alese.

Se creează un protocol separat pentru fiecare obiect. În partea de sus se află titlul documentului - „Analiza tipurilor și consecințelor potențialelor defecte”. Modelul echipamentului sau denumirea procesului, datele inspecțiilor anterioare și următoare (conform programului), data curentă, precum și semnăturile tuturor membrilor grupului de lucru și ale conducătorului acestuia sunt indicate mai jos.

Un exemplu de analiză FMEA („Uzina de fabricare a instrumentelor Tulinovskiy”)

Să luăm în considerare modul în care procesul de evaluare a riscurilor potențiale are loc pe baza experienței unei mari companii industriale rusești. La un moment dat, conducerea „Uzinei de fabricare a instrumentelor Tulinovskiy” (JSC „TVES”) s-a confruntat cu problema calibrării cântarelor electronice. Întreprinderea a produs un procent mare de echipamente defectuoase, pe care departamentul de control tehnic a trebuit să le trimită înapoi.

După examinarea secvenței pașilor și cerințelor pentru procedura de calibrare, echipa FMEA a identificat patru subprocese care au afectat cel mai mult calitatea și acuratețea calibrării.

• mutarea și instalarea dispozitivului pe masă;
• verificarea pozitiei pe nivel (sananta trebuie asezata 100% orizontal);
• plasarea sarcinilor pe platforme;
• înregistrarea semnalelor de frecvență.

Ce tipuri de defecțiuni și defecțiuni au fost înregistrate în timpul acestor operațiuni? Grupul de lucru a identificat principalele riscuri, a analizat cauzele și posibilele consecințe ale acestora. Pe baza evaluărilor experților, au fost calculați indicatorii PCHR, care au făcut posibilă determinarea principalelor probleme - lipsa unui control clar asupra efectuării lucrărilor și a stării echipamentelor (stand, greutăți).

Etapă	Scenariul de eșec	Cauze	Consecințe	S	O	D	PChR
Mutarea si montarea cantarelor pe stand.	Risc de scădere a echilibrului din cauza greutății mari a structurii.	Nu exista transport specializat.	Deteriorarea sau defectarea dispozitivului.	8	2	1	16
Verificarea poziției orizontale pe nivel (dispozitivul trebuie să fie absolut la nivel).	Absolvire incorectă.	Blatul mesei standului nu era nivelat.		6	3	1	18
		Angajații nu respectă instrucțiunile de lucru.		6	4	3	72
Aranjarea greutăților la punctele de referință ale platformei.	Folosind greutăți de dimensiune greșită.	Funcționarea greutăților vechi, uzate.	Departamentul de control al calității returnează căsătoria din cauza inconsecvenței metrologice.	9	2	3	54
		Lipsa de control asupra procesului de plasare.		6	7	7	252
	Mecanismul suportului sau senzorii sunt nefuncționale.	Pieptenii cadrului mobile sunt înclinați.	Greutățile se uzează rapid din cauza frecării constante.	6	2	8	96
		Cablul s-a rupt.	Suspendarea producției.	10	1	1	10
		Motoreductorul este defect.		2	1	1	2
		Programul de inspecții și reparații programate nu este respectat.		6	1	2	12
Înregistrarea semnalelor de frecvență ale senzorului. Programare.	Pierderea datelor care au fost introduse în dispozitivul de stocare.	Întreruperile de energie.	Este necesară recalibrarea.	4	2	3	24

Pentru eliminarea factorilor de risc, au fost elaborate recomandări pentru pregătirea suplimentară a angajaților, modificarea suportului de masă și achiziționarea unui container cu role special pentru transportul cântarelor. Achiziționarea unei surse de alimentare neîntreruptibilă a rezolvat problema pierderii datelor. Și pentru a preveni viitoarele probleme de calibrare, grupul de lucru a propus noi programe pentru întreținerea și calibrarea de rutină a greutăților - verificările au început să fie efectuate mai des, datorită cărora daunele și defecțiunile pot fi detectate mult mai devreme.

Teste ale proceselor tehnologice pentru completitudine.

Teste de proiectare pentru completitudine.

Aceste teste sunt efectuate pe primele prototipuri ale produsului. Scopul lor este de a arăta că designul produsului îndeplinește cerințele de fiabilitate.

În acest caz, nu contează în ce fel a fost construit prototipul și ce eforturi au fost făcute pentru depanarea lui. Dacă nivelul necesar de fiabilitate a produsului nu este atins, designul trebuie îmbunătățit. Testarea continuă până când produsul îndeplinește toate cerințele specificate.

În timpul acestor teste se înregistrează defecțiuni în perioada inițială de funcționare a produsului. Aceste date sunt utilizate pentru a obține o coerență completă între procesele de proiectare și fabricație a produsului și pentru a determina cantitatea de teste necesare pentru a obține fiabilitatea necesară atunci când [produsul este livrat clienților.

De asemenea, se efectuează teste pe primele mostre de produse. Aceste eșantioane I funcționează pentru o perioadă dată (perioada de rodare). Performanța lor este monitorizată cu atenție și sunt măsurate ratele de eșec în scădere. După o perioadă de rodaj, sunt colectate date experimentale, permițându-vă să măsurați și să verificați indicatorii fiabilității operaționale a produsului și să îi comparați cu rezultatele | tatami obținut la testarea completității produsului.I Observațiile efectuate în timpul acestor teste vă permit să stabiliți valoarea perioadei de rodare a produsului.

Teste de durabilitate. În timpul acestor încercări se înregistrează defecțiunile de uzură ale elementelor produsului și se construiește distribuția acestora. Datele obținute sunt folosite pentru eliminare. cauzele acelor defecțiuni, a căror apariție duce la o scădere inacceptabilă a duratei de viață așteptate a produsului. Testele de durabilitate sunt efectuate pe o serie de mostre ale acestui produs. În aceste teste, este necesar să se determine granița tranziției de la o rată constantă de eșec la una în creștere și să se construiască o distribuție pentru fiecare mod de defecțiune observat.

Analiza modului și efectelor potențialelor defecțiuni (FMEA) este un mijloc eficient de îmbunătățire a calității obiectelor tehnice. Analiza se realizează în etapa de proiectare a unei structuri sau a unui proces tehnologic (etapele corespunzătoare ale ciclului de viață al produsului - dezvoltarea și pregătirea pentru producție), precum și în timpul perfecționării și îmbunătățirii produselor deja lansate în producție. Este recomandabil să împărțiți această analiză în două etape: o analiză separată în etapa de dezvoltare a designului și în etapa de dezvoltare a procesului tehnologic.

Standardul (GOST R 51814.2-2001. Sisteme de calitate în industria auto. Metodă de analiză a tipurilor și consecințelor potențialelor defecte) prevede, de asemenea, posibilitatea utilizării metodei FMEA în dezvoltarea și analiza altor procese, cum ar fi vânzările, servicii, marketing.

Principalele obiective ale analizei tipurilor și consecințelor potențialelor defecțiuni:

Identificarea defecțiunilor critice asociate cu pericolul pentru viața umană și pentru mediu și elaborarea măsurilor
pentru a reduce probabilitatea apariției lor și severitatea consecințelor posibile;

Identificarea și eliminarea cauzelor oricăror posibile defecțiuni ale produsului pentru a îmbunătăți fiabilitatea acestuia.

În timpul analizei sunt rezolvate următoarele sarcini:

Identificarea posibilelor defecțiuni ale unui obiect (produs sau proces) și ale elementelor acestuia (acest lucru ia în considerare experiența de fabricare și operare a obiectelor similare);

Studierea cauzelor defecțiunilor, cuantificarea frecvenței de apariție a acestora,

Clasificarea defecțiunilor în funcție de gravitatea consecințelor și evaluarea cantitativă a semnificației acestor consecințe;

Evaluarea suficienței instrumentelor de control și diagnosticare, evaluarea posibilității de detectare a unei defecțiuni, a posibilității de prevenire a eșecului în utilizarea practică a acestor mijloace,

Elaborarea de propuneri pentru schimbarea tehnologiei de proiectare și fabricație pentru a reduce probabilitatea defecțiunilor și criticitatea acestora;

Dezvoltarea regulilor de conduită pentru personal în cazul unor defecțiuni critice,

analiza eventualelor erori de personal.

Pentru a efectua analiza, se formează un grup de specialiști cu experiență practică și un nivel profesional înalt în proiectarea obiectelor similare, care cunosc procesele de fabricare a componentelor și asamblarea unui obiect, „tehnologie pentru monitorizarea și diagnosticarea stării unui obiect, metode" de întreţinere şi reparare. Se folosește metoda brainstorming-ului. În același timp, în etapa analizei calitative, se elaborează o diagramă structurală a obiectului: obiectul este considerat ca un sistem format din subsisteme de diferite niveluri, care, la rândul lor, constau din elemente separate.

Sunt analizate posibile tipuri de defecțiuni și consecințele acestora de jos în sus, adică. de la elemente la subsisteme și apoi la obiect ca întreg. Analiza ține cont de faptul că fiecare eșec poate avea mai multe cauze și mai multe consecințe diferite.

La etapa analizei cantitative, expert, pe puncte, criticitatea unei defecțiuni este evaluată luând în considerare probabilitatea apariției acesteia, probabilitatea detectării acesteia și evaluarea severității posibilelor consecințe. Riscul de eșec (numărul de risc prioritar) poate fi găsit prin formula: I

unde valoarea lui O se determină în puncte în funcție de probabilitatea defecțiunii, - de probabilitatea de detectare (detectare) a defecțiunii”, depinde de gravitatea consecințelor defecțiunii.

Valoarea găsită este comparată cu valoarea critică pentru fiecare element pentru fiecare motiv și pentru fiecare consecință posibilă. Valoarea critică este predefinită și selectată în intervalul de la 100 la 125. Scăderea valorii critice corespunde dezvoltării unor produse și procese mai fiabile.

Pentru fiecare defecțiune în care valoarea R o depășește pe cea critică, se dezvoltă măsuri de reducere a acesteia prin îmbunătățirea tehnologiei de proiectare și fabricație. Pentru noua variantă a obiectului se calculează din nou criticitatea obiectului R. Dacă este necesar, procedura de revizuire se repetă din nou.

Instrument puternic de analiză a datelor pentru a îmbunătăți fiabilitatea

William Goble pentru InTech

Analiza modului și efectelor defecțiunii (FMEA) este o tehnică specială de evaluare a fiabilității și siguranței sistemelor, dezvoltată în anii 60. secolul trecut în Statele Unite, în cadrul programului de dezvoltare a rachetelor Minuteman. Scopul dezvoltării sale a fost detectarea și eliminarea problemelor tehnice din sistemele complexe.

Tehnica este destul de simplă. Modurile de defecțiune ale fiecărei componente a unui anumit sistem sunt enumerate într-un tabel special și documentate - împreună cu consecințele așteptate. Metoda este sistematică, eficientă și detaliată, deși uneori este considerată consumatoare de timp și, de asemenea, predispusă la acțiuni repetitive. Motivul eficacității metodei este că este studiată fiecare tip de refuz de fiecare o componentă separată. Mai jos este un exemplu de tabel dintr-unul dintre ghidurile originale pentru această metodă, și anume MIL-HNBK-1629.

Coloana 1 conține denumirea componentei investigate, în coloana 2 - numărul de identificare al componentei (număr de serie sau cod). Împreună, primele două coloane ar trebui să identifice în mod unic componenta de interes. Coloana #3 descrie funcția componentei, iar coloana #4 descrie posibilele moduri de defecțiune. De obicei, se folosește o linie pentru fiecare tip de defecțiune. Coloana # 5 este folosită pentru a înregistra motivul respingerii, acolo unde este cazul. Coloana 6 descrie consecințele fiecărui eșec. Restul coloanelor pot diferi în funcție de versiunile FMEA aplicate.

FMEA vă ajută să găsiți probleme

Popularitatea metodei FMEA a crescut de-a lungul anilor și a putut deveni o parte importantă a multor procese de dezvoltare, în special în industria auto. Motivul pentru aceasta a fost că metoda a putut să-și demonstreze utilitatea și eficacitatea, în ciuda criticilor. Oricum ar fi, în timpul aplicării metodei FMEA se poate auzi adesea un strigăt de genul „Oh, nu”, când devine clar că consecințele unei defecțiuni a uneia sau alteia componente sunt foarte grave și, cel mai important, înainte de asta au rămas neobservate. Dacă problema este suficient de gravă, se înregistrează acțiuni corective. Designul este îmbunătățit pentru a detecta, evita sau controla problema.

Aplicație în diverse industrii

Mai multe variante ale tehnicii FMEA sunt utilizate în diverse industrii. În special, FMEA este utilizat pentru a identifica pericolele care trebuie luate în considerare în timpul proiectării instalațiilor petrochimice. Această tehnică se potrivește bine cu o altă tehnică binecunoscută, Studiul de pericol și operabilitate (HAZOP). De fapt, ambele tehnici sunt practic aceleași și sunt variații ale listelor de componente ale sistemului în formă tabelară. Principala diferență dintre FMEA și HAZOP este că HAZOP folosește cuvinte cheie pentru a ajuta angajații să identifice anomaliile, în timp ce FMEA se bazează pe tipuri cunoscute de defecțiuni ale echipamentelor.

O variație a tehnicii FMEA utilizată pentru analiza sistemelor de control este tehnica Control Hazards and Operability Analysis (CHAZOP). Modurile de defecțiune cunoscute pentru componentele sistemului de control, cum ar fi sistemele de control de bază ale procesului, combinațiile de supape și actuatoare sau diferite convertoare, sunt enumerate și sunt înregistrate consecințele acestor defecțiuni. În plus, sunt furnizate descrieri ale acțiunilor corective dacă o defecțiune duce la probleme grave.

Exemplu de utilizare a FMEA

Această figură este o reprezentare schematică a unui „reactor” simplificat cu un sistem de răcire de urgență. Sistemul constă dintr-un rezervor de apă gravitațional, o supapă de control, o manta de răcire în jurul reactorului, un comutator cu un senzor de temperatură și o sursă de alimentare. În timpul funcționării normale, întrerupătorul este în poziția activă (conductivă), deoarece temperatura reactorului este sub zona periculoasă. Un curent electric curge dintr-o sursă prin supapă și întrerupător și menține supapa închisă. Dacă temperatura din interiorul reactorului devine prea mare, comutatorul sensibil la temperatură deschide circuitul și se deschide supapa de control. Apa de răcire curge din rezervor, prin supapă, apoi prin mantaua de răcire și prin scurgerea mantalei. Acest curent de apă răcește reactorul, scăzând temperatura acestuia.

Iti place acest articol? Ca noi! Mulțumesc:)

FMEA necesită crearea unui tabel care listează toate modurile de defecțiune pentru fiecare dintre componentele sistemului. Tabelul „reactor” de mai jos servește ca exemplu de utilizare a tehnicii FMEA pentru a identifica componentele critice care ar trebui verificate pentru acțiuni corective.

Proiectantul sistemului - un simplu reactor în cazul nostru - ar putea lua în considerare instalarea a 2 întrerupătoare sensibile la temperatură în serie. Este posibil să utilizați un transmițător inteligent care respectă IEC 61508 și are funcție de auto-diagnosticare și semnal de ieșire. Un transmițător certificat va simplifica foarte mult procesul de verificare necesar pentru localizarea defecțiunilor. Împreună cu un canal de scurgere, puteți instala un al doilea, astfel încât un blocaj într-una dintre ele nu va duce la o defecțiune critică a sistemului. Un indicator de nivel din rezervor poate indica un nivel insuficient al apei. Multe alte modificări și îmbunătățiri ale designului sunt posibile pentru a preveni spargerea.

Partea a II-a

Evoluția metodei FMEA

Metoda FMEA a fost extinsă în anii 70 pentru a include estimări semi-cantitative (numerele de la 1 la 10) ale severității, frecvenței de origine și detectarea defecțiunilor. Au fost adăugate 5 coloane la tabel. Trei coloane au inclus evaluări, iar a patra a fost numărul priorității riscului (RPN), obținut prin înmulțirea a trei numere. Această metodă avansată se numește Moduri de eșec, Analiza efectelor și criticității sau FMECA. Mai jos este prezentat un exemplu de tabel cu rezultatele analizei FMECA pentru un „reactor simplu”.

Tehnicile FMEA au continuat să evolueze. Unele dintre variantele ulterioare pot fi utilizate nu numai pentru proiectare, ci și pentru procesele tehnologice. Similar cu lista de componente, este creată o listă de pași ai procesului. Fiecare pas este însoțit de o descriere a tuturor opțiunilor pentru cursul greșit al procesului, care corespunde descrierii posibilelor defecțiuni ale uneia sau altei componente a sistemului. În caz contrar, aceste variații ale tehnicii FMEA sunt în concordanță între ele. În literatură, aceste metode sunt uneori denumite „proiect FMEA” sau DFMEA și „proces FMEA” sau PFMEA. Procesul FMEA și-a demonstrat cu succes eficacitatea în detectarea problemelor neprevăzute.

Analiza defecțiunilor, consecințele acestora și diagnosticarea

Metoda FMEA în continuă evoluție, printre altele, a dat naștere metodei Efecte și analiză diagnostică a modurilor de eșec sau metoda FMEDA. La sfarsitul anilor 80. a devenit necesară simularea diagnosticării automate a dispozitivelor inteligente. A existat o nouă arhitectură pe piața controlerelor de siguranță numită „unu din doi” cu un comutator de diagnosticare (1oo2D), concurând cu arhitectura de redundanță modulară triplă comună de atunci numită „două din trei” (2oo3). Deoarece securitatea și disponibilitatea noii arhitecturi erau foarte dependente de implementarea diagnosticelor, cuantificarea acesteia a devenit un proces important. În FMEDA, acest lucru se realizează prin adăugarea de coloane suplimentare care arată frecvența de apariție a diferitelor tipuri de defecțiuni și o coloană cu probabilitatea de detectare pentru fiecare linie de analiză.

Ca și în cazul FMEA, tehnica FMEDA listează toate componentele și modurile de defecțiune și consecințele acelor defecțiuni. În tabel sunt adăugate coloane care listează toate opțiunile pentru defecțiunile sistemului, probabilitatea ca diagnosticarea să detecteze o anumită defecțiune, precum și o estimare cantitativă a probabilității ca această defecțiune să apară. Când FMEDA este complet, un factor de „acoperire de diagnosticare” este calculat pe baza unei medie ponderate a ratei de eșec a acoperirii de diagnosticare a tuturor componentelor.

Ratele de eșec și distribuțiile defecțiunilor ar trebui să fie disponibile pentru fiecare componentă dacă este necesară analiza FMEDA. Prin urmare, este necesară o bază de date cu componente, așa cum se vede în figura „Procesul FMEDA” (vezi mai sus).

Baza de date a componentelor trebuie să țină cont de variabilele cheie care afectează ratele de defecțiuni ale componentelor. Variabilele includ factori de mediu. Din fericire, există anumite standarde care pot fi utilizate pentru a caracteriza mediul în industriile de proces, astfel încât să poată fi create profile adecvate. Tabelul de mai jos prezintă „Profilurile de mediu pentru industriile de proces” preluate din a doua ediție Manual de fiabilitate a componentelor electrice și mecanice,(www.exida.com).

Analiza datelor privind defecțiunile echipamentelor de teren în FMEDA

Analiza de proiectare poate fi utilizată pentru a crea baze de date teoretice de eșec. Cu toate acestea, informații precise pot fi obținute numai dacă ratele de defecțiuni ale componentelor, precum și modurile de defectare, se bazează pe date colectate din sondajele reale ale echipamentelor de teren. Orice diferență inexplicabilă între ratele de defecțiune ale componentelor calculate din datele de teren și FMEDA trebuie investigată. Uneori, procesul de colectare a datelor de teren trebuie îmbunătățit. Uneori poate fi necesară modernizarea bazei de date de componente cu noi moduri de defecțiune și tipuri de componente.

Din fericire, unele certificări de siguranță funcțională studiază datele despre defecțiuni ale echipamentelor de teren atunci când evaluează majoritatea produselor, făcându-le o sursă valoroasă de date reale de defecțiuni. Unele proiecte colectează și date despre defecțiunile din teren cu ajutorul clienților finali. După mai mult de 10 miliarde de ore (!) de funcționare a diferitelor echipamente, care au oferit o cantitate imensă de date despre modurile și frecvența defecțiunilor, colectate în cadrul a zeci de studii, este dificil să supraestimăm valoarea componentei FMEDA baza, mai ales sub aspectul sigurantei functionale. Totalurile produselor FMEDA sunt utilizate de obicei pentru calculele de validare a nivelului de integritate a securității.

Tehnica FMEDA poate fi utilizată pentru a evalua eficiența testării de probă a diferitelor funcții de siguranță pentru a determina dacă un proiect îndeplinește un nivel specificat de integritate de siguranță. Orice test de probă specifică poate identifica unele defecțiuni potențial periculoase - dar nu toate. FMEDA vă permite să determinați ce defecțiuni sunt detectate sau nu prin testele de verificare. Acest lucru se realizează prin adăugarea unei alte coloane care estimează probabilitatea detectării fiecărui tip de defecțiune a componentei în timpul testării de validare. Folosind această metodă detaliată, sistematică, devine evident că unele moduri de defecțiune potențial periculoase nu sunt detectate în timpul testării de validare.

Reversul medaliei

Principala problemă atunci când utilizați metoda FMEA (sau orice variație a acesteia) este că este consumatoare de timp. Mulți analiști se plâng de procesul plictisitor și lung. Într-adevăr, este nevoie de un mentor riguros și concentrat pentru ca procesul de analiză să avanseze. Trebuie reținut întotdeauna că rezolvarea unei probleme nu face parte din analiză. Problemele sunt rezolvate după finalizarea analizei. Dacă aceste linii directoare sunt respectate, rezultatul va fi îmbunătățiri destul de rapide ale siguranței și fiabilității.

Dr. William Goble este inginer-șef și director al grupului de certificare a siguranței funcționale la exida, un organism de certificare acreditat. Peste 40 de ani de experiență în electronică, dezvoltare software și sisteme de securitate. Ph.D. în domeniul analizei cantitative a fiabilității/siguranței sistemelor de automatizare.