Analiza vrst in posledic okvar zaslona. FMEA analiza

Analiza vrst in posledic okvar komponent tehničnih in funkcionalnih struktur projektiranega sistema je prva faza projektantske študije zanesljivosti in varnosti. Splošno sprejeta mednarodna okrajšava za analizo načina in učinka okvare je FMEA. Ta vrsta analize spada v razred predhodne kvalitativne in poenostavljene kvantitativne analize v fazi projektiranja. Če se izvajajo kvantitativne ocene, se uporablja izraz FMECA (analiza načina, učinka in kritičnosti). Prvi poskusi pri izvajanju FMEA se nanašajo na vesoljske projekte 60-ih let ZSSR in ZDA. V osemdesetih letih prejšnjega stoletja so se FMEA postopki začeli izvajati v ameriški avtomobilski industriji pri Ford Motor Company. Trenutno je analiza vrst in posledic okvar obvezen korak. ocena projekta zanesljivost in varnost objektov vesoljske, letalske, jedrske, kemično-tehnološke, rafinerije plina in olja in drugih industrij. Na območjih, kjer ta faza ni obvezna, se dogajajo nevarni incidenti, ki vodijo do velikih gospodarskih in okoljskih izgub ter ogrožajo življenje in zdravje ljudi. Dovolj je, da se spomnimo dramatičnih dogodkov propada javnih moskovskih zgradb, zgrajenih po projektih, kjer je okvara le enega elementa nosilne konstrukcije (zatič, steber) povzročila katastrofalne posledice.

Obstajajo trije glavni cilji FMEA

• prepoznavanje možnih vrst okvar komponent sistema in ugotavljanje njihovega vpliva na sistem kot celoto in morda tudi okolje
• razvrstitev načinov okvare po stopnjah resnosti ali po stopnjah resnosti in pogostosti pojavljanja (FMECA)
• izdajanje priporočil za revizijo projektnih rešitev za kompenzacijo ali odpravo nevarnih vrst okvar

FMEA je najbolj standardizirano področje raziskav "robustnosti". Postopek in vrsto vhodne/izhodne dokumentacije urejajo ustrezni standardi. Mednarodno priznani dokumenti so:

· FMECA stila MIL-STD-1629 - navodila za analizo načinov in posledic okvar, ocenjevanje kritičnosti, ugotavljanje ozkih grl v konstrukcijah v smislu vzdržljivosti in preživetja. Prvotno je bil osredotočen na vojaške aplikacije.

· SAE J1739, AIG-FMEA3, FORD FMEA - paket dokumentov, ki urejajo analizo vrst in posledic okvar za objekte avtomobilske industrije, vključno z fazami načrtovanja in proizvodnje

· SAE ARP5580 - Vodnik FMEA za komercialne in vojaške projekte, ki vključuje MIL-STD-1629 in avtomobilske standarde. Uveden je koncept skupin enakovrednih okvar, t.j. napake, ki imajo enake posledice in zahtevajo enake popravne ukrepe.

Skupno vsem standardom je, da urejajo le zaporedje in medsebojno povezanost faz analize, oblikovalcu pa puščajo svobodo delovanja pri specifični izvedbi vsake stopnje. Tako je dovoljeno prilagoditi strukturo tabel FMEA, določiti lestvice stopenj napak in resnosti posledic, uvesti dodatne znake klasifikacije okvar itd.

FMEA koraki:

Konstrukcija in analiza funkcionalnih in/ali tehničnih struktur objekta

Analiza obratovalnih pogojev objekta

Analiza mehanizmov okvar elementov, kriterijev in vrst okvar

Razvrstitev (seznam) možnih posledic okvar

· analiza možne načine preprečevanje (zmanjšanje pogostosti) dodeljenih okvar (posledice okvare)

Tehnična struktura predmet analize ima običajno drevesno, hierarhično predstavo (slika 3). Navedeni so možni načini okvare za komponente nižje ravni (drevesno listje), njihove posledice pa so ocenjene glede na vpliv na podsisteme naslednje stopnje (drevesna nadrejena vozlišča) in objekt kot celoto.

Slika 3. Hierarhična predstavitev predmeta analize

Slika 4. podan je del tabele FMEA, ki vsebuje podatke analize vrst in posledic okvar opreme na kemijsko-tehnološkem objektu.

Slika 4. Fragment tabele FMEA.

Pri izvajanju kvantitativnih ocen projektnih rešitev za Vrste FMEA okvare komponent običajno označujejo trije parametri: pogostost pojavljanja, stopnja odkritja, resnost posledic. Ker je analiza predhodne narave, se običajno uporabljajo točke. strokovne ocene teh parametrov. Številni dokumenti na primer predlagajo naslednje razvrstitve načinov okvare po pogostosti (tabela 2), po stopnji odkrivanja (tabela 3), po resnosti posledic (tabela 4).

Tabela 2. Razvrstitev okvar po pogostosti.

Uporabljajo se lahko posamezno ali v povezavi med seboj. Če se izvedejo vse tri vrste analize FMEA, je njihov odnos mogoče predstaviti na naslednji način:

Glavna uporaba FMEA je izboljšati zasnovo izdelka (značilnosti storitev) ter procese njegove proizvodnje in delovanja (opravljanje storitev). Analiza se lahko uporabi tako v zvezi z novim ustvarjenih izdelkov(storitev) in procesov, pa tudi v zvezi z obstoječimi.

FMEA - analiza se izvaja, ko se razvije ali posodobi nov izdelek, proces, storitev; ko se najde nova aplikacija za obstoječi izdelek, proces ali storitev; ko se razvije načrt nadzora za nov ali spremenjen proces. FMEA se lahko izvaja tudi z namenom načrtovanega izboljšanja obstoječih procesov, izdelka ali storitve ali preiskave nastajajočih neskladnosti.

FMEA - analiza se izvaja v naslednjem vrstnem redu:

1. Izbran je predmet analize. Če je predmet analize del sestavljenega predmeta, je treba natančno določiti njegove meje. Na primer, če analizirate del procesa, morate za ta del nastaviti začetni in končni dogodek.

2. Določene so možnosti za uporabo analize. FMEA je lahko del integrirana analiza, pri katerem velja različne metode... V tem primeru mora biti FMEA skladen z analizo sistema kot celote.

Ključne možnosti lahko vključujejo:

• analiza od zgoraj navzdol. V tem primeru je predmet analize razdeljen na dele, FMEA pa se izvede iz največjih delov.
• analiza od spodaj navzgor. Analiza se začne z najmanjšimi elementi, ki se zaporedoma pomikajo na elemente višje ravni.
• analiza komponent. FMEA se izvaja na fizičnih elementih sistema.
• analiza funkcij. V tem primeru se izvede analiza funkcij in operacij objekta. Upoštevanje funkcij se izvaja z vidika potrošnika (udobnost in varnost delovanja), in ne s strani oblikovalca ali proizvajalca.

3. Določene so meje, znotraj katerih je treba obravnavati neskladnosti. Meje so lahko – časovno obdobje, vrsta potrošnika, geografija uporabe, določena dejanja itd. Na primer, neskladnosti, odkrite šele med končnim pregledom in testiranjem.

4. Razvija se ustrezna tabela za vpis podatkov. Lahko se razlikuje glede na upoštevane dejavnike. Najpogosteje uporabljena tabela je naslednja.

5. Ugotavljajo se elementi, pri katerih je možen pojav nedoslednosti (okvar). Predmeti lahko vključujejo različne komponente, sklope, kombinacije sestavni deli in tako naprej Če postane seznam postavk prevelik in neobvladljiv, je treba omejiti FMEA meje.

V primeru, da so morebitne okvare povezane s kritičnimi značilnostmi, je poleg tega pri FMEA potrebno izvesti analizo kritičnosti okvar. Kritične zmogljivosti so standardi ali meritve, ki odražajo varnost ali skladnost s predpisi in zahtevajo posebno spremljanje.

6. Za vsak element, izbran v koraku 5, je sestavljen seznam najpomembnejših načinov okvare. To operacijo je mogoče poenostaviti z uporabo standardnega seznama napak za zadevne elemente. Če se izvede analiza kritičnosti okvar, je treba za vsak element določiti verjetnost nastanka okvare. Ko so identificirani vsi možni načini okvare za element, mora biti skupna verjetnost njihovega pojava 100%.

7. Za vsako vrsto okvare, ugotovljeno v koraku 6, se določijo vse možne posledice, ki se lahko pojavijo. To operacijo je mogoče poenostaviti z uporabo standardnega seznama posledic. Če se izvede analiza okvare kritičnosti, je treba določiti verjetnost nastanka vsake posledice. Ko so ugotovljene vse možne posledice, mora biti verjetnost njihovega skupnega pojava 100 % za vsak element.

8. Ocena resnosti posledic za potrošnika (S) - Določi se resnost. Ocena resnosti je običajno podana na lestvici od 1 do 10, pri čemer je 1 manjša, 10 pa katastrofalna. Če ima vrsta okvare več posledic, se v tabelo FMEA vnese le najhujša posledica za to vrsto okvare.

9. Za vsako vrsto okvare so identificirani vsi možni vzroki. Za to se lahko uporabi vzročni diagram Ishikawa. Vsi možni vzroki za vsak način okvare so zabeleženi v tabeli FMEA.

10. Za vsak vzrok se določi ocena verjetnosti njegovega pojava (O) – Pojav. Verjetnost pojava je običajno ocenjena na lestvici od 1 do 10, kjer 1 pomeni izjemno malo verjeten dogodek, 10 pa neposreden dogodek. Vrednost ocene se vnese v tabelo FMEA.

11. Za vsak razlog, obstoječe metode kontrole, ki se trenutno uporabljajo, tako da napake ne vplivajo na potrošnika. Te tehnike bi morale preprečiti nastanek vzrokov, zmanjšati verjetnost, da bo prišlo do okvare, ali odkriti okvaro, potem ko se je vzrok pokazal, vendar preden vzrok vpliva na potrošnika.

12. Za vsako kontrolno metodo se določi stopnja zaznavanja (D) – zaznavanje. Ocena zaznavanja je običajno ocenjena na lestvici od 1 do 10, kjer 1 pomeni, da bo nadzorna metoda natančno zaznala težavo, 10 pa, da težave ne bo zaznala (ali pa nadzora sploh ni). Stopnja zaznavanja je zapisana v tabeli FMEA.

13. Izračuna se prednostno število tveganj ( tveganje potrošnikov - RPN), ki je enak produktu

S * O * D. Ta številka vam omogoča, da morebitne napake razvrstite po pomembnosti.

14. Opredeljeni so priporočeni ukrepi, ki lahko vključujejo spremembe načrta ali postopka za zmanjšanje resnosti posledic ali verjetnosti neuspeha. Lahko se tudi izvaja dodatni ukrepi nadzor za povečanje verjetnosti odkrivanja napak.

Preizkusi popolnosti tehnoloških procesov.

Testi oblikovanja za popolnost.

Ti testi se izvajajo na prvih prototipih izdelka. Njihov namen je pokazati, da zasnova izdelka izpolnjuje zahteve po zanesljivosti.

V tem primeru ni pomembno, na kakšen način je bil zgrajen prototip in kakšna prizadevanja so bila vložena v njegovo odpravljanje napak. Če zahtevana raven zanesljivosti izdelka ni dosežena, je treba zasnovo izboljšati. Testiranje se nadaljuje, dokler izdelek ne izpolni vseh navedenih zahtev.

Med temi testi so napake v začetno obdobje delovanje izdelka. Ti podatki se uporabljajo za doseganje popolne skladnosti med zasnovo izdelka in proizvodnih procesov ter za določitev količine testiranja, ki je potrebna za doseganje zahtevane zanesljivosti, ko je [izdelek dostavljen strankam.

Testi se izvajajo tudi na prvih vzorcih izdelkov. Ti vzorci I delujejo za dano obdobje (obdobje uvajanja). Njihovo delovanje se skrbno spremlja in meri se zmanjšane stopnje napak. Po obdobju uvajanja se zberejo eksperimentalni podatki, ki vam omogočajo merjenje in preverjanje kazalnikov obratovalne zanesljivosti izdelka ter jih primerjate z rezultati | tatami, pridobljeni pri testiranju popolnosti izdelka I Opažanja, opravljena med temi testi, vam omogočajo, da nastavite vrednost obdobja utekanja izdelka.

Testi vzdržljivosti. Med temi preskusi se zabeležijo napake ob obrabi elementov izdelka in se konstruira njihova porazdelitev. Pridobljeni podatki se uporabijo za odpravo. vzroke za tiste okvare, katerih pojav vodi v nesprejemljivo zmanjšanje pričakovane življenjske dobe izdelka. Preizkusi vzdržljivosti se izvajajo na številnih vzorcih tega izdelka. Pri teh testih je treba določiti mejo prehoda iz stalne stopnje okvare v naraščajočo in konstruirati porazdelitev za vsak opazovani način okvare.

Eno od učinkovitih sredstev za izboljšanje kakovosti tehničnih objektov je analiza vrst in posledic morebitnih okvar (Potential Failure Mode and Effects Analysis - FMEA). Analiza se izvaja v fazi načrtovanja konstrukcije ali tehnološkega procesa (ustrezne faze življenski krog izdelki - razvoj in priprava za proizvodnjo), pa tudi pri dodelavi in ​​izboljševanju izdelkov, ki so že dani v proizvodnjo. Priporočljivo je, da to analizo razdelite na dve fazi: ločeno analizo v fazi razvoja načrtovanja in v fazi razvoja tehnološki proces.

Standard (GOST R 51814.2-2001. Sistemi kakovosti v avtomobilski industriji. Metoda za analizo vrst in posledic morebitnih okvar) predvideva tudi možnost uporabe metode FMEA pri razvoju in analizi drugih procesov, kot so prodaja, storitev, marketing.

Glavni cilji analize vrst in posledic morebitnih okvar:

Prepoznavanje usodnih in življenjsko nevarnih kritičnih okvar okolje in razvoj dejavnosti
zmanjšati verjetnost njihovega pojava in resnost možnih posledic;

Prepoznavanje in odprava vzrokov za morebitne okvare izdelka za izboljšanje njegove zanesljivosti.

Med analizo se rešijo naslednje naloge:

Prepoznavanje možnih okvar predmeta (izdelka ali procesa) in njegovih elementov (to upošteva izkušnje pri izdelavi in ​​upravljanju podobnih objektov),

Preučevanje vzrokov okvar, količinsko opredelitev pogostosti njihovega pojavljanja,

Razvrstitev okvar glede na resnost posledic in kvantitativno oceno pomena teh posledic,

Ocena zadostnosti kontrolnih in diagnostičnih orodij, ocena možnosti odkrivanja okvare, možnosti preprečevanja napak pri praktični uporabi teh sredstev,

Razvoj predlogov za spremembo zasnove in tehnologije izdelave z namenom zmanjšanja verjetnosti okvar in njihove kritičnosti,

Razvoj pravil ravnanja za osebje v primeru kritičnih okvar,

analiza možnih kadrovskih napak.

Za izvedbo analize se oblikuje skupina strokovnjakov z praktične izkušnje in visoko strokovni ravni na področju projektiranja podobnih objektov, poznavanje procesov izdelave komponent in montaže objekta, »tehnologija za spremljanje in diagnosticiranje stanja objekta, metode« vzdrževanja in popravil. Uporablja se metoda brainstorminga. Hkrati je v fazi kvalitativne analize strukturna shema objekt: predmet se obravnava kot sistem, sestavljen iz podsistemov na različnih ravneh, ki pa so sestavljeni iz ločenih elementov.

Analizirane so možne vrste okvar in njihove posledice od spodaj navzgor, tj. od elementov do podsistemov in nato do predmeta kot celote. Analiza upošteva, da ima lahko vsaka okvara več vzrokov in več različnih posledic.

Na stopnji kvantitativne analize se strokovno, v točkah, oceni kritičnost okvare ob upoštevanju verjetnosti njenega nastanka, verjetnosti njenega odkritja in ocene resnosti možnih posledic. Tveganje neuspeha (številka prednostnega tveganja) je mogoče najti po formuli: I

kjer je vrednost O določena v točkah glede na verjetnost okvare, - od verjetnosti odkrivanja (odkrivanja) okvare ", je odvisna od resnosti posledic okvare.

Najdeno vrednost primerjamo s kritično vrednostjo za vsak element za vsak razlog in za vsako možno posledico. Kritična vrednost je vnaprej določena in izbrana v območju od 100 do 125. Znižanje kritične vrednosti ustreza razvoju zanesljivejših izdelkov in procesov.

Za vsako okvaro, pri kateri vrednost R preseže kritično, se razvijejo ukrepi za njeno zmanjšanje z izboljšanjem zasnove in proizvodne tehnologije. Za novo varianto objekta se kritičnost objekta R izračuna na novo. Po potrebi se postopek revizije ponovno ponovi.

Metodologija FMEA, primeri

FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) je analiza načinov in posledic okvar. Analiza načina in učinka, ki jo je prvotno razvil in objavil ameriški vojaško-industrijski kompleks (v obliki MIL-STD-1629), je danes tako priljubljena, saj so bili v nekaterih panogah razviti in objavljeni specializirani standardi za FMEA.

Nekaj ​​primerov takšnih standardov:

• MIL-STD-1629. Razvit v ZDA in je prednik vseh sodobnih standardov FMEA.
• SAE-ARP-5580 je revizija MIL-STD-1629 s knjižnico nekaterih elementov za avtomobilsko industrijo. Uporablja se v številnih panogah.
• SAE J1739 je standard FMEA za analizo možnih načinov in učinkov pri načrtovanju (DFMEA) ter analizo možnih načinov in učinkov okvare v proizvodnji in montaži. Procesi, PFMEA. Standard pomaga prepoznati in ublažiti tveganje z zagotavljanjem ustreznih pogojev, zahtev, ocen in delovnih listov. Ta dokument standardno vsebuje zahteve in priporočila za vodenje uporabnika skozi izvajanje FMEA.
• AIAG FMEA-3 je specializiran standard, ki se uporablja v avtomobilski industriji.
• Interni FMEA-standardi velikih proizvajalcev avtomobilov.
• Zgodovinsko razviti v številnih podjetjih in panogah so postopki podobni analizi vrst in posledic okvar. Morda so danes to FMEA "standardi" najširše pokritosti.

Vsi standardi za analizo načinov in posledic okvar (objavljeni ali zgodovinsko razviti) so si na splošno zelo podobni. Podano spodaj splošen opis daje pregled FMEA kot metodologije. Namenoma ni zelo globok in zajema večino trenutno uporabljenih pristopov FMEA.

Najprej je treba jasno določiti meje analiziranega sistema. Sistem je lahko tehnično napravo, proces ali kar koli drugega, ki je predmet analize FME.

Nadalje, vrste možnih okvar, njihove posledice in možni razlogi pojav. Glede na velikost, naravo in kompleksnost sistema se lahko ugotavljanje vrst možnih okvar izvede za celoten sistem kot celoto ali za vsak njegov podsistem posebej. V slednjem primeru se bodo posledice okvar na ravni podsistema pokazale kot načini okvare na višji ravni. Opredelitev vrst in posledic okvar je treba izvesti po metodi "od spodaj navzgor", preden dosežemo najvišji nivo sistemi. Za karakterizacijo vrst in posledic okvar, opredeljenih na zgornjem nivoju sistema, se uporabljajo parametri, kot so intenzivnost, kritičnost okvar, verjetnost nastanka ipd. Te parametre je mogoče izračunati "od spodaj navzgor" iz nižjih nivojev sistema ali pa izrecno nastaviti na zgornji ravni. Ti parametri so lahko tako kvantitativni kot kvalitativni. Posledično se za vsak element sistema najvišje ravni izračuna lastna edinstvena mera, izračunana iz teh parametrov po ustreznem algoritmu. V večini primerov se ta ukrep imenuje »razmerje prioritete tveganja«, »resnost«, »raven tveganja« ali kaj podobnega. Način uporabe takega merila in način njegovega izračuna sta lahko v vsakem primeru edinstvena in sta dobro izhodišče za raznolikost. sodobnih pristopov Analiza načina in učinkov okvare (FMEA).

Primer uporabe FMEA v vojaško-industrijskem kompleksu

Namen parametra "Severnost" je pokazati, da so varnostne zahteve sistema v celoti izpolnjene (v najpreprostejšem primeru to pomeni, da so vsi kazalniki kritičnosti pod vnaprej določeno ravnjo.

Okrajšava FMECA je kratica za Failure Mode, Effects and Criticality Analysis.

Glavni kazalniki, ki se uporabljajo za izračun vrednosti kritičnosti, so:

• stopnja napak (določena z izračunom povprečnega časa med napakami - MTBF),
• verjetnost okvare (kot odstotek kazalnika stopnje okvare),
• čas delovanja.

Tako je očitno, da ima parameter kritičnosti resnično natančno vrednost za vsak določen sistem (ali njegovo komponento).

Na voljo je precej široka paleta katalogov (knjižnic), ki vsebujejo verjetnosti okvar različni tipi za različne elektronske komponente:

• FMD 97
• MIL-HDBK-338B
• NPRD3

Deskriptor knjižnice za določeno komponento na splošno izgleda takole:

Ker je za izračun parametra kritičnosti okvare potrebno poznati vrednosti stopnje okvare, se v vojaško-industrijskem kompleksu pred uporabo metodologije FME [C] A izvede izračun MTBF, katerega rezultati so uporablja FME [C] A. Za elemente sistema, katerih kritičnost okvare presega tolerance, določene z varnostnimi zahtevami, je treba izvesti tudi ustrezno analizo drevesa napak (FTA). V večini primerov analizo načina, učinkov in resnosti napak (FMEA) za potrebe MIC izvaja en specialist (ki je strokovnjak za elektronsko načrtovanje ali nadzor kakovosti) ali zelo majhna skupina takih strokovnjakov.

FMEA v avtomobilski industriji

Za vsako številko prioritete tveganja (RPN) napake, ki presega vnaprej določeno raven (pogosto 60 ali 125), se identificirajo in izvajajo korektivni ukrepi. Praviloma se določijo odgovorni za izvajanje tovrstnih ukrepov, čas njihove izvedbe in način naknadnega dokazovanja učinkovitosti izvedenih korektivnih ukrepov. Po opravljenih korektivnih ukrepih se vrednost prednostnega faktorja tveganja neuspeha ponovno ovrednoti in primerja z največjo ugotovljeno vrednostjo.

Glavni kazalniki, ki se uporabljajo za izračun vrednosti prednostnega razmerja tveganja, so:

• verjetnost neuspeha
• kritičnost,
• verjetnost odkrivanja okvare.

V večini primerov je razmerje prioritete tveganja izpeljano na podlagi vrednosti zgornjih treh kazalnikov (katerih brezdimenzionalne vrednosti ležijo v območju od 1 do 10), tj. je izračunana vrednost, ki se spreminja znotraj istih meja. V primerih, ko so na voljo dejanske (retrospektivne) natančne vrednosti stopnje okvare za določen sistem, je mogoče meje iskanja prednostnega faktorja tveganja večkrat razširiti, na primer:

V večini primerov se FMEA analize v avtomobilski industriji izvajajo interno. delovna skupina predstavniki različnih oddelkov (R&R, proizvodnja, servis, kontrola kakovosti).

Značilnosti analiznih metod FMEA, FMECA in FMEDA

Metode analize zanesljivosti FMEA (analiza načinov in posledic okvar), FMECA (načinov, posledic in resnosti okvar) in FMEDA (analiza načinov, posledic in diagnostike okvar), čeprav imajo veliko skupnega, vsebujejo več opaznih razlik.

Ker je FMEA metodologija, ki vam omogoča, da določite scenarije (načine), po katerih lahko pride do odpovedi izdelka (opreme), naprave za zaščito v sili (ESD), tehnološkega procesa ali sistema (glejte standard IEC 60812 "Tehnike analize za zanesljivost sistema - Postopek za odpoved analiza načina in učinkov (FMEA) "),

FMECA poleg FMEA razvršča identificirane načine okvare po njihovi pomembnosti (kritičnosti) z izračunom enega od dveh kazalnikov – številke prioritete tveganja ali kritičnosti okvare,

in namen FMEDA je izračunati stopnjo okvare končnega sistema, ki ga lahko štejemo za napravo ali skupino naprav, ki opravljajo bolj zapleteno funkcijo. Metodologija FMEDA za analizo načinov, posledic in diagnostike okvar je bila najprej razvita za analizo elektronskih naprav, nato pa razširjena na mehanske in elektromehanske sisteme.

Splošni koncepti in pristopi FMEA, FMECA in FMEDA

FMEA, FMECA in FMEDA si delijo skupno osnovnih konceptov komponente, naprave in njihova razporeditev (interakcija). Varnostno instrumentirano funkcijo (SIF) sestavlja več naprav, ki morajo zagotoviti, da se izvede potrebna operacija za zaščito stroja, opreme ali tehnološkega procesa pred posledicami nevarnosti ali okvare. Primeri ESD naprav so pretvornik, izolator, kontaktna skupina itd.

Vsaka naprava je sestavljena iz komponent. Na primer, oddajnik je lahko sestavljen iz komponent, kot so tesnila, vijaki, membrana, elektronsko vezje itd.

Sklop naprav lahko obravnavamo kot eno kombinirano napravo, ki izvaja funkcijo ESD. Na primer, aktuator-pozicioner-ventil je sklop naprav, ki jih skupaj lahko obravnavamo kot končni varnostni element ESD. Komponente, naprave in sklopi so lahko del končnega sistema za namene ocenjevanja FMEA, FMECA ali FMEDA.

Osnovno metodologijo za FMEA, FMECA in FMEDA je mogoče uporabiti pred ali med načrtovanjem, proizvodnjo ali končno montažo končnega sistema. Osnovna metodologija obravnava in analizira načine okvare vsake komponente, ki je del vsake naprave, da oceni možnost okvare vseh komponent.

V primerih, ko se analiza FME izvaja za sklop, je treba poleg identifikacije načinov in posledic okvar razviti blokovni diagram (diagram) zanesljivosti tega sklopa za oceno medsebojnega delovanja naprav (glej standard IEC 61078: 2006 "Tehnike analize za zanesljivost - blok diagram zanesljivosti in logične metode").

Vhodni podatki, rezultati in ocena rezultatov FMEA, FMECA, FMEDA shematično prikazano na sliki (desno). Povečaj sliko.

Splošni pristop opredeljuje naslednje glavne korake za analizo FME:

• opredelitev končnega sistema in njegove strukture;
• določitev možnih scenarijev za izvedbo analize;
• ocena možnih situacij kombinacij scenarijev;
• izvajanje analize FME;
• vrednotenje rezultatov analize FME (vključno z FMECA, FMEDA).

Uporaba metodologije FMECA za rezultate analize načina in učinka okvare (FMEA) ponuja priložnost za oceno tveganj, povezanih z okvarami, metodologija FMEDA pa omogoča oceno zanesljivosti.

Za vse preprosta naprava se razvije tabela FME, ki se nato uporabi za vsak definiran scenarij analize. Struktura tabele FME se lahko razlikuje za FMEA, FMECA ali FMEDA in tudi glede na naravo končnega sistema, ki se analizira.

Rezultat analize načinov in posledic okvar je poročilo, ki vsebuje vse preverjene (po potrebi prilagojene s strani delovne skupine strokovnjakov) FME tabele in zaključke/sodbe/odločitve glede končnega sistema. Če je ciljni sistem po analizi FME spremenjen, je treba postopek FMEA ponoviti.

Razlike med ocenami in rezultati analiz FME, FMEC in FMED

Čeprav so osnovni koraki za izvedbo analize FME na splošno enaki za FMEA, FMECA in FMEDA, so ocena in rezultati različni.

Rezultati FMECA vključujejo rezultate FMEA kot tudi razvrstitve vseh načinov in posledic okvar. Ta razvrstitev se uporablja za prepoznavanje komponent (ali naprav) z več visoka stopnja vpliv na zanesljivost končnega (ciljnega) sistema, za katerega so značilni varnostni kazalniki, kot so povprečna verjetnost okvare na zahtevo (PFDavg), povprečna nevarna stopnja okvare (PFHavg).), srednji čas med okvarami (MTTF) ali srednji čas do nevarne okvare (MTTFd).

Rezultati FMECA se lahko uporabljajo za kvalitativno ali kvantitativno oceno, v obeh primerih pa naj bodo predstavljeni z matriko kritičnosti končnega sistema, ki v grafični obliki prikazuje, katere komponente (ali naprave) imajo večji/manjši vpliv na zanesljivost sistema. končni (ciljni) sistem.

Rezultati FMEDA vključujejo rezultate FMEA in podatke o zanesljivosti končnega sistema. Uporabljajo se lahko za preverjanje, ali sistem izpolnjuje ciljno raven SIL, certifikat SIL ali kot osnovo za izračun ciljnega SIL naprave ESD.

FMEDA zagotavlja kvantitativne ocene kazalnikov zanesljivosti, kot so:

• Stopnja zaznane varne napake (stopnja diagnosticiranih/odkritih varnih okvar) - pogostost (stopnja) okvar končnega sistema, ki prenaša njegovo delovno stanje iz normalnega v varno. Sistem PAZ ali operater obveščen, cilj ali oprema zaščitena;
• Stopnja varnih nezaznanih okvar (stopnja nediagnosticiranih / nezaznavnih varnih okvar) - pogostost (stopnja) okvar končnega sistema, prenos njegovega delovnega stanja iz normalnega v varno. Sistem ali operater ESD ni obveščen, ciljna naprava ali oprema je zaščitena;
• Stopnja nevarnih zaznanih okvar (stopnja diagnosticiranih/odkritih nevarnih okvar) - pogostost (stopnja) okvar končnega sistema, pri kateri bo ostal v normalnem stanju, ko se pojavi potreba, vendar je sistem ESD ali operater obveščen, da odpravi napako. problem ali izvedbo Vzdrževanje... Ciljna namestitev ali oprema ni zaščitena, vendar je težava prepoznana in obstaja možnost, da se težava odpravi, preden se pojavi potreba;
• Stopnja nevarnih nezaznanih okvar (stopnja nediagnosticiranih/nezaznanih nevarnih okvar) - pogostost (stopnja) okvar končnega sistema, pri kateri bo ostal v normalnem stanju, ko se bo pojavila potreba, vendar sistem ali operater ESD ni obveščen. . Ciljna nastavitev ali oprema ni zaščitena, težava je latentna in edina pot odpravljanje težav je izvajanje kontrolnega testa (preverjanja). Po potrebi lahko FMEDA ugotovi, koliko nediagnosticiranih nevarnih okvar je mogoče identificirati s preizkusnim testom. Z drugimi besedami, ocena FMEDA pomaga zagotoviti metrike učinkovitosti za preizkus preizkusa (Et) ali pokritost preizkusa dokazov (PTC) pri izvajanju dokaznega testiranja (validacije) ciljnega sistema;
• Stopnja odpovedi obveščanja - pogostost (intenzivnost) okvar končnega sistema, ki ne bodo vplivale na varnostno delovanje, ko se njegovo obratovalno stanje prenese iz normalnega v varno stanje;
• Stopnja odpovedi brez učinka - Pogostost (stopnja) kakršnih koli drugih okvar, ki ne bodo privedle do prehoda delovnega stanja končnega sistema iz normalnega v varno ali nevarno.

KConsult C.I.S. predlaga strokovne storitve certificirani evropski praktiki pri izvajanju FMEA, FMECA, FMEDA analiz ter uvajanju FMEA metodologije v vsakodnevne dejavnosti industrijskih podjetij.

Z eksponentnim zakonom porazdelitve časa obnovitve in časa med okvarami se matematični aparat Markovljevih naključnih procesov uporablja za izračun kazalnikov zanesljivosti sistemov z obnovitvijo. V tem primeru je delovanje sistemov opisano s procesom spreminjanja stanj. Sistem je upodobljen kot graf, imenovan prehodni graf iz stanja v stanje.

Naključni proces v katerem koli fizičnem sistemu S se imenuje Markov, če ima naslednjo lastnost : za vsak trenutek t 0 verjetnost stanja sistema v prihodnosti (t> t 0 ) odvisno samo od stanja v sedanjosti

(t = t 0 ) in ni odvisna od tega, kdaj in kako je sistem prišel v to stanje (sicer: pri fiksni sedanjosti prihodnost ni odvisna od predzgodovine procesa – preteklosti).

t< t 0

t> t 0

Za Markovljev proces je »prihodnost« odvisna od »preteklosti« le skozi »sedanjost«, to pomeni, da je prihodnji potek procesa odvisen le od tistih preteklih dogodkov, ki so vplivali na stanje procesa v sedanjem trenutku.

Markovski proces kot proces brez posledic ne pomeni popolne neodvisnosti od preteklosti, saj se kaže v sedanjosti.

Pri uporabi metode, v splošnem primeru, za sistem S , moraš imeti matematični model kot niz sistemskih stanj S 1 , S 2 , ..., S n , v katerem je lahko v primeru okvar in obnove elementov.

Pri sestavljanju modela so bile uvedene naslednje predpostavke:

Neuspešni elementi sistema (ali sam objekt) se takoj obnovijo (začetek obnovitve sovpada s trenutkom okvare);

Ni omejitev glede števila obnovitev;

Če so vsi tokovi dogodkov, ki prenašajo sistem (objekt) iz stanja v stanje, Poissonov (najpreprostejši), potem naključni proces prehodi bodo Markov proces z neprekinjenim časom in diskretnimi stanji S 1 , S 2 , ..., S n .

Osnovna pravila za izdelavo modela:

1. Matematični model je prikazan kot graf stanja, v katerem

a) krogi (oglišča grafaS 1 , S 2 , ..., S n ) - možna stanja sistema S , ki izhajajo iz okvar elementov;

b) puščice- možne smeri prehodov iz enega stanja S jaz drugemu S j .

Nad / pod puščicami označujeta intenzivnost prehodov.

Primeri grafov:

S0 - delovni pogoj;

S1 - stanje neuspeha.

"Zanke" označujejo zamude v enem ali drugem stanju S0 in S1 relevantno:

Dobro stanje se nadaljuje;

Stanje neuspeha se nadaljuje.

Graf stanja odraža končno (diskretno) število možnih stanj sistema S 1 , S 2 , ..., S n . Vsako od vrhov grafa ustreza enemu od stanj.

2. Za opis naključnega procesa prehoda stanja (odpoved/obnova) se uporabljajo verjetnosti stanja

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

kje P jaz (t) - verjetnost, da se sistem v tem trenutku najde t v jaz-m stanje.

Očitno za katero koli t

(normalizacijski pogoj, saj sta drugačna stanja kot S 1 , S 2 , ..., S n ne).

3. Na podlagi grafa stanja je sestavljen sistem navadnih diferencialnih enačb prvega reda (Kolmogorov-Chapmanove enačbe).

Razmislite o namestitvenem elementu ali sami neredundantni instalaciji, ki je lahko v dveh stanjih: S 0 -varno (učinkovito),S 1 - stanje okvare (obnovitev).

Določimo ustrezne verjetnosti stanj elementa R 0 (t): P 1 (t) kadarkoli t pod različnimi začetnimi pogoji. Ta problem bomo rešili pod pogojem, kot smo že omenili, da je tok okvar najenostavnejši s λ = konst in okrevanje μ = konst, je zakon porazdelitve časa med okvarami in časom obnovitve eksponenten.

Za kateri koli trenutek vsota verjetnosti P 0 (t) + P 1 (t) = 1 - verjetnost zanesljivega dogodka. Določimo trenutek časa t in poiščemo verjetnost P (t + ∆ t) da v trenutku t + ∆ t artikel je v delu. Ta dogodek je možen, če sta izpolnjena dva pogoja.

V času t je bil element v stanju S 0 in sčasoma t ni prišlo do napake. Verjetnost delovanja elementa je določena s pravilom množenja verjetnosti neodvisnih dogodkov. Verjetnost, da v tem trenutku t artikel je bil in stanje S 0 , je enako P 0 (t). Verjetnost, da sčasoma t ni zavrnil, enak e -λ∆ t . Z natančnostjo do vrednosti višjega reda majhnosti lahko pišemo

Zato je verjetnost te hipoteze enaka produktu P 0 (t) (1- λ ∆ t).

2. V trenutku t artikel je v stanju S 1 (v stanju okrevanja), med ∆ t obnovitev se je končala in predmet je šel v stanje S 0 ... To verjetnost določa tudi pravilo množenja verjetnosti neodvisnih dogodkov. Verjetnost, da v določenem trenutku t artikel je bil v stanju S 1 , je enako R 1 (t). Verjetnost, da je okrevanje končano, definiramo skozi verjetnost nasprotnega dogodka, t.j.

1 - e -μ∆ t = μ· ∆ t

Zato je verjetnost druge hipoteze enaka P 1 (t) ·μ· ∆ t/

Verjetnost delovnega stanja sistema v trenutku (t + ∆ t) je določena z verjetnostjo vsote neodvisnih nezdružljivih dogodkov, ko sta izpolnjeni obe hipotezi:

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

Dobljeni izraz delimo z ∆ t in upoštevajte mejo pri ∆ t → 0 , dobimo enačbo za prvo stanje

dP 0 (t)/ dt=- λP 0 (t)+ μP 1 (t)

Če izvedemo podobno sklepanje za drugo stanje elementa - stanje okvare (obnovitev), lahko dobimo drugo enačbo stanja

dP 1 (t)/ dt=- μP 1 (t)+λ P 0 (t)

Tako smo za opis verjetnosti stanja elementa dobili sistem dveh diferencialnih enačb, katerih graf stanja je prikazan na sliki 2.

d P 0 (t)/ dt = - λ P 0 (t)+ μP 1 (t)

dP 1 (t)/ dt = λ P 0 (t) - μP 1 (t)

Če obstaja usmerjen graf stanj, potem sistem diferencialnih enačb za verjetnosti stanj R TO (k = 0, 1, 2, ...) lahko pišete takoj po naslednjem pravilu: na levi strani vsake enačbe je izpeljankadP TO (t)/ dt, in na desni - toliko komponent, kolikor je reber, povezanih neposredno s tem stanjem; če se rob konča v tem stanju, ima komponenta znak plus, če se začne od to stanje, potem ima komponenta predznak minus. Vsaka komponenta je enaka zmnožku intenzivnosti toka dogodkov, ki prenese element ali sistem vzdolž danega roba v drugo stanje, z verjetnostjo stanja, iz katerega se rob začne.

Sistem diferencialnih enačb se lahko uporablja za določitev FBG električnih sistemov, funkcije in faktorja razpoložljivosti, verjetnosti popravila (obnove) več elementov sistema, povprečnega časa zadrževanja sistema v katerem koli stanju, stopnja okvare sistema ob upoštevanju začetnih pogojev (stanja elementov).

Z začetnimi pogoji R 0 (0) = 1; R 1 (0) = 0 in (P 0 + P 1 =1), rešitev sistema enačb, ki opisujejo stanje enega elementa, ima obliko

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

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

Če je bil v začetnem trenutku element v stanju okvare (obnovitve), t.j. R 0 (0) = 0, p 1 (0)=1 , potem

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

Običajno pri izračunu kazalnikov zanesljivosti za dovolj dolge časovne intervale (t ≥ (7-8) t v ) brez velike napake je mogoče verjetnosti stanj določiti s srednjimi verjetnostmi stabilnega stanja -

R 0 (∞) = K G = P 0 in

R 1 (∞) = TO P = P 1 .

Za stabilno stanje (t→∞) P jaz (t) = P jaz = konst sestavljen je sistem algebraičnih enačb z ničelnimi levimi stranicami, saj v tem primeru dP jaz (t) / dt = 0. Potem ima sistem algebraičnih enačb obliko:

Ker kg obstaja možnost, da bo sistem trenutno deloval t pri t, potem se iz dobljenega sistema enačb določi P 0 = kg., to pomeni, da je verjetnost delovanja elementa enaka stacionarnemu faktorju razpoložljivosti, verjetnost okvare pa je enaka koeficientu prisilnega izpada:

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

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

rezultat je enak kot pri analizi mejnih stanj z uporabo diferencialnih enačb.

Metodo diferencialnih enačb lahko uporabimo za izračun kazalnikov zanesljivosti in nepovratnih objektov (sistemov).

V tem primeru so neoperabilna stanja sistema "absorbirajoča" in intenzivnosti μ izstopi iz teh stanj so izključeni.

Za objekt, ki ga ni mogoče obnoviti, je graf stanja:

Sistem diferencialnih enačb:

Z začetnimi pogoji: P 0 (0) = 1; P 1 (0) = 0 , z uporabo Laplaceove transformacije verjetnosti, da je v delovnem stanju, to je FBG na čas delovanja t bo .