fta i fmea

TEHNIČKA DIJAGNOSTIKA I TEHNOLOGIJE ODRŽAVANJA

Lekcija 15: Metode analize pouzdanosti tehničkih sistema

Prof. dr Predrag Popović

SISTEMSKE ANALIZE OTKAZA TEHNIČKIH SISTEMA

Sistemske analize otkaza tehničkih sistema najbolje se sprovode primenom metoda:

1.ANALIZA OBLIKA, POSLEDICA I KRITIČNOSTI OTKAZA - FMECA (Failure Mode, Effects and Criticality Analisys) 2.ANALIZA STABLA OTKAZA - FTA (Fault Tree Analysis)

Sprovođenje FMECA metode omogućava identifikaciju svih potencijalnih i poznatih oblika nastanka otkaza sklopova/elemenata tehničkog sistema, njihovih uzroka, procenu posledica i ocenu kritičnosti otkaza.


Tabelarno sređeni brojni podaci o otkazima tehničkog sistema tj. njegovih podsistema, dobijeni po postupku FMECA, pružaju mogućnost grafičkog povezivanja, odnosno konstruisanja stabla otkaza.

Analizu stabla otkaza (FTA) najbolje je koristiti istovremeno sa metodom analize oblika, posledica i kritičnosti otkaza, zbog njihove komplementarnosti, stoga su rezultati ovih sistemskih analiza otkaza višestruko upotrebljivi.U komercijalnoj upotrebi nalazi se veći broj računarskih programa za efikasnu primenu FMECA i FTA metode.


Sistemske analize otkaza tehničkih sistema sprovode se primenom međunarodnih standarda:

1. IEC 60812, Analysis techniques for system reliability – Procedure for failure mode and effects analysis (FMEA)

2. IEC 61025, Fault tree analysis (FTA)

3. SRPS IEC 1025:1997, Analiza stabla neispravnosti (FTA)

4. IEC 60300-3-1, Dependability management – Part 3-1: Application guide – Analysis techniques for dependability – Guide on methodology

ANALIZA OBLIKA, POSLEDICA I KRITIČNOSTI OTKAZA

Osnovna metoda analize otkaza razvijena pre 50 godina, pod nazivom:FMEA (FAILURE MODE AND EFFECTS ANALISYS)

Definicija: FMEA JE SISTEMATIČAN PROCES IDENTIFIKOVANJA I SPREČAVANJA POJAVA PROBLEMA PRI PROCESIMA ILI PRI EKSPLOATACIJI BUDUĆEG SISTEMA (PROIZVODA), PRE NEGO SE ONI STVARNO DOGODE.•Prve FMEA analize sprovela američka svemirska industrija. •Od 1996. godine zahtev je standarda za sisteme kvaliteta automobilske industrije ISO 16949 (primena FMEA - stroge mere proizvođačima rezervnih delova).

Proširena metoda sa kritičnosti otkaza:•AOPKO (ANALIZA OBLIKA, POSLEDICA I KRITIČNOSTI OTKAZA) •ANEKO (ANALIZA NAČINA, EFEKATA I KRITIČNOSTI OTKAZA) •FMECA (FAILURE MODE, EFFECTS AND CRITICALITY ANALISYS)


OPŠTE KORISTI OD PRIMENE FMEA METODA:

– FMEA JE FOKUSIRANA NA SPRECAVANJE NEISPRAVNOSTI, POVIŠENJE BEZBEDNOSTI I POVIŠENJE ZADOVOLJSTVA KORISNIKA.

– PRIMENJUJE SE PRE PROCESA PROIZVODNJE, ALI JE KORISNA I ZA POSTOJEĆE PROIZVODE.

– DEFINISANJE MOGUĆIH POSLEDICA I VEROVATNOĆE SVAKOG NAČINA NEISPUNJAVANJA MISIJE SISTEMA.

– DEFINISANJE ILI ODREĐIVANJE VEROVATNOĆE NEUOČAVANJA NEISPUNJAVANJA MISIJE SISTEMA.


Analiza načina, posledica i kritičnosti otkaza (FMECA) predstavlja sistemsku analizu i logičku tehniku koja projektantu omogućava da proceni pouzdanost sistema putem razmatranja potencijalnih, pojedinačnih otkaza, a radi proučavanja:

a)mogućih uzroka takvih otkaza,b)posledica ovih otkaza na nivou elementa,odnosno

sklopa,odnosno podsistema,c)sredstava za otkrivanje otkaza,d)učestalosti otkaza ie)ozbiljnosti i kritičnosti otkaza.

Prvobitna namena ove metode bila je da posluži kao alat za eliminisanje kritičnih tačaka pojedinačnih otkaza, međutim, danas te analize imaju druge zadatke, kao što su: logistička podrška sistema, pogodnost održavanja, bezbednost, obuka i publikacije.


Primeri konkretne primene FMEA metode:•Identifikovanje i određivanje načina otkaza koji su se dogodili i koji imaju neprihvatljive i značajne efekte•Analiza i otkrivanje otkaza elemenata/sklopova koji prouzrokuju potpuni otkaz tehničkog sistema •Određivanje potreba za detaljnim raščlanjenjem projekta•Izbor alternativnih materijala, komponenti i uređaja za neki tehnički sistem•Otkrivanje i utvrđivanje ozbiljnih (kritičnih) posledica otkaza i potreba za preispitivanje i reviziju projekta•Određivanje verovatnoće ekstremnih radnih uslova sistema•Fokusiranje na kvalitet, nadzor i kontrolisanje procesa izrade proizvoda•Utvrđivanje perioda korišćenja sistema u cilju izbegavanja otkaza usled slabosti i dotrajalosti•Obezbeđenje podataka za definisanje aktivnosti preventivnog održavanja•Obezbeđenje podataka za definisanje planova i metoda ispitivanja

Postupak FMECA je standardizovan i sastoji se od:

1. Definisanje zahtevanih funkcija za sistem,2. Izrada funkcionalne analize delova u strukturi sistema,3. Raščlanjavanje i dodeljivanje zahteva odozgo nadole,4. Identifikovanje oblika otkaza,5. Utvrđivanje uzroka otkaza,6. Utvrđivanje posledica otkaza,7. Identifikovanje sredstava za detekciju otkaza,8. Procena ozbiljnosti oblika otkaza,9. Procena učestalosti oblika otkaza,10.Procena verovatnoće otkrivanja oblika otkaza,11.Analiza kritičnosti oblika otkaza i12.Definisanje preporuka za poboljšanje sistema, preko

korektivnih mera i mehanizma povratne sprege.


U toku sprovođenja FMECA metode potrebno je razmotriti sledeće:1. U pogledu sistemskog pristupa analizi opredeljenje za jednu od mogućih varijanti

- od vrha ka dnu, sa početkom analize na nivou sistema,- od dna ka vrhu – analiza završava na nivou sistema i-kombinacija prethodnih prilaza. 2. Opredeljenje za način određivanja verovatnoće pojave stanja-kvalitativno, kategorizacijom verovatnoća u određene nivoe, -kvantitativno uz pomoć raspoloživih baza podataka.3.Broja i tipova načina otkaza-opšta stanja u otkazu na nivou delova (kratak spoj, prekid, izvan tolerancija i sl.),-funkcionalni otkazi na višim nivoima (sklop, podsistem, sistem) i -ostali tipični načini otkaza kao prekid rada, nemogućnost funkcionisanja, prevremeni rad, nestanak napona i sl.


• REALIZACIJA FMEA METODE ZAHTEVA TIMSKI RAD I MULTIDISCIPLINARNI TIM STRUČNJAKA RAZLIČITIH PROFILA.

• PROJEKTOVANJE I POPUNJAVANJE FMEA OBRAZCA – SUSREĆU SE RAZLIČITI DOKUMENTI, KOJI UGLAVNOM SADRŽE ISTE INFORMACIJE.

• PRIKAZAN JE OBRAZAC ZA SPROVOĐENJE FMEA ANALIZE SA KONKRETNIM PRIMEROM ZA MEHNANIČKI SISTEM ZA PRENOS SNAGE TERETNOG VOZILA.

• DUBINA FMEA ANALIZE ZAVISI OD ZNAČAJA POJEDINIH SISTEMA I POJEDINIH SASTAVNIH DELOVA ZA PROIZVODNI PROCES, KAO I INŽENJERSKOM PROCENOM I ISKUSTVOM U RADU SA FMEA METODOM.

• PRVI REZULTATI SPROVEDENE FMEA ANALIZE OBEZBEĐUJU DALJI PRAVAC RAZVOJA FMEA I IDENTIFIKACIJU OSNOVNIH SLABIH MESTA TEHNIČKOG SISTEMA

OBRAZAC ZA SPROVOĐENJE FMEA ANALIZE

Obrazac za sprovođenje analize oblika, posledica i kritičnosti otkaza

Failure Mode, Effects and Criticality Analysis - FMECA

Ocena stepena kritičnosti otkaza RPN se određuje preko izraza:

gde je:RPN - ocena stepena kritičnosti otkaza/greške (uticaj otkaza),PF - verobatnoća pojave otkaza/greške,FDV – težina posledice otkaza/greške (šteta zbog otkaza),PFR – verovatnoća otkrivanja otkaza/greške .


PFRFDVPFRPN

Ocena kritičnosti ili značajnosti otkaza predstavlja jedan od najtežih zadataka, jer je u velikoj meri presudna za dalja razmatranja. Tipična pitanja iz preliminarne analize otkaza su:

1. Kakva je funkcija elementa/sklopa?2. Šta je potencijalni problem?3. Kakav je događaj ili okolnost?4. Zašto nastaje identifikovani događaj?5. Da li će otkaz dovesti do "nizvodnog" oštećenja - ostalih

i/ili viših sklopova?6. Koji element ili sklop može "komandovati" neželjenim

događajem?7. Koja je metoda kompenzacije ili upravljanja prihvatljiva?


Primer za FMECA i FTA analizu: Struktura sitema za prenos snage teretnog vozila

Odnos uzroka, oblika i posledica otkaza

Osnovne karakterisrike FTA metode:– Jedna od osnovnih metoda analize sigurnosti sistema.– Pojam vršnog dogadaja (top event) – neželjeni događaj.– Stablo otkaza grafički prikazuje odnose između događaja.– Za konstruisanje stabla otkaza koriste se standardizovani

simboli koji imaju jasno značenje.– Stablo otkaza treba da bude logično i da dabrani opisi

stanja da budu jednostavni, jasni i sažeti.– Vremenski zahtevna metoda analize otkaza.– Potrebno je veliko iskustvo, različita znanja i obimni

istorijski podaci - snažne baze podataka.– Potrebna je razvijena metodologija analize stabla otkaza.

ANALIZA STABLA OTKAZA (ASO) – Fault Tree Analysis (FTA)

ANALIZA STABLA OTKAZA (ASO)Važno je istaći sledeće:1. Analiza stabla otkaza (ASO ili FTA) je deduktivna

metoda, koja grafičkim putem prikazuje odnose između specifičnih događaja i kako ovi događaji mogu da prouzrokuju naznačen tzv. vršni (top) događaj.

2. FTA metoda predstavlja logično pojavljivanje i praćenje uočenog otkaza korišćenjem strukture stabla otkaza od vrha do dna, odnosno od vršnog događaja do osnovnog događaja.

3. Stablo otkaza na podesan način omogućava predstavljanje malo verovatnosnih događaja i njihovih kombinacija, uključujući i ljudske greške.

4. Logički dijagrami, odnosno stabla otkaza formiraju se pomoću logičkih "I" i "ILI" kapija i standardizovanih simbola događaja i prenosa.

Osnovni simboli za događaje i logičke kapije stabla otkaza

ANALIZA STABLA OTKAZA - Fault Tree Analysis (FTA)

Metodologija analize stabla otkaza obuhvata nekoliko koraka i to:

a) definisanje sistema i utvrđivanje granica i ciljeva sistema,

b) određivanje vršnog događaja,c) sistematsko prikupljanje podataka o sistemu,d) konstrukcija stabla otkaza,e) usvajanje stabla otkaza,f) kvalitativna i/ili kvantitativna ocena stabla otkaza ig) obezbeđenje preporuka i alternativa za donošenje

odluka.

Analiza stabla otkaza može se posmatrati u dva nivoa primene, i to:

1. Kvalitativna ocena stabla otkaza i 2. Kvantitativna ocena stabla otkaza.

ANALIZA STABLA OTKAZA

Metodologija analize stabla otkaza

1. Upoznavanje sa radom tehničkog sistema koji je potrebno analizirati

– Samo potpuno poznavanje sistema, njegovih sastavnih funkcionalnih celina i načina funkcionisanja, stvara osnove za pravilno zaključivanje o međusobnoj uslovljenosti događaja, koji vode do vršnog događaja.

– Potrebno je raspolagati celokupnom tehničkom dokumentacijom (korisna je i dokumentacija sličnih sistema, kao i istorijski podaci o sličnim sistemima ili elementima koji su ugradeni u tehnički sistem).

2. Određivanje vršnog događajaUglavnom predstavlja događaj koji se želi sprečiti, odnosno vršni događaj je otkaz sistema, međutim, metodologija omogućava i da vršni događaj bude događaj koji se želi postići.



3. Konstruisanje stabla otkaza–Analitičar sastavlja stablo otkaza koristeći standardizovane oznake za logičke „ILI“ i „I“ kapije, pojedine događaje stabla otkaza (opšti, osnovni, nerazvijeni, normalno očekivani).–Pod događajem se podrazumeva: uslov, stanje elementa ili sklopa, funkcija elementa/sklopa, tehnološka veličina procesa.–Razlikuju se tri mehanizama nastanka stanja u otkazu:

1. Primarni otkazi (osnovni događaji – smbol je krug).

2. Sekundarni otkazi (radna i spoljna opterećenja prevazilaze dozvoljene okvire).

3. Neadekvatno (pogrešno) rukovanje.



4. Usvajanje stabla otkazaNakon konstruisanja stabla otkaza, pristupa se kontroli tačnosti i kompletnosti stabla otkaza. Konstruisano stablo otkaza mora da:

–odgovara nameni – cilju,–potpuno i jasno opisuje sistem i njegovo funkcionisanje,–tačno definiše ulaze u logičke kapije, koji moraju biti potrebni i dovoljni da bi se proizveo navedeni izlaz.

Usvajanje stabla otkaza se vrši od strane osoba koje nisu učestvovale u konstruisanju stabla, kako bi se obezbedila nepristrasnost.



5. Kvalitativna i/ili kvantitativna ocena stabla otkaza

Nakon usvajanja stabla otkaza potrebno je izvršiti kvalitativno i kvantitativno ocenjivanje razvijenog stabla otkaza.

Kvalitativno ocenjivanje se odnosi na povezivanje puteva sa vršnim događajem.

Kvantitativno ocenjivanje zahteva utvrđivanje teorijskog zakona raspodele vremena u radu i vremena u otkazu. Nakon toga se vrši kompjuterska simulacija rada tehničkog sistema i proverava ispravnost “funkcionisanja” stabla otkaza, kao i utvrđivanje verovatnoće (rizika) ostvarivanja vršnog događaja, ali i svakog događaja nižeg reda (svake grane stabla otkaza).



6. Obezbedenje preporuka i alternativa za donošenje odluka

Poslednji korak je definisanje preporuka za snižavanje verovatnoće pojavljivanja vršnog događaja.

Ukoliko je dobijena verovatnoća prihvatljiva, analiza stabla otkaza se završava, a u protivnom se (nakon uvođenja nekih preporučenih izmena) postupak ponavlja.


Konstrukcija stabla otkaza sa određivanjem kombinacija osnovnih otkaza, koji dovode do pojave vršnog događaja, bez obavljanja ikakvih proračuna, predstavlja kvalitativnu ocenu stabla otkaza. Korišćenjem standardiziovanih simbola formiraju se logički dijagrami tj. konstruiše se uzročna hijerarhija u obliku stabla otkaza sa vršnim događajem na vrhu stabla.

Određivanje verovatnoće događaja na najvišem nivou putem verovatnoća svih relevantnih ulaznih događaja predstavlja kvanititativnu ocenu stabla otkaza.

ANALIZA STABLA OTKAZA - Ocena

Poznavanje – obezbeđenje inteziteta otkaza ili srednjeg vremena između otkaza za nastanak različitih događaja na ulazu u kapiju I i ILI omogućava određivanje pouzdanosti tehničkih sistema.

Primenom odgovarajućih statističkih postupaka, odnosno primenom pravila Bulove algebre i minimalnih preseka skupova sprovodi se kvantitativna ocena stabla otkaza, za koju se koriste komercijalno dostupni računarski programi.

Kvalitativna i kvantitativna ocena stabla otkaza podsistema/sklopova sistema omogućava da se sagledaju kritične tačke i putevi ka uspehu ili neuspehu.


Minimalni presek skupa je skup osnovnih otkaza, koji zajedno prouzrokuju neželjeni (vršni) događaj. Minimalni preseci skupova predstavljaju one skupove događaja, koji su merodavni, odnosno dovoljni za nastanak vršnog događaja.

Na osnovu rezultata ocene stabla otkaza, određuju se glavni uticajni faktori (otkazi elemenata) na pojavu vršnog događaja (otkaz sistema), što je osnovni cilj analize otkaza.

Analiza stabla otkaza otkriva slabosti tehničkog sistema i potrebu preduzimanja korektivnih mera i ustanovljavanja prioriteta u rešavanju identifikovanog problema, kojima će obezbediti ostvarenje zahtevane pouzdanosti tehničkog sistema.


ANALIZA STABLA OTKAZA - Primeri

PRIMER:Osnovno stablo otkaza mehaničkog sistema za prenos snage

fta i fmea

Documents

fault tree

analiza stabla

analiza naina

kritinosti

analiza oblika

failure mode

criticality

posledica