Надежность технических систем и техногенный риск. Слайд 1 Приступаем к изучению дисциплины Надежность технических систем и техногенный риск. Слайды 24
 Скачать 1.23 Mb.
|
|
Тема «Анализ видов, последствий и критичности отка- зов. Общие положения, методика проведения» Порядок проведения и методика анализа видов, последствий и критич- ности отказов технических объектов всех видов устанавливается стандартом ГОСТ 27.310-95 Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критич- ности отказов. Основные положения. Стандарт применяют при разработке и производстве технических объек- тов, для которых соответствующими документами признано необходимым проведение анализа видов, последствий и критичности отказов. Стандартом вводятся следующие понятия: • элемент, • система, • вид отказа, • тяжесть последствий отказа, • категория тяжести последствий отказов. В данном стандарте также приведены такие понятия, как «критический отказ», «критичный элемент» и «критичный технологический процесс». Согласно ГОСТу, критическим отказом системы является такой отказ, тяжесть последствий которого в пределах данного анализа признана недопу- стимой. При этом требуется принятие специальных мер по снижению вероят- ности данного отказа и возможного ущерба, связанного с его возникновением. Критичными являются те элементы системы, возможный отказ которых может быть критическим. Слайд 43 В процессе анализа видов, последствий и критичности отказов конкрет- ного изделия могут быть установлены иные признаки для отнесения элемен- тов к категории критичных. Например, критичным может быть элемент, отказ которого безусловно ведет к полному отказу системы независимо от тяжести его последствий. Критичный технологический процесс представляет собой процесс, в хо- де которого обнаружение дефектов параметров может стать причиной крити- ческого отказа. При анализе видов, последствий и критичности отказов конкретного из- делия могут быть установлены иные признаки критичности технологического процесса. Например, критичным может быть признан техпроцесс, влияние ко- торого на надежность системы или ее элементов неизвестно или недостаточно изучено. Показатель критичности отказа является количественной величиной. Он характеризует критичность отказа и учитывает степень его вероятности за время эксплуатации, а также тяжесть возможных последствий. Рассмотрим процедуру анализа видов и последствий отказов подробнее. Она подразумевает качественный анализ проекта, технологии изготовления, правил эксплуатации и хранения, системы технического обслуживания и ре- монта изделия. Слайд 44 Процедура анализа видов и последствий отказов заключается: • в выделении на некотором уровне разукрупнения его структуры воз- можных отказов разного вида; • в прослеживании причинно-следственных связей, обуславливающих их возникновение, и возможных последствий этих отказов на данном и вышесто- ящих уровнях; • в качественной оценке и ранжировании отказов по тяжести их послед- ствий. Анализ видов, последствий и критичности отказов представляет собой процедуру анализа видов и последствий отказов, дополненную оценками по- казателей критичности анализируемых отказов. Технический объект – любое изделие: элемент, устройство, подсистема, функциональная единица или система, которые можно рассматривать в от- дельности. Объект может состоять из технических средств, программных средств или их сочетания и может в частных случаях включать людей, его эксплуати- рующих, обслуживающих и ремонтирующих. Анализ видов, последствий и критичности отказов проводят с целью обоснования, проверки достаточности, оценки эффективности и контроля за реализацией управляющих решений. Эти решения направлены на совершен- ствование конструкции, технологии изготовления, правил эксплуатации, си- стемы технического обслуживания и ремонта объекта. Они обеспечивают пре- дупреждение возникновения и ослабление тяжести возможных последствий его отказов, достижение требуемых характеристик. Слайд 45 В процессе анализа видов, последствий и критичности отказов решают следующие задачи: • выявление возможных видов отказов составных частей и изделия в це- лом, изучение их причин, механизмов и условий возникновения и развития; • определение возможных неблагоприятных последствий возникновения выявленных отказов, проведение качественного анализа тяжести последствий отказов и количественную оценку их критичности; • составление и периодическая корректировка перечня критичных эле- ментов и технологических процессов; • оценка достаточности предусмотренных средств и методов контроля ра- ботоспособности и диагностирования изделий для своевременного обнаруже- ния и локализации его отказов; • обоснование необходимости введения дополнительных средств и мето- дов сигнализации, контроля и диагностирования; • выработка предложений и рекомендаций по внесению изменений в кон- струкцию и технологию изготовления изделия и его составных частей, направленная на снижение вероятности и тяжести последствий отказов; • оценивают эффективности ранее проведенных доработок. В процессе анализа видов, последствий и критичности отказов реализу- ют следующие этапы: • оценивают достаточность предусмотренных в системе технологического обслуживания контрольно-диагностических и профилактических операций, направленных на предупреждение отказов изделий в эксплуатации; • вырабатывают предложения по корректировке методов и периодичности технического обслуживания; • анализируют правила поведения персонала в аварийных ситуациях, обу- словленных возможными отказами изделий, предусмотренные эксплуатаци- онной документацией; • вырабатывают предложения по их совершенствованию или внесению соответствующих изменений в эксплуатационную документацию при их от- сутствии; • проводят анализ возможных ошибок персонала при эксплуатации, тех- ническом обслуживании и ремонте изделий, оценивают их возможные послед- ствия. В результате на основании проведенного анализа вырабатывают следу- ющие предложения: • по совершенствованию человеко-машинных интерфейсов и введению дополнительных средств защиты изделий от ошибок персонала; • по совершенствованию инструкций по эксплуатации, техническому об- служиванию и ремонту изделий. Слайд 46 Проведение анализа видов, последствий и критичности отказов не отме- няет необходимости выполнения расчетов надежности объекта в соответствии с общими требованиями ГОСТ 27.301. Планирование и выполнение расчетов надежности и анализа видов, по- следствий и критичности отказов должны осуществляться так, чтобы указан- ные элементы дополняли друг друга и взаимно служили источниками исход- ных данных. При этом по результатам анализа видов, последствий и критич- ности отказов уточняют критерии отказов объекта, модели, применяемые при расчете его надежности, задачи и содержание технического обслуживания и ремонта объекта. Методы и результаты расчетов надежности используют для оценки вероятностей отказов объекта, учитываемых при анализе их критично- сти. Анализ видов, последствий и критичности отказов должен обеспечивать получение исходных данных: • для планирования экспериментальной отработки объектов; • для уточнения распределения требований надежности между составны- ми частями объекта, внесения соответствующих изменений и дополнений в программу обеспечения надежности составных частей; • для установления и уточнения требований по приспособленности объек- та к диагностированию, его ремонтопригодности и других функций, указан- ных на слайде. Слайд 47 Результаты анализа видов, последствий и критичности отказов учиты- вают: • при принятии решений о завершенности этапов видов работ на стадиях жизненного цикла объектов; • при сертификации объектов для проверки достаточности принятых при их разработке и изготовлении мер по обеспечению безопасности. Рассмотрим основные принципы анализа видов, последствий и критич- ности отказов. Данный анализ представляет собой сочетание качественного анализа ви- дов и последствий отказов объекта с количественными оценками критичности. В процессе анализа проводят предварительную количественную оценку и ранжирование выявленных возможных отказов объектов по тяжести их по- следствий. Это делается с целью определения необходимости дальнейшего углубленного анализа и оценки критичности отказов. А также для установле- ния очередности проведения соответствующих доработок объекта, технологии его изготовления, системы технического обслуживания и ремонта. Для обеспечения объективности и сопоставимости качественных оценок последствий отказов до проведения анализа должна быть выработана система классификации отказов по категориям тяжести их последствий. Указанная си- стема может быть выработана применительно к конкретному объекту и при- ведена в методике анализа видов и последствий отказов. Либо установлена в соответствующем нормативном документе, распространяющемся на группу объектов. Слайд 48 При установлении категории отказов по степени тяжести их последствий должны учитываться, по крайней мере, следующие факторы в различных со- четаниях: • опасность отказа с учетом немедленных и отдаленных последствий для жизни и здоровья людей, окружающей среды, целостности и сохранности са- мого объекта, другого имущества и материальных объектов; • влияние отказа на качество и полноту функционирования объекта, на возможное причинение ущерба любого вида, обусловленное снижением каче- ства функционирования объекта или невыполнением объектом определенных функций; • скорость развития неблагоприятных последствий отказа, определяющая возможность принятия соответствующих мер защиты от них. При анализе видов и последствий отказов может проводиться предвари- тельная качественная оценка ожидаемой частоты наступления отказов разных категорий тяжести при эксплуатации объектов. Указанные оценки использу- ют: • для ранжирования отказов по очередности необходимых доработок объ- екта с целью их предупреждения с использованием матриц «вероятность отка- за – тяжесть последствий», пример которых приведен на слайде; • для построения шкал балльных оценок критичности отказов. Критичность отказов оценивают по показателям, учитывающим для каждого анализируемого объекта: • по вероятности возникновения отказа за время эксплуатации; • по условной вероятности наступления всех возможных неблагоприят- ных последствий отказа, если он может сопровождаться несколькими различ- ными по характеру и тяжести последствиями; • по размеру возможного ущерба в результате наступления каждого из ожидаемых последствий отказов. В общем случае показатель критичности отказа представляет произве- дение его вероятности на средневзвешенный по условным вероятностям про- явления последствий отказа размер ущерба от него. Хотя возможно примене- ние иных способов измерения критичности отказов. Слайд 49 Значения вероятностей отказов, учитываемых при оценке их критично- сти, рассчитывают принятыми в расчетах надежности методами. Расчет про- водят с учетом структуры объекта, уровней нагруженности и режимов работы его элементов по имеющимся справочным или экспериментальным данным об их надежности. Возможные последствия каждого отказа определяют по ре- зультатам анализа видов, последствий и критичности отказов объекта. Соот- ветствующие условные вероятности наступления каждого последствия рас- считывают на основе моделей типа «дерева событий» или прогнозируют экс- пертными методами. Для определения возможного ущерба от наступления определенных по- следствий каждого отказа в анализе видов, последствий и критичности отказов применяют: • относительные балльные оценки с использованием соответствующей шкалы, разработанной применительно к конкретному объекту и принятой в методике его анализа, либо содержащейся в соответствующем нормативном документе; • показатели, представляющие числовые характеристики соответствую- щих функций потерь и оцениваемые методами прогнозирования по априор- ным данным или путем моделирования аварийных ситуаций. Балльные оценки возможного ущерба от отказов применяют для объек- тов, абсолютные оценки последствий отказов которых невозможны или неце- лесообразны. Слайд 50 Необходимость проведения анализа видов, последствий и критичности отказов конкретного объекта определяют по согласованию заинтересованных сторон при выработке требований к программе обеспечения его надежности. Проведение такого анализа рекомендуется предусматривать для объек- тов: – у которых возможны отказы, представляющие угрозу для безопасности лю- дей, окружающей среды, способные причинить экономический или иной ущерб; – у которых технически невозможно и экономически нецелесообразно прямое экспериментальное подтверждение соответствия установленным требованиям безопасности и надежности; – у которых должна быть обязательная или добровольная сертификация. Проведение анализа видов, последствий и критичности отказов должно быть обязательным в случае отсутствия исходных данных для применения иных методов анализа надежности объекта. Либо их объем и достоверность на рассматриваемом этапе жизненного цикла объекта признаны недостаточными. Анализ не проводят в том случае, если цели и задачи анализа, сформу- лированные в настоящем стандарте, могут быть достигнуты другими метода- ми. Например, при расчете надежности изучаются и учитываются возможные виды отказов объекта, их последствия и критичность. Анализ проводят по плану, включаемому в программу обеспечения надежности или оформленному в виде самостоятельного документа, прилага- емого к программе обеспечения надежности. План проведения анализа дол- жен устанавливать: • стадии жизненного цикла объекта и соответствующие им этапы видов работ, на которых проводят анализ; • виды и методы анализа на каждом этапе со ссылками на соответствую- щие нормативные документы и методики. При отсутствии необходимых до- кументов план должен предусматривать разработку соответствующих методик анализа видов, последствий и критичности отказов рассматриваемого объекта; • уровни разукрупнения объекта, начиная с которых проводят анализ на каждом этапе; • сроки проведения анализа на каждом этапе, распределение ответствен- ности за его проведение и реализацию результатов, сроки, формы и правила подготовки отчетности по результатам анализа; • порядок контроля за проведением и реализацией результатов анализа со стороны руководства организации-разработчика и заказчика. Слайд 51 Анализ начинают с возможно более ранних этапов разработки объекта и систематически повторяют на последующих этапах по мере отработки кон- струкции и технологии изготовления объекта, накопления исходных данных. При проведении анализа на последующих этапах разработки должна быть предусмотрена проверка полноты реализации и эффективности мероприятий по доработкам, рекомендованных на предыдущих этапах. На всех этапах анализ начинают с проведения анализа видов и послед- ствий отказов объекта, по результатам которого принимают решения о необ- ходимости углубленного количественного анализа и оценки критичности. Уровень разукрупнения объекта, начиная с которого проводят анализ на определенном этапе его разработки, устанавливают, исходя: • из требуемых результатов анализа; • из степени отработанности конструкторской, технологической и эксплу- атационной документации; • из наличия необходимых исходных данных; • из степени новизны конструкции объекта и его составных частей, техно- логий их изготовления, условий эксплуатации. Слайд 52 Методика анализа видов, последствий и критичности отказов должна содержать: • общую схему анализа одним из методов, установленных стандартом; • формы и правила заполнения рабочих листов, применяемых при анали- зе; • систему классификации отказов объекта по тяжести их возможных по- следствий или ссылку на соответствующий нормативный документ; • систему кодирования элементов, функций и видов отказов; • показатели критичности отказов, методы оценки величин, входящих в расчетные выражения для указанных показателей; Методика анализа видов, последствий и критичности отказов также со- держит: • программные средства, применяемые при анализе, указания по их ис- пользованию, составу и содержанию вводимых данных; • источники информации, используемой при анализе и расчетах показате- лей критичности, требования к точности и достоверности используемых дан- ных; • требования к содержанию и оформлению отчетов по результатам анали- за; • требования к формам, правила составления и порядок ведения перечней критичных элементов и технологических процессов. По результатам анализа видов, последствий и критичности отказов для каждого этапа разработки должен быть составлен отчет, содержащий: • формализованное описание объекта для целей анализа с указанием уровня его разукрупнения, до которого выполнялся анализ; • описание метода и алгоритма анализа; • заполненные рабочие листы, применявшиеся при анализе; • сводные результаты анализа; • заключение о возможности перехода к следующему этапу разработки объекта или предложения по кардинальной переработке проекта, если выяв- ленные недостатки не могут быть устранены на последующих этапах. Сводные результаты анализа должны включать перечень и классифика- цию возможных отказов объекта по видам, причинам и условиям возникнове- ния, последствиям и критичности. Также они должны включать перечни кри- тичных элементов и технологических процессов изготовления. Слайд 53 В отчете также приводят предложения и рекомендации, реализуемые на последующих этапах разработки и касающиеся: • внесения изменений в конструкцию и алгоритмы функционирования объекта, направленные на снижение вероятности выявленных отказов до при- емлемого уровня. Или на повышение устойчивости функционирования объек- та в случае их возникновения, а также на введение защиты от наиболее тяже- лых последствий отказов; • замены применяемых материалов и комплектующих изделий; • направлений и задач экспериментальной отработки объекта, особенно в части отработки на надежность критичных элементов, проверки полноты вы- явления всех видов конструкционных отказов. В отчете в том числе приводят предложения и рекомендации касающие- ся: • изменения средств контроля, диагностирования и индикации отказов, регламентов проверки технического состояния и технического обслуживания объектов в процессе эксплуатации; • введения в технологию изготовления объекта специальных мер по пре- дупреждению, выявлению и устранению дефектов критичных элементов; • внесения в инструкции по эксплуатации соответствующих правил пове- дения обслуживающего персонала в случае возникновения критических или катастрофических отказов, с нацеливанием на минимизацию техногенных по- следствий. Перечни критичных элементов составляют после завершения анализа на первом этапе разработки объекта. Их систематически корректируют на после- дующих этапах путем исключения элементов, эффективность доработок по которым подтверждена соответствующим анализом, и включения в перечень вновь выявленных критичных элементов. Перечни критичных элементов утверждает руководитель разработки по согласованию с заказчиком. В перечни критичных элементов включают: • элементы, возможная тяжесть последствий отказов которых, оценивае- мая качественно или количественно, превосходит допустимый для рассматри- ваемого объекта уровень надежности; • элементы, отказы которых неизбежно вызывают полный отказ объекта; • элементы с ограниченным сроком службы, не обеспечивающим требуе- мой долговечности объекта; • элементы, по которым в момент проведения анализа отсутствуют досто- верные данные об их качестве и надежности в рассматриваемых условиях применения и возможных последствиях их отказов. Слайд 54 В перечень критичных процессов включают технологические процессы, влияние которых на качество и надежность объекта и его элементов в момент проведения анализа неизвестно или недостаточно изучено. Для каждого элемента, включенного в перечень критичных элементов, должны быть указаны: • кодовое обозначение и ссылка на соответствующий рабочий лист анали- за видов, последствий и критичности отказов; • причины включения в перечень; • описание возможных причин и последствий отказов; • предлагаемые конструктивно-технологические и эксплуатационные ме- ры по минимизации вероятности отказов или по снижению возможной тяже- сти их последствий; • предложения по повышению устойчивости объекта к данному виду от- казов; по проведению дополнительных исследований и испытаний с целью от- работки данного элемента и получения данных по его надежности. Рассмотрим методы анализа видов, последствий и критичности отказов. Согласно ГОСТу, существуют следующие методы анализа: • структурный; • функциональный; • комбинированный. Структурные методы анализа видов, последствий и критичности отказов относят к классу индуктивных методов или анализов «снизу вверх». Они применяются для относительно простых объектов, отказы которых могут быть четко локализованы. При этом последствия каждого отказа элементов вы- бранного начального уровня разукрупнения могут быть прослежены на всех вышестоящих уровнях структуры объекта. Слайд 55 Общая схема анализа структурным методом включает следующие ос- новные операции: • в соответствии с планом анализа устанавливают минимальный уровень разукрупнения, с которого начинают анализа видов и последствий отказов; • на основе функциональной блок-схемы объекта идентифицируют все элементы выбранного уровня разукрупнения; • для каждого идентифицированного элемента данного уровня на основе имеющихся классификаторов отказов, инженерного анализа, имеющихся априорных данных, составляют перечень возможных видов отказов данного элемента; • для каждого вида отказов выбранного элемента определяют его возмож- ные последствия на рассматриваемом и следующих уровнях структуры объек- та. Кроме того, при анализе структурным методом для элементов, отказы которых определенного вида непосредственно приводят к отказу объекта или снижению качества функционирования, оценивают категорию тяжести по- следствий отказов. Либо рассчитывают показатели критичности. При таком виде анализа также повторяют описанные выше операции по- следовательно для элементов всех вышестоящих уровней разукрупнения. По- следствия отказов элементов нижестоящего уровня, которые не могут быть выражены в виде влияния на функционирование элементов данного уровня, рассматривают как самостоятельные виды отказов на этом уровне. Помимо этого, выделяют отказы, категория тяжести последствий или оценки показателей критичности которых превосходят пределы, установлен- ные планом анализа. Элементы, соответствующие этим отказам, включают в перечень критичных элементов. Слайд 56 Для каждого критичного элемента: • определяют наличие и оценивают достаточность предусмотренных средств и методов обнаружения, локализации и индикации отказов; • определяют возможные меры, обеспечивающие сохранение работоспо- собности объекта при возникновении данного отказа и оценивают целесооб- разность их введения; • определяют возможные меры по снижению вероятности отказов и оце- нивают их эффективность; • определяют возможные способы предупреждения наиболее опасных по- следствий отказов. Функциональные методы анализа видов, последствий и критичности от- казов относят к классу дедуктивных методов, применяемых при анализе по схеме «сверху вниз». Эти методы используются для сложных многофункцио- нальных объектов, отказы которых трудно априорно локализовать, и для кото- рых характерны сложные зависимые отказы. Общая схема анализа на основе функционального метода включает сле- дующие операции: • идентификацию всех функций, выполняемых объектом; • определение перечня возможных нарушений для каждой функции на ос- нове априорных данных, опыта исследователя, инженерного анализа и других доступных способов; • оценку качества тяжести возможных последствий этого нарушения или количественно ожидаемый ущерб для каждого нарушения функции; • выделение критических нарушений функции в соответствии с планом анализа, тяжесть возможных последствий которых или ущерб от которых пре- восходит пределы, установленные планом; • построение с учетом плана анализа «дерева отказов» с указанием в каче- стве «вершинного события» выявленного критического нарушения с указани- ем отказов элементов всех уровней разукрупнения. Слайд 57 Схема анализа на основе функционального метода включает следующие действия: • на основе «дерева отказов» выделяют одиночные элементы или сочета- ния элементов, приводящие к критическому нарушению функций изделия; • оценивают вероятности отказов одиночных элементов и выделенных комбинаций отказов, на основе которых рассчитывают показатели критично- сти; • составляют перечни критичных элементов в соответствии с общими правилами согласно ГОСТу. Для сложных объектов анализ проводят, как правило, комбинированны- ми методами, сочетающими элементы структурных и функциональных мето- дов. Независимо от применяемого метода анализа видов, последствий и кри- тичности отказов на первом этапе анализа: • составляют перечень и описание всех задач, выполняемых объектом в процессе эксплуатации, необходимых как для отдельных элементов, так и для объекта в целом. Вплоть до установленного для данного этапа анализа или предельно возможного уровня разукрупнения. При этом идентифицируют все элементы заданного и вышестоящего уровней, участвующие в выполнении каждой функции объекта; • кодируют каждую функцию и элемент объекта в соответствии с уста- новленной системой кодирования; • описывают режимы и условия выполнения каждой задачи в виде вре- менных диаграмм и циклограмм нагружения объекта и его элементов; • составляют функциональную блок-схему объекта и структурную схему его надежности. Слайд 58 |