Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Техническое обслуживание и ремонт оборудования

Что такое анализ дерева отказов и как его выполнять


Разве не было бы замечательно, если бы у вас была возможность заглянуть в будущее и выявлять сбои в своей системе до того, как они произойдут? Какая это была бы сверхдержава! К счастью для вас, вам не нужны сверхспособности. У вас есть анализ дерева отказов.

Анализ дерева отказов - это один из многих методов поиска основных причин отказов активов и других важных событий. Многие компании используют его для повышения надежности системы.

Мы расскажем вам об истории анализа дерева отказов и расскажем, когда его использовать. Вскоре вы получите четкое представление о различных типах, символах и подходах, а также о полезных программных решениях, которые помогут вам добиться успеха.

Что такое анализ дерева отказов?

Анализ дерева отказов ( FTA ) - это инструмент для анализа возможности отказа системы или машины путем графического и математического представления самой системы. Это нисходящий подход, при котором глубинные причины потенциального сбоя анализируются с помощью процесса анализа первопричин.

Другими словами, если вы спросите себя, «насколько вероятно, что эта машина выйдет из строя», анализ дерева отказов поможет вам ответить на этот вопрос.

FTA воспроизводит, как сбой проходит через систему. Он создает графическую модель того, как отказы компонентов приводят к сбоям в масштабах всей системы. Эти модели помогают инженерам по надежности создавать четко определенные системы с надлежащей избыточностью, которые предотвращают каскадное превращение отказов компонентов в отказы всей системы - другими словами, создавать более отказоустойчивые системы.

Даже если этот процесс звучит как ракетостроение, термины, используемые в FTA, довольно просты.

Аналитические графики, используемые для моделирования FTA, выглядят как деревья, поэтому (неудивительно) их называют деревьями ошибок . . Диаграмма дерева отказов поможет вам понять, как одно или несколько событий небольшого отказа приводят к катастрофическому отказу. Это поможет вам выбрать правильные корректирующие и профилактические меры в будущем.

История анализа дерева отказов

В 1962 году Bell Telephone Laboratories разработала меры безопасности для системы межконтинентальных баллистических ракет (МБР) для ВВС США, получившей название Minuteman System. Безопасность была жизненно важна для такой сложной и опасной технологии. Чтобы улучшить анализ надежности, Bell Laboratories разработала метод анализа дерева отказов.

Эта новая методология добавила графический элемент, который помог наглядно представить концепции анализа режимов и последствий отказов (FMEA) - похожего, но очень родственного метода предотвращения отказов. Позже Boeing принял FTA, что сделало его популярным методом анализа, широко используемым сегодня для анализа потенциала отказа критических систем.

Этот тщательный анализ гарантирует, что сложные системы работают безопасно и надежно, обеспечивая полет самолетов, автомобилей и мира вокруг нас в рабочем состоянии с максимальной эффективностью. Удивительно, правда !?

через GIPHY

Когда использовать анализ дерева отказов

Анализ дерева неисправностей может быть выполнено во время проектирования системы или во время эксплуатации (чтобы предвидеть возможные сбои и предпринимать предупреждающие действия). Цель состоит в том, чтобы усилить подсистемы и компоненты, которые с большой вероятностью выйдут из строя или вызовут серьезный инцидент, прежде чем это произойдет.
Это может быть реализовано отдельно или как дополнение к анализу FMEA.

Кто и почему использует FTA?

В целом, анализ дерева отказов помогает предотвратить будущие отказы и выявить критические области, вызывающие беспокойство, для новых рабочих процессов, продуктов и услуг. Вот почему различные отрасли используют FTA как метод анализа безопасности и снижения рисков, например:

Заметили здесь тему? Это отрасли, которые могут существенно повлиять на жизнь людей, если что-то пойдет не так. Когда падает самолет или медицинское устройство не работает должным образом, высок риск гибели людей или других трагических событий. ЗСТ - это то, что используют эти отрасли для обеспечения безопасности тех видов деятельности, которые сопряжены с повышенным риском.

Почему стоит затраченных усилий на анализ дерева отказов

FTA может быть технической темой, требующей большого количества математики и решения проблем. Но есть несколько выдающихся преимуществ в том, чтобы узнать об этом и использовать в своем бизнесе. Это:

При всех этих преимуществах имеет смысл добавить FTA в ваш набор инструментов анализа. С его помощью вы можете видеть будущее и предсказывать вещи. Вы всемогущий волшебник дедукции!

Обозначения и структура анализа дерева отказов

FTA выполняется путем построения деревьев отказов . Деревья отказов имеют стандартный набор символов и правил именования, используемых на заводах и в разных отраслях.

Дерево отказов - это ориентированный ациклический граф (DAG) (то есть вы будете читать его в одном направлении от начала до конца), который показывает последовательность действий и взаимосвязь между сериями действий. Действия классифицируются как события . или ворота .

Символы событий

События происходят в системе или процессе и могут вызывать или способствовать отказу, например поломке отдельного компонента. Ниже мы описали события, которые возникают в деревьях отказов. У символов событий будет только один вход и один выход.

Вот краткое описание значения каждого события

Символы ворот

Ворота, иногда называемые логическими воротами, показывают, как сбои распространяются по системе. Иногда единичное событие может привести к событию верхнего уровня (т. Е. К катастрофическому отказу). В других случаях комбинация двух или более разных событий может вызвать первое событие. Именно здесь на помощь приходит концепция логической логики.

Шлюзы представляют собой логические логические операторы (И, ИЛИ, СОЕДИНЕНИЕ, НЕ и т. Д.) И показывают, как события объединяются, чтобы вызвать сбой. Каждый вентиль будет иметь только одно выходное событие, но может иметь одно или несколько входных событий.

Наиболее часто используемые вентили при построении деревьев отказов описаны ниже:

Типы анализа дерева отказов

Стандартный анализ дерева отказов - не единственный доступный метод. Другие расширения FTA были разработаны для конкретных случаев использования и отраслей. Расширения будут способны визуализировать функции, которые нелегко выразить стандартными деревьями ошибок. Некоторые из них:

Вообще говоря, ССТ делятся на две категории; качественный и количественный .

Качественный анализ выполняется каждый раз, в то время как количественный анализ может выполняться в качестве дополнения в ситуациях, когда вы знаете вероятности событий в своем дереве отказов. Давайте подробнее рассмотрим каждый из них.

Качественное соглашение о свободной торговле

Качественный FTA используется для понимания структуры деревьев отказов для анализа уязвимостей системы. Есть много разных способов провести качественный анализ дерева отказов, например:

Количественное соглашение о свободной торговле

Количественное FTA можно использовать для расчета фактической вероятности анализируемого сбоя. Определение этой числовой вероятности отказа поможет вам лучше понять и расставить приоритеты для вашего риска.

Результат количественной FTA может быть в форме стохастических мер или показателей важности:

Когда вы знаете вероятность ваших основных событий, вы можете легко вычислить вероятности ваших промежуточных событий на основе шлюзов, которые их соединяют. Наиболее распространенные ворота - ворота И и ворота ИЛИ. Вот простой пример.

Пример количественного метода FTA

Здесь A, B, C и D - основные события. E - промежуточное событие, а TE - высшее событие. Промежуточное событие E связано с основными событиями A, B и C с помощью логического элемента AND. A, B и C должны выйти из строя, чтобы произошло промежуточное событие E. Вероятности отказа для A, B и C известны. Поэтому:


Верхнее событие сбоя TE достигается путем соединения E и D через логический элемент ИЛИ. E само по себе является событием отказа, и известна вероятность возникновения основного события D.

Вероятность отказов при основных событиях может быть рассчитана таким образом, используя качественный метод FTA.

Действия, которым вы можете следовать при проведении анализа дерева отказов

Мы наметили общие шаги, которые необходимо предпринять для завершения анализа дерева отказов.

Шаг 1. Создайте разнообразную команду

Имея дело со сложными системами, вам нужны разные голоса в комнате.

Опытные профессионалы в этой области смогут ссылаться на прошлый опыт своей профессиональной жизни. Они также будут знать о технических аспектах системы, которые влияют на них больше всего. Другие члены команды с меньшими техническими знаниями могут внести свой вклад, предлагая нестандартные идеи и другую полезную информацию.

Для проведения мозговых штурмов и встреч нужен лидер, человек, имеющий опыт проведения FTA. Для любой команды FTA требуются инженеры в соответствующих областях, промышленные инженеры и специалисты по проектированию систем.

Шаг 2. Определите причины сбоя

FTA работает сверху вниз. Начните с главного события, затем попытайтесь определить различные сбои, которые могут его вызвать или способствовать. Если вы продолжите копать, чтобы развить каждое событие, это в конечном итоге приведет вас к первопричинам (теперь это то, что мы называем «запачкать руки»!). У вас останется красивое дерево отказов.

Для начала и завершения процесса необходимо определить возможные сбои, их характеристики, продолжительность и различные последствия сбоя. Возьмем, к примеру, противопожарные двери в зоне с интенсивным движением людей или на фабрике.

Эти двери остаются открытыми до тех пор, пока не отключится электричество или не сработает пожарная сигнализация. Если пожарная сигнализация неисправна, возникла проблема с проводкой, разрядились резервные батареи или кто-то вмешался в ее работу. Сигнализация вызовет закрытие дверей, когда они не должны этого делать. В результате происходит сбой низкого уровня, но он может вызвать серьезное разочарование и прервать работу всей организации.

Шаг 3. Изучите внутреннее устройство системы

Команда, выполняющая FTA, должна иметь глубокое понимание внутренней работы системы. Инженеры, работающие на системном уровне, будут иметь хорошее представление о том, как все работает и каких сбоев вы хотите избежать. Затем другие члены команды могут задать вопросы, которые приведут к расширенному списку причин сбоев, которые стоит изучить.

Кто-то со знанием и опытом работы с системой должен руководить обсуждением. Цель состоит в том, чтобы получить хорошее представление о системных требованиях, связях и зависимостях.

Ваша команда должна собрать схемы системы, спецификации различных компонентов и другую доступную информацию о производителе. Если вы используете Limble CMMS, эти спецификации активов доступны одним нажатием кнопки. Изучение этих материалов должно помочь понять, как каждая подсистема и компонент связаны друг с другом.

Шаг 4. Нарисуйте диаграмму FTA

После того, как команда поймет внутреннее устройство системы, следующим шагом будет графическое представление функциональной карты системы с использованием логической логики. Используя символы и структуру дерева отказов, указанные выше, ваша команда может нарисовать графическое представление системы и того, как все они связаны.

Шаг 5. Определите MCS, MPS или CCF

После того, как деревья отказов будут составлены, ваша команда сможет определить MCS, MPS или CCF в зависимости от того, чего они хотят достичь.

Причина, по которой вы выполняете FTA, в первую очередь будет определять, нужно ли команде найти MCS, MPS, CCF или их комбинацию.

Необязательный шаг:оцените вероятность отказа

Чаще всего вы найдете несколько путей, которые могут привести к одному и тому же событию отказа. Для разветвленной системы было бы почти невозможно устранить все причины отказа сразу.

Чтобы определить приоритетность событий, которые следует рассмотреть в первую очередь, команда может рассчитать вероятности каждого сбоя для различных критических наборов. Критический набор с наибольшей вероятностью отказа должен иметь высший приоритет.

Это необязательный, но ценный шаг. Если вы знаете вероятность каждого сбоя, потратите время на их использование!

Шаг 6. Разработайте стратегии снижения рисков

Пришло время использовать анализ дерева отказов, чтобы минимизировать риск отказа.

Одна из возможных стратегий снижения рисков, особенно для CCF, - это профилактическое обслуживание .

Система CMMS, такая как Limble, может помочь вам обеспечить соблюдение необходимых графиков технического обслуживания. Это включает в себя следование передовым методам управления запасными частями, чтобы у группы технического обслуживания всегда были запасные компоненты на складе. Эти усилия необходимо приложить, чтобы свести к минимуму вероятность отказа.

Примеры анализа дерева отказов

Вот два разных примера анализа дерева отказов, которые помогут нарисовать картину того, как работает этот процесс.

Машина не заводится

Пример FTA для автомобиля, который не заводится

* Объяснение, которое мы приводим ниже, напрямую не соответствует приведенному выше соглашению о свободной торговле. Мы хотели дать более практичное объяснение, чем «убрать ногу с тормоза», чтобы завести машину 🙂

Однажды утром вы просыпаетесь и готовитесь к работе. Вы садитесь в машину, поворачиваете ключ и - ничего. Твоя машина не заводится. Даже не переворачивается.

Зная кое-что об автомобилях, вы выскакиваете, открываете капот и проверяете аккумулятор. Затем вы проверяете манометр, чтобы убедиться, что у вас не закончился бензин, прежде чем вернуться в машину, чтобы убедиться, что свет не был оставлен включенным на ночь.

В этом примере автомобиль не заводится - это неисправность или главное событие (TE). Все три варианта того, почему автомобиль не заводится, связаны с помощью ворот ИЛИ, что означает, что любой из них или их комбинация могут привести к тому, что автомобиль не заведется.

Сделав еще один шаг, при проверке батареи есть несколько вещей, которые могут вызвать сбой. Батарея старая и требует замены, либо батарея разряжена, и ее нужно перепрыгнуть. Следующий вопрос, который нужно задать, - почему аккумулятор разряжен. Если фары остались включенными, ваша следующая задача - определить, как этого избежать в будущем? Обязательно проверьте их, прежде чем выходить из машины.

Предположим, вы хотите рассчитать вероятность отказа. В этом случае вам необходимо присвоить число, представляющее вероятность возникновения событий, а затем использовать качественный метод FTA для расчета отказа главного события.

На сервере произошел катастрофический сбой

Этот пример более технический, чем предыдущий. Допустим, у вас есть сервер, на котором хранятся важные данные, и на нем произошел катастрофический сбой.

Пример анализа дерева отказов для сбоя сервера

Вот краткие объяснения некоторых элементов:

Это дерево отказов отображает путь, наборы разрезов и вероятности возникновения главного события (сбоя системы).

Неудача распространяется от основных событий до высших событий через ворота G1 - G6. Строб G1 - это вентиль INHIBIT с условием, что отказ системы произойдет только тогда, когда система будет использоваться. Это означает, что неисправности можно устранить во время запланированного простоя, выделенного для обслуживания. Шлюз G2 указывает, что отказ либо основного события B, либо отказ подсистемы распространяется до G3. Шлюз G3 выходит из строя только тогда, когда обе подсистемы ЦП (с C1 и C2) выходят из строя.

Каждая подсистема ЦП состоит из блока питания (PS), ЦП (C1 или C2) и компонента памяти, распространяемого через G6. Каждая подсистема ЦП выйдет из строя при выходе из строя блока питания, ЦП или компонента памяти. Отказ на более высоком уровне произойдет только в случае отказа обеих подсистем ЦП. G6 - это ворота для голосования, и для отказа в распространении по крайней мере два из трех компонентов памяти должны выйти из строя.

Булевы выражения для системы приведены ниже (∩ означает логический оператор «объединение», в котором функции двух компонентов соединяются или перекрываются):

Объединение этих двух вещей дает нам:

Вы можете продолжать таким образом до тех пор, пока все промежуточные события не будут устранены, и останутся только базовые события, которые помогут вам перейти к минимальным наборам сокращений. Это подход сверху вниз.

Поскольку вероятности основных событий не указаны, вы не можете провести количественный анализ.

Если мы не удовлетворили вашу тягу к логическим элементам и диаграммам, вы можете найти множество дополнительных примеров FTA здесь.

Анализ дерева отказов по сравнению с другими аналитическими методами

ЗСТ - не единственная существующая аналитическая методология. Давайте посмотрим на несколько других, чтобы сравнить их.

FMEA

В то время как FTA использует метод сверху вниз для оценки точек отказа, режимы отказа и анализ эффекта или FMEA использует восходящий подход. Вместо того, чтобы сначала смотреть на ошибку, он задается вопросом, что может пойти не так на каждом этапе, что может вызвать сбой.

Кроме того, FMEA не рассматривает взаимосвязь между различными событиями или условными событиями, как это делает FTA. Следовательно, FTA представляет собой более сложный, но тщательный анализ.

FMECA

Режим отказа анализ эффектов и критичности (FMECA) легко понять. Это похоже на FMEA, но добавляет анализ критичности или ранжированный список. FMEA рассматривает длинный список «что, если» FMECA позволяет вам ранжировать неудачи, чтобы вы могли лучше планировать и расставлять приоритеты в своей работе.

Расчетное время

Дерево событий основное внимание уделяется анализу на конкретные вопросы и отвечая на них очень просто. Более того, он не имеет общего применения, как анализ дерева отказов. Обычно он используется в финансовых отраслях.

Оптимизация процесса с помощью программного обеспечения FTA

FTA для больших и сложных систем может быстро стать настолько большим, что их невозможно будет нарисовать на одной странице или на доске. Вы можете обойти это, используя проверенные временем элементы передачи. Однако даже с ними диаграмма может стать слишком большой для обработки, чтения и понимания. Программное обеспечение для анализа дерева отказов - отличное решение для такого типа проблем.

Помимо упрощения графического представления, в некоторых приложениях есть алгоритмы, которые могут автоматически определять количественные аспекты FTA, такие как MCS, MPS и CCF. Если вы знаете вероятность отказа для основных событий, вероятности для основных событий и отказов подсистем можно рассчитать одним нажатием кнопки.

Вот несколько систем, которые вы можете попробовать:

Это далеко не все доступные решения, только самые популярные. Есть много дополнительных функций, подходящих для различных целей. Совершите покупки вокруг, чтобы найти продукт, подходящий для вас, в зависимости от вашей конкретной цели и отрасли.

Дополнительные ресурсы

Как вы понимаете, для разработки процесса анализа дерева отказов потребовалось много исследований и опыта. Если вы хотите глубже погрузиться в эту тему, ознакомьтесь с этими дополнительными ресурсами:

Завершение

Анализ дерева отказов, безусловно, может быть сложным. Если вы соберете правильную команду и будете достаточно практиковаться в ней, вы начнете чувствовать, что можете смотреть в будущее и предвидеть неудачи и их причины. Вы будете мастером, который планирует устранение неисправностей на время планового технического обслуживания и заставляет вашу команду работать проактивно, а не реактивно.

через GIPHY

В Limble мы здесь, чтобы поддержать вас на каждом этапе пути. Наша система CMMS будет содержать всю информацию, необходимую вам и вашей команде для эффективного построения соглашений о свободной торговле, управления действиями по снижению рисков и многого другого. Наша миссия - сделать вашу работу максимально простой и удобной. Обращайтесь к нам с вопросами или узнайте, как наша CMMS может вам помочь.


Техническое обслуживание и ремонт оборудования

  1. Анализ критичности:что это такое и почему это важно
  2. The What, Why and How of Wrench Time
  3. Анализ критичности:что это такое и как это делается?
  4. Что такое 6G и насколько быстро он будет?
  5. Что такое кавитация насоса и как ее избежать?
  6. Что такое плазменная резка и как работает плазменная резка?
  7. Что такое пайка? - Типы и способы пайки
  8. Что такое пайка и как паять металл?
  9. Что такое медная пайка и как это сделать?
  10. Что такое Lean Digital и как его интегрировать?