Fehlermöglichkeits-, Einfluss- und Kritikalitätsanalyse

Es gibt leichte Unterschiede zwischen den verschiedenen FMECA-Normen. Nach RAC CRTA-FMECA besteht das FMECA-Analyseverfahren typischerweise aus den folgenden logischen Schritten:

• Definieren Sie das System
• Definieren Sie Grundregeln und Annahmen, um den Entwurf voranzutreiben
• Konstruieren Sie Systemblockdiagramme
• Identifizieren Sie Fehlermodi (Stück-Teil- oder Funktionsebene)
• Analysieren der Fehlerauswirkungen/-ursachen
• Einbringen der Ergebnisse in den Entwurfsprozess
• Klassifizieren der Fehlerauswirkungen nach Schweregrad
• Durchführen von Kritikalitätsberechnungen
• Bestimmen der Kritikalität der Fehlermodi
• Bestimmen der kritischen Elemente
• Einbringen der Ergebnisse in den Entwurfsprozess
• Identifizieren der Mittel zur Fehlererkennung, Isolierung und Kompensation
• Durchführen einer Wartbarkeitsanalyse
• Dokumentieren der Analyse, Zusammenfassen nicht korrigierbarer Designbereiche, Identifizieren spezieller Kontrollen, die zur Verringerung des Fehlerrisikos notwendig sind
• Empfehlungen aussprechen
• Nachverfolgung der Implementierung/Effektivität von Korrekturmaßnahmen

FMECA kann auf funktionaler oder Teilebene durchgeführt werden. Die funktionale FMECA betrachtet die Auswirkungen eines Fehlers auf der Ebene des Funktionsblocks, z. B. einer Stromversorgung oder eines Verstärkers. Bei der stückbezogenen FMECA werden die Auswirkungen von Ausfällen einzelner Komponenten wie Widerständen, Transistoren, Mikroschaltungen oder Ventilen berücksichtigt. Eine stückweise FMECA erfordert weitaus mehr Aufwand, bietet aber den Vorteil besserer Schätzungen der Eintrittswahrscheinlichkeiten. Funktionale FMEAs können jedoch viel früher durchgeführt werden, sie können helfen, die vollständige Risikobewertung besser zu strukturieren, und sie bieten eine andere Art von Einblick in Optionen zur Risikominderung. Die Analysen sind komplementär.

Die Kritikalitätsanalyse kann quantitativ oder qualitativ sein, abhängig von der Verfügbarkeit von unterstützenden Teilausfalldaten.

SystemdefinitionBearbeiten

In diesem Schritt wird das zu analysierende Hauptsystem definiert und in eine eingerückte Hierarchie wie Systeme, Subsysteme oder Ausrüstung, Einheiten oder Unterbaugruppen und Einzelteile unterteilt. Für die Systeme werden Funktionsbeschreibungen erstellt und den Teilsystemen zugeordnet, wobei alle Betriebsarten und Einsatzphasen abgedeckt werden.

Grundregeln und AnnahmenBearbeiten

Bevor eine detaillierte Analyse stattfindet, werden in der Regel Grundregeln und Annahmen definiert und vereinbart. Dazu gehören zum Beispiel:

• Standardisiertes Missionsprofil mit bestimmten Missionsphasen von fester Dauer
• Quellen für Fehlerraten- und Fehlermodusdaten
• Fehlererkennungsabdeckung, die der systemintegrierte Test realisieren soll
• Ob die Analyse funktional oder stückweise erfolgen soll
• Zu berücksichtigende Kriterien (Missionsabbruch, Sicherheit, Wartung usw.)
• System zur eindeutigen Identifizierung von Teilen oder Funktionen
• Definitionen von Schweregradkategorien

BlockdiagrammeBearbeiten

Nachfolgend werden die Systeme und Subsysteme in Funktionsblockdiagrammen dargestellt. Meist werden gleichzeitig Zuverlässigkeits-Blockdiagramme oder Fehlerbäume erstellt. Diese Diagramme werden verwendet, um den Informationsfluss auf den verschiedenen Ebenen der Systemhierarchie nachzuvollziehen, kritische Pfade und Schnittstellen zu identifizieren und die Auswirkungen von Fehlern auf höherer Ebene zu ermitteln.

Identifizierung von FehlermodiBearbeiten

Für jedes Teil oder jede Funktion, die von der Analyse abgedeckt wird, wird eine vollständige Liste von Fehlermodi erstellt. Für die funktionale FMECA gehören zu den typischen Fehlermodi:

• Unpünktlicher Betrieb
• Ausfall des Betriebs bei Bedarf
• Ausfall der Leistung
• Intermittierende Leistung
• Fehlerhafte Leistung (unter der aktuellen Bedingung)
• Ungültige Leistung (für jede Bedingung)

Für FMECA mit Einzelteilen, können Ausfallmodusdaten aus Datenbanken wie RAC FMD-91 oder RAC FMD-97 bezogen werden. Diese Datenbanken liefern nicht nur die Ausfallarten, sondern auch die Ausfallraten. Zum Beispiel:

Jede Funktion oder jedes Teil wird dann in Matrixform mit einer Zeile für jeden Fehlermodus aufgeführt. Da es sich bei der FMECA in der Regel um sehr große Datensätze handelt, muss jedem Element (Funktion oder Teil) und jedem Fehlermodus jedes Elements eine eindeutige Kennung zugewiesen werden.

FehlereffektanalyseBearbeiten

Fehlereffekte werden für jede Zeile der FMECA-Matrix unter Berücksichtigung der in den Grundregeln festgelegten Kriterien ermittelt und eingetragen. Die Auswirkungen werden getrennt für die lokale, die nächsthöhere und die End-(System-)Ebene beschrieben. Zu den Auswirkungen auf Systemebene können gehören:

• Systemausfall
• Beeinträchtigter Betrieb
• Ausfall des Systemzustands
• Keine unmittelbare Auswirkung

Die auf den verschiedenen Hierarchieebenen verwendeten Kategorien für die Auswirkungen von Fehlern werden vom Analysten nach ingenieurmäßigem Ermessen festgelegt.

SchweregradklassifizierungBearbeiten

Die Schweregradklassifizierung wird für jeden Fehlermodus jedes einzelnen Elements zugewiesen und in die FMECA-Matrix eingetragen, basierend auf den Folgen auf Systemebene. Es wird ein kleiner Satz von Klassifizierungen verwendet, der normalerweise 3 bis 10 Schweregrade umfasst. Bei der Erstellung von MIL-STD-1629A folgt die Klassifizierung des Schweregrads eines Fehlers oder eines Missgeschicks normalerweise der MIL-STD-882.

Die aktuellen FMECA-Schweregradkategorien für Raumfahrtanwendungen der U.S. Federal Aviation Administration (FAA), der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation leiten sich von MIL-STD-882 ab.

FehlererkennungsmethodenBearbeiten

Für jede Komponente und jeden Fehlermodus wird die Fähigkeit des Systems analysiert, den betreffenden Fehler zu erkennen und zu melden. In jeder Zeile der FMECA-Matrix wird einer der folgenden Werte eingetragen:

• Normal: Das System zeigt der Besatzung einen sicheren Zustand korrekt an
• Anormal: Das System zeigt eine Fehlfunktion korrekt an, die Maßnahmen der Besatzung erfordert
• Falsch: Das System zeigt fälschlicherweise einen sicheren Zustand im Falle einer Fehlfunktion an oder warnt die Besatzung vor einer Fehlfunktion, die nicht existiert (Fehlalarm)

KritikalitätseinstufungBearbeiten

Die Bewertung der Kritikalität im Fehlermodus kann qualitativ oder quantitativ sein. Bei der qualitativen Bewertung wird ein Fehlerwahrscheinlichkeitscode oder eine Fehlernummer zugewiesen und in die Matrix eingetragen. MIL-STD-882 verwendet zum Beispiel fünf Wahrscheinlichkeitsstufen:

Der Fehlermodus kann dann in einer Kritikalitätsmatrix dargestellt werden, wobei der Schweregradcode als eine Achse und der Wahrscheinlichkeitsgradcode als die andere Achse verwendet wird.Zur quantitativen Bewertung wird die modale Kritikalitätszahl C m {\displaystyle C_{m}} für jeden Ausfallmodus jedes Artikels und die Artikelkritikalitätszahl C r {\displaystyle C_{r}} für jeden Artikel berechnet. Die Kritikalitätszahlen werden unter Verwendung der folgenden Werte berechnet:

Liste der kritischen Elemente/FehlermodiBearbeiten

Nach Abschluss der Kritikalitätsbewertung für jeden Fehlermodus jedes Elements kann die FMECA-Matrix nach Schweregrad und qualitativer Wahrscheinlichkeitsstufe oder quantitativer Kritikalitätszahl sortiert werden. Dies ermöglicht es der Analyse, kritische Elemente und kritische Fehlermodi zu identifizieren, für die eine konstruktive Abschwächung erwünscht ist.

EmpfehlungenBearbeiten

Nach der Durchführung der FMECA werden Empfehlungen für die Konstruktion ausgesprochen, um die Folgen kritischer Fehler zu verringern. Dies kann die Auswahl von Komponenten mit höherer Zuverlässigkeit, die Verringerung des Belastungsniveaus, bei dem ein kritisches Element arbeitet, oder das Hinzufügen von Redundanz oder Überwachung zum System beinhalten.

WartungsfähigkeitsanalyseBearbeiten

FMECA fließt normalerweise sowohl in die Wartungsfähigkeitsanalyse als auch in die Analyse der logistischen Unterstützung ein, die beide Daten aus der FMECA benötigen. FMECA ist das beliebteste Werkzeug für die Fehler- und Kritikalitätsanalyse von Systemen zur Leistungsverbesserung. In der heutigen Ära von Industrie 4.0 führen die Industrien eine vorausschauende Wartungsstrategie für ihre mechanischen Systeme ein. Die FMECA wird häufig für die Identifizierung von Fehlermodi und die Priorisierung mechanischer Systeme und ihrer Subsysteme für die vorausschauende Wartung verwendet.

FMECA-BerichtBearbeiten

Ein FMECA-Bericht besteht aus einer Systembeschreibung, Grundregeln und Annahmen, Schlussfolgerungen und Empfehlungen, zu verfolgenden Korrekturmaßnahmen und der beigefügten FMECA-Matrix, die in Tabellen-, Arbeitsblatt- oder Datenbankform vorliegen kann.