2GE Mérnöki Iroda
Közlekedés- és Irányítástechnikai Kft.
1163. Budapest, Margit u. 55.
Tel:(06-30) 383-3613
e-mail: info@2ge.hu
   
Vissza a letöltésekhez |  Vissza a fő lapra |  English

 

Meghibásodási módok és hatások analízise (FMEA)

(Részlet: Szabó Géza: Nagy biztonságú rendszerek megbízhatósági analízise és közlekedési alkalmazásai. PhD. disszertáció. BME Közlekedésautomatikai Tanszék, 2001.
Copyright, Szabó Géza, 2001)


1. Az FMEA jellemzői

A meghibásodási módok és hatások analízise (Failure Mode and Effects Analysis – FMEA) egy tetszőleges rendszer, alrendszer vagy funkció strukturált, minőségi (determinisztikus) analízise, amelynek célja a lehetséges rendszermeghibásodások felfedése, következményeik és a rendszerműködésre gyakorolt hatásuk feltárása. Gyakran az FMEA módszert kiegészítik a meghibásodási hatás súlyosságának és a meghibásodás fellépési valószínűségének a meghatározásával – ilyenkor a módszert meghibásodási módok, hatások és kritikusság analízisnek (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis – FMECA).

Noha az FMEA eljárást a megbízhatóság-analízis módszerek közé soroljuk, legnagyobb előnye talán abban rejlik, hogy rákényszeríti a vizsgálatot végző személyt a rendszer mély megismerésére. Éppen ezért a tervezés fázisában, iteratív módon is ajánlott használni. 

2. FMEA módszertan

Egy FMEA vizsgálat az alábbi lépésekből tevődik össze:
  1. A vizsgálat alapjainak definiálása (rendszer működési fázisok, működési környezet, a működés célja stb.),
  2. Az analízisvégzés szintjének definiálása (vajon az egész rendszerre, vagy csak egy részére végezzük a vizsgálatot),
  3. Az egyes analizálandó egységek, alegységek definiálása (alrendszer, modul, funkció, komponens),
  4. Az összes, vizsgálatban érintett komponens lehetséges meghibásodási módjainak összegyűjtése. Az így nyert listát sok helyen hibakatalógusnak nevezik – ez a hibakatalógus a későbbi vizsgálatokhoz is felhasználható. Egyes területeken az FMEA (vagy ahhoz módszertanban hasonló) eljárások számára szokványos elemek figyelembe veendő meghibásodási módjait ajánlások vagy szabványok definiálják.
  5. Minden egyes komponens lehetséges meghibásodási módjai következményeinek feltárása,
  6. A következmények osztályozása a rendszerműködésre gyakorolt hatásuk alapján,
  7. Az egyes meghibásodási módok detektálhatóságának vizsgálata,
  8. Amennyiben szükséges, kompenzációs módok vagy tervváltoztatások vizsgálata a veszélyesnek ítélt meghibásodások hatásainak elkerülésére.
Nagy méretű rendszerek esetén célszerű a vizsgálatot hierarchikusan elvégezni: a rendszer (akár többszintű) alrendszerekre bontása után a hierarchiában alul lévő elemek vagy alegységek elemzése az első lépés a módszertannak megfelelően. Az egyes elem meghibásodási módok alrendszerre gyakorolt hatása alapján megállapíthatóak az alrendszer meghibásodási módjai, amelyeket a hierarchia magasabb szintjén ugyanúgy kezelünk, mint az alacsony szinten a komponens meghibásodási módokat. 

Kimondhatjuk tehát azt, hogy az FMEA eljárás bottom-up típusú (alulról indul a vizsgálat felfelé), de nagy rendszereknél ehhez először a rendszer top-down típusú (felülről lefelé történő) strukturálása szükséges. A strukturálás három modell típus szerint történhet:

  • Strukturális modell: Az alegységek, komponensek meghatározásánál azok fizikai megjelenését, szeparáltságát vesszük figyelembe,
  • Funkcionális modell: Az alegységek, komponensek meghatározásánál azok funkcióit vesszük figyelembe.
  • A harmadik modell a rendszerben lévő redundancia meghatározására szolgál, neve megbízhatósági blokkdiagram. Ez esetben az információ feldolgozását ábrázoljuk soros-párhuzamos kapcsolatok segítségével.
Az FMEA analízis eredményét többnyire táblázatos formában, leíró stílusban rögzítik, az alábbi struktúrában:
  • a vizsgált komponens / alrendszer megadása,
  • a vizsgált komponens vagy alrendszer célja, funkciója,
  • a vizsgált meghibásodási mód,
  • a meghibásodási mód magasabb egységre (alrendszer vagy rendszer) gyakorolt hatása, illetve detektálási módja.

3. Kritikusság vizsgálata

Az FMEA módszer, ahogy azt a fejezet bevezetőjében említettük, kiegészíthető a felfedett meghibásodási hatások (illetve az őket kiváltó meghibásodási módok) kategorizálásával, sorrendbe állításával. Ezzel a kiegészítéssel jobban ráirányítható a figyelem a gyakran bekövetkező, nagy fontosságú meghibásodásokra.

A kritikusság vizsgálatánál iparáganként más és más alapmódszert favorizálnak. A következőkben ezek közül mutatunk be kettőt.

Kockázat Prioritási Szám (Risk Priority Number - RPN) használata: A módszer elsősorban automatizálási területen használatos. Alapgondolata az egyes meghibásodási módok sorba állítása három kritérium szerint, amelyek a következők: 

  • a fellépési gyakorisága, 
  • a következmény súlyossága és 
  • a meghibásodás detektálhatósága. 
A három kritérium szerinti rangsor alapján minden meghibásodási módhoz hozzárendelhető egy RPN szám:

RPN = a fellépési gyakoriság sorszáma * következmény súlyosságának sorszáma * meghibásodás detektálhatóságának sorszáma

Az így nyert RPN számok alapján a meghibásodási módok fontossági sorrendbe állíthatóak (bár meg kell jegyezni, hogy a módszer speciális esetekben torzít, és hátrább rangsorol nagyobb figyelmet érdemlő eseményeket).

Példaként tekintsünk egy soros diódás egyenirányító kapcsolást, amelyben egy dióda végzi az egyenirányítást, míg a simítás céljára egy, a kimenettel párhuzamosan kapcsolt kondenzátor szolgál (1. ábra). Négy meghibásodási módot feltételezünk:

  • A dióda zárlatossá válik,
  • A dióda szakadttá válik,
  • A kondenzátor zárlatossá válik,
  • A kondenzátor veszít a kapacitásából.
FMEA1

1. ábra: Példahálózat kritikusság számításhoz

A vizsgálat során az alábbi (a példában feltételezésen alapuló) sorrendeket állapíthatjuk meg:

A fellépés gyakorisága:
1. A dióda szakadttá válik (0.1/év),
2. A kondenzátor zárlatossá válik (0.3/év).
3. A kondenzátor veszít a kapacitásából (0.45/év),
4. A dióda zárlatossá válik (0.5/év),

A következmény súlyossága:

1. A kondenzátor veszít a kapacitásából (a kimenő egyenfeszültség hullámossá válik, esetlegesen működési zavarok lépnek fel).
2. A dióda szakadttá válik vagy a kondenzátor zárlatossá válik (a táplált berendezés nem kap tápfeszültséget, nem látja el a funkcióját), és
3. A dióda zárlatossá válik (a táplált berendezést a rákerülő váltakozófeszültség tönkreteszi, e mellett nem képes  a funkcióját ellátni),

A meghibásodás detektálhatósága

1. A dióda zárlatossá válik, a dióda szakadttá válik vagy a kondenzátor zárlatossá válik (egyformán könnyen detektálható).
2. A kondenzátor veszít a kapacitásából (nehezen detektálható),

Az így képezhető RPN számok:

  • A dióda zárlatossá válik (RPN=4*3*1=12),
  • A dióda szakadttá válik (RPN=1*2*1=2),
  • A kondenzátor zárlatossá válik (RPN=2*2*1=4),
  • A kondenzátor veszít a kapacitásából (RPN=3*1*2=6).
Az RPN számok alapján a legkritikusabb meghibásodási mód a dióda zárlatossá válása, ezt követi a kondenzátor kapacitásvesztése, a kondenzátor zárlatossá válása, majd a dióda szakadttá válása.

A másik fontos kritikusság vizsgálati módszer, amelyet elsősorban a nukleáris és a repülőgép iparban használnak, az elem kritikusság szám alkalmazása. Minden egyes elemre képzik az alábbi számot:

FMEA2
ahol:
- a az elem egyes meghibásodási módjainak arányszáma az elem összes lehetséges meghibásodási módjához képest, 
- b az adott meghibásodási mód hatásának bekövetkezési valószínűsége, 
- l a komponens meghibásodási rátája, 
- t a komponens működési ideje, 
- j a komponens meghibásodási módjainak száma. 

Az előző egyenirányítós példát alapul véve az alábbi elem kritikussági számokat képezhetjük (5 éves működést feltételezve):

Kondenzátor:
C=(0,3/(0,3+0,45)) * 1 * 0,75 * 5 +  (0,45/(0,3+0,45)) * 0,25 * 0,75 * 5 = 2,0625
(Feltételezésünk szerint a zárlatossá válás mindig, az értékváltozás csak 25%-ban okoz problémákat.)

Dióda:
C=(0,1/(0,1+0,5)) * 1 * 0,6 * 5 +  (0,5/(0,1+0,5)) * 1 * 0,6 * 5 = 3
(Feltételezésünk szerint a zárlatossá válás és a szakadás mindig problémákat okoz.)

Az elem kritikussági számok alapján a vizsgált rendszerben a dióda meghibásodásai kritikusabbak.

A kapott kritikussági számok alapján az elemek kritikussági sorrendje képezhető. A kritikussági számok lehetőséget biztosítanak rendszerek összehasonlítására, valamint emellett a rendszer megbízhatóságának növelésére oly módon, hogy a kritikussági számokat kell tervezési módosításokkal csökkenteni, ami a rendszer megbízhatóságának növekedését vonja maga után.

 

Észrevételek, vélemények: szabo@2ge.hu
 

Copyright 2002-2021. 2GE Mérnöki Iroda.
Utolsó módosítás / ellenőrzés: 2021. szeptember 28.