Дополнительно FMEA. 7 fmea Анализ характера и последствий отказов
Скачать 80.7 Kb.
|
7.5. FMEA – Анализ характера и последствий отказов FMEA – Potential Failure Mode and Effects Analysis – систематический метод предупреждения у потребителей возможных дефектов продукции и процессов ее производства [91]. Метод FMEA применяют на ранних стадиях планирования и создания, как продукции, так и производственных процессов. Это один из наиболее эффективных методов аналитической оценки результатов конструкторской деятельности, процессов на таких важнейших стадиях жизненного цикла продукции, как ее создание и подготовка к производству. Этот метод нацелен на обеспечение качества продукции, поэтому он должен применяться как можно раньше, по крайней мер, до начала производства. Метод определяет технический уровень продукции с точки зрения предотвращения ошибок, выявления потенциальных ошибок и оценки тяжести последствий для заказчика (внешней стороны), а также устранения ошибок или уменьшение степени их влияния на качество. Анализ основан на теоретических знаниях и информации о прошлом опыте. На этапе создания процессов методом FMEA решаются задачи:
Метод FMEA позволяет выявить потенциальные несоответствия, их причины и последствия, оценить риск предприятия и принять меры для устранения или снижения опасности. Этот метод, позволяет исключить ошибки на ранней стадии создания продукции и процессов, исходит, прежде всего, из их детализации и строгого учета всех исполняемых функций. Он обладает значительной эффективностью при создании конкурентоспособной продукции в короткие сроки и значительно экономит время и средства. Применение метода FMEA исключает ошибки и связанные с ними отказы, а следовательно, избавляет от значительных затрат на устранение несоответствий. Основными задачами FМЕА являются определение:
ПЧР < ПЧРкр, для объекта в целом и его компонентов. Для проведения FМЕА создается специальная команда. Значения S, О, D ПЧР, ПЧРкр определяются экспертным или расчетным методами. Объектами FМЕА - анализа могут быть: • конструкция изделия (FМЕА - анализ конструкции); • процесс производства продукции (FМЕА - анализ процесса производства); • бизнес-процессы (документооборот, финансовые процессы и т. д.) (FМЕА - анализ бизнес-процессов); • процесс эксплуатации изделия (FМЕА - анализ процесса эксплуатации). FМЕА - анализ конструкции может проводиться как для разрабатываемой конструкции, так и для существующей. В рабочую группу по проведению анализа обычно входят представители отделов разработки, планирования производства, сбыта, обеспечения качества, представители опытного производства. Целью анализа является выявление потенциальных дефектов изделия, вызывающих наибольший риск потребителя, и внесение изменений в конструкцию изделия, которые бы позволили снизить такой риск. FМЕА - анализ процесса производства осуществляется ответственными службами планирования производства, обеспечения качества или производства с участием соответствующих специализированных отделов изготовителя и при необходимости – потребителя. FМЕА - анализ процесса производства начинается на стадии технической подготовки производства и заканчивается до начала основных, монтажно-сборочных и т.п. работ. Целью FМЕА - анализа процесса производства является обеспечение выполнения всех требований по качеству процесса производства и сборки путем внесения изменений в план процесса для технологических процессов с повышенным риском. Методы выполнения FМЕА. Анализ возможных отказов (дефектов) изучаемой системы (объекта) и их последствий для потребителей производится, как отмечалось выше, экспертным (наиболее распространенным) или расчетным методами. Ограниченность распространения расчетного метода вызвана необходимостью для его реализации информации о модели изучаемого объекта, взаимосвязях между его элементами, понимания природы происходящих в нем процессов. Если рассматривать структуру объекта как иерархическую систему взаимосвязанных элементов, возможны 3 стратегии (последовательности) изучения объекта: «снизу вверх» – то есть от отдельных элементов к объекту в целом; «сверху вниз» – то есть от объекта в целом к его элементам; комбинированный. Эти методы называют также соответственно структурным, функциональным и комбинированным [44]. Рис. 7.5. Структура изучаемого объекта Структурные методы FМЕА относят к классу индуктивных методов (анализ «снизу вверх»), применяемых для относительно простых объектов, отказы которых могут быть четко локализованы, а последствия каждого отказа элементов выбранного начального уровня разукрупнения могут быть прослежены на всех вышестоящих уровнях структуры объекта. Уровень разукрупнения объекта, начиная с которого (до которого) проводят FМЕА на определенном этапе его разработки, устанавливают, исходя из требуемых результатов анализа; степени отработанности конструкторской, технологической и эксплуатационной документации; наличия необходимых исходных данных; степени новизны конструкции объекта и его составных частей, технологий их изготовления, условий эксплуатации. При прочих равных условиях, чем выше уровень отработанности конструкции и технологии изготовления объекта и его составных частей, тем меньший уровень детализации допускается при анализе, и, наоборот, объекты, содержащие принципиально новые конструктивно-технологические решения, построенные на новой элементной базе, требуют углубленного, более детализированного анализа. Основная цель анализа «снизу вверх» — оценка степени влияния отказов составных частей системы на выполнение ею своих функций. Последствия отказов элементов по влиянию на единицы более высокого уровня деления классифицируются как:
По степени тяжести конечных последствий отказы подразделяют на 4 категории:
Общая схема (алгоритм) FМЕА структурным методом включает следующие основные операции:
Для каждого критичного элемента:
Функциональные методы FМЕА относят к классу дедуктивных (анализ по схеме «сверху вниз») методов, применяемых для сложных многофункциональных объектов, отказы которых трудно априорно локализовать и для которых характерны сложные зависимые отказы. Основная цель анализа «сверху вниз» – определить критические отказы элементов и критические элементы объектов. Такой подход целесообразен при проведении анализа закупаемого оборудования, выбора поставщиков комплектующих элементов, анализе запасных частей. Общая схема (алгоритм) FМЕА функциональным методом включает следующие операции:
Для сложных объектов FМЕА проводят, как правило, комбинированными методами, сочетающими элементы структурных и функциональных методов. Последовательность проведения FМЕА. Организация и содержание работ при проведении FМЕА рассмотрены в [91]. В ГОСТ Р 51814.2-2001 обобщен современный опыт применения FМЕА. Алгоритм работы FМЕА - команды представлен на рис. 7.6 [91]. Оценка комплексного риска дефекта по критериям S, O, D Составление перечня дефектов с последствиями и причинами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Образование FMEA-команды. Выбор ведущего Ознакомление с предложенными проектами конструкции и (или) технологического процесса Экспертное определение потенциальных дефектов данной конструкции и (или) технологического процесса Причина 1 Причина m Причина 2 Последствие 1 Последствие 2 Последствие m Дефект Выбор наихудшего последствия с максимальным баллом S Оценка для данного дефекта/причины баллов О и D Вычисление приоритетного числа риска (ПЧР) для данного дефекта/причины ПЧР = SOD Следующий дефект/ причина Доработка конструкции и/или технологического процесса по коллективной идее FMEA-команды Решение: конструкция и (или) технологический процесс удовлетворяют требованиям Составление окончательного протокола по результатам работы FMEA-команды и его подписание Последний по списку дефект/причина Сравнение ПЧР с критической границей ПЧР гр Нет Да ПЧР < ПЧР гр ПЧР ПЧРгр Рис. 7.6. Алгоритм работы FМЕА Планирование FМЕА осуществляют по п. 5.3 ГОСТ 27.310. План проведения FМЕА должен устанавливать:
Для обеспечения полноты и объективности анализа возможные виды отказов составных частей и объекта в целом при FМЕА целесообразно первоначально устанавливать на основе существующих для объекта данного вида классификаторов отказов и неисправностей, дополняя их при необходимости видами отказов, специфичными для рассматриваемого объекта. Рассмотрим основные этапы FМЕА в соответствии с приведенным выше рисунком. Ознакомление с предложенными проектами конструкции и/или технологического процесса. Ведущий FМЕА - команды представляет для ознакомления членам своей команды комплект документов по предложенному проекту конструкции или (и) проекту технологического процесса. Определение видов потенциальных дефектов, их последствий и причин. Для конкретного технического объекта и/или производственного процесса с его конкретной функцией определяют (пользуясь имеющейся информацией и предшествующим опытом) все возможные виды дефектов. Описание каждого вида дефекта заносят в протокол анализа видов, причин и последствий потенциальных дефектов, составленный, например, в виде таблицы (табл. 7.1). Таблица 7.1 Бланк FMEA
В головной части формуляра последовательно в графах трех строк указывают следующее:
Примеры видов дефектов технического объекта: растрескивание, деформация, люфт, течь, прокол, короткое замыкание, окисление, перелом. Примеры видов дефектов технологического процесса: недостаточная толщина покрытия, пропуск операции установки шплинта, применение другого материала. Для всех описанных видов потенциальных дефектов определяют их последствия на основе опыта и знаний FМЕА - команды. Примеры последствий дефектов: шум, неправильная работа, плохой внешний вид, неустойчивость, прерывистая работа, шероховатость, неработоспособность. Последствия для каждого дефекта экспертно определяют балл значимости S при помощи таблицы баллов значимости. Балл значимости изменяется от 1 для наименее значимых по ущербу дефектов до 10 – для наиболее значимых. Для конкретного предприятия эта таблица должна быть пересмотрена в соответствии со спецификой предприятия и конкретными последствиями дефектов. Типовые значения баллов значимости приведены в табл. 7.2. В дальнейшем при работе FМЕА - команды и выставлении ПЧР используют один максимальный балл значимости 5 из всех последствий данного дефекта. Таблица 7.2 Оценка последствий отказов (дефектов) [6]
Для каждого дефекта определяют потенциальные причины. Для одного дефекта может быть выявлено несколько потенциальных причин, все они должны быть по возможности полно описаны и рассмотрены отдельно. Примеры причин дефектов: использован другой материал, неадекватное предположение о жизнеспособности конструкции, перегрузка, неполные инструкции по обслуживанию, слабая защита от неблагоприятных условий среды. Причинами (механизмами) дефектов могут быть, например: текучесть, ползучесть, нестабильность материала, усталость, износ, коррозия. Для каждой потенциальной причины дефекта экспертно определяют балл вероятности возникновения О. При этом рассматривается предполагаемый процесс изготовления и экспертно оценивается частота данной причины, приводящей к рассматриваемому дефекту. Балл возникновения изменяется от 1 для самых редко возникающих дефектов до 10 — для дефектов, возникающих почти всегда. Типовые значения балла вероятности возникновения приведены в табл. . Для данного дефекта и каждой отдельной причины определяют балл вероятности обнаружения D данного дефекта или его причины в ходе предполагаемого процесса изготовления. Балл обнаружения изменяется от 10 для практически не обнаруживаемых дефектов (причин) до 1 – для практически достоверно обнаруживаемых дефектов. Таблица 7.3 Оценка вероятностей возникновения отказов (дефектов) [6]
Типовые значения балла обнаружения приведены в табл. 7.4. Таблица 7.4 Оценка вероятностей обнаружения отказов (дефектов)
После получения экспертных оценок S, О, D вычисляют приоритетное число риска ПЧР по формуле: ПЧР = S∙O∙D Для дефектов, имеющих несколько причин, определяют соответственно несколько ПЧР. Каждое ПЧР может иметь значения от 1 до 1000. Для приоритетного числа риска должна быть заранее установлена критическая граница (ПЧРгр) в пределах от 100 до 125. По усмотрению службы маркетинга и других служб предприятия для некоторых возможных дефектов значение ПЧР может быть установлено менее 100. Снижение ПЧРгр соответствует созданию более высококачественных и надежных объектов и процессов. Некоторые зарубежные предприятия-лидеры, давно использующие методологию FМЕА, сейчас работают с ПЧРгр = 30–50. Количественному анализу последствий отказов с помощью ПЧР может предшествовать их качественный анализ с помощью рекомендованной МЭК классификационной матрицы оценки частоты и значимости отказов по категориям I—IV (табл. 7.5). Отнесение отказов к одной из групп (А, В, С, D) требует следующих действий FМЕА- команды: • А – обязателен углубленный количественный анализ критичности; • В – желателен количественный анализ критичности; • С – можно ограничиться качественным анализом; • D – анализ не требуется. Причины отказов, попавших в группу А, подлежат безусловному устранению при проектировании путем изменения конструкции, увеличения соответствующих запасов прочности, устойчивости и т. п., смягчения условий эксплуатации и пр. Причины отказов, попавших в группы В и С, требуют дальнейшего анализа, уточнения механизмов отказов, характера деградационных процессов и других факторов, важных для более полного описания отказа. Таблица 7.5 Матрица «вероятность отказа — тяжесть последствий» для ранжирования отказов при РМЕА
В результате могут быть приняты решения о доработке оборудования, изменении регламента технического обслуживания и ремонта, увеличении частоты и глубины диагностирования или другие корректирующие меры. Отказы групп В и С вносятся в специальный перечень для последующего анализа и контроля. Причины отказов группы D не требуют дополнительного анализа. После расчетов ПЧР составляют перечень дефектов (причин), для которых значение ПЧР превышает ПЧРгр. Именно для них и следует далее вести доработку конструкции и/или производственного процесса. Для каждого дефекта (причины) с ПЧР > ПЧРгр команда должна прилагать усилия для снижения этого расчетного показателя посредством доработки конструкции и/или производственного процесса. После того как действия по доработке определены, необходимо оценить и записать значения баллов значимости S, возникновения О и обнаружения D для нового предложенного варианта конструкции и/или производственного процесса. Следует проанализировать новый предложенный вариант и подсчитать и записать значение нового ПЧР по схеме в соответствии с приведенным выше рисунком. Все новые значения ПЧР следует рассмотреть, и, если необходимо дальнейшее их снижение, повторить предыдущие действия. Ответственный за разработку конструкции и/или производственного процесса инженер должен подтвердить, что все предложения членов команды по доработке были рассмотрены. В конце работы FМЕА- команды должен быть составлен и подписан протокол, в котором отражают основные результаты работы команды, включающие как минимум:
Рекомендуемая форма протокола приведена в ГОСТ Р 51814.2-2001. При необходимости к протоколу работы FМЕА - команды прилагают соответствующие чертежи, таблицы, результаты расчета и т. д. Работа FМЕА - команды дает несколько эффектов. Во-первых, идет интенсивный обмен информацией, то есть взаимообучение и повышение квалификации членов команды в смежных областях. Во-вторых, при работе команд часто рождаются новые технические идеи, патенты. В-третьих, в результате время проектирования сокращается, если, конечно, окончанием проектирования считать вполне доработанные конструкцию и технологию. В-четвертых, суммарные затраты с учетом необходимых изменений и потерь после запуска в производство резко сокращаются. В-пятых, потребитель не будет ждать год, пока запущенное в производство «сырое изделие» будет «доведено до ума» и его можно будет покупать; а репутация у потребителя – наверняка важнее всего остального. Проведение FМЕА предотвращает появление катастрофических отказов и уточняет возможные пути протекания нарушений. Самый главный эффект от применения FМЕА – сокращение потерь, обусловленных низким качеством, за счет предотвращения отказов (дефектов, несоответствий) на ранних стадиях проектирования. FМЕА отражает современную тенденцию к постепенному переходу от формальных статистико - вероятностных методов анализа надежности объектов к инженерным подходам обеспечения надежности. В силу простоты и наглядности результаты FМЕА выглядят для администрации предприятия - поставщика более убедительными, нежели сложные математические модели расчета надежности [91]. |