Failure mode, effects, and criticality analysis

Sono presenti lievi differenze tra i vari standard FMECA. Con RAC CRTA-FMECA, la procedura di analisi FMECA consiste tipicamente nei seguenti passi logici:

• Definire il sistema
• Definire le regole di base e i presupposti per aiutare a guidare la progettazione
• Costruire i diagrammi a blocchi del sistema
• Identificare i modi di guasto (a livello di pezzo
• Analizzare gli effetti/cause dei guasti
• Inserire i risultati nel processo di progettazione
• Classificare gli effetti dei guasti in base alla gravità
• Eseguire i calcoli di criticità
• Classificare la criticità dei modi di guasto
• Determinare gli elementi critici
• Inserire i risultati nel processo di progettazione
• Identificare i mezzi di rilevamento dei guasti, isolamento e compensazione
• Eseguire l’analisi di manutenibilità
• Documentare l’analisi, riassumere le aree di progettazione non correggibili, identificare i controlli speciali necessari per ridurre il rischio di fallimento
• Fare raccomandazioni
• Seguire l’implementazione/efficacia delle azioni correttive

FMECA può essere eseguita a livello funzionale o di pezzo. La FMECA funzionale considera gli effetti di un guasto a livello di blocco funzionale, come un’alimentazione o un amplificatore. La FMECA a pezzi considera gli effetti dei guasti dei singoli componenti, come resistenze, transistor, microcircuiti o valvole. Una FMECA a pezzi richiede molto più sforzo, ma fornisce il vantaggio di una migliore stima delle probabilità di accadimento. Tuttavia, le FMEA funzionali possono essere eseguite molto prima, possono aiutare a strutturare meglio la valutazione completa del rischio e fornire altri tipi di informazioni sulle opzioni di mitigazione. Le analisi sono complementari.

L’analisi di criticità può essere quantitativa o qualitativa, a seconda della disponibilità di dati sui guasti delle parti di supporto.

Definizione del sistemaModifica

In questo passo, il sistema principale da analizzare è definito e suddiviso in una gerarchia frastagliata come sistemi, sottosistemi o attrezzature, unità o sottoinsiemi e pezzi. Le descrizioni funzionali sono create per i sistemi e assegnate ai sottosistemi, coprendo tutte le modalità operative e le fasi della missione.

Regole di base e ipotesiModifica

Prima che l’analisi dettagliata abbia luogo, le regole di base e le ipotesi sono solitamente definite e concordate. Questo potrebbe includere, per esempio:

• Profilo di missione standardizzato con specifiche fasi di missione di durata fissa
• Fonti per il tasso di guasto e i dati sulle modalità di guasto
• Copertura di rilevamento dei guasti che il test integrato nel sistema realizzerà
• Se l’analisi sarà funzionale o per parti
• Criteri da considerare (interruzione della missione, sicurezza, manutenzione, ecc.)
• Sistema per identificare univocamente parti o funzioni
• Definizioni delle categorie di gravità

Diagrammi a blocchiModifica

In seguito, i sistemi e sottosistemi sono rappresentati in diagrammi a blocchi funzionali. I diagrammi a blocchi di affidabilità o gli alberi dei guasti sono di solito costruiti allo stesso tempo. Questi diagrammi sono usati per tracciare il flusso di informazioni a diversi livelli della gerarchia del sistema, identificare i percorsi critici e le interfacce, e identificare gli effetti di livello superiore dei guasti di livello inferiore.

Identificazione dei modi di guastoModifica

Per ogni parte o funzione coperta dall’analisi, viene sviluppato un elenco completo dei modi di guasto. Per la FMECA funzionale, i modi di guasto tipici includono:

• Funzionamento intempestivo
• Mancato funzionamento quando richiesto
• Perdita di uscita
• Uscita intermittente
• Uscita errata (data la condizione corrente)
• Uscita non valida (per qualsiasi condizione)

Per la FMECA dei pezzi, i dati sui modi di guasto possono essere ottenuti da database come RAC FMD-91 o RAC FMD-97. Questi database forniscono non solo i modi di guasto, ma anche i rapporti dei modi di guasto. Per esempio:

Ogni funzione o pezzo viene poi elencato in forma di matrice con una riga per ogni modalità di fallimento. Poiché la FMECA di solito coinvolge insiemi di dati molto grandi, un identificatore unico deve essere assegnato ad ogni elemento (funzione o pezzo-pezzo), e ad ogni modo di guasto di ogni elemento.

Analisi degli effetti dei guastiModifica

Gli effetti dei guasti sono determinati e inseriti per ogni riga della matrice FMECA, considerando i criteri identificati nelle regole base. Gli effetti sono descritti separatamente per i livelli locale, superiore e finale (sistema). Gli effetti a livello di sistema possono includere:

• Fallimento del sistema
• Funzionamento degradato
• Fallimento dello stato del sistema
• Nessun effetto immediato

Le categorie di effetti del fallimento usate ai vari livelli gerarchici sono personalizzate dall’analista usando il giudizio ingegneristico.

Classificazione della gravitàModifica

La classificazione della gravità viene assegnata per ogni modalità di guasto di ogni singolo elemento e inserita nella matrice FMECA, basata sulle conseguenze a livello di sistema. Viene utilizzato un piccolo insieme di classificazioni, di solito con 3-10 livelli di gravità. Per esempio, quando si prepara usando MIL-STD-1629A, la classificazione di gravità dei guasti o degli incidenti segue normalmente MIL-STD-882.

Le attuali categorie di gravità FMECA per le applicazioni spaziali della Federal Aviation Administration (FAA) degli Stati Uniti, della NASA e dell’Agenzia Spaziale Europea derivano da MIL-STD-882.

Metodi di rilevamento dei guastiModifica

Per ogni componente e modalità di guasto, viene analizzata la capacità del sistema di rilevare e segnalare il guasto in questione. In ogni riga della matrice FMECA verrà inserito uno dei seguenti valori:

• Normale: il sistema indica correttamente una condizione di sicurezza all’equipaggio
• Anormale: il sistema indica correttamente un malfunzionamento che richiede l’intervento dell’equipaggio
• Non corretto: il sistema indica erroneamente una condizione di sicurezza in caso di malfunzionamento, o avvisa l’equipaggio di un malfunzionamento che non esiste (falso allarme)

Classifica delle criticitàModifica

La valutazione della criticità del modo di guasto può essere qualitativa o quantitativa. Per la valutazione qualitativa, viene assegnato un codice o un numero di probabilità di incidente e inserito nella matrice. Per esempio, MIL-STD-882 usa cinque livelli di probabilità:

La modalità di guasto può quindi essere tracciata su una matrice di criticità usando il codice di gravità come un asse e il codice del livello di probabilità come l’altro.Per la valutazione quantitativa, il numero di criticità modale C m {displaystyle C_{m} è calcolato per ogni modalità di guasto di ogni elemento, e il numero di criticità dell’elemento C r {displaystyle C_{r} è calcolato per ogni elemento. I numeri di criticità sono calcolati utilizzando i seguenti valori:

Elenco degli elementi critici/modalità di guastoModifica

Una volta completata la valutazione di criticità per ogni modalità di guasto di ogni elemento, la matrice FMECA può essere ordinata per gravità e livello di probabilità qualitativa o numero di criticità quantitativa. Questo permette all’analisi di identificare gli elementi critici e le modalità di guasto critiche per le quali è desiderata una mitigazione del progetto.

RaccomandazioniModifica

Dopo aver eseguito la FMECA, vengono fatte raccomandazioni al progetto per ridurre le conseguenze dei guasti critici. Questo può includere la selezione di componenti con maggiore affidabilità, la riduzione del livello di stress a cui opera un elemento critico, o l’aggiunta di ridondanza o monitoraggio al sistema.

Analisi di manutenibilitàModifica

FMECA di solito alimenta sia l’analisi di manutenibilità che l’analisi di supporto logistico, che richiedono entrambe dati dalla FMECA. FMECA è lo strumento più popolare per l’analisi dei guasti e delle criticità dei sistemi per il miglioramento delle prestazioni. Nell’attuale era dell’Industria 4.0, le industrie stanno implementando una strategia di manutenzione predittiva per i loro sistemi meccanici. La FMECA è ampiamente utilizzata per l’identificazione delle modalità di guasto e la prioritizzazione dei sistemi meccanici e dei loro sottosistemi per la manutenzione predittiva.

Rapporto FMECAModifica

Un rapporto FMECA consiste nella descrizione del sistema, regole di base e ipotesi, conclusioni e raccomandazioni, azioni correttive da seguire, e la matrice FMECA allegata che può essere in formato foglio di calcolo, foglio di lavoro o database.