Modos de falla, efectos y análisis de diagnóstico ( FMEDA ) es una técnica de análisis sistemático para obtener tasas de falla a nivel de subsistema / producto , modos de falla y capacidad de diagnóstico . La técnica FMEDA considera:
- Todos los componentes de un diseño,
- La funcionalidad de cada componente,
- Los modos de falla de cada componente,
- El efecto del modo de falla de cada componente en la funcionalidad del producto,
- La capacidad de cualquier diagnóstico automático para detectar la falla,
- La fuerza del diseño (reducción de calificación, factores de seguridad) y
- El perfil operativo (factores de estrés ambiental).
Dada una base de datos de componentes calibrada con datos de fallas de campo que son razonablemente precisos [1] , el método puede predecir la tasa de fallas a nivel del producto y los datos del modo de fallas para una aplicación determinada. Se ha demostrado que las predicciones son más precisas [2] que el análisis de devolución de garantía de campo o incluso el análisis de fallas de campo típico dado que estos métodos dependen de informes que normalmente no tienen suficiente información detallada en los registros de fallas. [3]
El resumen de un informe de FMEDA generalmente menciona la Fracción de Fallas Seguras (tasa de fallas que no son peligrosas ni no detectadas sobre la tasa total) y la Cobertura de Diagnóstico (tasa de fallas peligrosas detectadas sobre la tasa de todas las fallas peligrosas). Cada término se define de forma equivalente en ambas normas, IEC 61508 e ISO 13849 .
El nombre fue dado por el Dr. William M. Goble en 1994 a la técnica que había estado en desarrollo desde 1988 por el Dr. Goble y otros ingenieros ahora en exida. [4]
Antepasados
Un análisis de modos y efectos de falla , FMEA, es un análisis cualitativo estructurado de un sistema, subsistema, proceso, diseño o función para identificar posibles modos de falla, sus causas y sus efectos en la operación (del sistema). El concepto y la práctica de realizar un FMEA ha existido de alguna forma desde la década de 1960. La práctica se formalizó por primera vez en la década de 1970 con el desarrollo de MIL-STD-1629 / 1629A de EE. UU. En la práctica temprana, su uso se limitaba a aplicaciones e industrias seleccionadas donde el costo de falla era particularmente alto. Los principales beneficios fueron evaluar cualitativamente la seguridad y confiabilidad de un sistema, determinar modos de falla inaceptables, identificar posibles mejoras de diseño, planificar actividades de mantenimiento y ayudar a comprender el funcionamiento del sistema en presencia de fallas potenciales. El análisis de modos, efectos y criticidad de falla (FMECA) se introdujo para abordar una barrera principal para el uso efectivo de los resultados de FMEA detallados mediante la adición de una métrica de criticidad. Esto permitió a los usuarios del análisis enfocarse rápidamente en los modos / efectos de falla más importantes en términos de riesgo. Esto permitió la priorización para impulsar mejoras basadas en comparaciones de costo / beneficio.
Desarrollo
La técnica FMEDA fue desarrollada a fines de la década de 1980 por ingenieros de exida basándose en parte en un artículo del Simposio RAMS de 1984 . [5] El FMEDA inicial agregó dos piezas adicionales de información al proceso de análisis de FMEA. La primera pieza de información agregada en un FMEDA son los datos cuantitativos de fallas (tasas de fallas y la distribución de los modos de falla) para todos los componentes que se analizan. La segunda pieza de información agregada a un FMEDA es la probabilidad de que el sistema o subsistema detecte fallas internas a través de diagnósticos automáticos en línea. Esto es crucial para lograr y mantener la confiabilidad en sistemas cada vez más complejos y para sistemas que pueden no estar ejerciendo completamente todas las funciones en circunstancias normales, como un sistema de parada de emergencia de baja demanda, sistema ESD. Existe una clara necesidad de medir la capacidad de diagnóstico automático. Esto fue reconocido a finales de la década de 1980 [6]. En ese contexto, los principios y métodos básicos para la FMEDA moderna se documentaron por primera vez en el libro Evaluating Control System Reliability . [7] El término real FMEDA se utilizó por primera vez en 1994 [8] y, tras un mayor perfeccionamiento, los métodos se publicaron a finales de la década de 1990. [9] [10] [11] El método se explicó a los miembros del comité IEC 61508 a finales de los 90 y se incluyó en la norma como un método para determinar la tasa de falla, el modo de falla y la cobertura de diagnóstico de los productos. Las técnicas de FMEDA se han perfeccionado aún más durante la década de 2000, principalmente durante el trabajo de preparación de IEC 61508. Los cambios clave han sido: 1. Uso de modos de falla funcional; 2. Uso de componentes mecánicos; 3. Predicción de la efectividad de la prueba de prueba manual; y 4. Predicción de la vida útil del producto. Con estos cambios, la técnica FMEDA ha madurado para volverse más completa y útil.
Análisis del modo de falla funcional
También a principios de la década de 2000, John C. Grebe agregó el análisis del modo de falla funcional al proceso FMEDA. En los primeros trabajos de FMEDA, los modos de falla de los componentes se asignaron directamente a las categorías "seguras" o "peligrosas" según IEC 61508. Esto fue relativamente fácil ya que todo lo que no era "peligroso" era "seguro". Con múltiples categorías de modos de falla ahora existentes, la asignación directa se volvió más difícil. Además, quedó claro que la asignación de categoría podría cambiar si un producto se usara en diferentes aplicaciones. Con la asignación de categoría de modo de falla directa durante la FMEDA, se requirió una nueva FMEDA para cada nueva aplicación o cada variación en el uso. Bajo el enfoque del modo de falla funcional, los modos de falla funcional reales del producto se identifican durante un FMEA. Durante el FMEDA detallado, cada modo de falla de componente se asigna a un modo de falla funcional. Luego, los modos de falla funcional se clasifican según el modo de falla del producto en una aplicación particular. Esto elimina la necesidad de un trabajo más detallado cuando se considera una nueva aplicación.
Técnicas mecánicas FMEDA
A principios de la década de 2000, quedó claro que muchos productos que se utilizaban en aplicaciones críticas para la seguridad tenían componentes mecánicos. Una FMEDA realizada sin considerar estos componentes mecánicos fue incompleta, engañosa y potencialmente peligrosa. El problema fundamental en el uso de la técnica FMEDA fue la falta de una base de datos de componentes mecánicos que incluyera tasas de fallas de piezas y distribuciones de modos de falla. Utilizando una serie de fuentes de referencia publicadas, exida comenzó a desarrollar una base de datos de componentes mecánicos en 2003. [12] Después de algunos años de investigación y perfeccionamiento, [13] se publicó la base de datos. [14] Esto ha permitido que la FMEDA se utilice en una combinación de componentes eléctricos / mecánicos y componentes puramente mecánicos.
Efectividad de la prueba de prueba manual
El FMEDA puede predecir la efectividad de cualquier prueba de prueba manual definida de la misma manera que puede predecir la cobertura de diagnóstico automático. Se agrega una columna adicional al FMEDA y se estima la probabilidad de detección para cada modo de falla de componente. La eficacia acumulada de la prueba de verificación se calcula de la misma forma que la cobertura de diagnóstico automático.
Vida útil del producto
A medida que se revisa cada componente de un producto, se identifican aquellos con una vida útil relativamente corta. Un ejemplo de esto es un condensador electrolítico. Muchos diseños tienen una vida útil limitada de 10 años. Dado que las tasas de fallas constantes solo son válidas durante el período de vida útil, esta métrica es valiosa para interpretar las limitaciones de los resultados de FMEDA.
El futuro
Se necesita un mayor refinamiento de la base de datos de componentes con calibración selectiva para diferentes perfiles de operación. Además, las comparaciones de los resultados de FMEDA con los estudios de fallas de campo, han demostrado que los factores humanos , especialmente los procedimientos de mantenimiento, afectan las tasas de falla y los modos de falla de los productos.
A medida que haya más datos disponibles, la base de datos de componentes se podrá refinar y actualizar. Después de algunos años de investigación y perfeccionamiento, [15] la base de datos se ha publicado [16] según lo requieran las nuevas tecnologías y los nuevos conocimientos. El éxito de la técnica FMEDA es que el suministro de los datos necesarios de una manera relativamente precisa ha permitido que el enfoque probabilístico y de rendimiento del diseño funcione.
Ver también
Referencias
- ^ Manual de confiabilidad de componentes eléctricos y mecánicos . exida. 2006.
- ^ Goble, William M .; Iwan van Beurden (2014). Combinando datos de fallas de campo con nuevos márgenes de diseño de instrumentos para predecir las tasas de fallas para la Verificación SIS . Actas del Simposio Internacional 2014 - MÁS ALLÁ DEL CUMPLIMIENTO REGLAMENTARIO, HACIENDO LA SEGURIDAD SEGUNDA NATURALEZA, Hilton College Station-Conference Center, College Station, Texas.
- ^ WM Goble, "Datos de fallas de campo: lo bueno, lo malo y lo feo", exida, Sellersville, PA [1]
- ^ https://www.exida.com/Company/Team/goble_dr._william_cfse_-_usa
- ^ Collett, RE y Bachant, PW, "Integración de la eficacia de BIT con FMECA", Actas de 1984 del Simposio anual de confiabilidad y mantenibilidad, NY: Nueva York, IEEE , 1984.
- ^ HA Amer y EJ McCluskey, "Cobertura ponderada en sistemas tolerantes a fallas", Actas de 1987 del Simposio anual de confiabilidad y mantenimiento, NY: NY, IEEE , 1987.
- ^ Goble, William M. (1992). Evaluación de la confiabilidad, técnicas y aplicaciones de los sistemas de control . ISA .
- ^ Análisis FMEDA de MDL (Módulo Discreto Crítico) - QUADLOG . Compañía de productos de Moore. 1994.
- ^ Goble, WM (1998). El uso y desarrollo de la confiabilidad cuantitativa y el análisis de seguridad en el diseño de nuevos productos . University Press, Universidad Tecnológica de Eindhoven, Países Bajos.
- ^ Goble, WM (1998). Evaluación de la seguridad y confiabilidad de los sistemas de control . 2. ISA.
- ^ Goble, WM; AC Brombacher (1999). Uso de un análisis de diagnóstico, efectos y modos de falla (FMEDA) para medir la cobertura de diagnóstico en sistemas electrónicos programables . Ingeniería de confiabilidad y seguridad del sistema, vol. 66, N ° 2.
- ^ Goble, William M. (2003). Métricas precisas de fallas para instrumentos mecánicos . Actas de la Conferencia IEC 61508 , Alemania: Augsberg, RWTUV.
- ^ Goble, William M .; JV Bukowski (2007). Desarrollo de una base de datos de fallas de componentes mecánicos . 2007 Actas del Simposio anual de confiabilidad y mantenibilidad NY: NY, IEEE .
- ^ Manual de confiabilidad de componentes eléctricos y mecánicos . exida. 2006.
- ^ Goble, William M .; JV Bukowski (2007). Desarrollo de una base de datos de fallas de componentes mecánicos . 2007 Actas del Simposio anual de confiabilidad y mantenibilidad NY: NY, IEEE .
- ^ Manual de confiabilidad de componentes eléctricos y mecánicos, tercera edición . exida. 2008. ISBN 978-1-934977-04-0.