obsah prezentace

ŘÍZENÍ JAKOSTIA SPOLEHLIVOSTI

Pavel Fuchs David Vališ

Josef ChudobaJan KamenickýJaroslav Zajíček

Obsah prezentace• FMEA/FMECA - základní informace• Cíle a možnosti použití metody• Požadavky analýzy• Postup aplikace FMECA• Dokumentování analýzy• Příklad aplikace

• FMEA (Failure Mode and Effects Analysis)

= Analýza způsobů a důsledků poruch

– strukturovaná kvalitativní analýza, která slouží k identifikaci způsobů poruch systémů, jejich příčin a důsledků

– jedná se o kvantitativní analýzu

• FMECA (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis) = Analýza způsobů, důsledků a kritičnosti poruch

– rozšíření metody FMEA o odhad kritičnosti důsledků poruch a pravděpodobnosti jejich nastoupení

– jedná se o semikvantitativní analýzu

FMEA/FMECA -základní informace

FMEA vs. FMECA

Historický přehled

• metoda vyvinuta v 60. letech dvacátého století jako nástroj pro zabezpečení spolehlivosti nových technických systémů

• poprvé metoda využita v agentuře NASA při realizaci projektu APOLLO• 1974 – v USA vydána vojenská norma se základními zásadami analýzy

MIL-STD-1629• 1985 – vydána norma IEC 812• 1992 – metoda zavedena u nás jako ČSN IEC 812• v současnosti patří FMEA/FMECA k nejužívanějším metodám prediktivní

analýzy spolehlivosti

Charakteristika metody• induktivní metoda – provádí kvalitativní

analýzu od nižší k vyšší úrovni členění systému

• zkoumá jakým způsobem mohou objekty na nižší úrovni selhat a jaký důsledek mohou mít tato selhání pro vyšší úrovně systému (tomu předchází dekompozice a stanovení úrovní systému)

Cíle a možnosti použití metody

Cíle metody

• posouzení důsledků a posloupnosti jevů pro každý zjištěný způsob poruchy prvku, ať má jakoukoliv příčinu, a to na různých funkčních úrovních systému

• určení významnosti nebo kritičnosti každého způsobu poruchy vzhledem k požadované funkci systému s uvážením důsledků na bezporuchovost nebo bezpečnost procesu

• klasifikace způsobů poruch podle toho, jak snadno je lze zjistit, diagnostikovat, testovat,..

• odhady ukazatelů významnosti a pravděpodobnosti poruchy, jsou-li k dispozici potřebná data

Možnosti použití metody

• nejvýznamnější využití v etapě návrhu a vývoje, jako součást přezkoumání návrhu (metoda předběžného varování)

• při modifikaci a modernizaci systému• při změnách provozních podmínek• při prokazování požadavků norem, předpisů nebo uživatele• podklad pro

– návrh konstrukčních změn – požadavky na provedení zkoušek

•V období vznikajícího návrhu, konstrukce nebo projektu slouží k identifikaci a analýze všech potenciálně možných poruchových stavů, které mohou nastat, s cílem odstranit je nebo potlačit změnou či úpravou konstrukčního řešení - tzv. FMEA konstrukční.

•Při návrhu procesu slouží k identifikaci a analýze všech jeho možných poruchových stavů, jejichž příčiny mohou spočívat v navrhovaném postupu procesu s cílem umožnit návrh nápravných opatření k jejich odstranění (nebo potlačení) změnou jeho návrhu - tzv. FMEA procesní (výrobní). FMEA procesní by měla navazovat na provedenou FMEA konstrukční a provádí se jako závěrečná ve fázi schvalování technické přípravy výrobního postupu.

•Rozšířením analýz na vzájemné funkční souvislosti jednotlivých dílů, resp. jednotlivých operací procesů, včetně jejich analýzy z hlediska všech "zúčastněných" prvků (člověk - stroj - materiál - prostředí) při FMEA/FMECA procesní se dospělo k jejich komplexnějšímu pojetí, které je označováno jako tzv. FMEA systémová (výrobková).

Možnosti použití metody - pokrač.

Omezení a nedostatky metody

• složitá, pracná a časově náročná v případě komplexních systémů

• velké množství podrobných informací o systému - konstrukce, funkce, technologie výroby, způsoby provozu a provozních podmínek

• účast týmu odborníků různých profesí

• nezahrnuje důsledky chyb lidského faktoru

Vstupní informace pro analýzu

• účel a cíle analýzy– musí být přesně vymezeno, k jakému účelu je analýza prováděna

• technický popis systému– slovní popisy konstrukčního uspořádání, podrobná výkresová

dokumentace, schémata, grafy,...• definice funkcí systému a jeho prvků

– podrobný výčet všech důležitých funkcí systému a prvků• funkční členění systému

– členění do funkčních subsystémů až do požadované hloubky analýzy– může být podobné konstrukčnímu uspořádání, ale není to pravidlem

• definice rozhraní systému– vymezení hraničních bodů a prvků, kde dochází k interakci se

„sousedními“ systémy nebo s vnějším okolím, aby se prvky neopakovaly vícekrát v různých systémech

• údaje o prvcích systému– jednoznačná identifikace, popis funkce, popis funkce,...

viz. Dokumentace FMEA/FMECA

Požadavky analýzy

• shromáždění potřebných informací a podkladů

– cíle, termíny a požadovaná hloubka analýzy

– požadavky na spolehlivost a bezpečnost systému

• požadavky vyplývající z technických podkladů

• požadavky vyplývající z legislativních podkladů

– informace o struktuře a funkcích systému

• přehled funkcí systému a důsledků jejich selhání

• přehled prvků systému a jejich parametrů, úloh a funkcí

• struktura vazeb systému

• úroveň zálohování a podstata záložních systémů

• návaznost na jiné systémy

Postup analýzy – přípravná část

– informace o provozních podmínkách a systému údržby

• specifikace podmínek provozu

• doba a fáze provozu

• systém preventivní a nápravné údržby

– podmínky prostředí

• teploty, změny teplot

• vlhkost

• pohyb, vibrace,...

– požadavky na využití softwarové podpory analýzy

Postup analýzy – přípravná část (pokrač.)

Postup analýzy – vlastní FMEA/FMECA jednotlivých prvků

• na všech prvcích na zvolené nejnižší úrovni se realizují zejména tyto kroky:– identifikace způsobů poruch prvku, jejich důsledků

a pravděpodobných příčin– identifikace metod a opatření k detekci a izolaci poruch– kvalitativní posouzení významnosti poruch a alternativní opatření

• v případě rozšíření analýzy o semikvantitativní hodnocení (FMECA) se dále provádí: – určení kritičnosti poruch– vyhodnocení pravděpodobnosti poruch

Postup analýzy – vyhodnocení analýzy

• závěry hodnocení musí směřovat k přijetí souboru účinných nápravných opatření

• výsledky analýzy se vždy porovnávají se stanovenými požadavky

• návrh konkrétních nápravných opatření

– úplné odstranění příčiny poruchy

– snížení pravděpodobnosti vzniku

– snížení stupně kritičnosti důsledků poruchy

• možnost návrhu programu zkoušek spolehlivosti kritických prvků, systému údržby a technické diagnostiky

Vlastní provádění metody zahrnuje čtyři skupiny činností:

1. Identifikují se jakékoliv myslitelné poruchové stavy a analyzují se jejich možné projevy, důsledky a příčiny; provádění tohoto kroku analýzy vyžaduje pro ně stanovit:

– místo a/nebo popis;– projev;– důsledek;– příčinu.

2. Hodnotí se současný stav tzv. rizikovým číslem MR/P (přesněji míra rizika/priorita):

MR/P = Výsk x Význ x Odhal– Výsk - bodové ohodnocení pravděpodobnosti výskytu poruchového

stavu,– Význ - bodové ohodnocení významu následku (tj. závažnosti

z hlediska nepříznivých důsledků pro zákazníka),

Postup při aplikaci FMECA

– Odhal - bodové ohodnocení odhalitelnosti (tj. detekce) příčiny, resp. následku poruchového stavu před dodáním zákazníkovi.

– Bodová ohodnocení se nejčastěji získávají roztříděním výskytu, významu a odhalitelnosti vždy do deseti tříd podle zvolených klasifikačních tabulek, jejichž příklady jsou uvedeny na následujících snímcích. Např. pro činitel Význ je hodnota 10, resp. 9 přiřazena případům, kdy vzniká bezpečnostní riziko, hodnota 1 je přiřazena případům, kdy má následek poruchového stavu (vady) jen malý význam pro konečného uživatele (např. velmi malé omezení funkcí, rozeznatelné jen odborníkem).

3. Navrhnou se opatření k nápravě (změna či úprava konstrukčního řešení, návrhu výrobního postupu apod.) s vymezením termínů a odpovědností.

4. Po realizaci opatření k nápravě se provede opakovaně analýza podle 2. bodu postupu včetně hodnocení rizikovým číslem MR/P zlepšeného stavu.

Kritérium klasifikace výskytu poruchy (vady) Odhad četnosti Třída

Není pravděpodobné, že porucha (vada) nastane 0 1

Velmi malá: Jedná se o proces s ojedinělým výskytem poruchy (vady)

1/50001/20001/10001/500

2345

Střední: Odpovídá procesům, kde obvykle dochází k náhodným poruchám (vadám), ale v menší míře

1/200 6

Vysoká: Odpovídá výrobním procesům s častými poruchami (vadami)

1/1001/50

78

Velmi vysoká: z hlediska uživatele je téměř jistý výskyt poruchy (vady)

1/201/10

910

Kritéria a jejich ohodnocení

Kritérium klasifikace významu poruchy (vady) Třída

Zanedbatelná: podstata poruchy (vady) je taková, že neovlivní schopnosti systému - výrobku, tj. uživatel pravděpodobně nezaznamená její výskyt

1

Nízká: porucha (vada) vyvolá uživateli pouze potíže, nepozorují se poškozené funkce objektu – výrobku

23

Střední: porucha (vada) vyvolá obtíže uživateli snížením pohodlí při užívání - porucha (vada) obtěžuje při ovládání, manipulaci. Uživatel zaznamená určité zhoršení vlastnosti výrobku.

456

Vysoká: porucha (vada) vyvolá značné obtíže uživateli, resp. způsobí vážné poškození, špatné vlastnosti výrobku; neovlivňuje však bezpečnost výrobků

78

Velmi vysoká: porucha (vada) ovlivňuje bezpečnost výrobků, jeho nezpůsobilost k provozu z hlediska zákonných předpisů

910

Kritéria a jejich ohodnocení - pokrač.

Kritérium klasifikace odhalitelnosti poruchy (vady) „Průchod“ poruchy (vady) k uživateli [%]

Třída

Velmi vysoká: pravděpodobnost, že porucha (vada) by byla detekována kontrolou nebo při montáži

0 až 5 1

Vysoká: pravděpodobnost, že porucha (vada) se dostane k uživateli bez detekce - podle pravděpodobnosti průchodu poruchy k uživateli

6 až 1516 až 25

23

Střední: pravděpodobnost, že porucha (vada) se dostane k uživateli bez detekce - podle pravděpodobnosti průchodu poruchy (vady) k uživateli

26 až 3536 až 4546 až 55

456

Nízká: pravděpodobnost, že porucha (vada) se dostane k uživateli bez detekce - podle pravděpodobnosti průchodu poruchy (vady) k uživateli

56 až 6565 až 75

78

Velmi vysoká: pravděpodobnost, že porucha (vada) se dostane k uživateli bez detekce - podle pravděpodobnosti průchodu poruchy (vady) k uživateli

76 až 8586 až 100

910

Kritéria a jejich ohodnocení - pokrač.

Hodnocení kritičnosti poruchy– k ohodnocení závažnosti důsledků dané poruchy při uvažování její

četnosti

Záv

ažn

ost

por

uch

y

Pravděpodobnost poruchy (h-1)

Úroveň kritičnosti = konstanta

Růst kritičnosti poruchy

M

inor

M

ajor

C

ritic

al

C

atas

trop

hic

Pravděpodobnost poruchy (h-1)

Záv

ažno

st p

oruc

hy

10-9 10-7 10-5

Oblast přijatelné kritičnosti

Oblast nepřijatelné kritičnosti

Může být dále funkcí snadnosti detekce poruchy, rychlosti reakce na poruchu a pod.

Kritičnost poruchy

• Podoba pracovního formuláře je přizpůsobena účelu analýzy a má za cíl stanovit rizikové číslo RN pro jednotlivé předvídané poruchy. Pomocí rizikového čísla je možno zjistit komponenty, které zásadním způsobem ovlivňují bezporuchovost celého systému.

• Pracovní formulář obsahuje následující informace:– název komponenty podle blokového schématu,– popis funkce příslušné komponenty,– předvídané poruchy, které mohou způsobit nesprávnou funkci

komponenty,– důsledek poruchy na činnost celého systému,– rizikové faktory (i více než 3), např. F1, F2, F3, F4– výsledné rizikové číslo RN.

Vytvoření pracovního formuláře

• Jednotlivé faktory F1, F2, F3, F4 mají následující význam:

– F1 - faktor, vyjadřující míru pravděpodobnosti vzniku poruchy,

– F2 - faktor, vyjadřující míru závažnosti poruchy na celý systém,

– F3 - faktor, vyjadřující míru obtížnosti detekce poruchy ve výrobním procesu,

– F4 - faktor, vyjadřující míru obtížnosti detekce poruchy v systému (latentní – skrytá porucha, neodhalená autodiagnostikou)

– RN - rizikové číslo, tvořené součinem všech čtyř rizikových faktorů.

Vytvoření pracovního formuláře - pokrač.

• Za nebezpečné jsou považovány všechny ty poruchy, jejichž rizikové číslo je větší než střední hodnota uvažovaných rizikových čísel, přičemž jsou pro kvalifikovaný odhad kritické hodnoty rizikového čísla brány v úvahu také zkušenosti z výroby a provozu stávající, resp. analogické techniky.


Hodnota kritéria vyjádřená slovně F1

Zanedbatelná velikost intenzity výskytu poruch (vznik dané poruchy je velmi nepravděpodobný).

1

Nízká hodnota intenzity výskytu poruch (vznik dané poruchy je možný s malou pravděpodobností).

2 3

Střední hodnota intenzity výskytu poruch (vznik dané poruchy je pravděpodobný). 4 6

Vysoká hodnota intenzity výskytu poruch (vznik dané poruchy je velmi pravděpodobný).

7 8

Velmi vysoká hodnota intenzity poruch (vznik dané poruchy je téměř jistý). 9 10


Porucha nemá pro zákazníka pozorovatelný důsledek, zákazník ji pravděpodobně ani vůbec nezjistí, zanedbatelná závažnost.

1

Porucha vyvolá jen lehké obtíže, nejsou pozorovány významnější změny v chování objektu.

2 3

Porucha vyvolá znatelné obtíže, je pozorováno určité zhoršení vlastností objektu, nejsou dotčeny základní funkce.

4 6

Porucha vyvolá značné obtíže, ale nedochází k ohrožení bezpečnosti provozu, objekt neplní základní funkce, vysoká závažnost poruchy.

7 8

Porucha způsobuje neplnění požadavků přepisů, je možné ohrožení bezpečnosti provozu, velmi vysoká závažnost poruchy.

9 10



Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je zanedbatelná, porucha se k zákazníkovi téměř jistě nedostane, porucha je zjevná bez dalšího zkoušení.

1

Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je nízká a pravděpodobnost expedice vadného výrobku malá. 2 3

Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je střední a pravděpodobnost expedice vadného výrobku střední.

4 6

Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je velká a pravděpodobnost expedice vadného výrobku vysoká. 7 8

Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je velmi velká a pravděpodobnost expedice vadného výrobku velmi vysoká.

9 10



Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen, porucha je zjevná bez dalšího zkoušení.

1

P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je velmi nízká (6% 15%). 2

Pst, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je nízká (16% 25%). 3

P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je střední (26% 35%). 4

P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je střední (36% 45%). 5

P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je vyšší (46% 55%). 6

P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je vysoká (56% 65%). 7

P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je vysoká (66% 75%). 8

P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je velmi vysoká (76% 85%). 9

P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je velmi vysoká (86% 100%).

10

Procentuální rozdělení odpovídá úspěšnosti detekce poruchy (úspěšnost pokrytí autodiagnostickým testem).


• slouží pro přehlednost a další využitelnost dat – uspořádání do pracovních formulářů

• uspořádání formuláře odpovídá specifickým cílům analýzy• formulář by měl umožnit zaznamenat především

– identifikační číslo analyzovaného prvku• musí zajistit jednoznačnou identifikaci prvku v systému (např. pozice

dle výkresu sestavy)– název analyzovaného prvku

• měl by korespondovat s názvem použitým ve výrobní dokumentaci– popis funkce prvku

• součástí je i definování podmínek prostředí a požadavků předpisů• příklad: čerpadlo – dodává kapalinu v požadovaném množství a tlaku

Dokumentace FMECA/FMECA

Dokumentování analýzy

– způsob poruchy• jev, prostřednictvím něhož je porucha na prvku identifikována• příklad:

– porucha celistvosti– mechanické omezení nebo zaseknutí– vibrace– neotevírá, nezavírá,...

• do analýzy vstupují všechny předpověditelné a reálně možné způsoby poruch

– příčina poruchy• kvůli možnému odhadnutí zdroje výskytu poruch a jeho

sekundárních následků a následné možnosti doporučit soubor nápravných opatření

• způsob poruchy může mít více než jednu příčinu• příklad pro způsob poruchy vibrace:

– opotřebení ložiska– nevyváženost spojky– poškození oběžného kola

Dokumentace FMEA / FMECA - pokrač.

– důsledky poruchy• zaznamenání důsledků na stav vlastního prvku (lokální důsledek) i

na všechny vyšší úrovně systému jako celku (konečný důsledek)– zahřátí ložiska, výpadek čerpadla, odstavení jednotky

– metody zjišťování poruch• způsoby detekce poruch (palubní diagnostika, operátor provozu,...)

– významnost poruchy• příklad kategorizace poruch dle důsledků

– Minor,– Major,– Critical,– Catastrophic


• rozšíření pro metodu FMECA– pravděpodobnost poruchy prvku (pravděpodobnost výskytu každého

předpokládaného způsobu poruchy)• z výsledků sledování provozní spolehlivosti prvku• na základě provedených zkoušek spolehlivosti• s využitím výsledků sledování provozní spolehlivosti konstrukčně

podobných prvků• expertním odhadem s využitím znalostních databází (katalogy

spolehlivosti)• ...


Příklad aplikaceNázev zař. Funkce Ident. číslo Předvídané poruchy Důsledek poruchy

1.Keramický plášť

Nosný díl všech prvků

svítidla

1234-K1 Nevhodná tl. stěny dnaNesprávný tvar a rozměr otvoru pro kontaktyNesoulad rozměrů výstupků pro zajištění sklaNevhodné rozměry pro upevňovací sponuNevhodné větrací otvory

Praskání, vyštipováníPraskání při ohýbání kontaktůUvolňování skleněné krytkyUpev. spona v nevhodné polozePřehřátí žárovky

2.Žárovka Osvětlení pečící trouby

25W/240V, T300

Žárovka není typovaná na požadované parametry (T300)

Snížení životnosti

3.Upevňovací spona

Element upev. svítidla

v panelu

1234-R2 Nevhodná volba materiálu (tvrdost,tloušťka)Chybný rozměr pro upevnění na plášťChybné rozměry pro upevnění v panelu

Špatná fixace v paneluObtížná montáž, nedrží na pláštiNelze zajistit mont. a demont.

4.Podložka Pružný element pod skl. krytkou

1234-R3 Nevhodná volba materiálu (tvrdost,tloušťka) Uvolnění skleněné krytkyNemožnost zafixování skleněné krytky

5.Skleněná krytka

Krytka svítidla 1234-B4 Nevhodná volba materiálu – čirost, ekologická nezávadnost

Větší absorpce světla, styk s potravinami

6.Připojovací konektory a kontakty objímky

Vytváří styk v objímce. Slouží pro připojení vodičů

1234-R5,R6

Nevhodná volba materiálu (pružnost,pevnost)

Otřepy a ostré hrany

Nesprávný návrh rozměrů kontaktů a závitového kroužku

Nedokonalý styk,nefunkčníVelké násuvné síly dutinkyZadrhnutí žárovky při vyšroubováníNevyhoví na kalibry a správnou funkci

7.Závitový kroužek

Element upev. žárovky

1233-T3 Nevhodný materiál Praskliny na závitěNevyhovuje na kalibr

FMEA konstrukční – kompaktní svítidlo sporáku

FMECA - elektromotor chlazený vodou

PoděkováníTento text pro výuku byl vytvořen s podporou ESF

v rámci projektu: „Inovace a realizace bakalářského oboru Informatika a logistika

v souladu s požadavky průmyslu a veřejné správy“, číslo projektu CZ.04.1.03/3.2.15.3/0442.

Děkuji Vám za pozornost.

obsah prezentace

Documents