CC BY
43
Buryy Grigoriy Gennadievich, senior lecturer, [email protected], Russian Federation, Omsk, Siberian State Automobile and Highway Academy,
Poteryaev Ilya Konstantinovich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russian Federation, Omsk, Siberian State Automobile and Highway Academy,
Beloded Alexander Sergeevich, master, kaf edm@,sibadi.org, Russian Federation, Omsk, Siberian State Automobile and Highway Academy
УДК 628.1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ FMEA ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Д.Б. Белов, Е.В. Масенков
Рассмотрена методология «Анализ видов и последствий потенциальных отказов» в качестве метода расчета одного из единичных показателей качества системы централизованного водоснабжения. Преобразованы таблицы определения баллов значимости, частоты и оценки обнаружения отказов в соответствии с оцениваемой системой. Проведен расчет единичного показателя качества «Безопасность водоснабжения».
Ключевые слова: водоснабжение, единичный показатель качества, методика расчета, безопасность, отказ.
Методология FMEA (Failure Mode and Effects Analysis - анализ характера и последствий отказов) была разработана и введена в действие в 1949 году в качестве стандарта военной промышленности США для определения и анализа возникновения возможных отказов изделия, процесса, системы [1]. Позже были разработаны отечественные стандарты [2], [3] и [4], включающие данную методологию.
Данная методология позволяет проводить анализ процесса, системы на раннем этапе, что сокращает дальнейшие расходы по исправлению дефектов, так как согласно функциональной зависимости затрат на управление качеством [5], затраты на оценку и предупреждение отказов минимальны и на порядок меньше затрат на устранение неисправностей.
Методологию анализа видов и последствий потенциальных отказов целесообразно использовать для оценки единичного показателя качества «Безопасность системы водоснабжения». Следует отметить, что подобный подход уже предлагался в работе [6] применительно к оценке безопасности системы газоснабжения.
В соответствии с методикой [4] для каждого вида отказа нужно определить способ обнаружения отказа и средства диагностики отказа. При анализе отказов процесса определяют, с какой вероятностью и где недостатки и несоответствия процесса могут быть идентифицированы (например, оператором при статистическом управлении процессом, в процессе контроля качества или на более поздних этапах процесса) [4].
Методологию БМЕЛ применяют для выявления влияния используемых мер безопасности на предотвращение или уменьшение последствий отказа в конкретных условиях. При этом применяют следующие меры безопасности [4]:
1) резервные объекты для замены отказавших элементов системы (резервные насосы, дублирующие магистральные сети водоснабжения и
т.д.);
2) альтернативные средства (альтернативная схема водоснабжения, закольцованность централизованного водоснабжения города и пр);
3) диспетчеризация, мониторинг отказов и сигнальные устройства;
4) любые другие меры безопасности для предотвращения отказов или уменьшения ущерба.
Оценку приоритетности риска будем проводить в соответствии с методикой, изложенной в стандартах [2] и [4].
Соответственно приоритетное число риска ЯРЫ вычисляют по формуле
ЯРЫ = Б ■ О ■ В, (1)
где Б - значение тяжести последствий, т.е. степени влияния отказа на систему или пользователя; О - оценка вероятности появления отказа для заданного периода времени; В - оценка вероятности обнаружения, идентификации и устранения отказа до появления последствий для системы.
Баллы Б, О, В выбираются экспертами по табл. 1 - 3, аналогично приведенным в [4] и модифицированным применительно к оцениваемой системе.
Таблица 1
Тяжесть последствий вида отказов
Тяжесть последствий Критерий Ранг
Отсутствует Нет последствий 1
Очень незначительная Качество водоснабжения не соответствует требованиям. Дефект замечают требовательные пользователи (менее 25 %) 2
Незначительная Качество водоснабжения не соответствует требованиям. Дефект замечают 50 % пользователей 3
Очень низкая Качество водоснабжения не соответствует требованиям. Дефект замечают большинство пользователей (более 75 %) 4
Низкая Система водоснабжения находится в работоспособном состоянии, но работает на ослабленном уровне, малоэффективна. Пользователь испытывает некоторую неудовлетворенность 5
Умеренная Система водоснабжения работоспособна, но давление воды в водопроводе понижено. Клиент испытывает дискомфорт 6
Высокая Система водоснабжения работоспособна, но на сниженном уровне эффективности. Клиент очень неудовлетворен 7
Очень высокая Система водоснабжения неработоспособна, подача воды производиться не может (потеря основной функции) 8
Опасная с предупреждением об опасности Очень высокий уровень тяжести последствий, когда потенциальный вид отказа влияет на безопасность и/или вызывает несоответствие обязательным требованиям безопасности с предупреждением об опасности 9
Опасная без предупреждения об опасности Очень высокий уровень тяжести последствий, когда потенциальный вид отказа влияет на безопасность и/или вызывает несоответствие обязательным требованиям без предупреждения об опасности 10
Ранг тяжести последствий назначают на основе влияния последствий отказа на систему водоснабжения в целом, на её безопасность и выполнение требований.
Определение вероятности появления отказов связано с исследуемым периодом времени (сроком службы). Вероятность отказов может быть вычислена для компонентов системы и их видов отказов на основе соответствующих интенсивностей отказов для ожидаемых условий эксплуатации или оценка может быть назначена экспертным методом в случае, если применение вычислительных методов не представляется возможным.
Оценка вероятности обнаружения отказа - это вероятность того, что у серии действий по контролю процесса есть возможность обнаружения и изоляции отказа прежде, чем он повлияет на последующие процессы или на готовую продукцию [4].
Таблица 2
Частота и вероятность появления отказов
Характеристика появления вида отказа Ранг О Частота появления отказа Вероятность
Очень низкая - отказ маловероятен 1 < 0,010 на 1000 объектов < 10-5
Низкая - относительно мало отказов 2 0,1 на 1000 объектов 10-4
3 0,5 на 1000 объектов 5 ■Ю-4
Умеренная - отказы возможны 4 1 на 1000 объектов 10-3
5 2 на 1000 объектов 2 ■Ю-3
6 5 на 1000 объектов 5 ■Ю-3
Высокая - наличие повторных отказов 7 10 на 1000 объектов 10-2
8 20 на 1000 объектов 2 ■Ю-2
Очень высокая - отказ почти неизбежен 9 50 на 1000 объектов 5 ■Ю-2
10 >100 на объектов > 10-1
Таблица 3
Оценка обнаружения отказов
Характеристика обнаружения Критерий - возможность обнаружения вида отказов на основе предусмотренных операций контроля Ранг В
Практически стопроцентно Предусмотренный проектом контроль почти всегда обнаруживает потенциальную причину/механизм и следующий вид отказа 1
Очень хорошее Очень высок шанс, что предусмотренный проектом контроль обнаружит потенциальную причину/механизм и последующий вид отказа 2
Хорошее Высокий шанс, что предусмотренный проектом контроль обнаружит потенциальную причину/механизм и последующий вид отказа 3
Умеренно хорошее Умеренно высокий шанс, что предусмотренный проектом контроль обнаружит потенциальную причину/механизм и последующий вид отказа 4
Умеренное Умеренный шанс, что предусмотренный проектом контроль обнаружит потенциальную причину/механизм и последующий вид отказа 5
Слабое Низкий шанс, что предусмотренный проектом контроль обнаружит потенциальную причину/механизм и последующий вид отказа 6
Очень слабое Очень низкий шанс, что предусмотренный проектом контроль обнаружит потенциальную причину/механизм и последующий вид отказа 7
Окончание табл. 3
Характеристика обнаружения Критерий - возможность обнаружения вида отказов на основе предусмотренных операций контроля Ранг D
Плохое Маловероятно, что предусмотренный проектом контроль обнаружит потенциальную причину/механизм и последующий вид отказа 8
Очень плохое Почти невероятно, что предусмотренный проектом контроль обнаружит потенциальную причину/механизм и последующий вид отказа 9
Практически невозможно Предусмотренный проектом контроль не может обнаружить потенциальную причину/механизм и последующий вид отказа или контроль не предусмотрен 10
Для приоритетного числа риска должна быть заранее установлена критическая граница в пределах от 100 до 125 [2], она назначается разработчиками системы (в данном случае это система централизованного водоснабжения). Общепринятой величиной [2] является значение RPN^ = 125
но это значение может быть изменено в меньшую сторону при повышении требований к надёжности системы.
RPN позволяет оценить степень риска возникновения потенциальных несоответствий а. Учитывая, что максимально возможное число RPN соответствует наиболее критической ситуации, при которой Smax = Omax = Dmax = 10, степень риска а можно определить как отношение допустимого RPN2p к максимально возможному RPNmax :
RPNp RPN гр RPN гр
а =-— =---=-—. (2)
RPNmax Smax ' Omax ' Dmax 1000
При значении установленной критической границы RPNp = 125,
степень риска будет а = 0,125, т.е. риск довольно высок, и эта величина требует обсуждения специалистов.
Принимая условие, что «чем меньше расчетное значение RPN, определенное по формуле (1), тем лучше», формируем относительную балльную оценку Q как
Q = 1 - RPN . (4)
RPNmax
При RPNгр > RPN величина Q не рассчитывается, а используется
«правило Вето», согласно которому показатель качества приравнивается к нулю и принимаются меры для уменьшения величины RPN. Относительная балльная оценка должна удовлетворять неравенству
Q £ 1. (5)
221
Вычислим по формулам (1) и (4) значение балльной оценки Q единичного показателя качества «Безопасность системы водоснабжения» определив значения баллов S, O, D по табл. 1 - 3. Балл значимости S определяется экспертно по типовой шкале (см. табл. 1) в зависимости от последствий отказов. Если последствий несколько и значимости их разные, то выбирается максимальное значение балла значимости. Для системы водоснабжения он будет S = 4.
Для оценки частоты появления отказов воспользуемся статистическими данными по подобным процессам. Для рассматриваемой системы O = 4.
Обнаружение отказов оценивают с учетом того, что применяемые средства контроля обнаружат признаки несоответствия, последствия или причины прежде, чем эти признаки будут замечены потребителем. Для системы водоснабжения балл обнаружения отказов будет D = 5.
Вычислим по формуле (1) приоритетное число риска ( RPN ):
RPN = S • O • D = 4 • 4 • 5 = 80.
Полученная величина RPN = 80 меньше критической границы RPN гр = 125, что позволяет рассчитать значение балльной оценки Q:
q=1 =1__80— = о,92.
- RPN max 10 • 10 • 10
Полученное в результате расчетов значение балльной оценки Q = 0,92 является количественной оценкой комплексного риска несоответствия, включающего в себя значимость возможных последствий несоответствия, вероятности возникновения несоответствия и вероятность обнаружения несоответствия.
Список литературы
1. Saemisch M.K., Buchanan M.S. Spacecraft Survivability Engineering: A Lockheed Martin Innovation Enhancing Traditional Hazard Control Approaches, // 2 International Association for the Advancement of Space Safety conference. 14 May 2007.
2. ГОСТ Р 51814.2-2001. Системы качества в автомобилестроении. Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов.
3. ГОСТ 27.310-95. Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения.
4. ГОСТ Р 51901.12-2007. Менеджмент риска. Метод анализа видов и последствий отказов.
5. ГОСТ Р ИСО 9004-2001. Системы менеджмента качества. Рекомендации по улучшению деятельности.
222
6. Игнатьев А. А. Управление процессом газоснабжения в системе менеджмента качества территориальных организаций-поставщиков: дис.... канд. техн. наук. Тула, 2013. 171 с.
7. Масенков Е.В., Белов Д.Б. Показатели качества системы коммунального водоснабжения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 12. Ч. 1. Тула: Изд-воТулГУ, 2015. 257 с.
Белов Дмитрий Борисович, канд. техн. наук, доц., imsbelov@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Масенков Евгений Вячеславович, асп., masenkov-evgeny@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
USE OF FMEA METHODOLOGY FOR ASSESSING THE QUALITY OF CENTRALIZED
WA TER SUPPLY SYSTEM
D.B. Belov, E. V. Masenkov
The methodology "Failure mode, effects and criticality analysis" as the method of calculating one of the individual quality of the centralized water supply system. The converted table definitions points to the importance, frequency and evaluation of failure detection in accordance with water supply system. The calculation of a single indicator of the quality of "Safety of water supply system ".
Key words: water, singular quality index, calculation methods, safety, failure.
Belov Dmitrij Borisovich, candidate of technical sciences, docent, imsbe-lov@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Masenkov Evgenij Vjacheslavovich, postgraduete, masenkov-evgeny@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
