El análisis de efectos y criticidad del modo de falla (FMECA) es una extensión del análisis de efectos y modo de falla (FMEA).
FMEA es un método analítico inductivo de abajo hacia arriba que se puede realizar tanto a nivel funcional como a nivel de pieza. FMECA amplía FMEA al incluir un análisis de criticidad , que se utiliza para trazar la probabilidad de modos de falla frente a la gravedad de sus consecuencias. El resultado resalta los modos de falla con una probabilidad relativamente alta y la severidad de las consecuencias, lo que permite que el esfuerzo de reparación se dirija hacia donde producirá el mayor valor. FMECA tiende a preferirse sobre FMEA en el espacio y las aplicaciones militares de la Organización del Tratado del Atlántico Norte (OTAN) , mientras que varias formas de FMEA predominan en otras industrias.
Historia
FMECA fue desarrollado originalmente en la década de 1940 por el ejército de EE. UU. , Que publicó MIL-P-1629 en 1949. [1] A principios de la década de 1960, los contratistas de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de EE. UU. Usaban variaciones de FMECA bajo una variedad de de nombres. [2] [3] En 1966, la NASA lanzó su procedimiento FMECA para su uso en el programa Apollo . [4] FMECA se utilizó posteriormente en otros programas de la NASA, incluidos Viking , Voyager , Magellan y Galileo . [5] Posiblemente porque MIL-P-1629 fue reemplazado por MIL-STD-1629 (SHIPS) en 1974, el desarrollo de FMECA a veces se atribuye incorrectamente a la NASA. [6] Al mismo tiempo que se desarrollaba el programa espacial, el uso de FMEA y FMECA ya se estaba extendiendo a la aviación civil. En 1967, la Sociedad de Ingenieros Automotrices lanzó la primera publicación civil para abordar FMECA. [7] La industria de la aviación civil ahora tiende a usar una combinación de FMEA y Análisis de árbol de fallas de acuerdo con SAE ARP4761 en lugar de FMECA, aunque algunos fabricantes de helicópteros continúan usando FMECA para helicópteros civiles .
Ford Motor Company comenzó a utilizar FMEA en la década de 1970 después de los problemas experimentados con su modelo Pinto , y en la década de 1980 FMEA estaba ganando un uso amplio en la industria automotriz. En Europa, la Comisión Electrotécnica Internacional publicó IEC 812 (ahora IEC 60812) en 1985, abordando tanto FMEA como FMECA para uso general. [8] El British Standards Institute publicó BS 5760-5 en 1991 con el mismo propósito. [9]
En 1980, MIL-STD-1629A reemplazó tanto a MIL-STD-1629 como al estándar aeronáutico FMECA MIL-STD-2070 de 1977. [10] MIL-STD-1629A se canceló sin reemplazo en 1998, pero, no obstante, sigue siendo de uso generalizado para aplicaciones militares y espaciales en la actualidad. [11]
Metodología
Se encuentran ligeras diferencias entre los distintos estándares FMECA. Por RAC CRTA – FMECA, el procedimiento de análisis de FMECA generalmente consta de los siguientes pasos lógicos:
- Definir el sistema
- Definir reglas básicas y suposiciones para ayudar a impulsar el diseño.
- Construir diagramas de bloques del sistema
- Identificar modos de falla (nivel pieza-pieza o funcional)
- Analizar efectos / causas de fallas
- Retroalimentar los resultados en el proceso de diseño
- Clasifique los efectos de las fallas por gravedad
- Realizar cálculos de criticidad
- Nivel de criticidad del modo de falla
- Determinar elementos críticos
- Retroalimentar los resultados en el proceso de diseño
- Identificar los medios de detección, aislamiento y compensación de fallas.
- Realizar análisis de mantenibilidad
- Documentar el análisis, resumir las áreas de diseño incorregibles, identificar los controles especiales necesarios para reducir el riesgo de fallas
- Hacer recomendaciones
- Seguimiento de la implementación / efectividad de las acciones correctivas
FMECA puede realizarse a nivel funcional o de pieza. El FMECA funcional considera los efectos de una falla a nivel del bloque funcional, como una fuente de alimentación o un amplificador. La FMECA de pieza parcial considera los efectos de fallas de componentes individuales, como resistencias, transistores, microcircuitos o válvulas. Un FMECA parcial requiere mucho más esfuerzo, pero ofrece el beneficio de mejores estimaciones de las probabilidades de ocurrencia. Sin embargo, los FMEA funcionales se pueden realizar mucho antes, pueden ayudar a estructurar mejor la evaluación de riesgos completa y proporcionar otro tipo de información sobre las opciones de mitigación. Los análisis son complementarios.
El análisis de criticidad puede ser cuantitativo o cualitativo, dependiendo de la disponibilidad de datos de respaldo de fallas de piezas.
Definición del sistema
En este paso, el sistema principal que se va a analizar se define y se divide en una jerarquía indentada, como sistemas, subsistemas o equipos, unidades o subconjuntos y piezas-piezas. Se crean descripciones funcionales para los sistemas y se asignan a los subsistemas, cubriendo todos los modos operativos y fases de la misión.
Reglas básicas y suposiciones
Antes de que se lleve a cabo un análisis detallado, generalmente se definen y se acuerdan las reglas básicas y los supuestos. Esto podría incluir, por ejemplo:
- Perfil de misión estandarizado con fases de misión específicas de duración fija
- Fuentes de datos de la tasa de fallas y del modo de fallas
- Cobertura de detección de fallas que la prueba incorporada del sistema realizará
- Si el análisis será funcional o parcial
- Criterios a considerar (aborto de misión, seguridad, mantenimiento, etc.)
- Sistema para identificar piezas o funciones de forma única
- Definiciones de categorías de gravedad
Diagramas de bloques
A continuación, los sistemas y subsistemas se representan en diagramas de bloques funcionales. Los diagramas de bloques de confiabilidad o árboles de fallas generalmente se construyen al mismo tiempo. Estos diagramas se utilizan para rastrear el flujo de información en diferentes niveles de jerarquía del sistema, identificar rutas e interfaces críticas e identificar los efectos de nivel superior de fallas de nivel inferior.
Identificación del modo de falla
Para cada pieza-pieza o cada función cubierta por el análisis, se desarrolla una lista completa de modos de falla. Para FMECA funcional, los modos de falla típicos incluyen:
- Operación intempestiva
- No operar cuando sea necesario
- Pérdida de producción
- Salida intermitente
- Salida errónea (dada la condición actual)
- Salida no válida (para cualquier condición)
Para FMECA por pieza, los datos del modo de falla pueden obtenerse de bases de datos como RAC FMD-91 [12] o RAC FMD-97. [13] Estas bases de datos proporcionan no solo los modos de falla, sino también las proporciones de los modos de falla. Por ejemplo:
Tipo de dispositivo | Modo de fallo | Relación (α) |
---|---|---|
Relé | No se tropieza | .55 |
Viaje espurio | .26 | |
Corto | .19 | |
Resistencia, Composición | Cambio de parámetro | .66 |
Abierto | .31 | |
Corto | .03 |
Luego, cada función o pieza se enumera en forma de matriz con una fila para cada modo de falla. Debido a que FMECA generalmente involucra conjuntos de datos muy grandes, se debe asignar un identificador único a cada artículo (función o pieza-pieza) y a cada modo de falla de cada artículo.
Análisis de efectos de fallas
Los efectos de falla se determinan e ingresan para cada fila de la matriz FMECA, considerando los criterios identificados en las reglas básicas. Los efectos se describen por separado para los niveles local, siguiente superior y final (sistema). Los efectos a nivel del sistema pueden incluir:
- Fallo de sistema
- Operación degradada
- Fallo de estado del sistema
- Sin efecto inmediato
Las categorías de efecto de falla utilizadas en varios niveles jerárquicos son adaptadas por el analista utilizando el juicio de ingeniería.
Clasificación de gravedad
La clasificación de gravedad se asigna para cada modo de falla de cada elemento único y se ingresa en la matriz FMECA, según las consecuencias a nivel del sistema. Se utiliza un pequeño conjunto de clasificaciones, que generalmente tienen de 3 a 10 niveles de gravedad. Por ejemplo, cuando se prepara usando MIL-STD-1629A, la clasificación de severidad de fallas o accidentes normalmente sigue a MIL-STD-882 . [14]
Categoría | Descripción | Criterios |
---|---|---|
I | Catastrófico | Podría resultar en muerte, discapacidad total permanente, pérdida superior a $ 1 millón o daño ambiental grave irreversible que viole la ley o la regulación. |
II | Crítico | Podría resultar en una discapacidad parcial permanente, lesiones o enfermedades ocupacionales que pueden resultar en la hospitalización de al menos tres miembros del personal, una pérdida que exceda los $ 200K pero menos de $ 1M, o daño ambiental reversible que cause una violación de la ley o reglamento. |
III | Marginal | Podría resultar en lesiones o enfermedades ocupacionales que resulten en uno o más días de trabajo perdidos, pérdidas que excedan los $ 10K pero menos de $ 200K, o daños ambientales mitigables sin violación de la ley o regulación donde se pueden realizar actividades de restauración. |
IV | Despreciable | Podría resultar en una lesión o enfermedad que no resulte en una jornada laboral perdida, una pérdida que exceda los $ 2K pero menos de $ 10K, o un daño ambiental mínimo que no infrinja la ley o el reglamento. |
Categorías de gravedad AMDEC actuales para la Administración de Aviación Federal (FAA), la NASA y la Agencia Espacial Europea aplicaciones espaciales se derivan de MIL-STD-882. [15] [16] [17]
Métodos de detección de fallas
Para cada componente y modo de falla, se analiza la capacidad del sistema para detectar e informar la falla en cuestión. Se ingresará uno de los siguientes en cada fila de la matriz FMECA:
- Normal : el sistema indica correctamente una condición segura a la tripulación
- Anormal : el sistema indica correctamente un mal funcionamiento que requiere la intervención de la tripulación
- Incorrecto : el sistema indica erróneamente una condición segura en caso de mal funcionamiento, o alerta a la tripulación de un mal funcionamiento que no existe (falsa alarma)
Ranking de criticidad
La evaluación de la criticidad del modo de falla puede ser cualitativa o cuantitativa. Para la evaluación cualitativa, se asigna un código o número de probabilidad de percance y se ingresa en la matriz. Por ejemplo, MIL-STD-882 utiliza cinco niveles de probabilidad:
Descripción | Nivel | Artículo individual | Flota |
---|---|---|---|
Frecuente | A | Es probable que ocurra con frecuencia durante la vida útil del artículo. | Continuamente experimentado |
Probable | B | Ocurrirá varias veces en la vida de un artículo. | Ocurrirá con frecuencia |
Ocasional | C | Es probable que ocurra en algún momento de la vida de un artículo. | Ocurrirá varias veces |
Remoto | D | Es improbable pero posible que ocurra en la vida de un artículo | Improbable, pero se puede esperar razonablemente que ocurra |
Improbable | mi | Tan improbable que se puede suponer que la ocurrencia no se experimentará | Es poco probable que ocurra, pero es posible |
El modo de falla puede luego graficarse en una matriz de criticidad usando el código de severidad como un eje y el código de nivel de probabilidad como el otro. Para evaluación cuantitativa, número de criticidad modal se calcula para cada modo de falla de cada elemento y el número de criticidad del elemento se calcula para cada artículo. Los números de criticidad se calculan utilizando los siguientes valores:
- Tasa de falla básica
- Relación de modo de falla
- La probabilidad condicional
- Duración de la fase de misión
Los números de criticidad se calculan como y . La tasa de falla básicageneralmente se alimenta al FMECA a partir de una predicción de tasa de falla basada en MIL – HDBK – 217, PRISM, RIAC 217Plus o un modelo similar. La tasa de modo de falla se puede tomar de una fuente de base de datos como RAC FMD-97. Para FMECA de nivel funcional, es posible que se requiera juicio de ingeniería para asignar la relación de modo de falla. El número de probabilidad condicionalrepresenta la probabilidad condicional de que el efecto de falla resulte en la clasificación de severidad identificada, dado que ocurre el modo de falla. Representa el mejor juicio del analista en cuanto a la probabilidad de que ocurra la pérdida. Para el análisis gráfico, se puede trazar una matriz de criticidad utilizando o en un eje y el código de gravedad en el otro.
Lista de elementos críticos / modos de falla
Una vez que se completa la evaluación de criticidad para cada modo de falla de cada ítem, la matriz FMECA puede ser ordenada por severidad y nivel de probabilidad cualitativa o número de criticidad cuantitativa. Esto permite que el análisis identifique elementos críticos y modos de falla críticos para los que se desea mitigar el diseño.
Recomendaciones
Después de realizar FMECA, se hacen recomendaciones de diseño para reducir las consecuencias de fallas críticas. Esto puede incluir seleccionar componentes con mayor confiabilidad, reducir el nivel de estrés al que opera un elemento crítico o agregar redundancia o monitoreo al sistema.
Análisis de mantenibilidad
FMECA generalmente se alimenta tanto del Análisis de Mantenibilidad como del Análisis de Soporte Logístico , que requieren datos de FMECA. FMECA es la herramienta más popular para el análisis de fallas y criticidad de sistemas para mejorar el rendimiento. En la era actual de Industria 4.0 , las industrias están implementando una estrategia de mantenimiento predictivo para sus sistemas mecánicos. El FMECA se utiliza ampliamente para la identificación del modo de falla y la priorización de sistemas mecánicos y sus subsistemas para el mantenimiento predictivo . [18]
Informe FMECA
Un informe FMECA consiste en la descripción del sistema, reglas básicas y suposiciones, conclusiones y recomendaciones, acciones correctivas que se deben rastrear y la matriz FMECA adjunta que puede estar en forma de hoja de cálculo, hoja de trabajo o base de datos.
Cálculo de prioridad de riesgo
RAC CRTA – FMECA y MIL – HDBK – 338 identifican el cálculo del Número de prioridad de riesgo (RPN) como un método alternativo al análisis de criticidad. El RPN es el resultado de una multiplicación de detectabilidad (D) x gravedad (S) x ocurrencia (O). Con cada uno en una escala del 1 al 10, el RPN más alto es 10x10x10 = 1000. Esto significa que esta falla no es detectable por inspección, es muy severa y la ocurrencia es casi segura. Si la ocurrencia es muy escasa, esto sería 1 y el RPN disminuiría a 100. Por lo tanto, el análisis de criticidad permite enfocarse en los riesgos más altos.
Ventajas y desventajas
Las fortalezas de FMECA incluyen su amplitud, el establecimiento sistemático de relaciones entre causas y efectos de fallas, y su capacidad para señalar modos de falla individuales para acciones correctivas en el diseño. Las debilidades incluyen la extensa mano de obra requerida, la gran cantidad de casos triviales considerados y la incapacidad para lidiar con escenarios de fallas múltiples o efectos no planificados entre sistemas, como circuitos furtivos .
Según un informe de investigación de la FAA para el transporte espacial comercial,
- Modos de falla, efectos y análisis de criticidad es una excelente herramienta de análisis de peligros y evaluación de riesgos, pero adolece de otras limitaciones. Esta alternativa no considera fallas combinadas o típicamente incluye consideraciones de interacción humana y de software. También suele proporcionar una estimación optimista de la fiabilidad. Por lo tanto, FMECA debe usarse junto con otras herramientas analíticas al desarrollar estimaciones de confiabilidad. [19]
Ver también
- Modo de Fallos y Análisis de Efectos
- Soporte logístico integrado
- Ingeniería de confiabilidad
- RAMS
- Evaluación de riesgos
- Ingeniería de Seguridad
- Seguridad del sistema
Referencias
- ^ Procedimientos para realizar un análisis de criticidad y efectos de modo de falla . Departamento de Defensa de Estados Unidos . 1949. MIL – P – 1629.
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