Теоретические положения

Согласно ГОСТ 27.310-95 установлен порядок проведения и общие методические принципы анализа видов, последствий и критичности отказов (АВПКО) технических объектов всех видов.

Целями АВПКО (в английской транскрипции – Failure mode and effects analysis FMEA) являются:

· повышение безопасности эксплуатации изделий для жизни и здоровья людей и окружающей среды путем выявления возможных критических отказов и выработки конструктивно-технологических и эксплуатационных мер, направленных на снижение вероятности и (или) тяжести возможных последствий таких отказов;

· повышение надежности изделий путем выявления и устранения причин возможных отказов с любыми возможными последствиями.

При проведении АВПКО в общем случае решаются следующие задачи:

· выявление возможных видов отказов изделия и его составных частей на заданном уровне разукрупнения структуры изделия;

· изучение возможных причин, механизмов и условий возникновения и развития выявленных отказов изделия;

· классификация выявленных отказов по тяжести их последствий, выявление критических отказов, составление и периодическая корректировка перечней критических элементов и технологических процессов;

· оценка достаточности предусмотренных средств контроля работоспособности изделия для своевременного обнаружения и индикации критических отказов, обоснование необходимости введения дополнительных средств и процедур контроля, диагностики и сигнализации;

· выработка предложений по внесению изменений в конструкцию и (или) технологию изготовления изделия и его составных частей, направленных на снижение вероятности и (или) тяжести последствий критических отказов и, по возможности, любых других отказов;

· оценка достаточности или определение необходимости введения дополнительных контрольно-проверочных и профилактических операций по предупреждению критических отказов в планируемой системе технического обслуживания и ремонтов изделия в эксплуатации;

· анализ эффективности и совершенствование мероприятий, предусмотренных в эксплуатационной документации или разработка (при их отсутствии) правил поведения персонала в случае возникновения критических отказов;

· анализ возможных ошибок персонала при эксплуатации и (или) техническом обслуживании изделия и оценка последствий таких ошибок, оценка достаточности предусмотренных и выработка дополнительных средств защиты изделия от ошибочных действий персонала.

АВПКО представляет комбинацию методов качественного анализа возможных видов и последствий отказов (АВПО) и количественного анализа критичности отказов (АКО). В АВПО тяжесть последствий отказов оценивают качественно с учетом следующих факторов: возможного ущерба персоналу (гибель, травмы); экологического и (или) материального ущерба; влияния на качество функционирования изделия; скорости развития неблагоприятных последствий отказов.

Для сравнительной оценки отказов по тяжести их последствий составления перечней критических отказов возможно введение категорий тяжести последствий отказов, характеризуемых определенными сочетаниями перечисленных факторов.

Количественный анализ критичности отказов проводят с использованием критериев, учитывающих оценку последствий, ожидаемую вероятность возникновения и скорость развития отказа данного вида. Для количественной оценки последствий отказов применяют:

· экспертные методы с использованием специально разработанных шкал бальных оценок – для отказов, последствия которых невозможно или нецелесообразно измерять в натуральном выражении (например, отказов, могущих привести к гибели или травмам людей);

· показатели, представляющие собой числовые характеристики функции потерь (например, математическое ожидание величины ущерба от отказа в денежном выражении), для отказов, последствия которых можно измерить в натуральных величинах.

Анализ проводят, начиная с возможно более ранних стадий разработки изделия, и повторяют многократно по мере отработки конструкции и технологии изготовления вплоть до постановки изделия на производство.

Важнейшим результатом АВПКО является перечень критических элементов и технологических процессов изготовления изделия. Перечень составляют по завершении первого этапа АВПКО, дополняют и корректируют по окончании каждого очередного этапа анализа.

В перечень включают критические элементы: тяжесть последствий которых в качественном или количественном выражении превосходит уровень, установленный в плане анализа; любой отказ которых неизбежно вызывает полный отказ изделия в целом; по которым в момент проведения анализа отсутствуют достоверные данные об их качестве и надежности в рассматриваемых условиях применения.

В перечень критических процессов включают технологические процессы, связанные с изготовлением критических элементов, а также те, влияние которых на качество и надежность изделия и его элементов в момент проведения анализа неизвестно или недостаточно изучено.

Для каждого элемента, включенного в перечень критических, должны быть указаны:

· кодовое обозначение и ссылка на соответствующий рабочий лист АВПКО,

· причины включения в перечень (категория тяжести последствий или значение показателя критичности отказа, другие признаки критичности);

· описание возможных причин и последствий отказов;

· предлагаемые конструктивно-технологические и (или) эксплуатационные меры по минимизации вероятности отказов или снижению возможной тяжести их последствий;

· предложения по повышению устойчивости изделия к данному виду отказов;

· предложения по проведению дополнительных исследований и испытаний с целью отработки данного элемента и (или) получения необходимой информации по его надежности в рассматриваемых условиях применения.

АВПКО может проводиться одним из следующих методов: структурным, функциональным, комбинированным.

Структурные методы анализа заключаются в том, что для каждого элемента выбранного уровня разукрупнения изделия составляют перечень возможных отказов по любым причинам, после чего изучают влияние каждого отказа на функционирование взаимосвязанных элементов других уровней и изделия в целом. Анализ проводят, как правило, индуктивным способом, начиная с минимального уровня разукрупнения и постепенно продвигаясь по уровням снизу вверх, хотя возможно использование дедуктивных методов сверху вниз или одновременное применение обоих подходов.

Структурные методы применяют, как правило, для относительно простых изделий, отказы которых могут быть четко локализованы, а последствия каждого отказа элементов выбранного начального уровня могут быть прослежены на всех других уровнях разукрупнения изделия.

Общая схема анализа структурными методами включает следующие основные этапы:

· задаются минимальным уровнем разукрупнения изделия в соответствии с планом анализа или исходя из достигнутого на данном этапе жизненного цикла уровня его отработки:

· в соответствии с функциональной блок-схемой изделия идентифицируют все элементы данного уровня отработки;

· для каждого элемента составляют перечень возможных видов отказов в эксплуатации, обусловленных любыми причинами;

· для каждого вида отказов каждого элемента определяют его возможные последствия на рассматриваемом и следующем вышестоящем (местные эффекты) уровнях, а также на уровне изделия в целом; рассчитывают вероятность возникновения (только при проведении АКО) и оценивают качественно (при АВПО) и (или) количественно показатели критичности отказов (при АВПКО);

· повторяют указанные операции последовательно на всех вышестоящих уровнях разукрупнения. При этом последствия отказов элементов нижестоящего уровня, которые не могут быть выражены в виде влияния на функционирование элементов анализируемого уровня, рассматривают как самостоятельные виды отказов на этом уровне;

· выделяют все отказы, тяжесть последствий которых в качественном выражении или значения вычисленных показателей критичности превосходят установленные пределы, и составляют перечень соответствующих этим отказам критических элементов.

Для каждого элемента, включенного в перечень, определяют:

· наличие предусмотренных средств и методов выявления, локализации и индикации отказов и оценивают их достаточность;

· возможные меры, обеспечивающие сохранение работоспособности изделия при возникновении данного отказа (введение резервирования, перестраиваемая структура, изменение алгоритма функционирования) и оценивают целесообразность их введения;

· возможные меры по снижению вероятности отказов (применение в облегченном режиме, введение защиты от перегрузок, дополнительных проверок и испытаний в процессе изготовления и эксплуатации, введение профилактического обслуживания и плановых замен в эксплуатации и т.н.) и оценивают их эффективность;

· возможные способы предупреждения наиболее опасных последствий отказов (аварийная защита и сигнализация, специальные правила поведения персонала при возникновении отказов и т. д.).

Функциональные методы анализа заключаются в том, что для каждой выходной функции изделия составляют перечень всех предполагаемых нарушений, после чего анализируют возможные причины указанных нарушений в виде одиночных отказов элементов различных уровней разукрупнения и их возможных сочетаний, постепенно продвигаясь по уровням разукрупнения сверху вниз. Функциональные методы позволяют выявлять отказы, имеющие одинаковые внешние проявления, и сложные зависимые отказы, обычно не выявляемые структурными методами.

Общая схема анализа функциональными методами включает следующие основные этапы:

· для каждой выделенной функции изделия составляют перечень возможных ее нарушений, оценивают качественно или количественно критичность всех выявленных нарушений данной функции;

· для каждого нарушения функции составляют «дерево отказов» в соответствии с МЭК 1025, распространяющееся на все элементы изделия и их функции вплоть до заданного уровня разукрупнения;

· начиная с нижнего уровня разукрупнения для каждого вида отказов элементов (функций) и их сочетаний или взаимодействий определяют возможные причины отказов и рассчитывают вероятности их возникновения;

· в соответствии с общими правилами анализа «деревьев отказов» рассчитывают вероятность нарушения каждой функции и соответствующие показатели его критичности;

· составляют перечень критических элементов изделия и критических сочетаний отказов элементов.

Для сложных изделий АВПКО, как правило, осуществляют комбинированными методами, сочетающими элементы структурных и функциональных методов, что позволяет проводить анализ наиболее полным и исчерпывающим образом.

Расчет критичности производят экспертным методом. Значение критичности в некоторых случаях отождествляют с величиной риска.

На рис. 1 представлена схема алгоритма анализа возможных отказов, последствий и предупредительных мероприятий.

Согласно стандарту МЭК 812 «Процедуры анализа видов и последствий отказов» АВПКО содержит две процедуры: а) анализ видов и последствий отказов (АВПО) и б) анализ (оценку) критичности отказов (ОК).