Analiza tipurilor și consecințelor defecțiunilor ecranului. Analiza FMEA

Analiza tipurilor și consecințelor defecțiunilor componentelor structurilor tehnice și funcționale ale sistemului proiectat este prima etapă a studiului de proiectare a fiabilității și siguranței. Abrevierea internațională general acceptată pentru analiza modului de defecțiune și a efectului este FMEA. Acest tip de analiză aparține clasei analizei preliminare calitative și cantitative simplificate în faza de proiectare. Dacă se efectuează evaluări cantitative, atunci se utilizează termenul FMECA (analiza mod de eșec, efect și criticitate). Primele experimente în realizarea FMEA se referă la proiecte aerospațiale din anii 60 ai URSS și SUA. În anii 1980, procedurile FMEA au început să fie implementate în industria auto din SUA la Ford Motor Company. În prezent, analiza tipurilor și consecințelor defecțiunilor este un pas obligatoriu. evaluarea proiectului fiabilitatea și siguranța obiectelor din spațiu, construcția de aeronave, industria nucleară, chimio-tehnologică, rafinarea petrolului și alte industrii. În zonele în care această etapă nu este obligatorie, apar incidente periculoase, care duc la pierderi mari economice și de mediu și pun în pericol viața și sănătatea umană. Este suficient să reamintim evenimentele dramatice ale prăbușirii clădirilor publice din Moscova, construite conform proiectelor, unde un defect la un singur element al structurii de susținere (stift, coloană) a dus la consecințe dezastruoase.

Există trei obiective principale ale FMEA

• identificarea tipurilor potențiale de defecțiuni ale componentelor sistemului și determinarea impactului acestora asupra sistemului în ansamblu și, eventual, asupra mediului
• clasificarea modurilor de defecțiune după niveluri de severitate sau după niveluri de severitate și frecvență de apariție (FMECA)
• emiterea de recomandări pentru revizuirea soluțiilor de proiectare în vederea compensării sau eliminării defecțiunilor de tip periculoase

FMEA este cel mai standardizat domeniu de cercetare „robustețe”. Procedura și tipul documentației de intrare/ieșire sunt reglementate de standardele relevante. Documentele recunoscute internațional sunt:

· FMECA-uri stil MIL-STD-1629 -îndrumări privind analiza modurilor și consecințelor defecțiunilor, evaluarea criticității, identificarea blocajelor în structuri în ceea ce privește mentenabilitatea și supraviețuirea. Inițial a fost concentrat pe aplicații militare.

· SAE J1739, AIG-FMEA3, FORD FMEA - un pachet de documente care reglementează analiza tipurilor și consecințelor defecțiunilor pentru obiectele industriei de automobile, inclusiv etapele de proiectare și fabricație

· SAE ARP5580 - Un ghid FMEA pentru proiecte comerciale și militare, care integrează standardele MIL-STD-1629 și auto. Se introduce conceptul de grupuri de defecțiuni echivalente, i.e. defecțiuni care au aceleași consecințe și necesită aceleași acțiuni corective.

Comun tuturor standardelor este că acestea reglementează doar succesiunea și interconectarea etapelor de analiză, lăsând proiectantului libertate de acțiune în implementarea specifică a fiecărei etape. Astfel, este permisă personalizarea structurii tabelelor FMEA, determinarea scalelor ratelor de eșec și severitatea consecințelor, introducerea semnelor suplimentare de clasificare a defecțiunilor etc.

Etapele FMEA:

Construirea și analiza structurilor funcționale și/sau tehnice ale obiectului

Analiza condițiilor de funcționare a instalației

Analiza mecanismelor de defecțiune a elementelor, criterii și tipuri de defecțiuni

Clasificarea (lista) a posibilelor consecințe ale defecțiunilor

· analiză modalități posibile prevenirea (scăderea frecvenței) a eșecurilor alocate (consecințele eșecului)

Structura tehnică obiectul analizei are de obicei o reprezentare arborescentă, ierarhică (Fig. 3). Posibilele moduri de defecțiune sunt enumerate pentru componentele de nivel inferior (frunze de copac), iar consecințele lor sunt evaluate în ceea ce privește impactul asupra subsistemelor de nivel următor (nodurile părinte ale arborelui) și asupra obiectului în ansamblu.

Fig. 3. Reprezentarea ierarhică a obiectului analizei

Figura 4. este dat un fragment din tabelul FMEA care conține datele de analiză a tipurilor și consecințelor defecțiunilor echipamentelor la o instalație chimico-tehnologică.

Fig. 4. Fragment din tabelul FMEA.

La efectuarea evaluărilor cantitative ale soluţiilor de proiectare pt Tipuri FMEA Defecțiunile componentelor sunt de obicei caracterizate de trei parametri: frecvența de apariție, gradul de detectare, severitatea consecințelor. Deoarece analiza este de natură preliminară, punctele sunt de obicei folosite. evaluări ale experților acești parametri. De exemplu, o serie de documente propun următoarele clasificări ale modurilor de defecțiune după frecvență (Tabelul 2), după gradul de detectare (Tabelul 3), după gravitatea consecințelor (Tabelul 4).

Tabelul 2. Clasificarea defecțiunilor după frecvență.

Ele pot fi folosite individual sau împreună unul cu celălalt. Dacă sunt efectuate toate cele trei tipuri de analiză FMEA, atunci relația lor poate fi reprezentată după cum urmează:

Principala aplicație a FMEA este de a îmbunătăți proiectarea produsului (caracteristicile serviciului) și procesele sale de fabricație și operare (livrare a serviciilor). Analiza poate fi aplicată atât în ​​raport cu noul produse create(servicii) și procese, precum și în raport cu cele existente.

FMEA - analiza este efectuată atunci când un produs, proces, serviciu nou este dezvoltat sau modernizat; când este găsită o nouă aplicație pentru un produs, proces sau serviciu existent; când este elaborat un plan de control pentru un proces nou sau modificat. De asemenea, FMEA poate fi efectuată în scopul îmbunătățirii planificate a proceselor, produselor sau serviciilor existente sau investigarea neconformităților emergente.

FMEA - analiza se efectuează în următoarea ordine:

1. Se selectează obiectul analizei. Dacă obiectul de analiză este o parte a unui obiect compozit, atunci este necesar să se determine cu precizie limitele acestuia. De exemplu, dacă analizați o parte a unui proces, atunci pentru această parte trebuie să setați evenimentul de început și evenimentul de sfârșit.

2. Se determină opțiunile de aplicare a analizei. FMEA poate face parte din analiză integrată, la care se aplică metode diferite... În acest caz, FMEA ar trebui să fie în concordanță cu analiza sistemului în ansamblu.

Opțiunile cheie ar putea include:

• analiza de sus în jos.În acest caz, obiectul analizei este împărțit în părți și FMEA se realizează din cele mai mari părți.
• analiză de jos în sus. Analiza începe cu cele mai mici elemente, trecându-se secvenţial la elementele de un nivel superior.
• analiza componentelor. FMEA se realizează pe elementele fizice ale sistemului.
• analiza functiilor. În acest caz, se efectuează o analiză a funcțiilor și operațiilor obiectului. Luarea în considerare a funcțiilor se face din punctul de vedere al consumatorului (confortul și siguranța performanței), și nu din punctul de vedere al proiectantului sau producătorului.

3. Sunt definite granițele în interiorul cărora neconformitățile trebuie abordate. Limitele pot fi - perioada de timp, tipul de consumator, geografia utilizării, anumite acțiuni etc. De exemplu, neconformitățile dezvăluite numai în timpul inspecției și testării finale.

4. Se elaborează un tabel adecvat pentru înregistrarea informațiilor. Poate varia în funcție de factorii luați în considerare. Cel mai des folosit tabel este următorul.

5. Sunt determinate elementele în care este posibilă apariția inconsecvențelor (eșecurilor). Articolele pot include diverse componente, ansambluri, combinații părți componenteși așa mai departe.Dacă lista de articole devine prea mare și de negestionat, este necesar să se reducă limitele FMEA.

În cazul în care potențialele defecțiuni sunt asociate cu caracteristici critice, în plus, în timpul FMEA, este necesar să se efectueze o analiză de criticitate a defecțiunilor. Performanțele critice sunt standarde sau valori care reflectă siguranța sau conformitatea cu reglementările și necesită o monitorizare specială.

6. Pentru fiecare element selectat la pasul 5, este compilată o listă cu cele mai semnificative moduri de defecțiune. Această operațiune poate fi simplificată prin utilizarea unei liste standard de defecțiuni pentru articolele în cauză. Dacă se efectuează analiza criticității defecțiunilor, atunci este necesar să se determine probabilitatea apariției defecțiunii pentru fiecare dintre elemente. Când au fost identificate toate modurile de defecțiune posibile pentru un element, atunci probabilitatea totală de apariție a acestora ar trebui să fie de 100%.

7. Pentru fiecare tip de defecțiune identificat la pasul 6, sunt determinate toate consecințele posibile care pot apărea. Această operațiune poate fi simplificată prin utilizarea unei liste standard de consecințe. Dacă se efectuează o analiză a eșecului de criticitate, atunci este necesar să se determine probabilitatea de apariție a fiecărei consecințe. Când au fost identificate toate consecințele posibile, probabilitatea apariției lor în total ar trebui să fie de 100% pentru fiecare element.

8. Evaluarea severității consecințelor pentru consumator (S) - Se determină severitatea. Evaluarea severității este de obicei dat pe o scară de la 1 la 10, 1 fiind minor și 10 catastrofal. Dacă un tip de defecțiune are mai multe consecințe, atunci numai cea mai gravă consecință pentru acest tip de defecțiune este introdusă în tabelul FMEA.

9. Pentru fiecare tip de defecțiune sunt identificate toate cauzele potențiale. Pentru aceasta se poate aplica o diagramă cauzală Ishikawa. Toate cauzele potențiale pentru fiecare mod de defecțiune sunt înregistrate în tabelul FMEA.

10. Pentru fiecare cauză, se determină o evaluare a probabilității apariției acesteia (O) - Apariție. Probabilitatea de apariție este de obicei evaluată pe o scară de la 1 la 10, unde 1 înseamnă un eveniment extrem de puțin probabil și 10 înseamnă un eveniment iminent. Valoarea ratingului este introdusă în tabelul FMEA.

11. Pentru fiecare motiv, metode existente controale care se aplică în acest moment astfel încât defecțiunile să nu afecteze consumatorul. Aceste tehnici ar trebui să prevină apariția cauzelor, să reducă probabilitatea ca o defecțiune să apară sau să detecteze o defecțiune după ce cauza a apărut, dar înainte ca cauza să aibă un impact asupra consumatorului.

12. Pentru fiecare metodă de control, se determină un rating de detecție (D) - Detectare. Evaluarea de detecție este de obicei evaluată pe o scară de la 1 la 10, unde 1 înseamnă că metoda de control va detecta cu acuratețe problema, iar 10 înseamnă că nu va detecta problema (sau nu există niciun control). Evaluarea de detecție este înregistrată în tabelul FMEA.

13. Se calculează numărul prioritar al riscului ( riscul consumatorului - RPN) care este egal cu produsul

S*O*D. Acest număr vă permite să clasificați potențialele eșecuri după importanță.

14. Sunt identificate acțiunile recomandate, care ar putea include modificări de proiectare sau proces pentru a reduce severitatea consecințelor sau probabilitatea eșecului. Poate fi, de asemenea, întreprins măsuri suplimentare control pentru a crește probabilitatea detectării defecțiunilor.

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, eșecurile în perioada initiala funcţionarea 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.

Unul dintre mijloacele eficiente de îmbunătățire a calității obiectelor tehnice este analiza tipurilor și consecințelor potențialelor defecțiuni (Potential Failure Mode and Effects Analysis - FMEA). Analiza se realizează în etapa de proiectare a unei structuri sau a unui proces tehnologic (etapele corespunzătoare ciclu de viață produse - dezvoltare și pregătire pentru producție), precum și la finalizarea și îmbunătățirea produselor care au fost deja puse 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 proces 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 fatale și care pun viața în pericol mediu inconjurator si dezvoltarea activitatilor
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 efectuarea analizei se formează un grup de specialiști cu experienta practica si inalta nivel profesionalîn domeniul proiectării obiectelor similare, cunoașterii proceselor de fabricație a componentelor și asamblarii unui obiect, „tehnologie de monitorizare și diagnosticare a stării unui obiect, metode” de întreținere și reparare. Se folosește metoda brainstorming-ului. În același timp, în etapa analizei calitative, schema structurala obiect: un obiect este considerat ca un sistem format din subsisteme la diferite niveluri, care, la rândul lor, sunt alcătuite 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, criticitatea obiectului R este calculată din nou. Dacă este necesar, procedura de revizuire se repetă din nou.

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 standardele specializate pentru FMEA au fost dezvoltate și publicate în unele industrii.

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. Date mai jos descriere generala oferă o imagine 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 dispozitiv tehnic, un proces sau orice altceva supus analizei FME.

În plus, tipurile de posibile eșecuri, consecințele acestora și motive posibile apariția. 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 trebuie efectuată folosind metoda „de jos în sus”, înainte de a ajunge la nivel superior sisteme. 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 reprezintă un bun punct de plecare pentru diversitate. abordări moderne Analiza modului de eșec 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 probabilități de eșec tipuri diferite pentru diverse componente electronice:

• FMD 97
• MIL-HDBK-338B
• NPRD3

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

Deoarece pentru calcularea parametrului de criticitate al defecțiunii este necesară cunoașterea valorilor ratei de eșec, în complexul militar-industrial, înainte de aplicarea metodologiei FME [C] A, se efectuează calculul MTBF, ale cărui rezultate sunt folosit 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 majoritatea cazurilor, analiza modului de defecțiune, efectelor și severității (FMEA) pentru nevoile MIC este efectuată de un specialist (care este un expert în design electronic sau controlul calității) sau un grup foarte mic 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 FMEA în industria auto este efectuată intern. grup de lucru 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, în plus față de 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 au comun Noțiuni de bază componente, dispozitive și dispunerea lor (interacțiune). 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 consta din componente precum garnituri, șuruburi, diafragmă, circuit electronic 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 toată lumea dispozitiv simplu este elaborat 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 defecțiunii este un raport care conține toate tabelele FME verificate (dacă este necesar, ajustate de un grup 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 folosit pentru a identifica componentele (sau dispozitivele) cu mai multe grad înalt impactul asupra fiabilității sistemului final (țintă), caracterizat prin indicatori de siguranță cum ar fi probabilitatea medie de defecțiune la cerere (PFDavg), rata medie de defecțiuni periculoase (PFHavg), timpul mediu între defecțiuni (MTTF) sau timpul mediu la eșec periculos (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 defecțiuni sigure nedetectate (rata defecțiunilor sigure nediagnosticate / nedetectabile) - frecvența (rata) defecțiunilor sistemului final, transferând starea de funcționare a acestuia de la normal la sigur. Sistemul sau operatorul ESD nu este notificat, instalația sau echipamentul țintă este protejată;
• Rata de defecțiuni periculoase detectate (rata defecțiunilor periculoase diagnosticate / detectate) - frecvența (rata) defecțiunilor sistemului final la care acesta va rămâne într-o stare normală atunci când va apărea nevoie, dar sistemul ESD sau operatorul este notificat pentru a corecta problemă sau efectuați 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 . Setarea țintă sau echipamentul nu este protejat, problema este latentă și singura cale depanarea este efectuarea unui test de control (verificare). 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 (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 periculoasă.

KConsult C.I.S. propune servicii profesionale practicieni europeni certificați în efectuarea analizelor FMEA, FMECA, FMEDA, precum și introducerea metodologiei FMEA în activitățile zilnice ale întreprinderilor industriale.

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 o stare la alta sunt Poisson (cel mai simplu), atunci proces aleatoriu tranzițiile vor 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 de la 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 .