Виды, последствия и диагностический анализ отказов ( FMEDA ) — это метод систематического анализа, позволяющий получить интенсивность отказов на уровне подсистемы/продукта , виды отказов и диагностические возможности. Методика FMEDA учитывает:
Учитывая базу данных компонентов, откалиброванную с помощью достаточно точных данных о сбоях на местах, [1] этот метод может прогнозировать частоту отказов на уровне продукта и данные о режимах отказов для данного приложения. Было показано, что прогнозы более точны [2] , чем анализ возврата по гарантии или даже типичный анализ отказов на месте, учитывая, что эти методы зависят от отчетов, которые обычно не содержат достаточно подробной информации в записях об отказах. [3]
В аннотации отчета FMEDA обычно упоминается доля безопасных отказов (доля отказов, которые не являются ни опасными, ни необнаруженными, по отношению к общему показателю) и диагностический охват (доля обнаруженных опасных отказов по отношению к числу всех опасных отказов). Каждый термин определяется одинаково в обоих стандартах: IEC 61508 и ISO 13849 .
Название было дано доктором Уильямом М. Гоблом в 1994 году методу, который с 1988 года разрабатывался доктором Гоблом и другими инженерами, работающими сейчас в Exida. [4]
Анализ видов и последствий отказов , FMEA, представляет собой структурированный качественный анализ системы, подсистемы, процесса, конструкции или функции для выявления потенциальных видов отказов, их причин и их влияния на работу (системы). Концепция и практика проведения FMEA в той или иной форме существуют с 1960-х годов. Эта практика была впервые официально оформлена в 1970-х годах с разработкой американского стандарта MIL-STD-1629/1629A. На ранней практике его использование ограничивалось избранными приложениями и отраслями, где цена отказа была особенно высокой. Основные преимущества заключались в качественной оценке безопасности и надежности системы, определении неприемлемых видов отказов, выявлении потенциальных улучшений конструкции, планировании мероприятий по техническому обслуживанию и помощи в понимании работы системы при наличии потенциальных неисправностей. Анализ видов, последствий и критичности отказов ( 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 видах/эффектах отказов с точки зрения риска. Это позволило расставить приоритеты для стимулирования улучшений на основе сравнения затрат и выгод.
Метод FMEDA был разработан в конце 1980-х годов инженерами Exida, частично на основе доклада, представленного на симпозиуме RAMS 1984 года . [5] Первоначальное FMEDA добавило две дополнительные части информации в процесс анализа FMEA. Первая часть информации, добавляемая в FMEDA, — это количественные данные об отказах (частота отказов и распределение видов отказов) для всех анализируемых компонентов. Вторая часть информации, добавляемая в FMEDA, — это вероятность того, что система или подсистема обнаружит внутренние сбои посредством автоматической онлайн-диагностики. Это имеет решающее значение для достижения и поддержания надежности во все более сложных системах и для систем, которые могут не полностью использовать все функциональные возможности при нормальных обстоятельствах, например, в системах аварийного отключения с низким спросом . 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] , а после дальнейшего уточнения методы были опубликованы в конце 1990-х годов. [9] [10] [11] Этот метод был объяснен членам комитета IEC 61508 в конце 90-х годов и включен в стандарт как метод определения интенсивности отказов, режима отказа и диагностического охвата продуктов. Методы FMEDA были дополнительно усовершенствованы в 2000-х годах, в первую очередь во время подготовки к стандарту IEC 61508. Ключевые изменения: 1. Использование режимов функционального отказа; 2. Использование механических компонентов; 3. Прогнозирование эффективности ручных контрольных испытаний; и 4. Прогнозирование срока полезного использования продукта. Благодаря этим изменениям методика FMEDA стала более полной и полезной.
Также в начале 2000-х годов Джон К. Гребе добавил к процессу FMEDA анализ режимов функциональных отказов. В ранних работах FMEDA режимы отказа компонентов были сопоставлены непосредственно с «безопасными» или «опасными» категориями согласно IEC 61508. Это было относительно легко, поскольку все, что не было «опасным», считалось «безопасным». Поскольку теперь существует 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 прямом присвоении категории вида отказа во время FMEDA новый FMEDA требовался для каждого нового приложения или каждого варианта использования. При подходе, основанном на функциональном отказе, фактические режимы функционального отказа продукта идентифицируются в ходе FMEA. В ходе подробного FMEDA режим отказа каждого компонента сопоставляется с режимом функционального отказа. Режимы функциональных отказов затем классифицируются в соответствии с режимом отказа продукта в конкретном приложении. Это исключает необходимость более детальной работы при рассмотрении новой заявки.
В начале 2000-х годов стало ясно, что многие продукты, используемые в критически важных для безопасности приложениях, содержат механические компоненты. FMEDA, составленное без учета этих механических компонентов, было неполным, вводящим в заблуждение и потенциально опасным. Фундаментальной проблемой при использовании метода FMEDA было отсутствие базы данных механических компонентов, которая включала бы интенсивность отказов деталей и распределение режимов отказов. Используя ряд опубликованных справочных источников, exida начала разработку базы данных механических компонентов в 2003 году. [12] После нескольких лет исследований и доработок [13] база данных была опубликована. [14] Это позволило использовать FMEDA для комбинированных электрических/механических компонентов и чисто механических компонентов.
FMEDA может предсказать эффективность любого определенного ручного контрольного теста так же, как оно может предсказать охват автоматической диагностикой. В FMEDA добавляется дополнительный столбец и оценивается вероятность обнаружения для каждого вида отказа компонента. Совокупная эффективность проверочного теста рассчитывается так же, как и автоматическое диагностическое покрытие.
При проверке каждого компонента продукта выявляются компоненты с относительно коротким сроком службы. Одним из примеров этого является электролитический конденсатор. У многих конструкций срок полезного использования ограничен 10 годами. Поскольку постоянная интенсивность отказов действительна только в течение срока полезного использования, этот показатель полезен для интерпретации ограничений результатов FMEDA.
Требуется дальнейшее уточнение базы данных компонентов с выборочной калибровкой для различных профилей работы. Кроме того, сравнение результатов FMEDA с исследованиями отказов на местах показало, что человеческий фактор , особенно процедуры технического обслуживания, влияет на частоту отказов и виды отказов продукции.
По мере поступления большего количества данных база данных компонентов может уточняться и обновляться. После нескольких лет исследований и доработок [15] база данных была опубликована [16] как того требуют новые технологии и новые знания. Успех метода FMEDA, заключающийся в предоставлении необходимых данных относительно точным способом, позволил вероятностному и производительному подходу к проектированию работать.