FMEA / FMECA Hensikt Metodebeskrivelse

Transkript

1 FMEA / FMECA Feilmodi- og feileffektanalyse (Failure Modes and Effects Analysis - FMEA) er den mest brukte systematiske metodene for å analysere feil i tekniske systemer. Dersom en beskriver eller rangerer alvorligheten av de ulike feileffektene i feilmodi- og feileffektanalysen, blir analysen ofte kalt en FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis). Det er ofte en flytende overgang mellom en FMEA og en FMECA. Det er derfor liten hensikt i å skille mellom de to metodene. Hensikt FMECA utføres fortrinnsvis på tekniske systemer. Analysen utføres i konstruksjonsfasen. Hensikten med analysen er vanligvis å identifisere deler eller egenskaper ved systemet som bør forbedres for å møte fastsatte krav til sikkerhet eller pålitelighet. Delmål i analysen er bl.a. å: Identifisere de mulige feiltilstandene (feilmodene) til hver enkelt komponent i et teknisk system Bestemme årsakene til feiltilstandene, samt Bestemme feiltilstandenes innvirkning på systemet som helhet Bestemme alvorligheten av de ulike feileffektene Hvor er farene knyttet til maskinen? Metodebeskrivelse En FMECA er i hovedsak en kvalitativ analyse, som vanligvis utføres under konstruksjons-stadiet til et system. Analysen kan imidlertid ha visse kvantitative elementer, for eksempel angivelse av sannsynlighet/ frekvens for de ulike feilmodene samt en rangering av alvorligheten av feileffektene. En FMECA er enkel å utføre. Den bygger ikke på noen spesiell teknikk eller algoritme. FMECA stiller ikke store krav til analytisk evne, men forutsetter inngående systemkunnskap samt kunnskap om hvilke betingelser systemet skal operere under. For å sikre at analysen utføres

2 systematisk, benyttes et spesielt skjema. Opplysningene om de forskjellige komponentene fylles inn etter hvert som de framkommer. Skjemaets utseende vil variere en del, alt etter hvilken anvendelse det skal ha. I Figur 1 er det vist et eksempel på et slikt skjema. Før analysen startes, må randbetingelsene for systemet fastlegges - hvilke deler av systemet og hvilke operasjonelle tilstander som skal betraktes. Før utfyllingen av FMECA-skjemaet startes, bør en gå gjennom følgende trinn: i. Systemet deles først inn i et antall delsystemer som kan analyseres separat. ii. Det etableres så et funksjonsdiagram for totalsystemet som beskriver hvordan de ulike delsystemene i punkt i) avhenger av hverandre og er koplet sammen. iii. Det settes så opp en komplett komponentoversikt for hvert delsystem. Selve utfyllingen av skjemaet illustreres best ved å gå gjennom et typisk FMECA-skjema, kolonne for kolonne. Feilmoder og feilmekanismer Ethvert delsystem er konstruert for å utføre én eller flere funksjoner. Fravær av en slik funksjon kaller vi en feilmode ("Failure Mode"). En feilmode kan m.a.o. observeres "utenfra" ved at delsystemet ikke kan utføre de forventede funksjonen. De fysiske, kjemiske og andre årsakene som leder til en feilmode kalles feilmekanismer. For en ventil vil for eksempel "Lekkasje gjennom ventilen i lukket posisjon" være en aktuell feilmode, mens "korrosjon/erosjon på ventilsetet" vil være feilmekanismer. Ved å sammenholde feilraten (kolonne 9) og feileffekten (kolonne 10) kan vi bestemme kritikaliteten til de ulike feilmodene. Kritikalitetene til de identifiserte feilmodene kan illustreres som i tabell 4. Her har vi valgt å gruppere feilraten i fem ulike kategorier som beskrevet under "Feilrate" (kolonne 9). Andre kategorier kan opplagt være aktuelle i andre situasjoner. Tabell 4 gir en grei oversikt over kritikaliteten til de ulike feilmodene. De mest kritiske feilmodene vil være representert med øverst i høyre hjørne av tabellen. Dersom alle feilmodene har sine nederst i venstre hjørne av tabellen, er kritikaliteten begrenset, d.v.s. lav feilrate og liten konsekvens.

3 Tabell 4: Sannsynlighets-/konsekvensdiagram for de ulike feilmodene. Feilrate Konsekvensgruppe Liten Stor Kritisk Katastrofal Svært usannsynlig Usannsynlig Lite Sannsynlig Sannsynlig Skjer ofte OPPLAGTE FEIL Enkelte feilmoder vil være såkalte opplagte feil ("Evident Failures"). Disse kan oppdages øyeblikkelig når de inntreffer. For en pumpe med operasjonell tilstand "aktiv" vil feilmoden "Pumpen stanser utilsiktet" være en opplagt ("Evident") feil. SKJULTE FEIL En annen type feilmoder er de såkalte skjulte feil ("Hidden Failures"). Dette er feilmoder som normalt bare kan oppdages ved testing. For en pumpe med operasjonell tilstand "standby" vil feilmoden "Pumpen kan ikke startes" være en skjult ("Hidden") feil. Anvendelsesområder Innen flere bransjer stilles det i dag krav om at FMECA skal inngå som en del av konstruksjonsprosessen, og at resultatene fra analysene skal være en del av dokumentasjonen. Krav om FMECA har lenge vært stilt ved leveranser til forsvaret. Liknende krav blir nå stadig mer vanlig ved leveranser til andre kundegrupper, også inne offshore-industrien. En av de industrigrenene som er kommet lengst på dette området, er bilindustrien. De fleste bilfabrikkene krever nå at underleverandørene skal dokumentere sikkerheten og påliteligheten av sine leveranser ved en FMECA-analyse. Denne analysen blir ofte referert til som en produkt-fmeca. I tillegg må de ofte også dokumentere påliteligheten til produksjonsanlegget ved en FMECA på systemnivå. Denne analysen blir ofte kalt en prosess-fmeca. I pålitelighetssammenheng benyttes analysen fortrinnsvis i konstruksjonsfasen med den hensikt å avdekke feil og svakheter på et tidlig stadium. Resultatene fra analysen vil, som nevnt ovenfor, ofte kreves som en del av systemdokumentasjonen. Resultatene kan eksempelvis komme til nytte ved modifisering av systemet samt ved planlegging av vedlikeholdsaksjoner.

4 En FMECA vil også kunne gi verdifull informasjon ved utarbeidelse av diagnostiseringsprosedyrer og sjekklister, siden de mest rimelige feilårsakene og feilsymptomene kan spores tilbake fra en FMECA. Ressursbehov Som nevnt i tidligere er en FMECA forholdsvis enkel å utføre. Analysen kan best utføres av de som konstruerer systemet, da det kreves detaljert kjennskap til systemets oppbygning og virkemåte. En FMECA vil være svært arbeidskrevende, selv for systemer av moderat størrelse. Bruk av dataprogram strukturerer arbeidet og dokumentasjonen. Som grunnlag for analysen må en ha inngående kjennskap til systemets virkemåte samt til de miljø- og driftsforhold systemet skal operere under. Det er vanligvis nødvendig å ha detaljerte tegninger av systemet og enkeltkomponentene. For å kunne fylle inn kolonne 9 "Feilrate" må en ha tilgang til aktuelle datakilder for pålitelighetsdata - håndbøker eller databaser. Fordeler og begrensninger En FMECA kan være svært effektiv når den benyttes på produkter som mest sannsynlig vil svikte på grunn av feil i enkeltkomponenter/ delsystemer. I analysen blir hver enkelt feil/feilmode studert separat, som uavhengige hendelser uten sammenheng med eventuelt andre feil i systemet. En FMECA er derfor ikke hensiktmessig for systemer som har en betydelig grad av redundans (parallelle enheter eller standbyenheter som kan ta over når hovedenheten svikter). For slike systemer er en feiltreanalyse et mye bedre alternativ. En FMECA er heller ikke noen god analysemetode for systemer der fellesfeil ("Common cause failures") ansees som et betydelig problem. En annen svakhet ved FMECA er at metoden i utilstrekkelig grad fokuserer på menneskelige feilhandlinger og prosedyrefeil. Dette skyldes at metoden i hovedsak synes å konsentrere seg om rent tekniske feil. Analytikeren har derfor en tendens til å "glemme" menneskene og prosedyrene. Den største svakheten ved FMECA, er at samtlige komponentfeil blir analysert og dokumentert, også de feilene som har små eller ingen konsekvenser. For store systemer, og spesielt for systemer med en stor grad av redundans, blir den store mengden av unødvendig dokumentasjon et betydelig problem. En FMECA er i stor grad avhengig av analytikerne. Hans evne til å se årsakssammenhenger vil være avgjørende. Konstruktører er tradisjonelt mest opptatt av hvordan et system funksjonerer. Ved å utføre en FMECA tvinges han til å tenke gjennom og dokumentere alle feilmuligheter forbundet med konstruksjonen. Selve analyseprosessen kan derfor ha stor verd

5 FEILMODI, FEILEFFEKT OG KRITIKALITETS ANALYSE (FMECA) System/utstyr: Ref.tegning nr.: Utført av: Dato: Beskrivelse av enhetern Beskrivelse av feil Effekt av feil Feilrate Ref. Funksjon Operasjonelmode Feil- Feil Deteksjon På andre På hoved- nr. årsak av feil enheter funksjonen tilstand Feileffektgradering Feilreduserende tiltak Merknader (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)

6 FORKLARING TIL FMECA TABELLEN De tre første kolonnene, "Beskrivelse av enhet/utstyr", identifiserer komponenten og beskriver hvilke tilstander den kan ha under normal drift. Referansenummer (kolonne 1) Her identifiseres delsystemer (organ) ved en betegnelse og/eller et referansenummer. Dette kan for eksempel være et gruppenummer ("tag number") eller en referanse til tegning. Funksjon ( kolonne 2) Delsystemets funksjon, eller "arbeidsoppgave" i systemet beskrives kort. Operasjonell tilstand (kolonne 3) De ulike operasjonelle tilstandene (eks. aktiv, standby) beskrives kort på separate linjer i skjemaet. En ventil kan som eksempel ha de operasjonelle tilstandene "åpen" og "lukket". Feilmode (kolonne 4) For hver operasjonell tilstand identifiseres alle tenkelige feilmoder komponenten kan ha. Legg merke til at de ulike operasjonelle tilstandene vil ha ulike feilmoder. En ventil med operasjonell tilstand "åpen" vil eksempelvis ikke kunne ha feilmoden "Ventilen kan ikke åpnes". Dette vil være en aktuell feilmode for en ventil med operasjonell tilstand "lukket". Feilårsak (kolonne 5) For hver av de feilmodene som er identifisert i kolonne 4 listes her opp alle aktuelle feilårsaker/feilmekanismer. Aktuelle feilårsaker er korrosjon, erosjon, utmatting, overbelastninger, vedlikeholdsintroduserte feil, operatørfeil o.l. Deteksjon av feil (kolonne 6) Her beskrives mulige måter en kan detektere de ulike feilmodene og feilmekanismene. Denne kolonnen skal angi konstruktørens anbefaling til for eksempel periodisk testing, tilstandsovervåkning ("Condition Monitoring") o.l. Effekt på andre enheter i systemet (kolonne 7) I de tilfellene feil i komponenten påvirker øvrige komponenter i systemet, føres disse opp. Effekt på systemets hovedfunksjon (kolonne 8) Her angis om, og i tilfelle hvordan, systemets hovedfunksjon påvirkes av de enkelte feilmodene Feilrate (kolonne 9) Her angis feilraten (engelsk "failure rate") 1 til komponenten med hensyn til de angitte feilmodene. Med feilrate menes forventet antall svikt som resulterer i den gitte feilmoden pr. tidsenhet. I mange analyser er det ikke hensiktsmessig å oppgi feilraten som en eksakt størrelse, men klassifisere den innenfor relativt grove grupper.

7 Legg merke til at feilraten for én og samme feilmode kan være forskjellig for de ulike operasjonelle tilstandene. For en ventil vil feilmoden "Lekkasje til omgivelsene" gjennom flenser være hyppigere når ventilen er "lukket" og trykksatt enn når den er "åpen". Feileffektgradering (kolonne 10) Effekten av de ulike feilmodene på systemets hovedfunksjon som ble identifisert i kolonne 8 kan rangeres etter hvor kritiske de er. Feilreduserende tiltak (kolonne 11) Her angis hvilke korrektive tiltak som kan gjennomføres for å rette opp feilen, eventuelt hindre at feilen får alvorlige konsekvenser. Dersom det er ønskelig, kan en også liste opp preventive tiltak, d.v.s. tiltak som har som mål å hindre at feilmoden inntreffer. Merknader (kolonne 12) Her er det plass for opplysninger som kan være nyttige å ha med, men som ikke får plass under noen av de øvrige kolonnene.