Analiza vrsta i posljedica kvarova ekrana. FMEA analiza

Analiza vrsta i posljedica kvarova komponenti tehničkih i funkcionalnih konstrukcija projektovanog sistema je prva faza projektne studije pouzdanosti i sigurnosti. Općeprihvaćena međunarodna skraćenica za analizu načina rada i efekata je FMEA. Ova vrsta analize spada u klasu preliminarne kvalitativne i pojednostavljene kvantitativne analize u fazi projektovanja. Ako se provode kvantitativne procjene, tada se koristi termin FMECA (analiza načina kvara, efekta i kritičnosti). Prvi eksperimenti u provođenju FMEA odnose se na svemirske projekte 60-ih godina SSSR-a i SAD-a. U 1980-im, FMEA procedure su počele da se implementiraju u američkoj automobilskoj industriji u Ford Motor Company. U ovom trenutku, analiza vrsta i posljedica kvarova je obavezan korak. procjenu projekta pouzdanost i sigurnost objekata svemirske, vazduhoplovne, nuklearne, hemijsko-tehnološke, prerade gasa nafte i drugih industrija. U područjima gdje ova faza nije obavezna, dešavaju se opasni incidenti koji dovode do velikih ekonomskih i ekoloških gubitaka i ugrožavaju život i zdravlje ljudi. Dovoljno je prisjetiti se dramatičnih događaja urušavanja javnih moskovskih zgrada, građenih po projektima, gdje je nedostatak samo jednog elementa noseće konstrukcije (pin, stub) doveo do katastrofalnih posljedica.

Tri su glavna cilja FMEA

• identifikacija potencijalnih tipova kvarova komponenti sistema i utvrđivanje njihovog uticaja na sistem u celini i eventualno na okruženje
• klasifikacija načina kvara prema nivoima ozbiljnosti ili prema nivoima ozbiljnosti i učestalosti pojavljivanja (FMECA)
• izdavanje preporuka za reviziju projektnih rješenja u cilju kompenzacije ili otklanjanja opasnih vrsta kvarova

FMEA je najstandardizovanije područje istraživanja "robustnosti". Procedura i vrsta ulazne/izlazne dokumentacije regulisana je relevantnim standardima. Međunarodno priznati dokumenti su:

· MIL-STD-1629 stil FMECA - smjernice za analizu načina i posljedica kvarova, procjenu kritičnosti, identifikaciju uskih grla u strukturama u smislu održivosti i preživljavanja. Prvobitno je bio fokusiran na vojne primjene.

· SAE J1739, AIG-FMEA3, FORD FMEA - paket dokumenata koji reguliraju analizu vrsta i posljedica kvarova za objekte automobilske industrije, uključujući faze projektovanja i proizvodnje

· SAE ARP5580 - FMEA vodič za komercijalne i vojne projekte, koji integriše MIL-STD-1629 i automobilske standarde. Uvodi se koncept grupa ekvivalentnih kvarova, tj. kvarovi koji imaju iste posljedice i zahtijevaju iste korektivne radnje.

Zajedničko svim standardima je da oni samo regulišu redoslijed i međusobnu povezanost faza analize, ostavljajući dizajneru slobodu djelovanja u specifičnoj implementaciji svake faze. Tako je dozvoljeno prilagođavanje strukture FMEA tabela, određivanje skala stopa kvarova i težine posljedica, uvođenje dodatnih znakova klasifikacije kvarova itd.

FMEA koraci:

Izgradnja i analiza funkcionalne i/ili tehničke strukture objekta

Analiza uslova rada objekta

Analiza mehanizama otkaza elemenata, kriterijuma i tipova kvarova

Klasifikacija (lista) mogućih posljedica kvarova

· analiza mogući načini prevencija (smanjenje učestalosti) dodijeljenih kvarova (posljedice kvara)

Tehnička struktura objekat analize obično ima stablo, hijerarhijski prikaz (slika 3). Mogući načini kvara su navedeni za komponente nižeg nivoa (lišće drveća), a njihove posljedice se procjenjuju u smislu uticaja na podsisteme sljedećeg nivoa (čvorove roditeljskog stabla) i objekt u cjelini.

Slika 3. Hijerarhijski prikaz objekta analize

Slika 4. dat je fragment FMEA tabele koja sadrži podatke analize o vrstama i posljedicama kvarova opreme u hemijsko-tehnološkom objektu.

Slika 4. Fragment FMEA tabele.

Prilikom izvođenja kvantitativnih procjena projektnih rješenja za FMEA tipovi kvarove komponenti obično karakterišu tri parametra: učestalost pojavljivanja, stepen detekcije, težina posledica. Budući da je analiza preliminarne prirode, obično se koriste bodovi. stručne procjene ove parametre. Na primjer, brojni dokumenti predlažu sljedeće klasifikacije načina kvara prema učestalosti (Tablica 2), prema stepenu detekcije (Tablica 3), prema težini posljedica (Tablica 4).

Tabela 2. Klasifikacija kvarova prema učestalosti.

Mogu se koristiti pojedinačno ili u kombinaciji jedni s drugima. Ako se izvrše sve tri vrste FMEA analize, onda se njihov odnos može predstaviti na sljedeći način:

Glavna primjena FMEA je poboljšanje dizajna proizvoda (karakteristike usluge) i procesa njegove proizvodnje i rada (pružanja usluga). Analiza se može primijeniti i u odnosu na novo kreiranih proizvoda(usluge) i procese, kao iu odnosu na postojeće.

FMEA - analiza se vrši kada se novi proizvod, proces, usluga razvija ili modernizuje; kada se pronađe nova aplikacija za postojeći proizvod, proces ili uslugu; kada se razvije plan kontrole za novi ili modificirani proces. Takođe, FMEA se može provoditi u cilju planiranog poboljšanja postojećih procesa, proizvoda ili usluge ili istraživanja nastalih neusklađenosti.

FMEA - analiza se vrši sljedećim redoslijedom:

1. Objekt analize je odabran. Ako je predmet analize dio kompozitnog objekta, onda je potrebno precizno odrediti njegove granice. Na primjer, ako analizirate dio procesa, tada za ovaj dio trebate postaviti početni i završni događaj.

2. Određene su opcije za primjenu analize. FMEA može biti dio integrisana analiza, na koji se primjenjuju različite metode... U ovom slučaju, FMEA treba da bude u skladu sa analizom sistema u celini.

Ključne opcije mogu uključivati:

• analiza odozgo prema dolje. U ovom slučaju, predmet analize se dijeli na dijelove i FMEA se izvodi iz najvećih dijelova.
• analiza odozdo prema gore. Analiza počinje sa najmanjim elementima, uzastopno prelazeći na elemente višeg nivoa.
• komponentna analiza. FMEA se izvodi na fizičkim elementima sistema.
• analiza funkcija. U ovom slučaju se vrši analiza funkcija i operacija objekta. Razmatranje funkcija se provodi sa stanovišta potrošača (pogodnost i sigurnost izvedbe), a ne od strane dizajnera ili proizvođača.

3. Definisane su granice unutar kojih neusaglašenosti treba da se adresiraju. Granice mogu biti - vremenski period, tip potrošača, geografija upotrebe, određene radnje itd. Na primjer, neusklađenosti otkrivene samo tokom završne inspekcije i testiranja.

4. Izrađuje se odgovarajuća tabela za registraciju informacija. Može varirati u zavisnosti od faktora koji se uzimaju u obzir. Tabela koja se najčešće koristi je sljedeća.

5. Utvrđuju se elementi u kojima je moguća pojava nedosljednosti (kvarova). Predmeti mogu uključivati ​​različite komponente, sklopove, kombinacije sastavni dijelovi i tako dalje Ako lista stavki postane prevelika i neizvodljiva, potrebno je smanjiti FMEA granice.

U slučaju da su potencijalni kvarovi povezani sa kritičnim karakteristikama, dodatno je tokom FMEA potrebno izvršiti analizu kritičnosti kvarova. Kritične performanse su standardi ili pokazatelji koji odražavaju sigurnost ili usklađenost sa propisima i zahtijevaju poseban nadzor.

6. Za svaki element odabran u koraku 5, sastavlja se lista najznačajnijih načina kvara. Ova operacija se može pojednostaviti korištenjem standardne liste grešaka za predmetne stavke. Ako se radi analiza kritičnosti kvarova, tada je za svaki od elemenata potrebno utvrditi vjerovatnoću nastanka kvara. Kada su identifikovani svi mogući načini kvara za element, onda bi ukupna vjerovatnoća njihovog nastanka trebala biti 100%.

7. Za svaki tip kvara identificiran u koraku 6, utvrđuju se sve moguće posljedice koje se mogu pojaviti. Ova operacija se može pojednostaviti korištenjem standardne liste posljedica. Ako se radi analiza kritičnog kvara, tada je potrebno utvrditi vjerovatnoću pojave svake posljedice. Kada se identifikuju sve moguće posledice, verovatnoća njihovog nastanka u zbiru treba da bude 100% za svaki element.

8. Ocjena težine posljedica za potrošača (S) - Utvrđuje se težina. Ocjena ozbiljnosti se obično daje na skali od 1 do 10, pri čemu je 1 mala, a 10 katastrofalna. Ako tip kvara ima više od jedne posljedice, tada se u FMEA tabelu unosi samo najteža posljedica za ovu vrstu kvara.

9. Za svaki tip kvara, identifikovani su svi potencijalni uzroci. Za ovo se može primijeniti Ishikawa kauzalni dijagram. Svi potencijalni uzroci za svaki način kvara su zabilježeni u FMEA tabeli.

10. Za svaki uzrok utvrđuje se ocjena vjerovatnoće njegovog pojavljivanja (O) - Pojava. Vjerovatnoća pojave se obično ocjenjuje na skali od 1 do 10, pri čemu 1 znači krajnje malo vjerojatan događaj, a 10 znači neposredan događaj. Vrijednost ocjene se unosi u FMEA tabelu.

11. Iz svakog razloga, postojeće metode kontrole koje se primjenjuju u ovom trenutku tako da kvarovi ne utječu na potrošača. Ove tehnike trebale bi spriječiti pojavu uzroka, smanjiti vjerovatnoću da će se kvar dogoditi ili otkriti kvar nakon što se uzrok pokazao, ali prije nego što uzrok ima utjecaj na potrošača.

12. Za svaku metodu kontrole utvrđuje se stepen detekcije (D) – detekcija. Ocjena detekcije se obično ocjenjuje na skali od 1 do 10, pri čemu 1 znači da će metoda kontrole precizno otkriti problem, a 10 znači da neće otkriti problem (ili uopće nema kontrole). Ocjena detekcije je zabilježena u FMEA tabeli.

13. Izračunava se prioritetni broj rizika ( rizik potrošača - RPN) koji je jednak proizvodu

S * O * D. Ovaj broj vam omogućava da rangirate potencijalne kvarove po važnosti.

14. Identifikovane su preporučene radnje, koje mogu uključiti promjene dizajna ili procesa kako bi se smanjila ozbiljnost posljedica ili vjerovatnoća neuspjeha. Može se i preduzeti dodatne mjere kontrolu kako bi se povećala vjerovatnoća otkrivanja kvarova.

Ispitivanja kompletnosti tehnoloških procesa.

Testovi dizajna za kompletnost.

Ovi testovi se provode na prvim prototipovima proizvoda. Njihova svrha je pokazati da dizajn proizvoda ispunjava zahtjeve za pouzdanost.

U ovom slučaju, nije važno na koji način je prototip napravljen i koji su napori uloženi u njegovo otklanjanje grešaka. Ako se ne postigne potreban nivo pouzdanosti proizvoda, dizajn se mora poboljšati. Testiranje se nastavlja sve dok proizvod ne ispuni sve navedene zahtjeve.

Tokom ovih testova, kvarovi u početni period rad proizvoda. Ovi podaci se koriste za postizanje potpune konzistentnosti između dizajna proizvoda i procesa potrebnih za njegovu proizvodnju, te za određivanje količine testiranja koja je potrebna da bi se postigla potrebna pouzdanost nakon isporuke [proizvoda kupcima.

Ispitivanja se provode i na prvim uzorcima proizvoda. Ovi I uzorci rade za dati period (period uhodavanja). Njihove performanse se pažljivo prate i mjere se smanjivanje stope kvarova. Nakon perioda uhodavanja, prikupljaju se eksperimentalni podaci koji vam omogućavaju da izmjerite i provjerite pokazatelje operativne pouzdanosti proizvoda i uporedite ih s rezultatima | tatami dobijeni prilikom testiranja proizvoda na kompletnost I Zapažanja koja se vrše tokom ovih testova omogućavaju vam da postavite vrijednost perioda uhodavanja proizvoda.

Testovi izdržljivosti. Tokom ovih ispitivanja evidentiraju se kvarovi na habanju elemenata proizvoda i konstruiše se njihova distribucija. Dobijeni podaci se koriste za eliminaciju. uzroci tih kvarova, čija pojava dovodi do neprihvatljivog smanjenja očekivanog vijeka trajanja proizvoda. Ispitivanja izdržljivosti vrše se na brojnim uzorcima ovog proizvoda. U ovim ispitivanjima potrebno je odrediti granicu prijelaza sa konstantne stope otkaza na rastuću i konstruirati distribuciju za svaki uočeni način otkaza.

Jedno od efikasnih sredstava za poboljšanje kvaliteta tehničkih objekata je analiza vrsta i posljedica potencijalnih kvarova (Potential Failure Mode and Effects Analysis - FMEA). Analiza se vrši u fazi projektovanja konstrukcije ili tehnološkog procesa (odgovarajuće faze životni ciklus proizvodi - razvoj i priprema za proizvodnju), kao i pri finalizaciji i unapređenju proizvoda koji su već pušteni u proizvodnju. Preporučljivo je ovu analizu podijeliti u dvije faze: zasebnu analizu u fazi razvoja dizajna i u fazi razvoja tehnološki proces.

Standard (GOST R 51814.2-2001. Sistemi kvaliteta u automobilskoj industriji. Metoda za analizu vrsta i posledica potencijalnih kvarova) takođe predviđa mogućnost upotrebe FMEA metode u razvoju i analizi drugih procesa, kao što su prodaja, usluga, marketing.

Glavni ciljevi analize vrsta i posljedica potencijalnih kvarova:

Identifikacija fatalnih i po život opasnih kritičnih kvarova okruženje i razvoj aktivnosti
smanjiti vjerovatnoću njihovog nastanka i težinu mogućih posljedica;

Identifikacija i eliminacija uzroka mogućih kvarova proizvoda radi poboljšanja njegove pouzdanosti.

Tokom analize rješavaju se sljedeći zadaci:

Identifikacija mogućih kvarova objekta (proizvoda ili procesa) i njegovih elemenata (ovo uzima u obzir iskustvo proizvodnje i rada sličnih objekata),

Proučavanje uzroka kvarova, kvantificiranje učestalosti njihovog pojavljivanja,

Klasifikacija kvarova prema težini posljedica i kvantitativna procjena značaja ovih posljedica,

Procjena dovoljnosti kontrolnih i dijagnostičkih alata, procjena mogućnosti otkrivanja kvara, mogućnosti sprječavanja kvara u praktičnoj upotrebi ovih sredstava,

Izrada prijedloga za promjenu dizajna i tehnologije proizvodnje kako bi se smanjila vjerovatnoća kvarova i njihova kritičnost,

Razvoj pravila ponašanja za osoblje u slučaju kritičnih kvarova,

analiza mogućih kadrovskih grešaka.

Za sprovođenje analize formira se grupa stručnjaka sa praktično iskustvo i visoko profesionalnom nivou iz oblasti projektovanja sličnih objekata, poznavanje procesa izrade komponenti i montaže objekta, "tehnologija praćenja i dijagnostikovanja stanja objekta, metode" održavanja i popravke. Koristi se metoda brainstorminga. Istovremeno, u fazi kvalitativne analize, strukturna šema objekat: objekat se smatra sistemom koji se sastoji od podsistema na raznim nivoima koji se pak sastoje od zasebnih elemenata.

Analiziraju se moguće vrste kvarova i njihove posljedice odozdo prema gore, tj. od elemenata do podsistema, a zatim i do objekta u cjelini. Analiza uzima u obzir da svaki kvar može imati više uzroka i nekoliko različitih posljedica.

U fazi kvantitativne analize, stručno, u tačkama, procjenjuje se kritičnost kvara uzimajući u obzir vjerovatnoću njegovog nastanka, vjerovatnoću njegovog otkrivanja i procjenu težine mogućih posljedica. Rizik neuspjeha (prioritetni broj rizika) može se naći po formuli: I

gdje se vrijednost O određuje u bodovima u zavisnosti od vjerovatnoće kvara, - od vjerovatnoće otkrivanja (otkrivanja) kvara“, zavisi od težine posljedica kvara.

Pronađena vrijednost se uspoređuje sa kritičnom vrijednošću za svaki element za svaki razlog i za svaku moguću posljedicu. Kritična vrijednost je unaprijed definirana i odabrana u rasponu od 100 do 125. Smanjenje kritične vrijednosti odgovara razvoju pouzdanijih proizvoda i procesa.

Za svaki kvar u kojem R vrijednost prelazi kritičnu, razvijaju se mjere za njegovo smanjenje poboljšanjem dizajna i tehnologije proizvodnje. Za novu varijantu objekta ponovo se izračunava kritičnost objekta R. Ako je potrebno, postupak revizije se ponovo ponavlja.

FMEA metodologija, primjeri

FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) je analiza načina i posljedica kvarova. Prvobitno razvijena i objavljena od strane američkog vojno-industrijskog kompleksa (u obliku MIL-STD-1629), analiza načina kvara i efekata je danas toliko popularna jer su neke industrije razvile i objavile namjenske FMEA standarde.

Nekoliko primjera takvih standarda:

• MIL-STD-1629. Razvijen u SAD-u i prednik je svih modernih FMEA standarda.
• SAE-ARP-5580 je revizija MIL-STD-1629 sa bibliotekom nekih elemenata za automobilsku industriju. Koristi se u mnogim industrijama.
• SAE J1739 je FMEA standard za analizu načina rada i efekata potencijalnog kvara u dizajnu (DFMEA) i analizu načina i efekata potencijalnog kvara u proizvodnji i montaži. Procesi, PFMEA). Standard pomaže da se identifikuje i ublaži rizik pružanjem odgovarajućih uslova, zahteva, grafikona i radnih listova. Kao standard, ovaj dokument sadrži zahtjeve i preporuke za vođenje korisnika kroz implementaciju FMEA.
• AIAG FMEA-3 je specijalizovani standard koji se koristi u automobilskoj industriji.
• Interni FMEA standardi velikih proizvođača automobila.
• Istorijski razvijene u mnogim kompanijama i industrijama, procedure su slične analizi vrsta i posljedica kvarova. Možda su to danas FMEA “standardi” najšire pokrivenosti.

Svi standardi za analizu načina i posljedica kvara (objavljeni ili povijesno razvijeni) općenito su vrlo slični jedni drugima. Dato u nastavku opći opis daje pregled FMEA kao metodologije. Namjerno nije jako dubok i pokriva većinu trenutno korištenih FMEA pristupa.

Prije svega, granice analiziranog sistema moraju biti jasno definirane. Sistem može biti tehnički uređaj, proces ili bilo šta drugo što je predmet analize FME.

Nadalje, vrste mogućih kvarova, njihove posljedice i mogući razlozi pojava. U zavisnosti od veličine, prirode i složenosti sistema, utvrđivanje tipova mogućih kvarova može se izvršiti za ceo sistem u celini ili za svaki njegov podsistem pojedinačno. U potonjem slučaju, posljedice kvarova na nivou podsistema će se manifestovati kao načini kvara na višem nivou. Identifikaciju vrsta i posljedica kvarova treba izvršiti metodom "odozdo prema gore", prije nego što se postigne vrhunski nivo sistemi. Za karakterizaciju tipova i posljedica kvarova, definisanih na gornjem nivou sistema, koriste se parametri kao što su intenzitet, kritičnost kvarova, vjerovatnoća nastanka itd. Ovi parametri se mogu ili izračunati "odozdo prema gore" sa nižih nivoa sistema, ili eksplicitno postaviti na njegovom gornjem nivou. Ovi parametri mogu biti i kvantitativni i kvalitativni. Kao rezultat toga, za svaki element sistema najvišeg nivoa izračunava se njegova jedinstvena mjera, izračunata iz ovih parametara prema odgovarajućem algoritmu. U većini slučajeva, ova mjera se naziva „omjer prioriteta rizika“, „ozbiljnost“, „nivo rizika“ ili nešto slično. Način na koji se takva mjera koristi i način na koji se izračunava može biti jedinstven u svakom slučaju i dobra su polazna tačka za raznolikost. savremeni pristupi Analiza načina i efekata kvara (FMEA).

Primjer primjene FMEA u vojno-industrijskom kompleksu

Svrha parametra "Ozbiljnost" je da pokaže da su sigurnosni zahtjevi sistema u potpunosti ispunjeni (u najjednostavnijem slučaju, to znači da su svi indikatori kritičnosti ispod unaprijed određenog nivoa.

Skraćenica FMECA je skraćenica za Failure Mode, Effects and Criticality Analysis.

Glavni indikatori koji se koriste za izračunavanje vrijednosti kritičnosti su:

• stopa kvarova (određena izračunavanjem srednjeg vremena između kvarova - MTBF),
• vjerovatnoća kvara (kao postotak indikatora stope neuspjeha),
• vrijeme rada.

Dakle, očigledno je da parametar kritičnosti ima realnu tačnu vrijednost za svaki specifični sistem (ili njegovu komponentu).

Postoji prilično širok raspon dostupnih kataloga (biblioteka) koji sadrže vjerovatnoće kvarova različite vrste za razne elektronske komponente:

• FMD 97
• MIL-HDBK-338B
• NPRD3

Bibliotečki deskriptor za određenu komponentu, općenito, izgleda ovako:

Budući da je za izračunavanje parametra kritičnosti kvara potrebno znati vrijednosti indikatora stope otkaza, u vojno-industrijskom kompleksu prije primjene FME [C] A metodologije izračunava se MTBF metodologija čiji su rezultati koristi FME [C] A. Za elemente sistema čija kritičnost kvara premašuje tolerancije utvrđene sigurnosnim zahtjevima, također se mora izvršiti odgovarajuća analiza stabla grešaka (FTA). U većini slučajeva, analizu načina rada, efekata i ozbiljnosti kvarova (FMEA) za potrebe vojnoindustrijskog kompleksa obavlja jedan specijalista (koji je stručnjak za projektovanje elektronskih kola ili specijalista za njihovu kontrolu kvaliteta) ili vrlo mali grupa takvih specijalista.

FMEA u automobilskoj industriji

Za svaki broj prioriteta rizika (RPN) neuspjeha koji premašuje unaprijed određeni nivo (često 60 ili 125), identifikuju se i sprovode korektivne radnje. Po pravilu se određuju odgovorni za sprovođenje takvih mjera, vrijeme njihovog sprovođenja i način naknadnog dokazivanja efikasnosti preduzetih korektivnih radnji. Nakon poduzimanja korektivnih mjera, vrijednost faktora prioriteta rizika od kvara se ponovo procjenjuje i upoređuje sa maksimalno utvrđenom vrijednošću.

Glavni indikatori koji se koriste za izračunavanje vrijednosti omjera prioriteta rizika su:

• vjerovatnoća neuspjeha
• kritičnost,
• vjerovatnoća otkrivanja kvara.

U većini slučajeva, omjer prioriteta rizika se izvodi na osnovu vrijednosti gornja tri indikatora (čije bezdimenzionalne vrijednosti leže u rasponu od 1 do 10), tj. je izračunata vrijednost koja varira unutar istih granica. Međutim, u slučajevima kada su dostupne stvarne (retrospektivne) tačne vrijednosti stope kvarova za određeni sistem, granice pronalaženja faktora prioriteta rizika mogu se višestruko proširiti, na primjer:

U većini slučajeva, FMEA analiza u automobilskoj industriji se provodi interno. radna grupa predstavnici različitih odjela (R&D, proizvodnja, servis, kontrola kvaliteta).

Karakteristike metoda analize FMEA, FMECA i FMEDA

Metode analize pouzdanosti FMEA (analiza načina i posljedica kvarova), FMECA (načini kvarova, posljedica i analiza ozbiljnosti) i FMEDA (načini kvarova, posljedice i dijagnostička analiza), iako imaju mnogo zajedničkog, sadrže nekoliko značajnih razlika.

Dok je FMEA metodologija koja vam omogućava da odredite scenarije (načine) na koje proizvod (oprema), uređaj za zaštitu u hitnim slučajevima (ESD), tehnološki proces ili sistem mogu otkazati (pogledajte standard IEC 60812 „Tehnike analize za pouzdanost sistema – Procedura za kvar analiza načina i efekata (FMEA) "),

FMECA, pored FMEA, rangira identifikovane načine kvara po važnosti (kritičnosti) izračunavanjem jednog od dva indikatora - broja prioriteta rizika ili kritičnosti kvara,

a svrha FMEDA je izračunavanje stope otkaza krajnjeg sistema, koji se može smatrati uređajem ili grupom uređaja koji obavljaju složeniju funkciju. FMEDA metodologija za analizu načina, posljedica i dijagnostike kvarova je prvo razvijena za analizu elektronskih uređaja, a potom proširena na mehaničke i elektromehaničke sisteme.

Opći koncepti i pristupi FMEA, FMECA i FMEDA

FMEA, FMECA i FMEDA imaju zajedničko osnovni koncepti komponente, uređaji i njihov raspored (interakcija). Sigurnosna instrumentirana funkcija (SIF) sastoji se od nekoliko uređaja koji moraju osigurati da se izvrši neophodna operacija za zaštitu mašine, opreme ili tehnološkog procesa od posljedica opasnosti ili kvara. Primjeri ESD uređaja su pretvarač, izolator, kontakt grupa itd.

Svaki uređaj se sastoji od komponenti. Na primjer, predajnik se može sastojati od komponenti kao što su brtve, vijci, dijafragma, elektronsko kolo itd.

Sklop uređaja se može smatrati jednim kombinovanim uređajem koji implementira ESD funkciju. Na primjer, aktuator-pozicioner-ventil je sklop uređaja, koji se zajedno mogu smatrati konačnim sigurnosnim elementom ESD-a. Komponente, uređaji i sklopovi mogu biti dio konačnog sistema za potrebe FMEA, FMECA ili FMEDA evaluacije.

Osnovna metodologija koja stoji iza FMEA, FMECA i FMEDA može se primijeniti prije ili tokom dizajna, proizvodnje ili finalne montaže konačnog sistema. Osnovna metodologija razmatra i analizira načine kvara svake komponente koja je dio svakog uređaja kako bi se procijenila mogućnost kvara svih komponenti.

U slučajevima izvođenja FME analize za sklop, pored identifikacije načina i posljedica kvarova, treba razviti blok dijagram (dijagram) pouzdanosti ovog sklopa za procjenu međusobne interakcije uređaja (vidi standard IEC 61078 : 2006 "Tehnike analize pouzdanosti - blok dijagram pouzdanosti i logičke metode").

Ulazni podaci, rezultati i evaluacija rezultata FMEA, FMECA, FMEDA prikazano šematski na slici (desno). Uvećaj sliku.

Opći pristup definira sljedeće glavne korake za analizu FME:

• definisanje konačnog sistema i njegove strukture;
• utvrđivanje mogućih scenarija za izvođenje analize;
• procjena mogućih situacija kombinacija scenarija;
• izvođenje FME analize;
• evaluacija rezultata FME analize (uključujući FMECA, FMEDA).

Primena FMECA metodologije na rezultate analize načina rada i efekata otkaza (FMEA) pruža mogućnost procene rizika povezanih sa kvarovima, a FMEDA metodologija pruža mogućnost procene pouzdanosti.

Za sve jednostavan uređaj razvija se FME tabela, koja se zatim primjenjuje na svaki definisani scenarij analize. Struktura FME tabele može varirati za FMEA, FMECA ili FMEDA, a takođe zavisi od prirode konačnog sistema koji se analizira.

Rezultat analize načina i posljedica kvara je izvještaj koji sadrži sve verifikovane (po potrebi i prilagođene od strane radne grupe eksperata) FME tabele i zaključke/presude/odluke u vezi sa konačnim sistemom. Ako je ciljni sistem izmijenjen nakon FME analize, FMEA postupak se mora ponoviti.

Razlike između procjena i rezultata FME-, FMEC- i FMED-analize

Iako su osnovni koraci za izvođenje FME analize općenito isti za FMEA, FMECA i FMEDA, skor i rezultati su različiti.

FMECA rezultati uključuju FMEA rezultate kao i rangiranje svih načina i posljedica kvarova. Ovo rangiranje se koristi za identifikaciju komponenti (ili uređaja) s više visok stepen uticaj na pouzdanost konačnog (ciljnog) sistema, karakteriziran takvim sigurnosnim indikatorima kao što su srednja vjerovatnoća kvara na zahtjev (PFDavg), srednja stopa opasnog kvara (PFHavg).), srednje vrijeme između kvarova (MTTFs) ili srednje vrijeme do opasnog kvara (MTTFd).

FMECA rezultati se mogu koristiti za kvalitativnu ili kvantitativnu procjenu, au oba slučaja treba ih predstaviti matricom kritičnosti konačnog sistema, koja u grafičkom obliku pokazuje koje komponente (ili uređaji) imaju veći/manji uticaj na pouzdanost sistema. konačni (ciljani) sistem.

FMEDA rezultati uključuju FMEA rezultate i podatke o pouzdanosti krajnjeg sistema. Mogu se koristiti za provjeru da sistem zadovoljava ciljni SIL nivo, SIL certifikat ili kao osnova za izračunavanje ciljnog SIL-a ESD uređaja.

FMEDA daje kvantitativne procjene indikatora pouzdanosti kao što su:

• Stopa sigurnog otkrivenog kvara (stopa dijagnosticiranih/otkrivenih sigurnih kvarova) - učestalost (stopa) kvarova konačnog sistema, prenoseći njegovo radno stanje iz normalnog u sigurno. PAZ sistem ili operater obaviješten, cilj ili oprema zaštićeni;
• Stopa sigurnog neotkrivenog kvara (stopa nedijagnosticiranih/nedetektiranih sigurnih kvarova) - učestalost (stopa) kvarova konačnog sistema, prenoseći njegovo radno stanje iz normalnog u sigurno. ESD sistem ili operater nije obaviješten, ciljna instalacija ili oprema je zaštićena;
• Stopa opasnog otkrivenog kvara (stopa dijagnosticiranih/otkrivenih opasnih kvarova) - učestalost (stopa) kvarova konačnog sistema pri kojoj će on ostati u normalnom stanju kada se za to ukaže potreba, ali je ESD sistem ili operater obaviješten da ispravi problem ili izvođenje Održavanje... Ciljna instalacija ili oprema nije zaštićena, ali je problem identificiran i postoji šansa da se problem riješi prije nego što se pojavi potreba;
• Stopa opasnog neotkrivenog kvara (stopa nedijagnosticiranih/neotkrivenih opasnih kvarova) - učestalost (stopa) kvarova konačnog sistema, pri kojoj će on ostati u normalnom stanju kada se ukaže potreba, a sistem ili ESD operater nije obaviješten . Ciljna postavka ili oprema nisu zaštićeni, problem je latentan i jedini način otklanjanje problema je da se izvrši kontrolni test (provjera). Ako je potrebno, FMEDA može identificirati koliko se nedijagnostikovanih opasnih kvarova može identificirati probnim testom. Drugim riječima, FMEDA rezultat pomaže u obezbjeđivanju metrike performansi za Proof Test (Et) ili Proof Test Coverage (PTC) prilikom izvođenja probnog testiranja (validacije) ciljnog sistema;
• Stopa otkaza najave - učestalost (intenzitet) kvarova krajnjeg sistema, koji neće uticati na sigurnosne performanse kada se njegovo radno stanje prebaci iz normalnog u sigurno stanje;
• Stopa otkaza bez efekta - Učestalost (stopa) bilo kojih drugih kvarova koji neće dovesti do prelaska radnog stanja konačnog sistema iz normalnog u sigurno ili opasno.

KConsult C.I.S. predlaže profesionalne usluge sertifikovani evropski praktičari u izvođenju FMEA, FMECA, FMEDA analiza, kao i uvođenju FMEA metodologije u svakodnevne aktivnosti industrijskih preduzeća.

Uz eksponencijalni zakon distribucije vremena oporavka i vremena između kvarova, matematički aparat Markovljevih slučajnih procesa koristi se za izračunavanje pokazatelja pouzdanosti sistema sa oporavkom. U ovom slučaju, funkcionisanje sistema opisuje se procesom promene stanja. Sistem je prikazan kao graf koji se naziva prelazni graf iz stanja u stanje.

Nasumični proces u bilo kom fizičkom sistemu S se zove Markov, ako ima sljedeću osobinu : za bilo koji trenutak t 0 vjerovatnoća stanja sistema u budućnosti (t> t 0 ) zavisi samo od stanja u sadašnjosti

(t = t 0 ) i ne zavisi od toga kada i kako je sistem došao u ovo stanje (inače: sa fiksnom sadašnjošću, budućnost ne zavisi od predistorije procesa – prošlosti).

t< t 0

t> t 0

Za Markovljev proces „budućnost“ zavisi od „prošlosti“ samo kroz „sadašnjost“, odnosno budući tok procesa zavisi samo od onih prošlih događaja koji su uticali na stanje procesa u sadašnjem trenutku.

Markovljev proces, kao proces bez naknadnih efekata, ne znači potpunu nezavisnost od prošlosti, jer se manifestuje u sadašnjosti.

Kada se koristi metoda, u opštem slučaju, za sistem S , morate imati matematički model kao skup stanja sistema S 1 , S 2 , ..., S n , u kojem može biti u slučaju kvarova i restauracija elemenata.

Prilikom sastavljanja modela uvedene su sljedeće pretpostavke:

Pokvareni elementi sistema (ili sam objekat) se odmah obnavljaju (početak oporavka se poklapa sa trenutkom kvara);

Nema ograničenja u pogledu broja restauracija;

Ako su svi tokovi događaja koji prenose sistem (objekt) iz stanja u stanje Poissonovi (najjednostavniji), tada slučajni proces tranzicije će biti Markovljev proces sa kontinuiranim vremenom i diskretnim stanjima S 1 , S 2 , ..., S n .

Osnovna pravila za izradu modela:

1. Matematički model je prikazan kao graf stanja, u kojem

a) krugovi (vrhovi grafaS 1 , S 2 , ..., S n ) - moguća stanja sistema S , koji proizlaze iz kvarova elemenata;

b) strelice- mogući pravci prijelaza iz jednog stanja S i drugome S j .

Strelice iznad/ispod označavaju intenzitet prijelaza.

Primjeri grafikona:

S0 - uslovi rada;

S1 - stanje neuspjeha.

"Petlje" označavaju kašnjenja u jednom ili drugom stanju S0 i S1 relevantan:

Dobro stanje se nastavlja;

Stanje kvara se nastavlja.

Graf stanja odražava konačan (diskretni) broj mogućih stanja sistema S 1 , S 2 , ..., S n . Svaki od vrhova grafa odgovara jednom od stanja.

2. Za opisivanje slučajnog procesa tranzicije stanja (neuspjeh/oporavak), koriste se vjerovatnoće stanja

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

gdje P i (t) - vjerovatnoća pronalaska sistema u ovom trenutku t v i-m stanje.

Očigledno, za bilo koje t

(uslov normalizacije, budući da stanja različita od S 1 , S 2 , ..., S n ne).

3. Na osnovu grafa stanja sastavlja se sistem običnih diferencijalnih jednačina prvog reda (Kolmogorov-Chapmanovih jednačina).

Razmotrite instalacijski element ili samu neredundantnu instalaciju, koja može biti u dva stanja: S 0 - bezbedan (efikasan),S 1 - stanje kvara (oporavka).

Odredimo odgovarajuće vjerovatnoće stanja elementa R 0 (t): P 1 (t) u bilo koje vrijeme t pod različitim početnim uslovima. Ovaj problem ćemo riješiti pod uslovom, kao što je već napomenuto, da je tok kvarova najjednostavniji λ = konst i oporavak μ = konst, zakon raspodjele vremena između kvarova i vremena oporavka je eksponencijalan.

Za bilo koji trenutak u vremenu, zbir vjerovatnoća P 0 (t) + P 1 (t) = 1 - vjerovatnoća pouzdanog događaja. Fiksiramo vremenski trenutak t i nalazimo vjerovatnoću P (t + ∆ t) to u trenutku t + ∆ t predmet je u radu. Ovaj događaj je moguć kada su ispunjena dva uslova.

U trenutku t, element je bio u stanju S 0 i tokom vremena t nije došlo do kvara. Vjerovatnoća rada elementa određena je pravilom množenja vjerovatnoća nezavisnih događaja. Verovatnoća da u ovom trenutku t stavka je bila i stanje S 0 , je jednako P 0 (t). Verovatnoća da će tokom vremena t nije odbio, ravnopravan e -λ∆ t . Sa preciznošću do vrijednosti višeg reda malenosti, možemo pisati

Stoga je vjerovatnoća ove hipoteze jednaka proizvodu P 0 (t) (1- λ ∆ t).

2. U jednom trenutku t stavka je u stanju S 1 (u stanju oporavka), tokom ∆ t oporavak je završio i predmet je otišao u stanje S 0 ... Ova vjerovatnoća je također određena pravilom množenja vjerovatnoća nezavisnih događaja. Vjerovatnoća da u određenom trenutku t predmet je bio u stanju S 1 , je jednako R 1 (t). Vjerovatnoću da je oporavak završen definiramo kroz vjerovatnoću suprotnog događaja, tj.

1 - e -μ∆ t = μ· ∆ t

Dakle, vjerovatnoća druge hipoteze je P 1 (t) ·μ· ∆ t/

Vjerovatnoća radnog stanja sistema u trenutku (t + ∆ t) određuje se vjerovatnoćom zbira nezavisnih nekompatibilnih događaja kada su ispunjene obje hipoteze:

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

Dijeljenje rezultirajućeg izraza sa ∆ t i uzimajući limit na ∆ t → 0 , dobijamo jednačinu za prvo stanje

dP 0 (t)/ dt=- λP 0 (t)+ μP 1 (t)

Provodeći slično rezonovanje za drugo stanje elementa - stanje kvara (oporavka), može se dobiti druga jednačina stanja

dP 1 (t)/ dt=- μP 1 (t)+λ P 0 (t)

Dakle, da bi se opisali vjerovatnoće stanja elementa, dobijen je sistem dvije diferencijalne jednadžbe čiji je graf stanja prikazan na slici 2.

d P 0 (t)/ dt = - λ P 0 (t)+ μP 1 (t)

dP 1 (t)/ dt = λ P 0 (t) - μP 1 (t)

Ako postoji usmjereni graf stanja, onda je sistem diferencijalnih jednadžbi za vjerovatnoće stanja R TO (k = 0, 1, 2, ...) možete pisati odmah koristeći sljedeće pravilo: na lijevoj strani svake jednačine nalazi se izvoddP TO (t)/ dt, a desno - onoliko komponenti koliko ima rebara povezanih direktno s ovim stanjem; ako rub završava u ovom stanju, tada komponenta ima znak plus, ako počinje od ovoj državi, tada komponenta ima predznak minus. Svaka komponenta jednaka je proizvodu intenziteta toka događaja koji prenosi element ili sistem duž date ivice u drugo stanje, po vjerovatnoći stanja iz kojeg rub polazi.

Sistem diferencijalnih jednadžbi može se koristiti za određivanje FBG električnih sistema, funkcije i faktora raspoloživosti, vjerovatnoće da će nekoliko elemenata sistema biti u popravci (restauraciji), prosječnog vremena boravka sistema u bilo kojem stanju, stopa otkaza sistema, uzimajući u obzir početne uslove (stanja elemenata).

Sa početnim uslovima R 0 (0) = 1; R 1 (0) = 0 i (P 0 + P 1 =1), rješenje sistema jednačina koje opisuju stanje jednog elementa ima oblik

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

Vjerovatnoća stanja kvara P 1 (t)=1- P 0 (t)= λ/(λ+ μ )- λ/ (λ+ μ )* e^ -(λ+ μ ) t

Ako je u početnom trenutku element bio u stanju kvara (oporavka), tj. R 0 (0) = 0, p 1 (0)=1 , onda

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

Obično u izračunavanju pokazatelja pouzdanosti za dovoljno duge vremenske intervale (t ≥ (7-8) t v ) bez velike greške, vjerovatnoće stanja se mogu odrediti srednjim vjerovatnoćama stabilnog stanja -

R 0 (∞) = K G = P 0 i

R 1 (∞) = TO P = P 1 .

Za stabilno stanje (t→∞) P i (t) = P i = konst sastavlja se sistem algebarskih jednadžbi s nultom lijevom stranom, jer u ovom slučaju dP i (t) / dt = 0. Tada sistem algebarskih jednadžbi ima oblik:

Jer Kg postoji mogućnost da će sistem biti u funkciji u ovom trenutku t na t, onda se iz dobijenog sistema jednačina određuje P 0 = Kg., odnosno vjerovatnoća rada elementa jednaka je stacionarnom faktoru raspoloživosti, a vjerovatnoća kvara jednaka je koeficijentu prisilnog zastoja:

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

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

tj. rezultat je isti kao u analizi graničnih stanja korištenjem diferencijalnih jednadžbi.

Metoda diferencijalnih jednadžbi može se koristiti za izračunavanje pokazatelja pouzdanosti i nepovratnih objekata (sistema).

U ovom slučaju, neoperabilna stanja sistema su "apsorbujuća" i intenziteti μ izlasci iz ovih stanja su isključeni.

Za objekt koji se ne može povratiti, graf stanja je:

Sistem diferencijalnih jednadžbi:

Sa početnim uslovima: P 0 (0) = 1; P 1 (0) = 0 , koristeći Laplaceovu transformaciju vjerovatnoće da je u radnom stanju, tj. FBG na vrijeme rada t bice .