Виды отказов, последствия и диагностический анализ ( FMEDA ) - это метод систематического анализа, позволяющий получить интенсивность отказов на уровне подсистем / продукта , виды отказов и диагностические возможности. Методика FMEDA учитывает:
- Все составляющие конструкции,
- Функциональность каждого компонента,
- Режимы отказа каждого компонента,
- Влияние режима отказа каждого компонента на функциональность продукта,
- Возможность любой автоматической диагностики для выявления неисправности,
- Расчетная прочность (снижение номинальных характеристик, коэффициенты безопасности) и
- Операционный профиль (факторы стресса окружающей среды).
Имея базу данных компонентов, откалиброванную с помощью данных об отказах в полевых условиях, которые являются достаточно точными [1] , метод может прогнозировать частоту отказов на уровне продукта и данные о режимах отказа для данного приложения. Прогнозы оказались более точными [2], чем анализ возврата по гарантии или даже типичный анализ отказов в полевых условиях, учитывая, что эти методы зависят от отчетов, которые обычно не содержат достаточно подробной информации в записях отказов. [3]
В аннотации отчета FMEDA обычно упоминается доля безопасных отказов (частота отказов, которые не являются ни опасными, ни необнаруженными, по сравнению с общей частотой) и охват диагностикой (степень обнаруженных опасных отказов по сравнению со скоростью всех опасных отказов). Каждый термин одинаково определяется в обоих стандартах IEC 61508 и ISO 13849 .
Название было дано доктором Уильямом М. Гоблом в 1994 году методике, которая разрабатывалась с 1988 года доктором Гоблом и другими инженерами компании exida. [4]
Предшественники
Анализ видов и последствий отказов , FMEA, представляет собой структурированный качественный анализ системы, подсистемы, процесса, проекта или функции для выявления возможных режимов отказа, их причин и их влияния на работу (системы). Концепция и практика проведения FMEA в той или иной форме существуют с 1960-х годов. Впервые эта практика была формализована в 1970-х годах с разработкой стандарта US MIL-STD-1629 / 1629A. На начальном этапе его использование ограничивалось отдельными приложениями и отраслями, в которых стоимость отказа была особенно высокой. Основные преимущества заключались в качественной оценке безопасности и надежности системы, определении неприемлемых режимов отказа, выявлении потенциальных улучшений конструкции, планировании мероприятий по техническому обслуживанию и помощи в понимании работы системы при наличии потенциальных неисправностей. Анализ видов отказов, последствий и критичности (FMECA) был введен для устранения основного препятствия на пути эффективного использования подробных результатов FMEA путем добавления показателя критичности. Это позволило пользователям анализа быстро сосредоточиться на наиболее важных режимах / последствиях отказов с точки зрения риска. Это позволило расставить приоритеты для стимулирования улучшений на основе сравнения затрат и выгод.
Разработка
Техника FMEDA была разработана в конце 1980-х инженерами exida частично на основе доклада, представленного на симпозиуме РАМН 1984 года . [5] Первоначальный FMEDA добавил два дополнительных элемента информации к процессу анализа FMEA. Первым элементом информации, добавляемым в FMEDA, являются количественные данные о сбоях (частота отказов и распределение видов отказов) для всех анализируемых компонентов. Вторая часть информации, добавляемой в FMEDA, - это вероятность того, что система или подсистема обнаружит внутренние отказы с помощью автоматической онлайн-диагностики. Это имеет решающее значение для достижения и поддержания надежности во все более сложных системах, а также для систем, которые могут не полностью выполнять все функции в нормальных условиях, таких как система аварийного отключения с низким потреблением, система ESD. Существует очевидная потребность в измерении возможностей автоматической диагностики. Это было признано в конце 1980-х годов [6]. В этом контексте принципы и основные методы современного FMEDA были впервые задокументированы в книге « Оценка надежности системы управления» . [7] Фактический термин FMEDA был впервые использован в 1994 году [8], и после дальнейшего уточнения методы были опубликованы в конце 1990-х годов. [9] [10] [11] Метод был объяснен членам комитета IEC 61508 в конце 90-х годов и включен в стандарт как метод определения частоты отказов, режима отказа и диагностического охвата продуктов. Методы FMEDA были дополнительно усовершенствованы в течение 2000-х годов, прежде всего в ходе подготовительных работ к IEC 61508. Ключевыми изменениями были: 1. Использование режимов функционального отказа; 2. Использование механических компонентов; 3. Прогнозирование эффективности ручных контрольных испытаний; и 4. Прогнозирование срока полезного использования продукта. С этими изменениями методика FMEDA стала более полной и полезной.
Функциональный анализ режима отказа
Также в начале 2000-х годов Джон С. Греб добавил в процесс FMEDA анализ функциональных отказов. На ранних этапах работы FMEDA режимы отказов компонентов напрямую относились к «безопасным» или «опасным» категориям согласно IEC 61508. Это было относительно легко, поскольку все, что не было «опасным», было «безопасным». Теперь, когда существуют несколько категорий режимов отказа, прямое назначение стало более трудным. Кроме того, стало ясно, что присвоение категории может измениться, если продукт будет использоваться в разных приложениях. При присвоении категории режима прямого отказа во время FMEDA новый FMEDA требовался для каждого нового приложения или каждого варианта использования. При подходе к режиму функционального отказа фактические режимы функционального отказа продукта идентифицируются во время FMEA. Во время подробного FMEDA режим отказа каждого компонента сопоставляется с режимом функционального отказа. Затем режимы функционального отказа классифицируются в соответствии с режимом отказа продукта в конкретном приложении. Это избавляет от необходимости более детальной работы при рассмотрении новой заявки.
Механические методы FMEDA
В начале 2000-х стало ясно, что многие продукты, используемые в критически важных для безопасности приложениях, имеют механические компоненты. FMEDA, проведенный без учета этих механических компонентов, был неполным, вводящим в заблуждение и потенциально опасным. Фундаментальной проблемой при использовании метода FMEDA было отсутствие базы данных механических компонентов, которая включала бы частоту отказов и распределение видов отказов. Используя ряд опубликованных справочных источников, exida начала разработку базы данных по механическим компонентам в 2003 году. [12] После нескольких лет исследований и уточнений [13] база данных была опубликована. [14] Это позволило использовать FMEDA для комбинации электрических / механических компонентов и чисто механических компонентов.
Эффективность ручного контрольного теста
FMEDA может прогнозировать эффективность любого определенного ручного контрольного теста так же, как он может прогнозировать охват автоматической диагностикой. В FMEDA добавляется дополнительный столбец и оценивается вероятность обнаружения для каждого режима отказа компонента. Совокупная эффективность контрольного теста рассчитывается так же, как автоматическое диагностическое покрытие.
Срок службы продукта
При рассмотрении каждого компонента продукта выявляются компоненты с относительно коротким сроком полезного использования. Одним из примеров этого является электролитический конденсатор. Срок службы многих конструкций составляет 10 лет. Поскольку постоянная частота отказов действительна только в течение срока полезного использования, этот показатель полезен для интерпретации ограничений результатов FMEDA.
Будущее
Требуется дальнейшее уточнение базы данных компонентов с выборочной калибровкой для различных рабочих профилей. Кроме того, сравнение результатов FMEDA с исследованиями отказов в полевых условиях показало, что человеческий фактор , особенно процедуры технического обслуживания, влияют на частоту отказов и виды отказов продуктов.
По мере того, как становится доступным больше данных, база данных компонентов может уточняться и обновляться. После нескольких лет исследований и уточнений [15] база данных была опубликована [16] в соответствии с требованиями новых технологий и новых знаний. Успех метода FMEDA в предоставлении необходимых данных относительно точным способом позволил использовать вероятностный подход к проектированию с точки зрения производительности.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Справочник по надежности электрических и механических компонентов . exida. 2006 г.
- ^ Гобл, Уильям М .; Иван ван Берден (2014). Объединение данных о сбоях на месте с новыми допусками при проектировании приборов для прогнозирования интенсивности отказов для проверки SIS . Материалы Международного симпозиума 2014 г. - НЕОБХОДИМО СООТВЕТСТВИЕ НОРМАТИВНОМУ СОБЛЮДЕНИЮ, ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ВТОРОЙ ПРИРОДЫ, Конференц-центр Хилтон-Колледж-Стейшн, Колледж-Стейшн, Техас.
- ^ WM Goble, "Данные о полевых отказах - хорошее, плохое и уродливое", exida, Селлерсвилл, Пенсильвания [1]
- ^ https://www.exida.com/Company/Team/goble_dr._william_cfse_-_usa
- ^ Коллетт, RE и Bachant, PW, «Интеграция БИТ эффективности с FMECA,» 1984 Материалы ежегодной надежности и ремонтопригодности симпозиуме, НьюЙорк: НьюЙорк, IEEE , 1984.
- ^ HA Amer и EJ McCluskey, «Взвешенное покрытие в отказоустойчивых системах», 1987 г., Материалы ежегодного симпозиума по надежности и ремонту, NY: NY, IEEE , 1987.
- ^ Гобл, Уильям М. (1992). Оценка надежности систем управления, методы и приложения . ISA .
- ^ FMEDA Анализ CDM (Критический дискретный модуль) - QUADLOG . Компания Moore Products. 1994 г.
- ^ Гобл, WM (1998). Использование и развитие количественного анализа надежности и безопасности при разработке новых продуктов . University Press, Технологический университет Эйндховена, Нидерланды.
- ^ Гобл, WM (1998). Оценка безопасности и надежности систем управления . 2. ISA.
- ^ Гобл, WM; AC Бромбахер (1999). Использование методов, последствий и диагностического анализа отказов (FMEDA) для измерения диагностического покрытия в программируемых электронных системах . Техника надежности и системная безопасность, Vol. 66, №2.
- ^ Гобл, Уильям М. (2003). Точные показатели отказов механических инструментов . Материалы конференции IEC 61508 , Германия: Аугсберг, RWTUV.
- ^ Гобл, Уильям М .; СП Буковски (2007). Разработка базы данных отказов механических компонентов . 2007 Материалы ежегодного симпозиума по надежности и ремонту, Нью-Йорк: Нью-Йорк, IEEE .
- ^ Справочник по надежности электрических и механических компонентов . exida. 2006 г.
- ^ Гобл, Уильям М .; СП Буковски (2007). Разработка базы данных отказов механических компонентов . 2007 Материалы ежегодного симпозиума по надежности и ремонту, Нью-Йорк: Нью-Йорк, IEEE .
- ^ Справочник по надежности электрических и механических компонентов, третье издание . exida. 2008. ISBN 978-1-934977-04-0.