Методы проведения анализа причин отказов

Федеральное агентство  по образованию РФ

Уральский Государственный  Лесотехнический Университет

Кафедра Метрологии, стандартизации и сертификации.

 

 

Реферат по управлению надежностью

 

 

Методы  проведения анализа причин отказов

 

 

 

Исполнитель: студент группы МТД-46

Калинин П. В.

Руководитель: Казанцева  Н.К.

 

Оглавление

Введение 3

1. Древо событий 4

2. Древо отказов 5

3. FMEA-анализ 7

Заключение 10

 

 

Введение

В связи с увеличением  значимости техники в нашей жизни  и ее периодических отказов, возникла потребность в анализе причин этих отказов и разработке эффективных мер для их устранения. Для проведения анализа причин отказов используются следующие методы: древо событий, древо отказов и FMEA-анализ. Целью данной работы является рассмотрение данных методов и выявления их достоинств и недостатков. Задача данной работы рассмотреть данные методы так, что бы каждый слушатель имел представление в виде логической цепочки. В дальнейшем это позволит успешно оперировать данными методами в жизни.

 

1. Древо событий

Дерево событий (ДС) используется для определения и анализа  последовательности (вариантов) развития аварии или отказа, включающей сложные взаимодействия между техническими системами обеспечения безопасности. Вероятность каждого сценария развития аварийной ситуации рассчитывается путем умножения вероятности основного события на вероятность конечного события. При его построении используется прямая логика. Дерево не дает численных решений.

Деревья событий отражают индуктивную методику, согласно которой  в качестве основного события  выбирается какой-либо отказ и рассматривается  все его последствия. При этом особое внимание удаляются комбинациям  событий, приводящим к возникновению  неблагоприятного финального события. Деревья событий прослеживают события  от первопричины до возможных последствий.

Дерево  событий условно можно разделить  на две части: графическую и табличную. Графическая часть (диаграмма состояний) представляет собой систему горизонтальных и вертикальных линий, развивающуюся  слева направо от начального события (НС),  через промежуточные события (ПС) к конечным состояниям (КС). Разветвление горизонтальной линии в пределах ячейки означает либо осуществление (верхняя  ветвь), либо неосуществление (нижняя ветвь)  ПС, указанного в ячейке. Табличная часть также состоит из двух частей: событий верхнего уровня (НС и ПС) и списка КС.

Деревья событий могут быть функциональными или системными - в зависимости от стадии (глубины) моделирования.

Функциональные деревья событий (ФДС) - это такие ДС, промежуточными событиями - "заголовками" в которых является успешное или неуспешное выполнение функций безопасности, требуемых для обеспечения проектного протекания аварий или снижения аварийных последствий. В заголовках таблицы промежуточных состояний записываются названия и условные обозначения функций безопасности.

Системные деревья событий - это такие ДС, промежуточными событиями в которых являются успешное функционирование либо отказы систем, их отдельных каналов, структурных частей, компонентов и/или ошибочные действия персонала, которые могут повлиять на выполнение рассматриваемых функций безопасности. В качестве промежуточных событий в таблице системного ДС записываются названия или обозначения систем, их отдельных каналов, структурных частей, компонентов или действий персонала.

Построение "деревьев событий" более сложное  для понимания, чем "дерево отказов", но позволяет анализировать эффективность  и надежность средств защиты и  получить представление о масштабах  последствий отказов.

Достоинства:

1. Деревья событий обеспечивают полное прослеживание (просмотр) аварийных последовательностей.
2. Деревья событий, отображая путь развития аварии, выполняют такие функции: определяют аварийные последовательности; определяют существенные функции безопасности системы; определяют количество учитываемых последовательностей.
3. отображает совокупность всех действий, причинами которых является отказ
4. наглядность (графическое отображение)

Недостатки:

1. реализация данного метода требует значительных затрат средств и времени, так как увеличение детальности рассматриваемой инфраструктуры приводит к геометрическому увеличению числа влияющих событий
2. требует специально подготовленных кадров для обработки и анализа действия с провоцирующего отказ.

2. Древо отказов

В 1962 году впервые был использован метод анализа дерева отказов (fault tree analysis,  FTA)  компанией Bell Labs для Военно-воздушных сил США, который на сегодняшний день получил широкое распространение для анализа причин отказов статичных систем.

Дерево отказов (аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий и пр.) лежит в основе логико-вероятностной модели причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями (воздействиями). При анализе возникновения отказа, дерево отказов  состоит из последовательностей и комбинаций нарушений и неисправностей, и таким образом оно представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения. (Рис. 1).

 

В этом способе  реализован дедуктивный метод (причины - следствия), что наделяет метод самыми серьезными возможностями по поиску корневых причин событий для статичных систем, так как дает наглядную и подробную схему взаимосвязей элементов инфраструктуры и событий, влияющих на их надежность.

Ценность дерева отказов  заключается в следующем:

1. анализ ориентируется на нахождение отказов;
2. позволяет показать в явном виде ненадежные места;
3. обеспечивается графикой и представляет наглядный материал для той части ИТ-специалистов, которые принимают участие в обслуживании системы;
4. дает возможность выполнять качественный или количественный анализ надежности системы;
5. метод позволяет специалистам поочередно сосредотачиваться на отдельных конкретных отказах системы;
6. обеспечивает глубокое представление о поведении системы и проникновение в процесс ее работы;
7. являются средством общения специалистов, поскольку они представлены в четкой наглядной форме;
8. помогает дедуктивно выявлять отказы;
9. дает конструкторам, пользователям и руководителям возможность наглядного обоснования конструктивных изменений или установления степени соответствия конструкции системы заданным требованиям и анализа компромиссных решений;
10. облегчает анализ надежности сложных систем.

Главное преимущество дерева отказов (по сравнению с другими методами) заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии.

Недостатки дерева отказов  состоят в следующем:

1. реализация метода требует значительных затрат средств и времени, так как увеличение детальности рассматриваемой инфраструктуры приводит к геометрическому увеличению числа влияющих событий;
2. дерево отказов представляет собой схему булевой логики, на которой показывают только два состояния: рабочее и отказавшее;
3. трудно учесть состояние частичного отказа элементов, поскольку при использовании метода, как правило, считают, что система находится либо в исправном состоянии, либо в состоянии отказа;
4. трудности в общем случае аналитического решения для деревьев, содержащие резервные узлы и восстанавливаемые узлы с приоритетами, не говоря уже о тех значительных усилиях, которые требуются для охвата всех видов множественных отказов;
5. требует от специалистов по надежности глубокого понимания системы и конкретного рассмотрения каждый раз только одного определенного отказа;
6. дерево отказов описывает систему в определенный момент времени (обычно в установившемся режиме), и последовательности событий могут быть показаны с большим трудом, иногда это оказывается невозможным. Это справедливо для систем, имеющих сложные контуры регулирования, в таких случаях, как правило, обращаются к методам, основанным на стохастических (случайных) процессах.

3. FMEA-анализ

FMEA, FMECA (Failure Mode and Effects Analysis, Criticality Analysis)- систематизированная совокупность мероприятий, позволяющих:

1. выявить потенциальные, критические дефекты и варианты отказов, которые могут возникнуть при применении продукции или функционировании процесса;
2. определить основные причины их появления и возможные последствия;
3. выработать действия по устранению этих причин или предотвращению возможных последствий.

Анализ видов и последствий потенциальных дефектов применяется при разработке и непрерывном совершенствовании продукции и процессов.

Цель метода - повысить качество и обеспечить устойчивое, эффективное производство конкурентоспособной продукции и процессов за счет предотвращения появления отказов или уменьшения негативных последствий от них.

Технология проведения FMEA-анализа  включает два основных этапа:

1. этап построения компонентной, структурной, функциональной, потоковой моделей объекта анализа и диаграммы Исикавы;
2. этап исследования моделей.

На этапе исследования моделей:

1. анализируется процесс;
2. проводится обратная мозговая атака;
3. составляется список возможных последствий (S) каждого отказа;
4. каждое последствие, в соответствии с его серьезностью, оценивается экспертами обычно по 10-балльной шкале (при этом 10 соответствует самым тяжким последствиям);
5. вероятность возникновения последствия (O) оценивается по 10-балльной шкале;
6. вероятность обнаружения отказа и его последствий (D) также оценивается по 10-балльной шкале;
7. для каждого последствия вычисляется коэффициент приоритетности риска - R (Risk Priority Number - RPN);
8. выбираются отказы, над которыми предстоит работать;
9. принимаются меры для устранения или сокращения отказов с высоким показателем риска;
10. рассчитывается новый показатель риска с учетом разработанных мероприятий.
11. Результаты анализа заносятся в специальную таблицу.

FMEA понижает риск отказов за счет:

1. помощи при объективной оценке требований и альтернатив конструкции;
2. помощи в начальной разработке требований для изготовления и сборки;
3. повышения вероятности того, что виды потенциальных отказов и их последствия для действия системы и транспортного средства будут рассмотрены в процессе конструирования/разработки;
4. предоставления дополнительной информации в помощь при планировании глубокого и эффективного испытания конструкции и программ развития;
5. разработки списка видов потенциальных отказов, ранжированных соответственно их влиянию на «потребителя», чем устанавливается система приоритетов для улучшения конструкции и программ испытаний;
6. создания открытой формы для рекомендаций и прослеживания действий, снижающих риск;
7. обеспечения рекомендаций для будущего, помогающих при анализе совокупности требований, оценивании изменений конструкции и при разработке перспективных конструкций.

Достоинства метода:

1. FMEA прекрасно вписывается в набор средств обеспечения качества продукции и создания конкурентных преимуществ, которыми должно обладать каждое предприятие.
2. Помогает производителям предотвращать появление дефектов, повышать безопасность продукции и удовлетворенность потребителей.
3. Достаточно просто осваивается специалистами.
4. Широкая область применения.

Недостатки метода:

1. Применение FMEA не направлено на анализ экономических показателей.
2. В основном применяется на стадии проектирования.

 

Заключение

Ознакомившись с методами проведения причин отказа, имея представления о них, можно сказать, что метод древа событий достаточно нагляден, что бы показать все действия, причинами которых, стали отказы, из отрицательных сторон можно особо выделить, что реализация данного метода требует значительных затрат, средств и времени. Ценность метода древа отказов заключается в глубоком представлении всего поведения системы и проникновении в процессы ее работы. Недостатки же данного метода заключаются в том, что трудно учесть состояние частичного отказа элементов, поскольку при его использовании, как правило, считают, что система находится либо в исправном состоянии, либо в состоянии отказа.  Так же, стоит учесть, что данные методы взаимно дополняемы. FMEA-анализ, в свою очередь, обладает наиболее широкой областью применения и быстро осваивается специалистами, однако не направлен на анализ экономических показателей.

Екатеринбург, 2011 г.