Вид отказа, последствия и анализ критичности

Анализ последствий и последствий видов отказов ( FMECA ) является расширением анализа видов и последствий отказов (FMEA).

FMEA — это восходящий аналитический метод , индуктивный который может применяться как на функциональном уровне, так и на уровне деталей. FMECA расширяет FMEA, включая анализ критичности , который используется для сопоставления вероятности отказов с серьезностью их последствий. В результате выявляются виды отказов с относительно высокой вероятностью и серьезностью последствий, что позволяет направить усилия по исправлению ситуации туда, где они принесут наибольшую пользу. FMECA, как правило, предпочтительнее FMEA в космических и приложениях НАТО военных , в то время как различные формы FMEA преобладают в других отраслях.

История

FMECA был первоначально разработан в 1940-х годах военными США , которые опубликовали MIL-P-1629 в 1949 году. ^[1] К началу 1960-х годов подрядчики Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) использовали варианты FMECA под разными названиями. ^[2]^[3] В 1966 году НАСА опубликовало процедуру FMECA для использования в программе «Аполлон» . ^[4] FMECA впоследствии использовалась в других программах НАСА, включая «Викинг» , «Вояджер» , «Магеллан» и «Галилео» . ^[5]Возможно, потому, что в 1974 году MIL-P-1629 был заменен на MIL-STD-1629 (SHIPS), разработку FMECA иногда ошибочно приписывают НАСА. ^[6]Одновременно с развитием космической программы уже применялось использование FMEA и FMECA. распространился на гражданскую авиацию. В 1967 году Общество автомобильной промышленности Инженеры выпустили первую гражданскую публикацию, посвященную FMECA. ^[7] В настоящее время в гражданской авиации существует тенденция использовать комбинацию FMEA и анализа дерева отказов в соответствии со стандартом SAE ARP4761 вместо FMECA, хотя некоторые производители вертолетов продолжают использовать FMECA для гражданских винтокрылых машин .

Ford Motor Company начала использовать FMEA в 1970-х годах после проблем, возникших с ее Pinto. модель, и к 1980-м годам FMEA получил широкое распространение в автомобильной промышленности. В Европе, Международная электротехническая комиссия опубликовала IEC 812 (ныне IEC 60812) в 1985 году, рассматривая как FMEA, так и FMECA для общего использования. ^[8] Британский институт стандартов опубликовал BS 5760–5 в 1991 году с той же целью. ^[9]

В 1980 году MIL-STD-1629A заменил MIL-STD-1629 и авиационный стандарт FMECA 1977 года MIL-STD-2070. ^[10] MIL-STD-1629A был отменен без замены в 1998 году, но, тем не менее, до сих пор широко используется в военных и космических целях. ^[11]

Методология

Между различными стандартами FMECA обнаружены небольшие различия. Согласно RAC CRTA–FMECA, процедура анализа FMECA обычно состоит из следующих логических этапов:

Определите систему
Определите основные правила и предположения, которые помогут в разработке дизайна.
Построение блок-схем системы
Определить виды отказов (уровень детали или функциональный)
Анализ последствий/причин сбоев
Возвращайте результаты в процесс проектирования
Классифицируйте последствия отказов по серьезности.
Выполнить расчеты критичности
Критичность режима отказа ранга
Определите критические элементы
Возвращайте результаты в процесс проектирования
Определить средства обнаружения, изоляции и компенсации отказов.
Выполните анализ ремонтопригодности
Документируйте анализ, обобщайте неисправимые области проектирования, определяйте специальные меры контроля, необходимые для снижения риска сбоя.
Давать рекомендации
Последующие меры по реализации/эффективности корректирующих действий

FMECA может выполняться на функциональном или поштучном уровне. Функциональный FMECA учитывает последствия отказа на уровне функционального блока, например источника питания или усилителя. FMECA для отдельных деталей учитывает последствия отказов отдельных компонентов, таких как резисторы, транзисторы, микросхемы или лампы. Частичный FMECA требует гораздо больше усилий, но обеспечивает более точную оценку вероятности возникновения событий. Однако функциональные FMEA могут быть выполнены гораздо раньше, они могут помочь лучше структурировать полную оценку рисков и предоставить другую информацию о вариантах смягчения последствий. Анализы дополняют друг друга.

Анализ критичности может быть количественным или качественным, в зависимости от наличия данных о отказах опорных частей.

Определение системы

На этом этапе основная система, подлежащая анализу, определяется и разделяется на отдельные части. иерархия, такая как системы, подсистемы или оборудование, узлы или узлы и отдельные детали. Функциональные описания создаются для систем и распределяются по подсистемам. охватывающий все режимы работы и этапы миссии.

Основные правила и предположения

Прежде чем проводить детальный анализ, обычно определяются и согласовываются основные правила и предположения. Это может включать, например:

Стандартизированный профиль миссии с конкретными этапами миссии фиксированной продолжительности
Источники данных об интенсивности отказов и режимах отказов
Охват обнаружения неисправностей, который реализует встроенный тест системы.
Будет ли анализ функциональным или поштучным
Критерии, которые следует учитывать (прерывание миссии, безопасность, техническое обслуживание и т. д.)
Система однозначной идентификации деталей или функций
Определения категорий серьезности

Блок-схемы

Далее системы и подсистемы изображаются в виде функциональных блок-схем. Надежность блок-схемы или деревья отказов обычно строятся одновременно. Эти диаграммы используется для отслеживания потоков информации на разных уровнях системной иерархии, выявления критических пути и интерфейсы, а также определять последствия сбоев более низкого уровня на более высоком уровне.

Идентификация режима отказа

Для каждой детали или каждой функции, охваченной анализом, полный список отказов. режимы разработаны. Для функционального FMECA типичные виды отказов включают:

Несвоевременная операция
Неспособность работать, когда это необходимо
Потеря продукции
Прерывистый выход
Ошибочный вывод (учитывая текущее состояние)
Неверный вывод (для любого условия)

Для поштучного FMECA данные о режиме отказа можно получить из таких баз данных, как RAC. Ящур–91 ^[12] или РАК Ящур–97. ^[13] Эти базы данных предоставляют не только режимы сбоя, но и режим сбоя. соотношения. Например:

**Режимы отказов устройств и коэффициенты режимов отказов (FMD–91)**
Тип устройства	Режим отказа	Коэффициент (α)
Реле	Не удалось совершить поездку	.55
	Ложная поездка	.26
	Короткий	.19
Резистор, Состав	Изменение параметра	.66
	Открыть	.31
	Короткий	.03

Каждая функция или деталь затем перечисляется в матричной форме с одной строкой для каждого отказа. режим. Поскольку FMECA обычно включает в себя очень большие наборы данных, каждому элементу (функции или детали) и каждому виду отказа каждого элемента должен быть присвоен уникальный идентификатор.

Анализ последствий отказов

Последствия отказа определяются и вводятся для каждой строки матрицы FMECA с учетом Критерии, определенные в основных правилах. Отдельно описываются эффекты для локального, следующего более высокого и конечного (системного) уровней. Эффекты на уровне системы могут включать в себя:

Сбой системы
Ухудшенная работа
Сбой статуса системы
Нет немедленного эффекта

Категории последствий отказов, используемые на различных уровнях иерархии, адаптируются аналитик, использующий инженерное суждение.

Классификация серьезности

Классификация серьезности присваивается каждому виду отказа каждого уникального элемента и вводится в матрицу FMECA на основе последствий на уровне системы. Небольшой набор классификаций, обычно используется от 3 до 10 уровней серьезности. Например, при подготовке с использованием MIL-STD-1629A классификация серьезности сбоев или неполадок обычно соответствует MIL-STD-882 . ^[14]

**Категории серьезности неполадок (MIL–STD–882)**
Категория	Описание	Критерии
я	Катастрофический	Это может привести к смерти, постоянной полной инвалидности, убыткам, превышающим 1 миллион долларов США, или необратимому серьезному ущербу окружающей среде, нарушающему закон или постановление.
II	Критический	Может привести к постоянной частичной инвалидности, травмам или профессиональным заболеваниям, которые могут привести к госпитализации как минимум трех сотрудников, убыткам, превышающим 200 тысяч долларов США, но менее 1 миллиона долларов США, или обратимому ущербу окружающей среде, вызывающему нарушение закона или нормативного акта.
III	Маргинальный	Может привести к травме или профессиональному заболеванию, приводящему к потере одного или нескольких рабочих дней, убытку, превышающему 10 000 долларов США, но менее 200 000 долларов США, или к незначительному ущербу окружающей среде без нарушения закона или постановления, при котором могут быть выполнены восстановительные работы.
IV	Незначительный	Может привести к травме или заболеванию, не приводящему к потере рабочего дня, убыткам, превышающим 2 тыс. долларов США, но менее 10 тыс. долларов США, или минимальному ущербу окружающей среде, не нарушающему законы или правила.

Текущие категории серьезности FMECA для космических приложений Федерального авиационного управления США (FAA), НАСА и Европейского космического агентства основаны на стандарте MIL-STD-882. ^[15]^[16]^[17]

Методы обнаружения неисправностей

Для каждого компонента и режима отказа способность системы обнаруживать и сообщать о анализируется рассматриваемая неисправность. В каждую строку матрицы FMECA будет введено одно из следующих значений:

Нормально : система правильно указывает экипажу на безопасное состояние.
Ненормально : система правильно указывает на неисправность, требующую действий экипажа.
Неверно : система ошибочно указывает на безопасное состояние в случае неисправности или предупреждает экипаж о несуществующей неисправности (ложная тревога).

Рейтинг критичности

Оценка критичности режима отказа может быть качественной или количественной. Для качественного оценке присваивается код или номер вероятности несчастного случая, который вводится в матрицу. Для Например, MIL-STD-882 использует пять уровней вероятности:

**Уровни вероятности отказа (MIL-STD-882)**
Описание	Уровень	Отдельный предмет	Флот
Частый	А	Вероятно, произойдет часто в течение срока службы объекта.	Постоянно опытный
Вероятный	Б	Произойдёт несколько раз за время жизни предмета.	Будет происходить часто
Случайный	С	Вероятно, произойдет в какой-то момент в жизни объекта.	Будет происходить несколько раз
Удаленный	Д	Маловероятно, но возможно, что это произойдет в течение жизни предмета.	Маловероятно, но вполне можно ожидать, что это произойдет
Невероятный	И	Настолько маловероятно, что можно предположить, что явление может и не произойти.	Маловероятно, но возможно

Затем режим отказа можно отобразить в виде матрицы критичности, используя код серьезности на одной оси. и код уровня вероятности в качестве другого.Для количественной оценки модальный номер критичности $C_{m}$ рассчитывается для каждого вида отказа каждого элемента и числа критичности элемента $C_{r}$ является рассчитывается по каждому предмету. Показатели критичности рассчитываются с использованием следующих значений:

Базовая частота отказов $\lambda _{p}$
Коэффициент видов отказов $\alpha$
Условная вероятность $\beta$
Продолжительность фазы миссии $t$

Числа критичности рассчитываются как $C_{m}=\lambda _{p}\alpha \beta t$ и $C_{r}=\sum _{n=1}^{N}(C_{m})_{n}$ .Базовый процент отказов $\lambda _{p}$ обычно подается в FMECA на основе прогноза частоты отказов на основе MIL-HDBK-217, PRISM, RIAC 217Plus или аналогичного стандарта. модель.Коэффициент видов отказов может быть взят из источника базы данных, такого как RAC FMD–97. Для функционального уровня FMECA может потребоваться инженерное заключение для определения коэффициента видов отказов.Условное вероятностное число $\beta$ представляет собой условноевероятность того, что эффект отказа приведет к установленной классификации серьезности,при условии, что наступает режим отказа. Оно представляет собой лучшее суждение аналитика относительно вероятность того, что произойдет потеря.Для графического анализа матрицу критичности можно составить с помощью любого $C_{m}$ или $C_{r}$ на одной оси и код серьезности на другой.

Список критических элементов/режимов отказа

После завершения оценки критичности для каждого вида отказа каждого элемента матрица FMECA может быть отсортирована по серьезности и качественному уровню вероятности или по количественному уровню. число критичности. Это позволяет анализу идентифицировать критические элементы и критические виды отказов, для которых желательно проектное смягчение.

Анализ ремонтопригодности

FMECA обычно учитывает как анализ ремонтопригодности, так и анализ логистической поддержки , для которых требуются данные из FMECA. FMECA — самый популярный инструмент для анализа отказов и критичности систем с целью повышения производительности. В современную эпоху Индустрии 4.0 отрасли внедряют стратегию профилактического обслуживания своих механических систем. FMECA широко используется для идентификации видов отказов и определения приоритетности механических систем и их подсистем для профилактического обслуживания . ^[18]

Отчет FMECA

Отчет FMECA состоит из описания системы, основных правил и предположений, выводов и рекомендации, корректирующие действия, которые необходимо отслеживать, и прилагаемую матрицу FMECA, которая может быть в форме электронной таблицы, рабочего листа или базы данных.

Расчет приоритета риска

RAC CRTA–FMECA и MIL–HDBK–338 определяют номер приоритета риска (RPN). расчет как альтернативный метод анализа критичности. РПН – это результат умножения обнаруживаемости (D) x серьезность (S) x происшествие (О). По шкале от 1 до 10 наивысший RPN равен 10х10х10 = 1000. Это значит, что это отказ не обнаруживается при осмотре, он очень серьезный и его возникновение почти наверняка. Если встречается очень редко, это будет 1 и RPN будет уменьшиться до 100. Таким образом, анализ критичности позволяет сосредоточиться на наиболее высоких рисках.

Преимущества и недостатки

Сильные стороны FMECA включают его комплексность, систематическое установление взаимосвязей между причинами и последствиями отказов, а также его способность указывать отдельные виды отказов для корректирующих действий при проектировании.

К слабым сторонам относятся трудоемкость, большое количество рассмотренных тривиальных случаев и неспособность справиться со сценариями множественных сбоев или незапланированными межсистемными эффектами, такими как скрытые схемы .

Согласно отчету ФАУ по исследованию коммерческих космических перевозок,

Виды отказов, последствия и анализ критичности — отличный инструмент анализа опасностей и оценки рисков, но он страдает и другими ограничениями. Эта альтернатива не учитывает комбинированные сбои и обычно включает в себя вопросы взаимодействия программного обеспечения и человека. Он также обычно дает оптимистическую оценку надежности. Следовательно, FMECA следует использовать в сочетании с другими аналитическими инструментами при разработке оценок надежности. ^[19]

См. также

Ссылки

^ Процедуры выполнения анализа последствий режима отказа и критичности . Министерство обороны США . 1949. МИЛ–П–1629.
^ Нил, РА (1962). Сводный анализ видов отказов реактора Нерва Б-2 (pdf) . Астроядерная лаборатория Westinghouse Electric Corporation. hdl : 2060/19760069385 . WANL-TNR-042 . Проверено 13 марта 2010 г.
^ Дилл, Роберт ; и др. (1963). Современная оценка надежности двигательных систем Сатурна-5 (pdf) . Компания Дженерал Электрик. hdl : 2060/19930075105 . РМ 63ТМП–22 . Проверено 13 марта 2010 г.
^ Процедура анализа видов, последствий и критичности отказов (FMECA) (pdf) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. 1966. hdl : 2060/19700076494 . РА–006–013–1А . Проверено 13 марта 2010 г.
^ Виды отказов, последствия и анализ критичности (FMECA) (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства JPL. ПД–Н.Э.–1307 . Проверено 13 марта 2010 г.
^ Борговини, Роберт ; Пембертон, С.; Росси, М. (1993). Анализ видов отказов, последствий и критичности (FMECA) . Б. Центр анализа надежности. п. 5. CRTA–FMECA. Архивировано из оригинала (pdf) 4 июня 2011 г. Проверено 3 марта 2010 г.
^ Процедура анализа проектирования для анализа видов, последствий и критичности отказов (FMECA) . Общество инженеров автомобильной промышленности. 1967. АРП926.
^ Методы анализа надежности системы. Процедура анализа видов и последствий отказов (FMEA) (PDF) . Международная электротехническая комиссия. 1985. МЭК 812 . Проверено 8 августа 2013 г.
^ Надежность систем, оборудования и компонентов. Часть 5: Руководство по видам, последствиям и анализу критичности отказов (FMEA и FMECA) . Британский институт стандартов. 1991. BS 5760–5.
^ Процедуры выполнения анализа видов отказов, последствий и критичности . А. Министерство обороны США . 1980. MIL-HDBK-1629A. Архивировано из оригинала (pdf) 22 июля 2011 г. Проверено 14 марта 2010 г.
^ «7.8 Анализ видов и последствий отказов (FMEA)». Справочник по проектированию надежности электронной техники . Б. Министерство обороны США . 1998. MIL-HDBK-338B. Архивировано из оригинала (pdf) 22 июля 2011 г. Проверено 13 марта 2010 г.
^ Чендлер, Грегори ; Денсон, В.; Росси, М.; Ваннер, Р. (1991). Распределение видов/механизмов отказов (PDF) . Центр анализа надежности. Ящур–91. Архивировано из оригинала (pdf) 4 сентября 2019 г. Проверено 14 марта 2010 г.
^ Распределение видов/механизмов отказов . Центр анализа надежности. 1997. Ящур–97.
^ Стандартная практика обеспечения безопасности системы . D. Министерство обороны США . 1998. MIL-HDBK-882D. Архивировано из оригинала (pdf) 22 июля 2011 г. Проверено 14 марта 2010 г.
^ Справочник НАСА по системному проектированию (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. СП–610С.
^ Виды отказов, последствия и анализ критичности (FMECA) . D. Европейское космическое агентство. 1991. ECSS–Q–30–02A.
^ Процессы безопасности систем многоразовых ракет-носителей и возвращаемых частей (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации. 2005. AC 431.35–2A. Архивировано из оригинала (PDF) 10 февраля 2017 г. Проверено 14 марта 2010 г.
^ Топпил, Нихил М.; Васу, В.; Рао, CSP (27 августа 2019 г.). «Идентификация режима отказа и определение приоритетов с использованием FMECA: исследование токарного станка с числовым программным управлением для профилактического обслуживания». Журнал анализа и предотвращения отказов . 19 (4): 1153–1157. дои : 10.1007/s11668-019-00717-8 . ISSN 1864-1245 . S2CID 201750563 .
^ Достижения в области исследований и разработок за 2004 финансовый год (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации. 2004 . Проверено 14 марта 2010 г.

[1] Процедуры выполнения анализа последствий режима отказа и критичности . Министерство обороны США . 1949. МИЛ–П–1629.

[2] Нил, РА (1962). Сводный анализ видов отказов реактора Нерва Б-2 (pdf) . Астроядерная лаборатория Westinghouse Electric Corporation. hdl : 2060/19760069385 . WANL-TNR-042 . Проверено 13 марта 2010 г.

[3] Дилл, Роберт ; и др. (1963). Современная оценка надежности двигательных систем Сатурна-5 (pdf) . Компания Дженерал Электрик. hdl : 2060/19930075105 . РМ 63ТМП–22 . Проверено 13 марта 2010 г.

[4] Процедура анализа видов, последствий и критичности отказов (FMECA) (pdf) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. 1966. hdl : 2060/19700076494 . РА–006–013–1А . Проверено 13 марта 2010 г.

[5] Виды отказов, последствия и анализ критичности (FMECA) (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства JPL. ПД–Н.Э.–1307 . Проверено 13 марта 2010 г.

[6] Борговини, Роберт ; Пембертон, С.; Росси, М. (1993). Анализ видов отказов, последствий и критичности (FMECA) . Б. Центр анализа надежности. п. 5. CRTA–FMECA. Архивировано из оригинала (pdf) 4 июня 2011 г. Проверено 3 марта 2010 г.

[7] Процедура анализа проектирования для анализа видов, последствий и критичности отказов (FMECA) . Общество инженеров автомобильной промышленности. 1967. АРП926.

[8] Методы анализа надежности системы. Процедура анализа видов и последствий отказов (FMEA) (PDF) . Международная электротехническая комиссия. 1985. МЭК 812 . Проверено 8 августа 2013 г.

[9] Надежность систем, оборудования и компонентов. Часть 5: Руководство по видам, последствиям и анализу критичности отказов (FMEA и FMECA) . Британский институт стандартов. 1991. BS 5760–5.

[10] Процедуры выполнения анализа видов отказов, последствий и критичности . А. Министерство обороны США . 1980. MIL-HDBK-1629A. Архивировано из оригинала (pdf) 22 июля 2011 г. Проверено 14 марта 2010 г.

[11] «7.8 Анализ видов и последствий отказов (FMEA)». Справочник по проектированию надежности электронной техники . Б. Министерство обороны США . 1998. MIL-HDBK-338B. Архивировано из оригинала (pdf) 22 июля 2011 г. Проверено 13 марта 2010 г.

[12] Чендлер, Грегори ; Денсон, В.; Росси, М.; Ваннер, Р. (1991). Распределение видов/механизмов отказов (PDF) . Центр анализа надежности. Ящур–91. Архивировано из оригинала (pdf) 4 сентября 2019 г. Проверено 14 марта 2010 г.

[13] Распределение видов/механизмов отказов . Центр анализа надежности. 1997. Ящур–97.

[14] Стандартная практика обеспечения безопасности системы . D. Министерство обороны США . 1998. MIL-HDBK-882D. Архивировано из оригинала (pdf) 22 июля 2011 г. Проверено 14 марта 2010 г.

[15] Справочник НАСА по системному проектированию (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. СП–610С.

[16] Виды отказов, последствия и анализ критичности (FMECA) . D. Европейское космическое агентство. 1991. ECSS–Q–30–02A.

[17] Процессы безопасности систем многоразовых ракет-носителей и возвращаемых частей (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации. 2005. AC 431.35–2A. Архивировано из оригинала (PDF) 10 февраля 2017 г. Проверено 14 марта 2010 г.

[18] Топпил, Нихил М.; Васу, В.; Рао, CSP (27 августа 2019 г.). «Идентификация режима отказа и определение приоритетов с использованием FMECA: исследование токарного станка с числовым программным управлением для профилактического обслуживания». Журнал анализа и предотвращения отказов . 19 (4): 1153–1157. дои : 10.1007/s11668-019-00717-8 . ISSN 1864-1245 . S2CID 201750563 .

[19] Достижения в области исследований и разработок за 2004 финансовый год (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации. 2004 . Проверено 14 марта 2010 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]