Fellägen, effekter och diagnostisk analys
Fellägen, effekter och diagnostisk analys ( FMEDA ) är en systematisk analysteknik för att erhålla felfrekvenser på delsystem/produktnivå, fellägen och diagnostisk förmåga . FMEDA-tekniken tar hänsyn till:
- Alla komponenter i en design,
- Funktionaliteten för varje komponent ,
- Fellägen för varje komponent,
- Effekten av varje komponentfelläge på produktens funktionalitet,
- Förmågan hos någon automatisk diagnostik att upptäcka felet,
- Konstruktionens styrka (de-rating, säkerhetsfaktorer) och
- Den operativa profilen (miljöstressfaktorer).
Givet en komponentdatabas kalibrerad med fältfeldata som är rimligt korrekta, kan metoden förutsäga felfrekvens på produktnivå och fellägesdata för en given applikation. Förutsägelserna har visat sig vara mer exakta än fältgarantianalyser eller till och med typiska fältfelanalyser, eftersom dessa metoder är beroende av rapporter som vanligtvis inte har tillräckligt med detaljerad information i felregister.
Sammanfattningen av en FMEDA-rapport nämner vanligtvis Safe Failure Fraction (frekvensen av fel som varken är farliga eller oupptäckta över den totala frekvensen) och Diagnostic Coverage (frekvensen av upptäckta farliga fel över frekvensen av alla farliga fel). Varje term definieras likvärdigt i båda standarderna, IEC 61508 och ISO 13849 .
Namnet gavs av Dr. William M. Goble 1994 till tekniken som hade varit under utveckling sedan 1988 av Dr. Goble och andra ingenjörer nu på exida.
Antecedentia
En felläges- och effektanalys , FMEA, är en strukturerad kvalitativ analys av ett system, delsystem, process, design eller funktion för att identifiera potentiella fellägen, deras orsaker och deras effekter på (system)drift. Konceptet och praxis att utföra en FMEA, har funnits i någon form sedan 1960-talet. Praktiken formaliserades först på 1970-talet med utvecklingen av US MIL-STD-1629/1629A. I tidig praktik var dess användning begränsad till utvalda applikationer och industrier där kostnaden för fel var särskilt hög. De primära fördelarna var att kvalitativt utvärdera säkerheten och tillförlitligheten hos ett system, fastställa oacceptabla fellägen, identifiera potentiella designförbättringar, planera underhållsaktiviteter och hjälpa till att förstå systemets funktion i närvaro av potentiella fel. fellägen , effekter och kriticitet (FMECA) introducerades för att ta itu med ett primärt hinder för effektiv användning av de detaljerade FMEA-resultaten genom att lägga till ett kriticitetsmått. Detta gjorde det möjligt för användare av analysen att snabbt fokusera på de viktigaste fellägena/effekterna vad gäller risk. Detta gjorde det möjligt att prioritera för att driva förbättringar baserat på kostnads-/nyttojämförelser.
Utveckling
FMEDA-tekniken utvecklades i slutet av 1980-talet av exida-ingenjörer delvis baserat på ett dokument från 1984 RAMS Symposium. Den första FMEDA lade till ytterligare två delar av information till FMEA-analysprocessen. Den första informationen som läggs till i en FMEDA är de kvantitativa feldata (felfrekvenser och fördelningen av fellägen) för alla komponenter som analyseras. Den andra informationen som läggs till en FMEDA är sannolikheten för systemet eller delsystemet att upptäcka interna fel via automatisk on-line diagnostik. Detta är avgörande för att uppnå och bibehålla tillförlitlighet i allt mer komplexa system och för system som kanske inte fullt ut utnyttjar all funktionalitet under normala omständigheter, såsom ett nödavstängningssystem med låg efterfrågan, ESD-system. Det finns ett tydligt behov av en mätning av automatisk diagnostisk förmåga. Detta erkändes i slutet av 1980-talet. I det sammanhanget dokumenterades principerna och grundläggande metoderna för den moderna FMEDA först i boken Evaluating Control System Reliability . Själva termen FMEDA användes första gången 1994 och efter ytterligare förfining publicerades metoderna i slutet av 1990-talet. Metoden förklarades för medlemmar i IEC 61508-kommittén i slutet av 90-talet och inkluderades i standarden som en metod för att fastställa felfrekvens, felläge och diagnostisk täckning för produkter. FMEDA-tekniker har förfinats ytterligare under 2000-talet, främst under IEC 61508 förberedelsearbete. De viktigaste ändringarna har varit: 1. Användning av funktionella fellägen; 2. Användning av mekaniska komponenter; 3. Förutsägelse av effektiviteten i manuellt bevistest; och 4. Förutsägelse av produktens livslängd. Med dessa förändringar har FMEDA-tekniken mognat till att bli mer komplett och användbar.
Analys av funktionsfel
Även i början av 2000-talet lades analys av funktionsfel till FMEDA-processen av John C. Grebe. I tidigt FMEDA-arbete mappades komponentfelslägen direkt till "säkra" eller "farliga" kategorier enligt IEC 61508. Detta var relativt enkelt eftersom allt som inte var "farligt" var "säkert". Med flera fellägeskategorier som nu existerade blev direkt tilldelning svårare. Dessutom blev det tydligt att kategoritilldelningen kan komma att ändras om en produkt användes i olika applikationer. Med direkt fellägeskategoritilldelning under FMEDA, krävdes en ny FMEDA för varje ny applikation eller varje variation i användning. Under tillvägagångssättet för funktionellt felläge identifieras de faktiska funktionsfellägena för produkten under en FMEA. Under den detaljerade FMEDA mappas varje komponentfelläge till ett funktionellt felläge. De funktionella fellägena kategoriseras sedan efter produktfelläge i en viss applikation. Detta eliminerar behovet av mer detaljerat arbete när en ny ansökan övervägs.
Mekaniska FMEDA-tekniker
Det blev klart i början av 2000-talet att många produkter som används i säkerhetskritiska applikationer hade mekaniska komponenter. En FMEDA som gjordes utan att beakta dessa mekaniska komponenter var ofullständig, vilseledande och potentiellt farlig. Det grundläggande problemet med att använda FMEDA-tekniken var avsaknaden av en mekanisk komponentdatabas som inkluderade delfelfrekvenser och fellägesdistributioner. Med hjälp av ett antal publicerade referenskällor påbörjade exida utvecklingen av en mekanisk komponentdatabas 2003. Efter några års forskning och förfining har databasen publicerats. Detta har gjort det möjligt för FMEDA att användas på kombinerade elektriska/mekaniska komponenter och rent mekaniska komponenter.
Manuellt bevistest effektivitet
FMEDA kan förutsäga effektiviteten av alla definierade manuella provtest på samma sätt som den kan förutsäga automatisk diagnostisk täckning. En ytterligare kolumn läggs till FMEDA och sannolikheten för upptäckt för varje komponentfelsläge uppskattas. Den kumulativa effektiviteten av bevistestet beräknas på samma sätt som automatisk diagnostäckning.
Produktens användbara liv
När varje komponent i en produkt granskas identifieras de med en relativt kort livslängd. Ett exempel på detta är en elektrolytisk kondensator. Många konstruktioner har en livslängdsbegränsning på 10 år. Eftersom konstanta felfrekvenser endast är giltiga under nyttjandeperioden är detta mått värdefullt för att tolka FMEDA-resultatbegränsningar.
Framtiden
Ytterligare förfining av komponentdatabasen med selektiv kalibrering till olika driftsprofiler behövs. Dessutom har jämförelser av FMEDA-resultat med fältfelstudier visat att mänskliga faktorer , särskilt underhållsprocedurer, påverkar felfrekvensen och fellägen för produkter.
När mer data blir tillgänglig kan komponentdatabasen förfinas och uppdateras. Efter några års forskning och förädling har databasen publicerats i enlighet med ny teknik och ny kunskap. Framgången med FMEDA-tekniken är att tillhandahålla nödvändiga data på ett relativt korrekt sätt har gjort det möjligt för den sannolikhetsmässiga, prestandastrategin för design att fungera.