FMEA (failure modes and effects analysis, анализ видов и последствий отказов) — метод «снизу вверх», который систематически выявляет, как может отказать изделие или процесс и к чему приведёт каждый отказ. FTA (fault tree analysis, анализ дерева отказов) работает в обратном направлении: на вершину ставится одно нежелательное событие, которое затем через логические вентили раскладывается на возможные причины. Международную основу для обоих методов задают два стандарта Международной электротехнической комиссии (IEC): IEC 60812 для FMEA и IEC 61025 для FTA.
По данным IEC, действующее третье издание IEC 60812 опубликовано 10 августа 2018 года, второе издание IEC 61025 — 13 декабря 2006 года. В издание 2018 года добавлены альтернативные способы расчёта приоритетного числа риска (RPN) и метод на основе матрицы критичности.
Коротко:
- FMEA спрашивает: «как может отказать эта деталь или операция и что будет при отказе?»; FTA — «при каких сочетаниях причин произойдёт это нежелательное событие?» (справочник NASA по деревьям отказов).
- В FMEA приоритеты расставляются по оценкам значимости, возникновения и обнаружения; в автомобильной отрасли с 2019 года вместо RPN применяется приоритет действий (AP) (VDA QMC).
- Методы не заменяют друг друга; FMEA можно использовать для проверки полноты дерева отказов.
Что такое FMEA и зачем он нужен?
Согласно аннотации IEC 60812, цель FMEA — установить, как могут отказать элементы или процессы. Метод определяет виды отказов вместе с их последствиями для изделия или процесса и позволяет ранжировать их, чтобы обосновать решения о мерах. Стандарт применим к аппаратным средствам, программному обеспечению, процессам с участием человека и их интерфейсам. Указано и важное ограничение: IEC 60812 — общий стандарт и не содержит специальных указаний для задач безопасности.
По данным Американского общества качества (ASQ), FMEA был разработан вооружёнными силами США в 1940-х годах. Анализ на этапе проектирования называют конструкторским FMEA (DFMEA), анализ для производства и управления процессом — процессным FMEA (PFMEA). ASQ подчёркивает, что наибольший эффект FMEA даёт на ранних стадиях разработки, когда изменения ещё обходятся дёшево.
Если добавляется ранжирование критичности, учитывающее как минимум тяжесть последствий, анализ, согласно IEC 60812, называется FMECA (анализ видов, последствий и критичности отказов).
Как проводится анализ дерева отказов (FTA)?
Справочник NASA по деревьям отказов 2002 года описывает FTA как дедуктивный метод: анализ начинается с нежелательного события, например отказа главного двигателя, и последовательно, шаг за шагом назад, выявляет его причины. IEC 61025 также охватывает выбор допущений, событий и видов отказов и устанавливает правила обозначений и символы. На практике шаги можно выстроить так:
- Определите головное событие: нежелательное событие формулируется чётко и измеримо. Размытая формулировка приводит к лишнему ветвлению дерева.
- Разверните его вентилями: согласно справочнику, вентиль ИЛИ означает, что выходное событие наступает, если произошло хотя бы одно входное; вентиль И — только если произошли все входные.
- Дойдите до базовых событий: нижние события, которые дальше не раскрываются (отказ компонента, ошибка человека), являются базовыми.
- Найдите минимальные сечения: сечение — сочетание базовых событий, способное вызвать головное событие; минимальное сечение — наименьшее такое сочетание. Минимальное сечение из одного элемента — слабое место, которое само по себе ведёт к головному событию.
- При необходимости проведите количественную оценку: если известны вероятности базовых событий, дерево позволяет рассчитать вероятность головного события и значимость каждой причины.
Что такое RPN и что изменил приоритет действий (AP)?
В классическом FMEA каждому виду отказа присваиваются оценки значимости, возникновения (вероятности) и обнаружения. В работе Центра космических полётов имени Годдарда NASA, представленной в 2016 году, RPN определяется как произведение оценок вероятности, значимости и обнаружения/предотвращения. Там же описана практическая ловушка: если шкала значимости пронумерована в обратном порядке (худший случай равен 1), RPN даёт ошибочные результаты и порядок мер переворачивается. ASQ отмечает, что значимость обычно оценивается по шкале от 1 до 10.
В автомобильной отрасли совместное руководство по FMEA американской AIAG и немецкой VDA в 2019 году ввело новую структуру. Согласно аналитическому материалу VDA QMC, метод разделён на семь шагов: планирование и подготовка, анализ структуры, анализ функций, анализ отказов, анализ рисков, оптимизация и документирование результатов. На шаге анализа рисков таблицы значимости, возникновения и обнаружения пересмотрены, а приоритет действий (AP) заменил RPN. На практике это значит, что разные сочетания оценок с одинаковым произведением больше не считаются равнозначными: решение принимается по приоритету действий, определяемому по таблицам.
Какой подход применять, зависит от требований заказчика и отрасли. В авиационно-космических и оборонных проектах чаще встречаются FMECA и матрица критичности, в автомобильной цепочке поставок — подход AIAG-VDA.
Как совместно использовать FMEA и FTA?
Справочник NASA описывает связь методов с прямым предупреждением: собрать дерево отказов из нескольких FMEA невозможно, и это плохая практика. Причина в том, что FMEA рассматривает причины по отдельности и не показывает связей между ними, а дерево отказов моделирует эти связи как необходимые и достаточные условия. Вместе с тем FMEA полезен для проверки полноты дерева отказов и для решения, нужно ли дерево и с какой детализацией.
Распространённое на практике разделение задач:
- FMEA: просматривает все компоненты и операции и отвечает на вопрос «что мы упускаем?» в широком охвате.
- FTA: углублённо исследует несколько критичных для безопасности головных событий и выявляет слабости по общим причинам и резервированию.
- Общий результат: меры по итогам обоих анализов ведутся в одном списке с ответственными и сроками.
Итог: какой анализ и когда выбирать?
Если нужен широкий охват, на первый план выходит FMEA; если требуется глубоко понять причины одного критичного события — FTA. Практичное начало — письменно зафиксировать, по какому стандарту и каким таблицам оценок работает команда, определить направление шкалы значимости и начинать анализ на ранней стадии проектирования. Анализ приносит пользу, когда его ведут как живой документ, обновляемый вместе с изменениями конструкции и процесса, а не сдают в архив после однократного выполнения.
Тема «FTA-FMEA (практикум)» входит в каталог корпоративного обучения Orient Global; подробности на странице обучения.
#interimmanagement #forwarddeployedengineering #fmea #fta #derevootkazov #analizriskov