Analiza vrsta i posljedica kvarova zaslona. FMEA analiza

Analiza vrsta i posljedica kvarova komponenti tehničkih i funkcionalnih konstrukcija projektiranog sustava prva je faza projektne studije pouzdanosti i sigurnosti. Međunarodno prihvaćena kratica za analizu načina kvara i učinka je FMEA (failure mode and effect analysis). Ova vrsta analize spada u klasu preliminarne kvalitativne i pojednostavljene kvantitativne analize u fazi projektiranja. Ako se provode kvantitativne procjene, tada se koristi pojam FMECA (analiza kvarova, učinaka i kritičnosti – analiza vrsta, posljedica i kritičnosti kvarova). Prvi FMEA eksperimenti vezani su za zrakoplovne projekte 60-ih godina SSSR-a i SAD-a. U 1980-ima, FMEA procedure su se počele uvoditi u američkoj automobilskoj industriji u Ford Motor Company. Trenutno je analiza načina i posljedica kvarova obavezan korak. evaluacija projekta pouzdanost i sigurnost svemirske, zrakoplovne, nuklearne, kemijsko-tehnološke, plinske i naftne industrije i drugih industrija. U područjima gdje ova faza nije obvezna, događaju se opasni incidenti koji dovode do velikih gospodarskih i ekoloških gubitaka te ugrožavaju život i zdravlje ljudi. Dovoljno je prisjetiti se dramatičnih događaja urušavanja javnih moskovskih zgrada građenih prema projektima gdje je nedostatak samo jednog elementa potporne konstrukcije (pin, stup) doveo do katastrofalnih posljedica.

Postoje tri glavna cilja za provođenje FMEA

• identificiranje mogućih načina kvara komponenti sustava i određivanje njihovog utjecaja na sustav u cjelini i eventualno na okoliš
• klasifikacija načina kvara prema razinama ozbiljnosti ili prema razinama ozbiljnosti i učestalosti pojavljivanja (FMECA)
• izdavanje preporuka za reviziju projektnih rješenja kako bi se nadoknadili ili otklonili opasni načini kvara

FMEA je najstandardiziranije područje istraživanja "pouzdanosti". Postupak vođenja i vrsta ulazne/izlazne dokumentacije reguliran je odgovarajućim standardima. Međunarodno priznati dokumenti su:

· MIL-STD-1629 stil FMECA - smjernice za provođenje analize načina i učinaka kvara, procjene kritičnosti, utvrđivanje strukturnih uskih grla u smislu održivosti i preživljavanja. U početku se fokusirao na vojne primjene.

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

· SAE ARP5580 - FMEA smjernice za komercijalne i vojne projekte, integrirajući MIL-STD-1629 i automobilske standarde. Uvodi se pojam skupina ekvivalentnih kvarova, t.j. kvarovi koji generiraju iste posljedice i zahtijevaju iste korektivne radnje.

Zajedničko svim standardima je da reguliraju samo slijed i međusobnu povezanost faza analize, ostavljajući dizajneru slobodu da djeluje u specifičnoj implementaciji svake faze. Tako je moguće proizvoljno prilagoditi strukturu FMEA tablica, odrediti ljestvice za učestalost pojavljivanja kvarova i težinu posljedica, uvođenje dodatnih znakova klasifikacije kvarova itd.

FMEA koraci:

izgradnja i analiza funkcionalnih i/ili tehničkih struktura objekta

analiza uvjeta rada objekta

analiza mehanizama kvara elemenata, kriterija i načina kvara

Klasifikacija (popis) mogućih posljedica kvarova

· analiza mogući načini sprječavanje (smanjenje učestalosti) izoliranih kvarova (posljedice kvarova)

Tehnička struktura objekt analize obično ima stablo, hijerarhijski prikaz (slika 3). Mogući načini kvara navedeni su za komponente niže razine (lišće stabla), a njihove posljedice se ocjenjuju u smislu njihovog utjecaja na podsustave sljedeće razine (roditeljske čvorove stabla) i objekt u cjelini.

sl.3. Hijerarhijski prikaz objekta analize

Na sl.4. dat je ulomak FMEA tablice koja sadrži podatke o analizi vrsta i posljedica kvarova opreme kemijsko-tehnološkog objekta.

sl.4. Ulomak FMEA tablice.

Prilikom izvođenja kvantitativnih procjena projektnih rješenja za FMEA vrste Kvarove komponenti obično karakteriziraju tri parametra: učestalost pojavljivanja, stupanj detekcije, težina posljedica. Budući da je analiza preliminarna, obično se koriste bodovi. stručna mišljenja ove opcije. Primjerice, brojni dokumenti predlažu sljedeće klasifikacije načina kvara prema učestalosti (tablica 2), stupnju detekcije (tablica 3) i težini posljedica (tablica 4).

Tablica 2. Klasifikacija kvarova prema učestalosti.

Mogu se koristiti pojedinačno ili u kombinaciji jedni s drugima. Ako se provedu sve tri vrste FMEA - analiza, onda se njihov odnos može prikazati na sljedeći način:

Glavna primjena FMEA analize odnosi se na poboljšanje dizajna proizvoda (karakteristike usluge) i procesa njegove proizvodnje i rada (pružanje usluga). Analiza se može primijeniti i u odnosu na novo stvoreni proizvodi(usluge) i procese, kao iu odnosu na postojeće.

FMEA - analiza se provodi kada se razvija novi proizvod, proces, usluga ili se provodi njihova modernizacija; kada se pronađe nova upotreba za postojeći proizvod, proces ili uslugu; kada se izradi plan kontrole za novi ili promijenjeni proces. Također, FMEA se može provoditi u svrhu planiranog poboljšanja postojećih procesa, proizvoda ili usluga ili istraživanja nesukladnosti koje se pojavljuju.

FMEA analiza se provodi sljedećim redoslijedom:

1. Odabran je objekt analize. Ako je predmet analize dio kompozitnog objekta, tada njegove granice moraju biti precizno definirane. Na primjer, ako analizirate dio procesa, morate postaviti početni i završni događaj za taj dio.

2. Određene su opcije za primjenu analize. FMEA može biti dio složena analiza, u kojem razne metode. U ovom slučaju, FMEA bi trebao biti u skladu s cjelokupnom analizom sustava.

Ključne opcije mogu uključivati:

• analiza odozgo prema dolje. U tom se slučaju predmet analize dijeli na dijelove i FMEA se kreće od najvećih dijelova.
• analiza odozdo prema gore. Analiza počinje s najmanjim elementima, sukcesivno prelazeći na elemente više razine.
• analiza komponenti. FMEA se izvodi za fizičke elemente sustava.
• analiza funkcije. U ovom slučaju se vrši analiza funkcija i operacija objekta. Razmatranje funkcija provodi se sa stajališta potrošača (pogodnost i sigurnost izvođenja), a ne dizajnera ili proizvođača.

3. Utvrđuju se granice unutar kojih je potrebno razmotriti nedosljednosti. Granice mogu biti - vremensko razdoblje, vrsta potrošača, geografija primjene, određene radnje itd. Na primjer, nedosljednosti koje se otkrivaju samo tijekom završnog pregleda i testiranja.

4. Razvija se prikladna tablica za bilježenje informacija. Može se razlikovati ovisno o faktorima koji se uzimaju u obzir. Najčešće korištena tablica je sljedeća.

5. Utvrđuju se elementi u kojima se mogu pojaviti nedosljednosti (kvarovi). Elementi mogu uključivati ​​različite komponente, sklopove, kombinacije sastavni dijelovi itd. Ako popis elemenata postane prevelik i neizvodljiv, potrebno je smanjiti granice FMEA.

U slučaju da su potencijalni kvarovi povezani s kritičnim karakteristikama, dodatno je tijekom FMEA potrebno analizirati kritičnost kvarova. Kritične karakteristike su standardi ili pokazatelji koji odražavaju sigurnost ili usklađenost s regulatornim zahtjevima i zahtijevaju posebnu kontrolu.

6. Za svaki element identificiran u koraku 5, sastavlja se popis najznačajnijih načina kvara. Ova se operacija može pojednostaviti primjenom standardnog popisa kvarova za razmatrane elemente. Ako se provodi analiza kritičnosti kvara, tada je potrebno utvrditi vjerojatnost pojave kvara za svaki od elemenata. Kada se identificiraju svi mogući načini kvara za element, tada bi ukupna vjerojatnost njihovog nastanka trebala biti 100%.

7. Za svaki način kvara identificiran u koraku 6, utvrđuju se sve moguće posljedice koje se mogu pojaviti. Ova se operacija može pojednostaviti korištenjem standardnog popisa posljedica. Ako se provodi analiza kritičnosti kvara, tada je potrebno utvrditi vjerojatnost nastanka svake posljedice. Kada su identificirane sve moguće posljedice, vjerojatnost njihove pojave treba zbrojiti 100% za svaki element.

8. Ocjena težine posljedica za potrošača (S) - Utvrđuje se težina. Ocjena ozbiljnosti obično se temelji na ljestvici od 1 do 10, gdje 1 znači manji, a 10 katastrofalan. Ako način kvara ima više od jedne posljedice, tada se u FMEA tablicu unosi samo najteža posljedica za taj način kvara.

9. Za svaki način kvara identificiraju se svi potencijalni uzroci. Za to se može koristiti Ishikawa dijagram uzroka i posljedica. Svi potencijalni uzroci za svaki način kvara zabilježeni su u FMEA tablici.

10. Za svaki uzrok utvrđuje se ocjena vjerojatnosti njegove pojave (O) – Pojava. Vjerojatnost pojave obično se ocjenjuje na skali od 1 do 10, pri čemu 1 znači vrlo malo vjerojatno, a 10 znači neizbježno. Vrijednost ocjene se unosi u FMEA tablicu.

11. Za svaki razlog su određeni postojeće metode kontrole koje su trenutno na snazi ​​kako bi se osiguralo da kvarovi ne utječu na kupca. Ove metode trebale bi spriječiti pojavu uzroka, smanjiti vjerojatnost da će doći do kvara ili otkriti kvar nakon što je uzrok nastupio, ali prije nego što je uzrok utjecao na potrošača.

12. Za svaku metodu kontrole utvrđuje se stupanj detekcije (D) – detekcija. Ocjena detekcije obično se ocjenjuje na ljestvici od 1 do 10, pri čemu 1 znači da će metoda kontrole apsolutno otkriti problem, a 10 - neće moći otkriti problem (ili uopće nema kontrole). Ocjena detekcije se unosi u FMEA tablicu.

13. Izračunava se broj prioriteta rizika ( rizik potrošača - RPN) što je jednako umnošku

TRAVNJAK. Ovaj broj vam omogućuje rangiranje potencijalnih neuspjeha u smislu značaja.

14. Identificirane su preporučene radnje, koje mogu uključivati ​​izmjene dizajna ili procesa kako bi se smanjila ozbiljnost ili vjerojatnost kvarova. Oni također mogu uzeti dodatne mjere kontrolu za povećanje vjerojatnosti otkrivanja kvara.

Ispitivanja kompletnosti tehnoloških procesa.

Ispitivanje konstrukcije za završetak.

Ova ispitivanja se provode na prvim prototipovima proizvoda. Njihova je svrha pokazati da dizajn proizvoda zadovoljava zahtjeve za pouzdanost.

Nije važno kako je prototip izgrađen i koji su napori uloženi u njegovo otklanjanje pogrešaka. Ako se ne postigne potrebna razina pouzdanosti proizvoda, dizajn se mora poboljšati. Ispitivanje se nastavlja sve dok proizvod ne ispuni sve navedene zahtjeve.

Tijekom ovih ispitivanja kvarovi se bilježe u početno razdoblje rad proizvoda. Ovim se podacima postiže potpuna dosljednost između dizajna proizvoda i procesa potrebnih za njegovu proizvodnju, te se određuje količina testiranja koja je potrebna za postizanje potrebne pouzdanosti u isporuci proizvoda [proizvoda potrošačima.

Ispitivanja se provode i na prvim uzorcima proizvoda. Ovi I uzorci rade za određeno razdoblje (razdoblje uhodavanja). Pomno se prate karakteristike njihovog rada, mjeri se smanjenje stope kvarova. Nakon razdoblja uhodavanja prikupljaju se podaci o iskustvu radi mjerenja i provjere učinkovitosti proizvoda i usporedbe s rezultatima. tatami, dobiveni tijekom testiranja proizvoda na potpunost I Zapažanja tijekom ovih ispitivanja omogućuju vam da postavite vrijednost razdoblja uhodavanja proizvoda.

Ispitivanja trajnosti. Tijekom ovih ispitivanja bilježe se kvarovi na trošenje elemenata proizvoda i gradi njihova distribucija. Dobiveni podaci se koriste za eliminaciju. uzroci tih kvarova, čija pojava dovodi do neprihvatljivog smanjenja očekivanog vijeka trajanja proizvoda. Ispitivanja trajnosti provode se na brojnim uzorcima ovog proizvoda. Tijekom ovih ispitivanja potrebno je odrediti granicu prijelaza s konstantne na rastuću stopu kvara i konstruirati distribuciju za svaki uočeni način kvara.

Jedno od učinkovitih sredstava za poboljšanje kvalitete tehničkih objekata je analiza vrsta i posljedica potencijalnih kvarova (Potential Failure Mode and Effects Analysis - FMEA). Analiza se provodi u fazi projektiranja konstrukcije ili tehnološkog procesa (odgovarajuće faze životni ciklus proizvodi - razvoj i priprema za proizvodnju), kao i kod finalizacije i poboljšanja proizvoda koji su već stavljeni 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. Sustavi kvalitete u automobilskoj industriji. Metoda za analizu vrsta i posljedica potencijalnih kvarova) također predviđa mogućnost korištenja FMEA metode u razvoju i analizi drugih procesa, poput prodaje , usluge i marketinške procese.

Glavni ciljevi analize vrsta i posljedica potencijalnih kvarova:

Identifikacija kritičnih kvarova povezanih s opasnošću za ljudski život i okoliš i razvoj aktivnosti
smanjiti vjerojatnost njihove pojave i ozbiljnost mogućih posljedica;

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

Tijekom 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 tih posljedica,

Procjena dostatnosti nadzornih i dijagnostičkih alata Procjena mogućnosti otkrivanja kvara, mogućnosti sprječavanja kvara u praktičnoj upotrebi ovih alata,

Izrada prijedloga za promjenu dizajna i tehnologije izrade kako bi se smanjila vjerojatnost kvarova i njihova kritičnost,

Izrada pravila ponašanja osoblja u slučaju kritičnih kvarova,

analiza mogućih pogrešaka osoblja.

Za provođenje analize, skupina stručnjaka s praktično iskustvo i visoka profesionalnoj razini u području projektiranja sličnih objekata, poznavanje procesa izrade komponenti i montaže objekta, "tehnologija praćenja i dijagnosticiranja stanja objekta, metode" održavanja i popravka. Koristi se metoda brainstorminga. Istovremeno, u fazi kvalitativne analize, a strukturna shema objekt: objekt se smatra sustavom koji se sastoji od podsustava različite razine, koji se pak sastoje od zasebnih elemenata.

Moguće vrste kvarova i njihove posljedice analiziraju se odozdo prema gore, t.j. od elemenata do podsustava, 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 kritičnost kvara se procjenjuje stručno, u bodovima, uzimajući u obzir vjerojatnost njegovog nastanka, vjerojatnost njegovog otkrivanja i procjenu težine mogućih posljedica. Rizik kvara (broj prioritetnog rizika) može se pronaći pomoću formule: I

gdje se vrijednost O određuje u bodovima ovisno o vjerojatnosti kvara, - o vjerojatnosti otkrivanja (otkrivanja) kvara, "ovisi o težini posljedica kvara.

Pronađena vrijednost za svaki element za svaki uzrok i za svaku moguću posljedicu uspoređuje se s kritičnom. Kritična vrijednost se postavlja unaprijed i odabire od 100 do 125. Smanjenje kritične vrijednosti odgovara razvoju pouzdanijih proizvoda i procesa.

Za svaki kvar, za koji vrijednost R prelazi kritičnu, razvijaju se mjere za njegovo smanjenje poboljšanjem dizajna i tehnologije proizvodnje. Za novu verziju objekta, kritičnost objekta R se ponovno izračunava. Ako je potrebno, postupak dorade se ponovno ponavlja.

FMEA metodologija, primjeri

FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) je analiza načina i učinaka kvarova. Izvorno razvijena i objavljena od strane američkog vojno-industrijskog kompleksa (u obliku MIL-STD-1629), analiza načina kvara je danas toliko popularna jer su specijalizirani FMEA standardi razvijeni i objavljeni u nekim industrijama.

Nekoliko primjera takvih standarda su:

• MIL-STD-1629. Razvijen u SAD-u i predak je svih modernih FMEA standarda.
• SAE-ARP-5580 je modificirani MIL-STD-1629, dopunjen bibliotekom nekih elemenata za automobilsku industriju. Koristi se u mnogim industrijama.
• SAE J1739 je FMEA standard koji opisuje analizu mogućih kvarova i učinaka u dizajnu (DFMEA) i analizu mogućih kvarova i učinaka u procesima proizvodnje i montaže, PFMEA). Standard pomaže identificirati i smanjiti rizik pružanjem relevantnih uvjeta, zahtjeva, tablica ocjena i radnih listova. Kao standard, ovaj dokument sadrži zahtjeve i smjernice za vođenje korisnika kroz implementaciju FMEA.
• AIAG FMEA-3 je specijalizirani standard koji se koristi u automobilskoj industriji.
• Interni FMEA standardi velikih proizvođača automobila.
• Povijesno razvijeni u mnogim tvrtkama i industrijama, postupci slični postupcima kvarova i analizi učinaka. Možda su to danas "standardi" FMEA s najširom pokrivenošću.

Svi standardi analize načina kvara i učinaka (bilo da su objavljeni ili povijesno razvijeni) općenito su međusobno vrlo slični. Ispod Opći opis daje opću ideju o FMEA-i kao metodologiji. Namjerno nije preduboko i pokriva većinu trenutnih FMEA pristupa.

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

Zatim, vrste mogućih kvarova, njihove posljedice i mogući razlozi pojava. Ovisno o veličini, prirodi i složenosti sustava, određivanje mogućih načina kvara može se izvesti za cijeli sustav u cjelini ili za svaki njegov podsustav pojedinačno. U potonjem slučaju, posljedice kvarova na razini podsustava će se očitovati kao načini kvara na gornjoj razini. Identifikacija načina kvara i posljedica treba se provoditi odozdo prema gore, do vrhunska razina sustava. Za karakterizaciju vrsta i posljedica kvarova definiranih na najvišoj razini sustava koriste se parametri kao što su intenzitet, kritičnost kvarova, vjerojatnost nastanka itd. Ovi se parametri mogu ili izračunati "odozdo prema gore" s nižih razina sustava ili eksplicitno postaviti na njegovu gornju razinu. Ovi parametri mogu biti i kvantitativni i kvalitativni. Kao rezultat toga, za svaki element sustava najviše razine izračunava se vlastita jedinstvena mjera, izračunata iz ovih parametara prema odgovarajućem algoritmu. U većini slučajeva, ova mjera se naziva "omjer prioriteta rizika", "kritičnost", "razina rizika" ili slično. Načini na koje se takva mjera može koristiti i kako se izračunava mogu biti jedinstveni u svakom pojedinom slučaju i dobra su polazna točka za izradu mnogostruke moderni pristupi provesti analizu načina rada i učinaka kvara (FMEA).

Primjer primjene FMEA u vojno-industrijskom kompleksu

Svrha parametra "Kritičnost" je pokazati da su sigurnosni zahtjevi sustava u potpunosti ispunjeni (u najjednostavnijem slučaju to znači da su svi pokazatelji kritičnosti ispod unaprijed određene razine.

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

Glavni pokazatelji koji se koriste za izračun vrijednosti ozbiljnosti su:

• stopa kvarova (određena izračunom vremena između kvarova - MTBF),
• vjerojatnost kvara (kao postotak pokazatelja stope neuspjeha),
• radno vrijeme.

Dakle, očito je da parametar kritičnosti ima stvarnu točnu vrijednost za svaki pojedini sustav (ili njegovu komponentu).

Postoji prilično širok raspon dostupnih kataloga (knjižnica) koji sadrže vjerojatnosti kvarova različiti tipovi za razne elektroničke komponente:

• FMD97
• MIL-HDBK-338B
• NPRD3

Deskriptor biblioteke za određenu komponentu, općenito, izgleda ovako:

Budući da je za izračunavanje parametra kritičnosti kvara potrebno poznavati vrijednosti indeksa stope kvarova, u vojno-industrijskom kompleksu se prije primjene FME[C]A metodologije provodi proračun MTBF-a, rezultati koje koristi FME[C]A. Za elemente sustava čiji indeks kritičnosti kvara prelazi tolerancije utvrđene sigurnosnim zahtjevima, također treba provesti odgovarajuću analizu stabla kvarova (FTA, Fault Tree Analysis). U većini slučajeva analizu načina kvara, učinaka i kritičnosti (FMEA) za potrebe obrambene industrije obavlja jedna osoba (bilo stručnjak za dizajn elektroničkih sklopova ili stručnjak za kontrolu kvalitete) ili vrlo mala skupina takvih stručnjaka.

FMEA u automobilskoj industriji

Za svaki broj prioriteta rizika (RPN) kvara koji premašuje unaprijed određenu razinu (često 60 ili 125), identificiraju se i provode korektivne radnje. U pravilu se utvrđuje odgovorna osoba za provedbu takvih mjera, vrijeme njihove provedbe i način na koji se naknadno dokazuje učinkovitost poduzetih korektivnih radnji. Nakon provedbe korektivnih mjera, vrijednost Faktora prioriteta rizika od kvara se ponovno procjenjuje i uspoređuje s postavljenom graničnom vrijednošću.

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

• vjerojatnost neuspjeha
• kritično,
• vjerojatnost otkrivanja kvara.

U većini slučajeva, omjer prioriteta rizika se izvodi na temelju vrijednosti gornja tri indikatora (čije se bezdimenzionalne vrijednosti kreću od 1 do 10), tj. je izračunata vrijednost koja varira u sličnim granicama. Međutim, u slučajevima kada postoje stvarne (retrospektivne) točne vrijednosti stope kvarova za određeni sustav, granice za pronalaženje koeficijenta prioriteta rizika mogu se proširiti više puta, na primjer:

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

Značajke FMEA, FMECA i FMEDA metoda analize

Metode analize pouzdanosti FMEA (Failure Modes and Effects Analysis), FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis) i FMEDA (Failure Modes, Effects and Diagnosibility Analysis), iako imaju mnogo zajedničkog, sadrže nekoliko značajnih razlika.

Dok je FMEA metodologija koja vam omogućuje da odredite scenarije (metode) u kojima proizvod (oprema), uređaj za zaštitu u nuždi (ESD), tehnološki proces ili sustav mogu otkazati (vidi IEC 60812 "Tehnike analize za pouzdanost sustava - Procedura za analizu načina rada i učinaka kvara (FMEA)"),

FMECA, osim FMEA, rangira identificirane načine kvara prema njihovoj važnosti (kritičnosti) izračunavanjem jednog od dva pokazatelja - broja prioriteta rizika (Risk Priority Number) ili kritičnosti kvara,

a cilj FMEDA je izračunati stopu kvara (failure rate) konačnog sustava koji se može smatrati uređajem ili grupom uređaja koji obavljaju složeniju funkciju. Metodologija FMEDA načina analize kvarova, učinaka i dijagnostičnosti prvo je razvijena za analizu elektroničkih uređaja, a zatim proširena na mehaničke i elektromehaničke sustave.

Opći koncepti i pristupi FMEA, FMECA i FMEDA

FMEA, FMECA i FMEDA koriste uobičajeno Osnovni koncepti komponente, uređaji i njihov raspored (interakcije). Sigurnosna instrumentirana funkcija (SIF) sastoji se od nekoliko uređaja koji moraju osigurati izvođenje potrebne operacije za zaštitu stroja, opreme ili procesa od posljedica opasnosti, kvara. Primjeri SIS uređaja su pretvarač, izolator, kontaktna grupa itd.

Svaki uređaj se sastoji od komponenti. Na primjer, pretvarač se može sastojati od komponenti kao što su brtve, vijci, dijafragma, elektronički sklop itd.

Sklop uređaja može se smatrati jednim kombiniranim uređajem koji implementira funkciju SIS. Na primjer, aktuator-pozicioner-ventil je sklop uređaja koji se zajedno mogu smatrati krajnjim sigurnosnim elementom ESD-a. Komponente, uređaji i sklopovi mogu biti dio krajnjeg sustava za potrebe procjene FMEA, FMECA ili FMEDA.

Osnovna metodologija na kojoj se temelje FMEA, FMECA i FMEDA može se primijeniti prije ili tijekom projektiranja, proizvodnje ili konačne instalacije konačnog sustava. Osnovna metodologija razmatra i analizira načine kvara svake komponente koja je dio svakog uređaja kako bi se procijenila mogućnost kvara svih komponenti.

U slučajevima kada se FME analiza provodi za sklop, osim identificiranja načina kvara i posljedica, potrebno je izraditi blok dijagram (dijagram) pouzdanosti ovog sklopa za procjenu međusobne interakcije uređaja (vidi IEC 61078:2006 „Analiza tehnike za pouzdanost - blok dijagram pouzdanosti i booleove metode").

Ulazni podaci, rezultati i ocjena rezultata provedbe FMEA, FMECA, FMEDA prikazano shematski na slici (desno). Povećaj sliku.

Opći pristup definira sljedeće glavne korake FME analize:

• definiranje konačnog sustava i njegove strukture;
• identificiranje mogućih scenarija za provođenje analize;
• procjena mogućih situacija kombinacija scenarija;
• provođenje FME analize;
• evaluacija rezultata FME analize (uključujući FMECA, FMEDA).

Primjena FMECA metodologije na rezultate analize načina i učinaka kvara (FMEA) omogućuje procjenu rizika povezanih s kvarovima, a FMEDA metode - mogućnost procjene pouzdanosti.

Za sve jednostavan uređaj razvija se FME tablica, koja se zatim primjenjuje na svaki specifični scenarij analize. Struktura FME tablice može varirati za FMEA, FMECA ili FMEDA, a također ovisi o prirodi konačnog sustava koji se analizira.

Rezultat analize načina i učinaka kvara je izvješće koje sadrži sve provjerene (po potrebi prilagođene od strane radne skupine stručnjaka) FME tablice i zaključke / prosudbe / odluke u vezi s konačnim sustavom. Ako je ciljni sustav izmijenjen nakon provođenja FME analize, FMEA postupak se mora ponoviti.

Razlike u procjenama i rezultatima FME-, FMEC- i FMED-analize

Iako su osnovni koraci u provođenju FME analize općenito isti za FMEA, FMECA i FMEDA, evaluacija i rezultati se razlikuju.

Rezultati FMECA analize uključuju rezultate FMEA, kao i rangiranje svih oblika kvarova i učinaka. Ovo se rangiranje koristi za identificiranje komponenti (ili uređaja) s više visok stupanj utjecaj na pouzdanost konačnog (ciljnog) sustava, karakteriziran takvim sigurnosnim pokazateljima kao što su prosječna vjerojatnost kvara na zahtjev (PFDavg), prosječna učestalost opasnog kvara (PFHavg.), srednje vrijeme između kvarova (MTTFs) ili srednja vrijednost vrijeme do opasnog kvara (MTTFd).

FMECA rezultati se mogu koristiti za kvalitativnu ili kvantitativnu ocjenu, au oba slučaja treba ih prikazati matricom kritičnosti krajnjeg sustava koja u grafičkom obliku pokazuje koje komponente (ili uređaji) imaju veći/manji utjecaj na pouzdanost konačnog (ciljnog) sustav.

FMEDA rezultati uključuju FMEA rezultate i konačne podatke o pouzdanosti sustava. Mogu se koristiti za provjeru da sustav zadovoljava ciljni SIL, za certifikaciju SIL-a ili kao osnova za izračun ciljnog SIL uređaja SIS.

FMEDA pruža kvantitativne procjene pokazatelja pouzdanosti kao što su:

• Stopa sigurnog otkrivenog kvara (stopa dijagnosticiranih/otkrivenih sigurnih kvarova) - učestalost (stopa) kvarova konačnog sustava, prenoseći njegovo radno stanje iz normalnog u sigurno. ESD sustav ili operater je obaviješten, ciljno postrojenje ili oprema su zaštićeni;
• Stopa sigurnog neotkrivenog kvara (stopa nedijagnosticiranih / neotkrivenih sigurnih kvarova) - učestalost (stopa) kvarova konačnog sustava, prenoseći njegovo radno stanje iz normalnog u sigurno. ESD sustav ili operater nije obaviješten, ciljno postrojenje ili oprema su zaštićeni;
• Stopa opasnog otkrivenog kvara (stopa dijagnosticiranih/otkrivenih opasnih kvarova) - učestalost (stopa) kvarova krajnjeg sustava, pri kojoj će on ostati u normalnom stanju kada je to potrebno, ali je sustav ili operater ESD-a obaviješten da ispravi problem ili izvesti Održavanje. Ciljano postrojenje ili oprema nije zaštićena, ali je problem identificiran i postoji šansa da se problem ispravi prije nego što se pojavi potreba;
• Stopa opasnog neotkrivenog kvara - Stopa (stopa) kvarova krajnjeg sustava pri kojoj će on ostati u normalnom stanju kada se ukaže potreba, ali sustav ili ESD operater nije obaviješten. Ciljano postrojenje ili oprema nije zaštićena, problem je skriven i jedini način utvrđivanje i otklanjanje kvara je provođenje kontrolnog ispitivanja (ovjeravanja). Ako je potrebno, FMEDA procjena može otkriti koliko se nedijagnosticiranih opasnih kvarova može identificirati pomoću kontrolnog testa. Drugim riječima, FMEDA rezultat pomaže osigurati da se učinkovitost testnog ispitivanja (Et) ili pokrivenost kontrolnim ispitivanjem (PTC) postigne prilikom provođenja probnog testiranja (validacije) krajnjeg sustava;
• Stopa kvarova najave (stopa kvarova-uzbuna) - učestalost (stopa) kvarova konačnog sustava, koji neće utjecati na sigurnosne performanse kada se njegovo radno stanje prebaci iz normalnog u sigurno stanje;
• Stopa kvara bez učinka - Stopa (stopa) bilo kojih drugih kvarova koji neće rezultirati prijelazom radnog stanja konačnog sustava iz normalnog u sigurno ili opasno.

KConsult C.I.S. ponude profesionalne usluge certificirani europski inženjeri praktičari za izvođenje FMEA, FMECA, FMEDA analiza, kao i primjenu FMEA metodologije u svakodnevnim aktivnostima industrijskih poduzeća.

Uz eksponencijalni zakon raspodjele vremena oporavka i vremena između kvarova, matematički aparat Markovljevih slučajnih procesa koristi se za izračunavanje pokazatelja pouzdanosti sustava s oporavkom. U ovom slučaju, funkcioniranje sustava opisuje se procesom promjene stanja. Sustav je prikazan kao graf koji se naziva graf prijelaza iz stanja u stanje.

Slučajni proces u bilo kojem fizičkom sustavu S , Zove se markovski, ako ima sljedeće svojstvo : za bilo koji trenutak t 0 vjerojatnost stanja sustava u budućnosti (t > t 0 ) ovisi samo o trenutnom stanju

(t = t 0 ) i ne ovisi o tome kada je i kako sustav došao u ovo stanje (drugim riječima: s fiksnom sadašnjošću budućnost ne ovisi o pretpovijesti procesa – prošlosti).

t< t 0

t > t 0

Za Markovljev proces "budućnost" ovisi o "prošlosti" samo kroz "sadašnjost", odnosno budući tijek procesa ovisi samo o onim prošlim događajima koji su utjecali na stanje procesa u sadašnjem trenutku.

Markovljev proces, kao proces bez posljedica, ne znači potpunu neovisnost od prošlosti, budući da se očituje u sadašnjosti.

Pri korištenju metode, u općem slučaju, za sustav S , potrebno je imati matematički model kao skup stanja sustava S 1 , S 2 , …, S n , u kojem može biti tijekom kvarova i obnove elemenata.

Prilikom sastavljanja modela uvedene su sljedeće pretpostavke:

Neuspjeli elementi sustava (ili sam objekt) odmah se obnavljaju (početak obnove podudara se s trenutkom kvara);

Nema ograničenja u broju restauracija;

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

Osnovna pravila za sastavljanje modela:

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

a) krugovi (vrhovi grafaS 1 , S 2 , …, S n ) – moguća stanja sustava S , koji proizlaze iz kvarova elemenata;

b) strelice– mogući smjerovi prijelaza iz jednog stanja S i drugome S j .

Strelice iznad/ispod označavaju intenzitet prijelaza.

Primjeri grafikona:

S0 - radni uvjeti;

S1 – stanje kvara.

"Petlja" označava kašnjenja u određenom stanju S0 i S1 relevantno:

Dobro stanje se nastavlja;

Stanje neuspjeha se nastavlja.

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

2. Za opisivanje slučajnog procesa prijelaza stanja (neuspjeh/oporavak), koriste se vjerojatnosti stanja

P1(t), P2(t), …, P i (t), … , Pn(t) ,

gdje P i (t) je vjerojatnost pronalaska sustava u ovom trenutku t u i-to stanje.

Očito, za bilo koje t

(uvjet normalizacije, budući da druga stanja, osim za S 1 , S 2 , …, S n Ne).

3. Prema grafu stanja sastavlja se sustav običnih diferencijalnih jednadžbi prvog reda (Kolmogorov-Chapmanovih jednadžbi).

Razmotrimo instalacijski element ili samu instalaciju bez redundancije, koja može biti u dva stanja: S 0 - bez problema (izvodljiv),S 1 - stanje kvara (obnova).

Odredimo odgovarajuće vjerojatnosti stanja elemenata R 0 (t): P 1 (t) u proizvoljnom trenutku t pod različitim početnim uvjetima. Riješit ćemo ovaj problem pod uvjetom, kao što je već navedeno, da je protok kvarova najjednostavniji λ = konst i restauracije μ = konst, zakon raspodjele vremena između kvarova i vremena oporavka je eksponencijalan.

Za bilo koji trenutak vremena, zbroj vjerojatnosti P 0 (t) + P 1 (t) = 1 je vjerojatnost određenog događaja. Popravimo trenutak vremena t i pronađimo vjerojatnost P (t + ∆ t) da u trenutku vremena t + ∆ t stavka je u tijeku. Ovaj događaj je moguć kada su ispunjena dva uvjeta.

U vrijeme t element je bio u stanju S 0 i za vrijeme t nije bilo neuspjeha. Vjerojatnost rada elementa određena je pravilom množenja vjerojatnosti neovisnih događaja. Vjerojatnost da u ovom trenutku t stavka je bila i stanje S 0 , jednako je P 0 (t). Vjerojatnost da u vremenu t nije odbio e -λ∆ t . Do višeg reda malenosti možemo pisati

Stoga je vjerojatnost ove hipoteze jednaka umnošku P 0 (t) (1- λ ∆ t).

2. U trenutku t element je u stanju S 1 (u stanju oporavka), tijekom vremena ∆ t restauracija je završila i element je ušao u stanje S 0 . Ova je vjerojatnost također određena pravilom množenja vjerojatnosti neovisnih događaja. Vjerojatnost da u to vrijeme t element je bio u državi S 1 , jednako je R 1 (t). Vjerojatnost da je oporavak završio određuje se kroz vjerojatnost suprotnog događaja, t.j.

1 - e -μ∆ t = μ· ∆ t

Stoga je vjerojatnost druge hipoteze P 1 (t) ·μ· ∆ t/

Vjerojatnost radnog stanja sustava u određenom trenutku (t + ∆ t) određuje se vjerojatnošću zbroja neovisnih nespojivih 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 granicu na ∆ t → 0 , dobivamo jednadžbu za prvo stanje

dP 0 (t)/ dt=- λP 0 (t)+ µP 1 (t)

Provodeći slično razmišljanje za drugo stanje elementa - stanje kvara (obnavljanja), možemo dobiti drugu jednadžbu stanja

dP 1 (t)/ dt=- µP 1 (t)+λ P 0 (t)

Tako je za opisivanje vjerojatnosti stanja elementa dobiven sustav dviju diferencijalnih jednadžbi 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 sustav diferencijalnih jednadžbi za vjerojatnosti stanja R Do (k = 0, 1, 2,…) može se odmah napisati koristeći sljedeće pravilo: na lijevoj strani svake jednadžbe je izvoddP Do (t)/ dt, a u desnom ima onoliko komponenti koliko je bridova povezanih izravno s danim stanjem; ako rub završava u ovom stanju, tada komponenta ima znak plus, ako počinje od dato stanje, tada komponenta ima predznak minus. Svaka komponenta jednaka je umnošku intenziteta tijeka događaja koji prenosi element ili sustav duž zadanog ruba u drugo stanje, po vjerojatnosti stanja iz kojeg rub počinje.

Sustav diferencijalnih jednadžbi može se koristiti za određivanje PBR električnih sustava, funkcije i faktora raspoloživosti, vjerojatnosti popravka (obnove) nekoliko elemenata sustava, prosječnog vremena kada je sustav u bilo kojem stanju, kvara stopa sustava, uzimajući u obzir početne uvjete (stanja elemenata).

U početnim uvjetima R 0 (0)=1; R 1 (0)=0 i (P 0 +P 1 =1), rješenje sustava jednadžbi koje opisuju stanje jednog elementa ima oblik

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

Vjerojatnost 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 (restauracije), t.j. 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 izračunima pokazatelja pouzdanosti za dovoljno duge vremenske intervale (t ≥ (7-8) t u ) bez velike pogreške, vjerojatnosti stanja mogu se odrediti utvrđenim prosječnim vjerojatnostima -

R 0 (∞) = K G = P 0 i

R 1 (∞) = Do P =P 1 .

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

Jer kg postoji vjerojatnost da će sustav u ovom trenutku biti operativan t na t , tada se iz rezultirajućeg sustava jednadžbi određuje P 0 = kg., tj. vjerojatnost rada elementa jednaka je stacionarnom faktoru raspoloživosti, a vjerojatnost kvara jednaka je faktoru prisilnog zastoja:

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

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

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

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

U ovom slučaju neoperabilna stanja sustava su "apsorbirajuća" i intenziteti μ izlasci iz tih stanja su isključeni.

Za objekt koji se ne može obnoviti, graf stanja izgleda ovako:

Sustav diferencijalnih jednadžbi:

U početnim uvjetima: P 0 (0) = 1; P 1 (0) = 0 , koristeći Laplaceovu transformaciju vjerojatnosti da je u radnom stanju, tj. FBG u vrijeme rada t bit će .