2. Анализ видов, последствий и критичности отказов

Анализ видов и последствий отказов (АВПО) - процедура качественного анализа проекта объекта техники, заключающаяся в выделении на некотором уровне разукрупнения его структуры возможных (наблюдаемых) отказов разного вида, в прослеживании причинно-следственных связей, обусловливающих их возникновение, и возможных (наблюдаемых) последствий этих отказов на данном и вышестоящих уровнях, а также – в качественной оценке и ранжировании отказов по тяжести их последствий. Процедура АВПО, дополненная оценками показателей критичности анализируемых отказов, получила название АВПКО – анализ видов, последствий и критичности отказов.

В общем случае для корректного выполнения АВПО необходимы:

• натурный образец (опытный экземпляр или аналог);

• принципиальная схема системы;

• конструкторские документы (чертежи, спецификации, технические требования и др.);

• данные о надежности комплектующих изделий;

• отчеты о надежности, полученные при испытаниях опытных образцов или аналогов;

• требования нормативно-технических документов;

• отчеты о надежности из текущего производства;

• данные о влиянии отказов изделия (системы) на окружающую среду.

Классификация отказов по тяжести последствий предполагает отнесение каждого вида отказа к одной из категорий тяжести последствий отказа (КТПО). Система классификации может разрабатываться для изделия индивидуально, в соответствии с требованиями контракта, или может существовать единая классификация для целого класса изделий. При классификации видов отказов по тяжести последствий (назначении КТПО) учитывают следующие факторы:

• опасность отказа для жизни и здоровья людей (в том числе, не связанных непосредственно с эксплуатацией объекта), для окружающей среды, для целостности и сохранности самого объекта, другого имущества и материальных объектов;

• влияние отказа на качество функционирования объекта и полноту выполнения им назначенных функций, возможный ущерб любого вида (материальный, моральный, политический и др.), обусловленный снижением качества функционирования объекта или невыполнением объектом миссии;

• скорость развития неблагоприятных последствий отказа, определяющая возможность принятия соответствующих мер защиты от них.

АВПКО выполняется итеративно на всех стадиях процесса логистического анализа (анализа логистической поддержки, АЛП). На первой стадии (функциональный анализ) предметом АВПКО является структура функций (СФ) и функциональные отказы. На второй стадии (анализ конструкции) предметом анализа является структура изделия (СИ) и отказы ее элементов, а также связи между элементами СФ и СИ.

При проведении АВПО на первой стадии описывают возможные виды функциональных отказов конечного изделия. Для этого последовательно, сверху вниз, анализируют функции (функциональное предназначение объекта) и определяют возможные нарушения этих функций, то есть выход одного или нескольких параметров, характеризующих функцию, за пределы допустимых значений. Каждое возможное нарушение функции описывается как вид функционального отказа, который связывается с соответствующим данной функции элементом ЛСФ.

Если с элементом связано несколько видов отказов, то необходимо указать долю каждого вида отказа, или, другими словами, вероятность того, что возникший отказ элемента будет определенного вида.

На этом шаге, помимо наименования и подробного описания функционального отказа, обычно приводят описание последствия отказа на рассматриваемом уровне разукрупнения (часто может совпадать с описанием вида отказа), действия, которые должны быть выполнены экипажем при обнаружении отказа (компенсирующие действия персонала), а также информацию о возможных проявлениях этого отказа. В качестве проявлений рассматривают как изменения каких-либо параметров, которые человек может почувствовать (например, тряска, задымление, изменение температуры), так и сигналы от встроенных систем контроля. Все проявления кодируют в соответствии с принятой системой кодирования, указывают метод обнаружения (органолептически, в процессе работы, сигнал от системы контроля и др.), а также, при необходимости, дают ссылку на систему контроля, отвечающую за обнаружение рассматриваемого отказа.

Следующим шагом АВПО является описание причинно-следственных связей между видами функциональных отказов. Этот процесс выполняется циклически по следующему алгоритму:

1. В СФ выбирают один из элементов. Обычно элементы перебираются по дереву сверху вниз, поэтому в качестве первого объекта анализа выбирается непосредственно само конечное изделие.

2. Рассматривают элементы, расположенные в СФ на один уровень ниже выбранного.

3. Для видов отказов нижестоящих элементов указывают последствия на вышестоящем уровне (последствия для выбранного элемента СФ). В качестве последствия на вышестоящем уровне должен быть указан один из видов отказа выбранного элемента ЛСФ. Если отказ может привести к нескольким последствиям на вышестоящем уровне, то указывают или все возможные последствия или только наиболее серьезное. Также оценивают вероятность возникновения каждого из последствий.

4. Выбирают следующий элемент того же уровня разукрупнения СФ или элемент, расположенный на уровень ниже, и описанный цикл повторяется.

В целях формализации процесса АВПО последствия видов отказов входящих элементов СФ на верхнем уровне этой структуры рассматриваются как виды отказов функции изделия.

Заключительным шагом на этой стадии является качественный анализ критичности, для чего каждому виду отказа необходимо назначить качественный параметр, характеризующий вероятность его возникновения – уровень вероятности возникновения.

Процедура качественного анализа критичности заключается в назначении приоритетов корректирующих действий видам функциональных отказов в зависимости от КТПО и уровня вероятности возникновения вида отказа.

Рис. 2. Матрица критичности для качественного анализа

Для этого виды отказов распределяются по матрице критичности, на горизонтальной оси которой отложены значения КТПО, а на вертикальной – уровни вероятности возникновения отказа (рис. 2).

На матрице специалистами – аналитиками для каждого проекта индивидуально выделяются области равных приоритетов (в рассматриваемом примере это три области: 1 – высокого, 2 – среднего и 3 – низкого приоритета).

В зависимости от того, в какую область матрицы критичности попадает вид отказа, ему назначается соответствующий приоритет корректирующих действий. В табл. 1 приведен пример рекомендаций по назначению приоритетов.

Таблица 1. Рекомендации по назначению приоритетов

Приоритет	Рекомендации
1	Функция, хотя бы один отказ которой требует особого внимания при разработке конструкции; для таких функций необходимо предусмотреть системы контроля, сигнализации и компенсации отказа. Для функции необходимо провести подробный АВПКО с учетом отказов конструктивных элементов.
2	Функция, отказы которой требуют внимания при разработке и оценки необходимости разработки систем контроля, сигнализации и компенсации отказа. Для функции рекомендуется провести подробный АВПКО с учетом отказов конструктивных элементов.
3	Функция, которая при разработке конструкции может подвергнуться минимальному дополнительному АВПКО с учетом отказов конструктивных элементов

На следующей стадии, после того, как будут установлены связи между элементами СФ и СИ, АВПКО может быть продолжен с целью описания возможных конструктивных отказов изделия и установления причинно-следственных связей между конструктивными и функциональными отказами. Последовательность шагов АВПКО в этом случае может быть следующей:

1. В СФ изделия выбирается одна функция и определяется перечень элементов СИ, выполняющих эту функцию так, как это делалось в процессе функционального анализа.

2. Описываются все возможные виды отказов элементов ЛСИ (конструктивные отказы), выполняющих рассматриваемую функцию. На рис. 3. Для каждого вида отказа элемента СИ указывается, к какому функциональному отказу он приведет, или, другими словами, определяется последствие отказа на вышестоящем уровне при условии, что в качестве элемента вышестоящего уровня рассматривается функция, в выполнении которой участвует элемент СИ. Следует помнить, что в СИ могут присутствовать элементы, выполняющие несколько функций. В этом случае перечисляются все возможные последствия вида отказа элемента ЛСИ.

4. В зависимости от тяжести последствий функциональных отказов, связанных с рассматриваемым конструктивным отказом, ему назначается КТПО. При этом, если отказ может привести к нескольким последствиям с разными КТПО, то выбирается наихудшее значение КТПО.

5. Определяются причины отказа элемента СИ.

Если рассматриваемый элемент СИ является неразукрупняемым изделием (деталь, блок), то для его отказа указывается первичная (фундаментальная) причина, которая может быть выбрана из справочника первичных причин, относящихся ко многим видам отказов (например, поломка вследствие усталости, износа, коррозии, ошибка персонала, неправильный выбор материала для изготовления и т.д.).

Иногда не требуется анализировать конструкцию на всю глубину разукрупнения, т.е. нижним рассматриваемым уровнем может быть, например, уровень заменяемых на месте эксплуатации компонентов. В этом случае первичные причины указываются для отказов элементов нижнего рассматриваемого уровня. Нижний уровень разукрупнения СИ, рассматриваемый в АВПКО, как правило, выбирается исходя из того, что должны быть проанализированы все элементы, которые подлежат техническому обслуживанию, для чего потребуются запасные части и другие материальные ресурсы.