Приложение А (справочное). Общие рекомендации по адаптации FMEA

Приложение А
(справочное)

Общие рекомендации по адаптации FMEA

А.1 Общие положения

А.1.1 Обзор

Адаптация позволяет сформировать экономически эффективный способ достижения целей FMEA и включает в себя принятие решений:

- о границах анализируемых системы, объекта или процесса;

- о начальной точке анализа в иерархии объекта;

- об уровне детализации при делении объекта анализа на элементы;

- о рассматриваемых этапах анализа;

- об уровне детализации на каждом этапе анализа;

- о применимости ранжирования видов отказов на основе их критичности и используемом методе оценки.

В целом выбор зависит от таких факторов, как:

- цель анализа (например, улучшение или модификация объекта или процесса, создание свидетельств о надежности ([8]) для демонстрации соответствия установленным требованиям, планирование технического обслуживания или материально-технического обеспечения, обеспечение безопасности);

- степень, в которой процесс или объект являются новыми или инновационными;

- наличие соответствующих данных (например, об эксплуатации аналогичных объектов, данных испытаний);

- необходимость выполнения обработки отказа или передачи выполнения этих действий другой стороне, не участвующей в FMEA;

- юридические или договорные требования;

- зрелость конструкции объекта или проекта;

- стадия жизненного цикла, на которой выполняют FMEA.

В общем случае должен быть выполнен анализ того, что для некоторых объектов, процессов или их элементов не требуется применение FMEA в любой форме, это особенно важно, если нет четкой идентификации преимуществ выполнения анализа или если более полезно применение других видов анализа надежности. FMEA приобретает экономическое значение, например, в результате влияния на конструкцию, эксплуатацию и представление информации для разработки экономически эффективных предупреждающих и корректирующих программ технического обслуживания. Если результаты анализа не могут повлиять на эти факторы, тогда применение FMEA может быть неоправданным.

Примечание - Во многих случаях готовые объекты или элементы, приобретаемые у конкретных поставщиков, могут быть рассмотрены в виде "черного ящика" и могут быть удовлетворительно проанализированы лишь в отношении интерфейсов, входов и выходов.

Примеры вариантов адаптации в конкретных отраслях промышленности приведены в А.3. Общие положения по применению FMEA приведены в приложении Е.

А.1.2 Начальная точка FMEA в структуре объекта

Выбор начальной точки для адаптации FMEA зависит от цели, стадии анализа и способа достижения наилучших результатов (5.2.3.2).

Подход, когда начальная точка анализа находится на верхнем или среднем уровне структуры объекта, а в качестве причин видов отказов рассматривают лишь отказы элементов на следующем, более низком уровне, в настоящем стандарте назван подходом "сверху вниз" или нисходящим подходом.

Подход, когда начальной точкой анализа являются элементы самого низкого уровня структуры объекта, связанные с достижением целей, в настоящем стандарте назван подходом "снизу вверх" или восходящим подходом.

Нисходящий подход обычно используют на ранних этапах проектирования, и, следовательно, он может давать неполные по глубине и охвату результаты из-за преднамеренного ограничения области применения или отсутствия необходимой информации. Тем не менее раннее применение анализа (с использованием оценок там, где это необходимо) может оказать положительное влияние на надежность и стоимость объекта. Если FMEA продолжается до завершения разработки, FMEA должен быть завершен с использованием детализованного подхода "снизу вверх" и должен соответствовать целям FMEA.

Примечание 1 - В настоящем стандарте термин "нисходящий" использован для описания подхода выполнения FMEA и соответствует применению анализа дерева неисправностей.

Примечание 2 - Если область применения анализа является более обширной, чем внутренняя работа объекта (например, включает внешние события, такие как пожар, наводнение или влияние оператора), или продолжение разработки маловероятно (например, возможности выполнения анализа ограниченны), то более полезным, чем FMEA, может быть анализ дерева неисправностей.

Обзор особенностей нисходящего и восходящего подходов приведен в таблице А.1. Приведенные в таблице особенности позволяют понять особенности данных подходов.

Таблица А.1 - Особенности нисходящего и восходящего подходов FMEA

Подход FMEA	Особенности
Нисходящий	Чаще всего подход понимают как функциональный анализ, фокусирующий усилия на наиболее важных требованиях или функциях объекта или процесса. Применим на ранних стадиях разработки, когда известны только функциональные требования на верхнем уровне объекта. Помогает более детально определить структуру объекта, полезен для более поздних FMEA (которые затем могут стать восходящими), особенно для сложных систем. Может быть применен в случаях, когда исследуют конкретные последствия и нужны только конкретные виды отказов. Может быть экономически эффективен, если анализ сконцентрирован на конкретных элементах или функциях. Позволяет оценить потерю объектом функции, но ограничивается оценкой того, как могут происходить заранее определенные события отказа, без идентификации всех отказов, которые могут произойти. Требуется обоснование оценки точки, в которой продолжение анализа на более низких уровнях структуры объекта не даст или почти не даст полезной информации для достижения цели анализа. Может обеспечивать определение требований на более низких уровнях структуры объекта.
Восходящий	Подход чаще всего применяют в тех случаях, когда отдельные элементы объекта или процесса рассматривают на самом детальном уровне, а последствия их отказа анализируют на заданных более высоких уровнях структуры. Обеспечивает большую уверенность в том, что все возможные виды отказов рассмотрены, так как делается мало предположений относительно покупных составных частей или составных частей в сложных одноразовых модулях (их рассматривают как черный ящик). Хорошо подходит для определения всех возможных последствий при разработке совершенно нового расположения компонентов, использования существующих элементов в новой среде или в новой области применения. Часто используют для новых конструкций, когда влияние на верхний или более высокий уровень неизвестно. Не требует знания функциональных требований верхнего уровня объекта, поскольку потерю функции на верхнем уровне объекта выводят путем распространения последствий отказа компонента вверх по иерархической структуре объекта. Может значительно увеличить объем FMEA и, следовательно, усилия, необходимые для выполнения анализа.

А.1.3 Степень детализации при выполнении анализа

FMEA может быть выполнен с разной степенью детализации для получения дополнительной информации, например для анализа возможных вариантов восстановления или для оказания помощи в выполнении соответствующих видов анализа при эксплуатации, техническом обслуживании или поддержке логистической программы. Глубина и объем FMEA зависят от сложности исследуемых системы, объекта или процесса.

А.1.4 Ранжирование видов отказа

Расширение FMEA для включения анализа критичности может быть полезно, если требуется мера значимости конкретного вида отказа. Такая информация об относительной значимости может быть использована при планировании очередности действий по оценке и обработке отказов. Если все виды отказов должны быть обработаны определенным образом (например, если это необходимо в соответствии с обязательными требованиями), то проведение анализа критичности может быть бесполезным.

При определении очередности обработки отказов не следует рассматривать только значимость или критичность отказа. Также следует рассмотреть, например, экономическую эффективность доступных методов обработки, простоту их выполнения и их влияние на другие части системы.

При оценке параметров, таких как значимость и вероятность, могут быть использованы количественные или качественные шкалы.

- Количественные шкалы могут быть полезны при наличии соответствующих данных эксплуатации, испытаний или прогноза, позволяющих для конкретных видов отказов назначить интенсивность или вероятность отказов.

- Качественные шкалы могут быть полезны в ситуации, когда отказы должны быть ранжированы по значимости, но подробная информация недоступна или объект недостаточно определен для применения соответствующих количественных данных.

Обзор общих характеристик качественных и количественных оценок критичности для подходов FMEA сверху вниз и снизу вверх приведен в таблице А.2.

В приложении В приведено подробное руководство по методам анализа критичности.

Содержание таблицы А.1 является общим. В некоторых случаях может потребоваться более детальное рассмотрение. Например, системы, критически важные для безопасности, могут требовать наличия доказательств того, что они были разработаны или выбраны способом, обеспечивающим прозрачность идентификации, анализа, оценки и обработки вероятности и значимости отказа. FMEA может быть настроен для отображения, например, прослеживаемости смягчения или обработки последствий отказов вместе с доказательством того, что используемый метод соответствует условиям применения. Дальнейшее рассмотрение вопросов, связанных с общими типами применения FMEA, приведено в приложении Е.

Таблица А.2 - Применение общих подходов FMEA

Подход FMEA	Качественный анализ	Количественный анализ
Нисходящий	Обычно анализ проводят на ранней стадии разработки объекта, когда такой подход может быть экономически эффективным, поскольку он позволяет останавливать анализ при достижении уровня, на котором дальнейшее деление конструкции объекта невозможно или знание вида отказа недоступно по какой-либо другой причине. Примером является проверка достоверности низкой стоимости, которая определена режимом поддержки изготовителя оригинального оборудования для зрелого объекта, который имеет некоторое соответствие с ожидаемыми видами отказов в исследуемой конструкции. Это может быть сделано с помощью нисходящего анализа, показывающего прослеживаемость определенных задач технического обслуживания и видов отказов, количество которых сокращено или является контролируемым. Нисходящий подход на ранних этапах проектирования может не включать даже качественную оценку, если цель состоит в изучении и понимании только видов отказов и их последствий.	В целом совместим с проектированием новых объектов, у которых структура известна, а обработка направлена на выявление возможностей улучшения конструкции путем ранжирования видов отказов и их последствий. Такая форма анализа обеспечивает прослеживаемость видов отказов, их последствий и возможного значения смягчающих действий, но может быть более трудной для выполнения. В целом применение оправдано, когда необходимы поддающиеся проверке выходы, такие как возможность регулировки, представление или демонстрация положительных результатов приложенных усилий.
Восходящий	Обычно применяют к существующим сложным и часто устаревшим объектам, когда фактические количественные данные о работе объекта могут быть не доступны. Может быть использован в тех случаях, когда значительная модификация объекта требует интеграции нового оборудования в процессе проектирования, а для количественного анализа данные не доступны. Поощряет начинать анализ с уровня детализации, который удовлетворяет цели анализа (например, предотвращать применение FMEA к покупным элементам, когда усилия не способствуют пониманию и существует мало вариантов конструкции).	Как правило, полезен при завершении проектирования объекта для демонстрации соответствия требованиям к конструкции и как подробный материал для использования в других видах анализа, таких как анализ безопасности или материально-технического обеспечения. Такая форма анализа может быть продолжительной, дорогостоящей и, как правило, оправдана только в случае большого объема производства или существенного влияния отказа конкретного объекта, когда применение процесса FMEA скорее всего приведет к возврату вложенных усилий.

А.2 Факторы, влияющие на адаптацию FMEA

А.2.1 Повторное использование данных (информации) анализа аналогичного объекта.

Повторное использование данных предыдущего анализа позволяет сократить усилия и время FMEA. Тем не менее данные должны быть пригодны для нового анализа. Пригодность данных предыдущего анализа для проводимого FMEA может быть оценена путем рассмотрения следующих вопросов:

- Конструкции ранее и вновь исследуемого объекта (процесса) аналогичны или совпадают?

- Данные об аналогичных объектах или процессах соответствуют целям анализа?

- Условия использования и эксплуатации исследуемого объекта и объекта-аналога совпадают?

Примечание - Объекты серийного производства, которые могут быть приобретены для использования несколькими потребителями и, возможно, в различных отраслях, могут не иметь данных FMEA, имеющихся у изготовителя. В этих случаях FMEA может принести небольшую пользу, за исключением случаев, когда есть уверенность в предлагаемой изготовителем программе технического обслуживания. Кроме того, приобретенный объект можно рассматривать в виде "черного ящика" и исследовать на самом низком уровне иерархии объекта.

FMEA может быть одним из методов, применяемых как часть программы обеспечения надежности; в этом случае могут быть использованы данные применения других методов анализа (см. приложение D).

А.2.2 Зрелость  ¹⁾ конструкции объекта и разработки проекта

------------------------------

¹⁾_{Определение термина "зрелость" см. в ГОСТ Р 57273.}

------------------------------

Зрелость относится как к разработке проекта (то есть к развитию проекта в процессе жизненного цикла объекта), так и к конструкции объекта. Зрелость конструкции объекта и проекта рассматривают вместе, поскольку они связаны.

На этапе разработки концепции, когда формируется структура объекта, нисходящий функциональный FMEA обеспечивает возможность идентификации видов отказов высокого уровня, что помогает при выборе структуры объекта. По мере перехода от стадии концепции к детальному проектированию при выборе существующих конструкций элементов объекта может быть применен восходящий подход. Начальная точка восходящего подхода обычно зависит от выбора начальной точки в иерархии объекта, выбранной посредством нисходящего функционального анализа или декомпозиции структуры объекта.

Конструкции приобретаемых объектов часто создаются в течение длительного периода времени в результате этапов модификации и улучшения надежности. Зрелые конструкции могут не иметь доступной документации об FMEA, например потому, что конструкция объекта разработана до общего осознания значения FMEA или без использования процессов улучшения, основанных на FMEA. Тем не менее зрелые конструкции могут иметь известные показатели безотказности и соответствующие программы технического обслуживания, которые обеспечивают непрерывное функционирование объекта. Выполнение подробного FMEA для таких объектов может оказывать лишь незначительное влияние на конструкцию или программу технического обслуживания.

Для незрелых конструкций часто характерно применение недавних инноваций в структуре объекта, применение новых материалов и деталей для достижения улучшенных характеристик и/или экономической эффективности. Изготовители оборудования могут иметь доступный официальный FMEA для включения в общий анализ объекта. Отсутствие FМЕА для таких конструкций может быть причиной выполнения дополнительных действий, таких как экологические испытания для обеспечения требуемых значений параметров. Незрелая конструкция может возникнуть в результате использования как зрелых, так и незрелых компонентов, это может влиять на трудоемкость выполнения анализа.

А.2.3 Степень инноваций

Анализ и обработка видов отказов, связанных с технологическими инновациями, могут поддерживаться всеми четырьмя комбинациями форм FMEA и различных форм, используемых при переходе проекта со стадии концепции и определения конструкции на стадию полномасштабной разработки объекта.

Пример - Технологическая инновация может быть новой технологией процесса, новым применением существующей технологии или новым процессом.

Зрелые технологии похожи по своей природе на зрелые конструкции. Длительная эволюция зрелых технологий может мешать разработке, включающей функциональные описания объекта и его элементов. Таким образом, полезным способом установления преимуществ FMEA является оценка возможного влияния на конструкцию, изменение или определение возможных значений показателей безотказности и ремонтопригодности, а также верификация технического обслуживания и связанных с ним потребностей в поддержке.

А.3 Примеры адаптации FMEA для объектов и процессов

А.3.1 Общие положения

Чтобы показать адаптацию FMEA на практике, ниже приведено несколько примеров. Для каждого примера описаны предмет анализа и условия применения, объяснены причины адаптации FMEA. Для примеров, содержащих анализ критичности, рассмотрены только причины выбора метода. В приложении В приведена подробная информация о методах анализа критичности.

А.3.2 Пример адаптации FMEA для анализа офисного оборудования

Предметом исследования является новая конструкция офисного оборудования, включающая интегрированное аппаратное и программное обеспечение, которую необходимо оценить на этапах предварительного и детального проектирования. Конструкция объекта была основным вариантом установленного семейства продукции. Использованы элементы нового дизайна и новые технологии. Компания поддерживает базу данных о безотказности, которая включает данные, например, о нагрузке, виде и механизме отказа, структуре объекта и другую соответствующую информацию для всех существующих деталей. Все элементы объекта соединены последовательно для выполнения требуемой функции верхнего уровня.

FMEA был проведен в рамках программы безотказности для анализа конструкции объекта и процесса его производства. Прогнозирование и сокращение количества появлений вида отказа на стадии проектирования очень важно для разработки конкурентоспособной продукции. Организация имеет значительный опыт эксплуатации продукции данного семейства. Поэтому при выполнении FMEA могут быть использованы такие данные для устранения технических недостатков продукции и процесса на стадии проектирования.

Восходящий FMEA выбран из-за простоты и в соответствии с целью программы по обеспечению функциональности и безотказности системы, основанной на полном понимании работы элементов низкого уровня в условиях использования, установленных заказчиком. Кроме того, конструкция объекта представляет собой смесь существующих и новых технологий. Даже при использовании существующей технологии изменение условий эксплуатации может привести к различным видам отказов, поэтому был применен восходящий FMEA.

В FMEA включен анализ критичности, поскольку он позволяет ранжировать отказы по значимости последствий и вероятности их возникновения. Поскольку цикл проектирования был коротким, FMEA использован для разработки рекомендаций по распределению ресурсов для проверки согласованности параметров элементов в конструкции, так как не было возможности для проверки и анализа всех комбинаций. Существует значительный опыт эксплуатации аналогичной продукции для поддержки данного типа FMEA и обеспечения его достоверности.

Критичность была определена с использованием качественного метода RPN (см. приложение В), поскольку метод прост в применении и является достаточно всесторонним. Стандартные таблицы, определяющие шкалы измерений категорий значимости и вероятности отказов, разработаны для обеспечения согласованности в применении и оценке. Использование стандартных таблиц для оценки параметров критичности позволило легко сопоставить FMEA для различных типов продукции.

А.3.3 Пример адаптации FMEA для распределенной энергосистемы

С помощью FMEA необходимо выявить недостатки конструкции для обеспечения работоспособности и отказоустойчивости системы распределенного энергоснабжения. Анализ был также первым шагом к полному анализу готовности системы. Система распределенного энергоснабжения - новый проект в данном семействе продукции. В новом проекте использован основной вариант более ранних проектов с известной и понятной технологией. Структура системы неоднородна, но с одинаковыми функциями. FМЕА должен быть выполнен на стадии детального проектирования, во время которого новые данные о конструкции и аспектах работы системы доступны из других видов анализа надежности и инженерных исследований.

Выбран нисходящий подход FMEA. Сначала было выполнено детальное определение функций системы. Это позволило определить отклонения от этих функций для поддержки анализа причин отказов на более низком уровне. Функциональные возможности системы охарактеризованы посредством разработки нисходящего FMEA, в котором проведена декомпозиция функции системы для идентификации видов отказов, их причин и последствий.

FMEA также включал анализ критичности, поскольку поддающаяся количественному определению информация о возникновении вида отказа и его последствиях необходима для последующего использования метода анализа готовности. В первом цикле FMEA использован качественный метод RPN, а когда стало доступно больше деталей проекта для количественной оценки вероятности возникновения отказов, были использованы фактические оценки интенсивности отказов.

А.3.4 Пример адаптации FMEA для медицинских процессов

Многие организации здравоохранения в нескольких странах в рамках своей аккредитации обязаны регулярно оценивать свои процедуры для определения недостатков системы. Цель состоит в идентификации частей процесса и сокращении неблагоприятных событий в области здравоохранения. FMEA - признанный способ выполнения этих требований. FMEA может быть применен к любой медицинской процедуре (например, составление необходимой дозы, введение лекарственного препарата, выполнение операции и анестезии).

В данном примере рассмотрен FMEA медицинской процедуры, в которой процедура может быть простой, но люди могут совершать ошибки и могут быть неспособны выполнить действия в соответствии с назначением из-за причин, связанных с оборудованием или окружающей средой.

Начало и конец исследуемой процедуры должны быть четко определены, а выполняемые задачи разделены на этапы, для которых определяют каждый вид отказов.

При применении FMEA в медицине рекомендуемые адаптации чаще всего включают добавление проверок и сопоставлений, а не изменение проекта процедуры в целом.

Может потребоваться выполнение вспомогательного FMEA для таких ситуаций, когда, например, отказ оборудования может привести к невозможности правильного выполнения этапа процесса или когда один этап описанной процедуры фактически выполняют в несколько этапов.

Обычно при применении FMEA к медицинской процедуре рассматривают все виды отказов с серьезными последствиями для пациентов. При проведении анализа критичности обычно используют метод RPN. Причина этого состоит в том, что возможные отказы, которые легко обнаруживают до возникновения неблагоприятных последствий, менее важны, чем виды отказов, которые остаются скрытыми до тех пор, пока не возникнут неблагоприятные последствия.

Количественный анализ интенсивности ошибок человека обычно сложен и может быть ненадежным. Простой метод, такой как RPN, или матрица критичности - это часто все, что необходимо для обеспечения полезных оценок критичности и определения приоритетов улучшения процесса.

А.3.5 Пример адаптации FMEA для электронных систем управления

FMEA применяют на стадии концепции и детального проектирования электронных систем управления для обеспечения безопасности, таких как система торможения поездов и предотвращения столкновений. Обычно такие системы являются вариантами ранее разработанных систем. Отличие новых систем от существующих, как правило, связано со структурой системы и используемой технологией.

Целью FMEA является демонстрация характеристик безопасности системы. По этой причине выбран подход FMEA "снизу вверх", этот подход позволяет аналитику систематически доказывать, что определенные меры способны надлежащим образом смягчить все идентифицированные сценарии ошибочных действий системы независимо от того, какой элемент нижнего уровня отказал.

FMEA ориентирован на анализ возможностей снижения риска отказов системы. Это обязательная часть анализа, выполняемого для систем, связанных с безопасностью. Последствия отказов обычно классифицируют независимо от того, считают их безопасными или нет. Для выбора обоснованного решения область применения описания последствий должна быть понятной. Например: если уровень слишком сосредоточен на локальных последствиях, то аналитик может не вывести критичность последствий для системы в целом; если уровень системы слишком обширен, анализ может быть не способен проследить отказ до конечных последствий.

Такой подход к FMEA вызывает дискуссию по ряду вопросов. Например, обычно дискуссии возникают о видах отказов, влияющих на возможности системы диагностики без нарушения ее основных функций. Другой аспект - это реакция на действия, направленные на смягчение последствий отказа (то есть в какой степени действия по смягчению последствий отказа могут быть учтены, если они происходят слишком редко для обнаружения зарождающегося отказа).

Методы, используемые в FMEA, варьируются от специальных электронных таблиц до специализированных баз данных, которые применяют RBD для встраивания видов отказов в модели функционирования объекта. Например, подсистемы могут ссылаться на экземпляры компонентов с определением присущих видов отказов, когда различные виды отказов могут привести к одним и тем же последствиям, которые тесно связаны с некоторым способом классификации.

А.3.6 Пример адаптации FMEA для гидроблока насоса

Основной FMEA должен быть выполнен для получения информации о предварительной конструкции гидроблока насоса для газового котла. Функции гидроблока включают функцию насоса (расход, давление), функцию отводного клапана (переключение работы котла с режима центрального отопления на режим независимого горячего водоснабжения), сброс воздуха из контура центрального отопления (отдельно сброс воздуха из жидкости), герметичность в условиях давления в системе, возможность подключения к внешним гидравлическим разъемам и т.д. Организация имеет значительный опыт работы с аналогичными объектами, исследуемый насос представляет собой существующий объект с небольшими изменениями в конструкции.

FMEA необходимо выполнить так, чтобы наилучшим образом использовать команду разработчиков. С учетом разработки предварительной конструкции и опыта работы проектировщиков логической отправной точкой для FMEA выбрана идентификация функций верхнего уровня объекта. Для идентификации видов отказов (функция за функцией) был использован семинар. Принятие процесса FMEA состоялось при участии в семинаре соответствующих специалистов, где они высказали свои опасения. Цель - исследование и фокусировка на технических компромиссах для известных видов отказов и их причин, а не проведение исчерпывающего FMEA.

Данные, собранные в ходе семинара, представлены в виде последовательности видов отказов составных частей и их причин. Например, в случае проблемы, связанной с утечками, последствия могут варьироваться от неудовлетворенности потребителя до появления воды на полу, внешних утечек, невыполнения обязательств и т.д. В этом случае вид отказа может быть утечкой, составная часть - компонентом X, а причиной - усталостная трещина под воздействием высокого давления.

А.3.7 Пример адаптации FMEA для ветряной турбины ветроэлектрической установки

FMEA выполнен для поддержки детального проектирования ветряной турбины ветроэлектрической установки (далее - турбина).

Область применения FMEA охватывает турбину в целом, включая такие подсистемы, как структура, ступица, силовая передача, система управления и т.п. Цель, основанная на опыте предыдущих разработок, - поддержка разработки турбины нового поколения. В данном проекте необходимо оценить весь спектр последствий на каждом уровне системы путем ранжирования видов отказов на основе риска.

Принят подход снизу вверх для каждой из отдельных взаимозависимых подсистем, при котором учитывались последствия взаимодействия подсистем, что в конечном итоге привело к последствиям на уровне системы в целом. Начальной точкой выбрана структура системы/подсистемы, например, с элементами ввода-вывода, элементами управления, коробкой передач, двигателями, координирующими устройствами, электродвигателями, датчиками, блоками питания, преобразователями сигналов, подшипниками.

Использован подход снизу вверх, поскольку необходимо тщательное изучение всех возможных воздействий на уровне подсистем и систем, как с точки зрения безотказности и готовности, так и с точки зрения безопасности. Анализ критичности использован для определения отказов, требующих большего внимания. Метод анализа критичности RPN выбран из-за его простоты.