Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Technická Univerzita Košice / Strojnícka fakulta / Bezpečnosť práce

analyza_fmea.doc (analyza_fmea.doc)

4  FMEA

4. 1  Všeobecne

    FMEA (Failure mode and effect analysis - analýza spôsobov a dôsledkov poruchových stavov) je metóda, ktorá bola vytvorená pre potreby štúdia porúch v systémoch. Je aplikovateľná na rôzne systémy (elektrické, hydraulické, mechanické...) vrátane kombinovaných.

    FMEA je postup popisujúci spôsob a dôsledok poruchy. Logickým rozšírením FMEA o zváženie dôsledku poruchy a pravdepodobnosti výskytu spôsobu porúch je metóda FMECA. Závažnosť, resp. dôsledok poruchy je zatrieďovaný do niekoľkých tried v závislosti na zvolených kritériách, napr. bezpečnosť (usmrtenie, ľahký úraz,...). Obidve metódy umožňujú identifikovať poruchy s významnými následkami, ktoré ovplyvňujú funkcie systému.

    Vo všeobecnosti platí, že poruchy, resp. spôsob porúch ľubovoľného prvku systému, negatívne ovplyvňujú funkčnosť systému. Pri štúdiu bezpečnosti, spoľahlivosti a prevádzkyschopnosti sa vyžaduje kvantitatívna a kvalitatívna analýza, ktoré sa vzájomne dopĺňajú. Metódy kvantitatívnej analýzy umožňujú výpočet a predpoveď sledovaných parametrov analyzovanej funkcie, činnosti.

    Postup analýzy je možné uplatniť v konkrétnej úrovni systému, úrovni prvku, pre ktoré sú k dispozícii kritériá porúch. Postup vychádza z charakteristiky poruchy základného prvku a z funkčnej štruktúry prvku. Stanovuje sa vzťah medzi poruchami prvku a poruchami systému, alebo zlyhanie funkcie prvku, resp. systému. Pri uvažovaní porúch druhého a vyššieho rádu v konkrétnej úrovni systému je niekedy nutné uvažovať aj s postupnosťou v čase.

    FMEA je obmedzená na kvalitatívnu analýzu spôsobu porúch v sledovanom systéme a nezahŕňa ľudské (systémová FMEA zahŕňa) a softwarové chyby napriek skutočnosti, že v bežných systémoch existujú takéto chyby.

Konštrukčná FMEA

1. je tímová metóda, ktorá začína v rannom štádiu procesu vzniku výrobku, aby mohli byť zavedené preventívne opatrenia na predchádzanie vzniku možných porúch, t.j. minimalizovali sa riziká vývojových a plánovacích procesov. Systémová FMEA sa používa najčastejšie v oblastiach vývoja výrobku alebo plánovania procesu.

Procesná FMEA

2. zahŕňa spôsoby a zákazníkove hodnotové kritériá (parametre), ktoré poskytujú štandardný, súhrnný prístup a veľmi redukované možnosti preventívnych opatrení v procese. Proces umožňuje organizovanie tímov rôznych odborníkov, ktorí si rozdelia informácie od zákazníka a porozumejú im v spoločnom jazyku. Obe skupiny, konštruktéri i odborníci v ostatných oblastiach môžu teda ľahšie použiť FMEA v procese. [ 6 ]

4. 2  Použitie a ciele

    Nakoľko ide o systémový prístup, metódu je možné aplikovať v rôznych oblastiach, záleží predovšetkým od analyzovaného systému a stanovených cieľov.

Pri rozhodovaní o rozsahu a spôsobe aplikácie FMEA v konkrétnom systéme a v konkrétnom prvku je nutné uvažovať, pre ktoré špecifické účely sa metóda má použiť a v ktorej časovej fáze vzhľadom k celkovej životnosti systému ako aj ostatným činnostiam. Je potrebné zvážiť aj požadovaný stupeň poznania nežiadúcich javov, porúch a ich dôsledkov. Na základe týchto úvah je možné rozhodnúť sa o hĺbke analýzy v konkrétnej úrovni systému (systém, podsystém, diel, prvok) vo väzbe na proces navrhovania a vývoja analýzy.

FMEA ma predovšetkým tieto ciele:

1. vyhodnotenie dôsledkov a postupnosti javov pre každý zistený spôsob poruchy prvku spôsobenú akoukoľvek príčinou v rôznych funkčných úrovniach;
2. určenie významnosti alebo kritičnosti každého spôsobu poruchy s ohľadom na správne vykonávanie funkcie s uvážením dôsledku pri predom zvolených kritériách, napr. kritérium bezpečnosti;
3. klasifikovať zistené spôsoby porúch podľa toho, ako ľahko sa dá zistiť, diagnostikovať, testovať;
4. určiť ukazovatele významnosti a pravdepodobnosti poruchy, v prípade ak sú k dispozícii potrebné dáta. [  ]

    FMEA je účinná predovšetkým vtedy, ak je aplikovaná na prvky systému, ktoré spôsobujú poruchu celého systému.

    FMEA môže byť zložitá a zdĺhavá v prípade rozsiahlych systémov, ktoré majú mnoho funkcií a pozostávajú z mnohých prvkov. Je to spôsobené tým, že je nutné uvažovať veľké množstvo informácií o systéme. Množstvo informácií sa zväčšuje aj množstvom stratégií údržby, prevádzky. Iným obmedzením je skutočnosť, že FMEA obvykle nezahrňuje ľudské chyby (systémová FMEA zahrňuje). Interakcia medzi človekom a strojom sa skúma špeciálnymi metódami. Ľudské chyby sa v prevádzke objavujú v určitej postupnosti, ktorú je vhodné analyzovať metódami popisujúcimi kauzálnu závislosť správania sa človeka. Ďalším obmedzením je vplyv prostredia. Uvažovanie vplyvu prostredia vyžaduje dokonalú znalosť charakteristík prostredia.

    FMEA ako aj FMECA neumožňujú analyzovať funkčné väzby medzi jednotlivými štruktúrami a jednotlivými prvkami systému.

4. 3  Možnosti použitia FMEA

V nasledujúcich bodoch sú zhrnuté podrobnejšie možnosti aplikácie a prínosy FMEA:

1. identifikovať poruchy, ktoré, aj keď sa vyskytnú samostatne, majú neprijateľne alebo významné dôsledky, a určiť tie spôsoby porúch, ktoré môžu vážne ovplyvniť očakávanú alebo požadovanú prevádzku. Jedným z dôsledkov môžu byť i závislé poruchy,
2. stanoviť požiadavky na:

1. zálohovanie,
2. vlastnosti návrhu, ktoré zvyšujú pravdepodobnosť porúch typu „fail–safe“ (bezpečný pri poruche),
3. ďalšie zníženie zaťaženia alebo zjednodušenie návrhu,

3. stanoviť požiadavky na výber alternatívnych materiálov, dielcov, zariadení a prvkov,
4. identifikovať závažné dôsledky porúch a tým aj potrebu preskúmania a revízie návrhu,
5. poskytnúť logický model pre vyhodnotenie pravdepodobnosti vzniku abnormálnych prevádzkových podmienok systému,
6. odhaliť kritické miesta, kde by mohli nastať problémy s bezpečnosťou alebo s právnou zodpovednosťou za výrobok, alebo odhaliť nesúlad s požiadavkami predpisov,
7. zaistiť, aby skúšobnou prevádzkou bolo možne odhaliť potenciálne spôsoby porúch,
8. stanoviť prevádzkové cykly, pri ktorých dochádza k poruchám z opotrebenia a tým umožniť ich prevenciu,
9. sústrediť pozornosť na kľúčové oblasti pre riadenie kvality, kontrolu a riadenie výrobného procesu,
10. stanoviť požiadavky na zber dát pri vývojových a záverečných skúškach, i v priebehu prevádzky,
11. poskytnúť informácie pre výber miest pre preventívnu údržbu, pre vypracovanie návodov pre opravárov a pre výber vhodných testovacích zariadení a príslušných testovacích miest, . . .

4. 4  Postup aplikácie FMEA

Štúdie FMEA pozostávajú z týchto charakteristických krokov

1. popis systému a jeho základných funkcií, definovanie minimálnych funkcií s ohľadom na zvolené kritériá (bezpečnosť, spoľahlivosť,..),
2. vypracovanie funkčných blokových štruktúr, resp. iných záznamov, ktoré usporiadajú analyzovaný systém do prehľadných celkov,
3. stanovenie základných princípov a spôsobu dokumentácie postupu,
4. spôsob identifikácie porúch, ich príčin a dôsledkov,
5. identifikovanie metód k detekcii a izolácii porúch,
6. identifikovanie konštrukčných a prevádzkových opatrení voči zvlášť nežiadúcim poruchám,
7. kvantifikácia dôsledku a jeho zaradenie do kategórie dôsledku (len FMECA),
8. kvantifikácia pravdepodobnosti a jej zaradenia do kategórie pravdepodobnosti (len FMECA),
9. vyšetrenie špecifických kombinácií viacnásobných porúch,
10. doporučenia. [  ]

4. 5  Dokumentácia FMEA

    Dokumentovanie analýzy na konkrétnej úrovni konkrétneho prvku systému je najvhodnejšie prostredníctvom pracovného formulára.

V takomto formulári sú podchytené predovšetkým údaje o

1. názve analyzovaného prvku systému,
2. vykonávanej funkcii sledovaného prvku systému,
3. identifikačnom kóde prvku systému,
4. spôsobe poruchy,
5. príčine poruchy,
6. dôsledku poruchy,
7. metóde zisťovania poruchy,
8. opatreniach,
9. poznámkach.

4. 6  Formulár pre metódu FMEA

4. 7  Zhrnutie

    FMEA je indukčná metóda použiteľná v rôznych systémoch a systémových úrovniach. Jej hlavnou úlohou je vyhodnotiť počet a následky porúch (poškodenia) častí. Ak sú chyby v technológii a chyby obsluhy významné, tak metóda nie je vhodná. Poruchy s malou pravdepodobnosťou vzniku sa nemusia podrobne analyzovať, ale toto rozhodnutie sa má zaznamenať v dokumentácii.

    Podstatným znakom tejto metódy je rozdelenie systému na parciálne časti, v ktorých je potom vykonaná analýza poruchovosti. Metóda neumožňuje analýzu väzieb systému. Poskytuje informácie o možných výpadkoch na základe poruchovosti vyšetrovanej časti systému a nie ich možných kombinácií.

    V prípade analýzy veľkých technologických systémov je vhodné analyzovať len slabé miesta systému.

    Nutné je zohľadnenie faktu, že systémové opatrenia na zaistenie bezpečnosti majú ohraničenia - nutný kompromis medzi zvolenými kritériami.

    V prípade, ak ide o technologický systém, v ktorom je človek - operátor, je ho nutné brať ako súčasť systému.

    Analýza je vhodná v systémoch, kde výpadok spôsobí značné škody.

    FMECA je modifikáciou FMEA, ktorá rozširuje FMEA o kvantifikáciu pravdepodobnosti a dôsledku poruchy. Modifikácia používaná v USA vytvára dobrý predpoklad pre identifikovanie slabých miest so zohľadnením viacerých parametrov.

Dôležité je uvedomiť si možné použitie (len modifikácie FMECA) tejto metódy v oblasti posudzovania ako aj v oblasti bezpečnosti. [  ]