Анализ вида, последствий и критичности отказа – АВПКО

(Failure Mode, Effects and Critical Analysis – FMECA)

Метод АВПКО дополняет рассмотренный выше АВПО оценками показателей критичности анализируемых отказов. Критичностью отказов, в соответствии с ГОСТ Р 51901.12-2007, называется сочетание тяжести последствий и частоты возникновения отказа. Отметим, что подобное определение имеет известный нам термин «риск». Вместе с тем, как это указано в ГОСТ Р 51901.12-2007, показатели критичности отличаются от обычно применяемых показателей риска «меньшей строгостью и требуют меньше усилий для оценки». Кроме того, метод АВПКО позволяет провести только относительное ранжирование вкладов в совокупный (т.е. общий) риск, и рассчитан на приоритетность мер безопасности, в то время как анализ риска (классический), особенно для высокорисковых систем обычно ориентирован на величину приемлемого риска.

ГОСТ 27.310-95 [51] регламентирует понятия «критичного элемента (критичного технологического процесса)», которые используются в методологии оценки и анализа риска. В перечни критичных элементов включают:

- элементы, возможная тяжесть последствий отказов которых, оцениваемая качественно или количественно, превосходит уровень, допустимый для рассматриваемого объекта;

- элементы, отказы которых неизбежно вызывают полный отказ объекта;

- элементы с ограниченным сроком службы (ресурсом), не обеспечивающим требуемой долговечности объекта;

- элементы, по которым в момент проведения анализа отсутствуют достоверные данные об их качестве и надежности в рассматриваемых условиях применения и/или возможных последствиях их отказов.

Критичными технологическими процессами являются такие технологические процессы, влияние которых на качество и надежность объекта и его элементов в момент проведения анализа неизвестно или же недостаточно изучено.

Таким образом, процедура АВПКО предусматривает ранжирование каждого вида отказа с учетом двух составляющих критичности – частоты (интенсивности, вероятности) и тяжести последствий. Для определения вероятностной составляющей критичности отказа – частоты возникновения отказа данного вида, помимо опубликованной информации о частоте подобных событий, важно рассмотреть реальные условия функционирования каждого элемента (механические или электрические нагрузки, условия окружающей среды), характеристики которого вносят свой вклад в вероятность появления отказа. Это необходимо, поскольку реальная возможность отказов и, следовательно, частота рассматриваемого вида отказа зависит от конкретных воздействующих нагрузок, в том числе внешних для системы. В целом частоту возникновения видов отказов для системы можно оценивать с использованием:

- данных ресурсных испытаний;

- доступных баз данных об интенсивности отказов;

- ретроспективных данных эксплуатационных отказов исследуемой системы;

- данных об отказах аналогичных объектов или их элементов.

Оценку частоты возникновения отказов следует относить к определенному временному интервалу эксплуатации объекта. Обычно это гарантийный период или установленный срок службы объекта или продукции.

В целях качественной оценки и ранжирования отказов по показателю критичности могут быть использованы матрицы «вероятность – тяжесть последствий», рекомендованные ГОСТ 27.310-95 и РД 03-418-01. Пример подобной матрицы приведен в табл. 6.4.

Таблица 6.4 – Матрица «вероятность – тяжесть последствий» (РД 03-418-01)

*критерии отказов по тяжести последствий соответствуют номеру класса тяжести отказа, его наименованию и описанию (табл. 11.3)/

Показатели критичности (категории) отказов имеют следующие качественные (лингвистические) значения:

А – обязателен количественный анализ критичности или количественный анализ риска либо принятие дополнительных (особых) мер безопасности;

В – желателен количественный анализ критичности или количественный анализ риска либо принятие дополнительных мер безопасности;

С – рекомендуется качественный анализ опасностей или принятие некоторых (дополнительных) мер безопасности; D – анализ и принятие дополнительных мер безопасности не требуется.

Качественная оценка показателя критичности отказа С может быть выполнена в виде произведения (ГОСТ 27.310-95):

где В1, В2, В3 – балльные оценки критичности отказов, величины которых определяются по табл.6.5 (Оценка вероятностей отказов), табл. 6.6 (Оценка последствий отказов) и табл. 6.7 (Оценка вероятности обнаружения отказа до поставки изделия потребителю).

Таблица 6.5 – Оценка вероятностей отказов

Таблица 6.6 – Оценка последствий отказов

Таблица 6.7 – Оценка вероятности обнаружения отказа до поставки потребителю

Приведенные балльные оценки разрабатываются применительно к конкретной группе (виду, типу) объектов и указываются в методике его АВПКО либо устанавливаются в соответствующих нормативных документах. Значения вероятностей отказов, учитываемые при оценке их критичности, рассчитывают (прогнозируют) методами, принятыми в расчетах надежности, с учетом структуры объекта, уровней нагрузки и режимов работы его элементов по имеющимся справочным или экспериментальным данным об их надежности. Возможные последствия каждого отказа определяют по результатам АВПО объекта, а соответствующие условные вероятности наступления каж-дого события-последствия рассчитывают на основе моделей типа «деревьев событий» или прогнозируют экспертными методами.

Процедуру АВПКО (или АВПО) проводят одним из следующих методов: структурным, функциональным, комбинированным (ГОСТ 27.310-95).

Структурные методы анализа относят к классу индуктивных методов (анализ по схеме «сверху вниз»), применяемых для относительно простых объектов, отказы которых могут быть четко локализованы, а последствия каждого отказа элементов выбранного начального уровня разукрупнения (декомпозиции системы) могут быть прослежены на всех вышестоящих уровнях структуры объекта. Общий алгоритм анализа при этом включает выполнение следующих основных операций:

- устанавливают минимальный уровень разукрупнения (декомпозиции системы), с которого начинают анализ и идентифицируют все элементы выбранного уровня;

- для каждого идентифицированного элемента данного уровня на основе имеющихся классификаторов отказов, инженерного анализа, имеющихся априорных данных, опыта и знаний исследователя составляют перечень возможных видов отказов;

- для каждого вида отказов выбранного элемента определяют его возможные последствия на рассматриваемом и вышестоящих уровнях структуры объекта;

- для элементов, отказы которых непосредственно приводят к отказу системы (объекта) или снижению качества его функционирования, оценивают категорию тяжести последствий отказов (при АВПО) или рассчитывают показатели критичности (при АВПКО);

- повторяют описанные операции для элементов всех вышестоящих уровней, выделяя при этом критические отказы, а элементы, соответствующие этим отказам, включают в перечень критичных элементов.

Функциональные методы анализа относят к классу дедуктивных методов (анализ «снизу вверх»), применяемых для сложных многофункциональных объектов, отказы которых трудно априорно локализовать. Общий алгоритм АВПО (АВПКО) при этом включает следующие основные операции:

- идентифицируют все функции, выполняемые объектом и для каждой функции на основе априорных данных, опыта исследователя и другими доступными способами определяют перечень возможных нарушений (отклонений) данной функции;

- для каждого нарушения функции оценивают тяжесть возможных последствий качественно (посредством АВПО) или количественно – расчетом ожидаемого ущерба (при АВПКО);

- выделяют критические нарушения функции, тяжесть возможных последствий (ущерб) от которых превосходит пределы, установленные планом анализа;

- для каждого выделенного критического нарушения, принимая его возникновение в качестве головного события (инцидента, аварии), строят дерево отказов , охватывающее отказы элементов всех уровней, вплоть до нижнего, установленного планом анализа;

- с помощью построенного дерева отказов выделяют одиночные элементы и сочетания элементов, отказы которых ведут к указанному нарушению;

- оценивают частоту возникновения (вероятность) отказов одиночных элементов и выделенных сочетаний элементов для расчета показателей критичности соответствующих отказов;

- составляют перечни критичных элементов в соответствии с правилами, изложенными выше.

Следует отметить, что применение балльных (качественных, относительных) оценок показателей критичности, как правило, обусловлено невозможностью или нецелесообразностью получения количественных (абсолютных) оценок по техническим, экономическим или иным соображениям. АВПКО не проводят, если цели и задачи анализа, например, оценка опасности отказа технической системы, представляющего угрозу безопасности людей и окружающей среды, могут быть достигнуты другими, более точными методами, к примеру– методами дерева отказов и дерева событий