Анализ видов и последствий отказов как компонент плана ТОиР оборудования

Основной целью плана технического обслуживания оборудования (Equipment Maintenance Plan — EMP) на производственном предприятии является минимизация влияния незапланированных событий на безопасность, окружающую среду и рентабельность бизнеса. Инструментом повышения безотказности, который лучше всего подходит для достижения и поддержания целей EMP, является анализ видов и последствий отказов (Failure Modes and Effects Analysis — FMEA). Оптимальная долгосрочная стоимость владения, как правило, является результатом тщательно реализованного и эффективно проводимого анализа FMEA.

Подготовительные работы

Первый шаг, закладывающий основы совершенствования безотказности на базе FMEA, — определить оборудование кандидата для анализа. Предпочтительным методом для этого является анализ критичности — инструмент, используемый для оценки влияния отказов оборудования на производительность организации, с тем чтобы систематически ранжировать ее активы для расстановки приоритетов работ, классификации материалов, разработки превентивного и предиктивного технического обслуживания и инициатив совершенствования безотказности.

Анализ критичности – это совместная работа, требующая вклада отделов эксплуатации, технического обслуживания, проектирования и снабжения, а также представительства со стороны отделов окружающей среды и техники безопасности. Эта команда определит список оборудования с приоритетами для разработки плана EMP.

Далее убедитесь, что критерии проектирования оборудования (технические условия), существующие задачи технического обслуживания, стратегии эксплуатации и прошлый опыт доступны для ввода в последующий анализ FMEA.

Документация и чертежи оборудования.
Система передачи сообщений об отказах и корректирующих воздействиях (FRACAS).
Данные по отслеживанию событий, связанных с техникой безопасности.
База данных использования активов.
Компьютеризированная система управления ТОиР (CMMS).
Данные отслеживания отклонений безотказности.
База данных технологических процессов.

После определения оборудования-кандидата для анализа и сбора входных данных разработайте положение о проекте FMEA, которое четко определит следующее:

определение целей и задач,
предлагаемые преимущества,
объем и рамки,
члены команды (роли и обязанности),
результаты,
график реализации проекта.

Выполнение анализа FMEA

Анализы FMEA выполняются не в вакууме — их обычно проводит неоднородная команда с различными опытом и взглядами на исследуемое оборудование и процессы. Обязательно включите в команду непосредственных эксплуатантов, операторов и специалистов технического обслуживания, а также владельца процесса в качестве специально привлекаемого члена.

Первый шаг в проведении FMEA — это построение функциональной блок-схемы (Functional Block Diagram — FBD), описывающей взаимодействие компонентов оборудования и их функции. Блок-схема FBD отображает основные компоненты в виде блоков, соединенных линиями, указывающими их взаимосвязи; на основании этой структуры может быть выполнен анализ FMEA. Блоксхема FBD всегда должна быть включена в анализ видов и последствий отказов.

Далее вычислите базовую общую эффективность оборудования (Overall Equipment Effectiveness — OEE) и связанные с ней финансовые последствия для оборудования, которое необходимо усовершенствовать. Три года исторических данных для расчета — это идеально, но в принципе достаточно данных за один год. В положение о проекте вносится базовое (начальное) и целевое значение OEE, а также предлагаемые преимущества. При вычислении OEE учитываются следующие факторы:

OEE = Готовность х Производительность х Качество(OEE = Availability x Performance x Quality);
Готовность = Наработка (время работы, факт) ÷ Плановое время производства (Availability = Operating Time ÷ Planned Production Time);
Производительность = Общее число произведенных единиц ÷ Наработка ÷ Идеальная норма выработки (Performance = Total Pieces ÷ Operating Time ÷ Ideal Run Rate);
Качество = Количество произведенных качественных единиц ÷ Общее количество (Quality = Good Pieces ÷ Total Pieces).

Анализ FMEA. Этап 1. Определение и идентификация

Как только команда проекта определила функции оборудования и оценила базовую безотказность, она может перейти к первому этапу анализа FMEA. Элементы первого этапа анализа определяются с точки зрения функции оборудования и функционального отказа, что подробно описано в блок-схеме FBD, наряду с видами отказа каждого компонента, первопричинами, последствиями отказа и средствами управления текущим состоянием оборудования.

Существует множество типов и различных версий анализа FMEA, но мы будем использовать анализ FMEA для насосной системы (см. табл. 1).

Таблица 1. Пример первого этапа анализа FMEA

Функция оборудования — список функций изучаемого оборудования.
Функциональный отказ — список ситуаций, при которых функции будут считаться утраченными. Большинство функций будут иметь более одного условия потери.
Компонент — группировка частей в некоторый идентифицируемый блок, который будет выполнять по меньшей мере одну важную функцию. Как правило, этот блок идентифицирован в функциональной блок-схеме FBD.
Виды потенциального отказа — способ, которым наблюдается возможный отказ; он обычно описывает, как происходит отказ, или его наблюдаемые характеристики.
Потенциальные последствия отказа — описание того, что случится, если отказ произойдет.
Потенциальные причины отказа — попробуйте определить причину описанного вида отказа.
Средства контроля и управления — что мы сейчас делаем для предотвращения, минимизации или обнаружения указанной ранее причины.
Периодичность контроля и управления текущим процессом — как часто выполняется контроль текущего процесса.

Следующий шаг на первом этапе анализа FMEA — идентификация видов потенциальных отказов и их последствий, основных причин и процессов их обнаружения. Организуйте мозговой штурм для выявления всех возможных видов отказа. Затем привяжите к каждому виду отказа все возможные причины. Задавайте вопросы «почему» до тех пор, пока не выясните первопричину. Проанализируйте все возможные причины отказа и определите воздействия, которые выполняются для устранения причин отказа. Определите также, как в настоящее время выявляются причины отказов, каковы задачи воздействий и их частота для снижения тяжести влияния отказов на производственный процесс.

Этот шаг обычно включает некоторые формы контроля состояния или системы сигнализации для предупреждения оператора на ранних стадиях отказа. Виды потенциальных отказов, первопричины, влияние отказов и возможность их обнаружения могут быть исследованы далее с помощью различных дополнительных инструментов совершенствования безотказности:

«мозговой штурм» — разобрать виды потенциальных отказов, причины и последствия;
анализ пяти вопросов «почему?» — добраться до основных причин отказа;
диаграмма Исикавы («рыбий скелет») — анализ причинноследственных связей;
интеллектуальный (глубинный) анализ данных — количественная оценка последствий отказа.

Анализ FMEA. Этап 2. Количественная оценка, определение приоритетов и минимизация рисков

Чтобы начать второй этап анализа, команда проекта количественно оценивает риск каждого вида отказа в рамках текущего контроля процесса. Риск оценивается с использованием номера приоритета риска (Risk Priority Number — RPN), который является производной следующих факторов: тяжести риска, вероятности его возникновения и возможности выявления. Присвоение номеров RPN позволяет команде проекта FMEA определить приоритетные области, которым необходимо уделять внимание в первую очередь, а также помогает в оценке возможностей совершенствования.

Для каждого идентифицированного вида отказа (см. табл. 2) команда проекта должна ответить на следующие вопросы и присвоить соответствующую оценку:
RPN = SEV x OCC x DET

Тяжесть (Severity — SEV). Если этот вид отказа происходит, то какое воздействие отказ оказывает на охрану окружающей среды и технику безопасности, производственную мощность и затраты? Присвойте оценку от 1 до 10, где 1 означает «отсутствие воздействия», а 10 — «экстремальное/критическое воздействие».
Вероятность возникновения (OCC). Какова вероятность возникновения этого вида отказа? Присвойте оценку от 1 до 10, где 1 означает «очень маловероятно, что произойдет», а 10 — «крайне вероятно, что произойдет».
Вероятность обнаружения (DET). Если этот вид отказа возникает, насколько вероятно, что отказ будет обнаружен? Присвойте оценку от 1 до 10, где 1 означает «очень маловероятно, что будет обнаружен», а 10 — «крайне вероятно, что будет обнаружен».

Таблица 2. Пример второго этапа анализа FMEA

Не существует значения, выше которого для вида отказа обязательно необходимо предпринимать какие-либо воздействия и ниже которого можно не предпринимать никаких действий. Однако начните с 20% верхних значений RPN и установите приоритеты, используя следующие рекомендации:

тяжести последствий (SEV) при оценке рисков придается наибольший вес;
затем рассматривается комбинация тяжести и вероятности возникновения (SEV x OCC).

Следующим шагом второго этапа анализа FMEA является минимизация рисков путем нахождения в процессе коллективного обсуждения способов снижения тяжести последствий, вероятности возникновения или возможностей обнаружения отказа. Привлеките владельца процесса к разработке улучшений, так как это будет иметь неоценимое значение при обсуждении препятствий для их реализации.

Определите задачи снижения рисков и соответствующую периодичность их выполнения для верхних 20% номеров RPN и установите приоритеты реализации этих задач, обеспечивающих максимальную ценность либо путем обнаружения отказа в начале кривой потенциального отказа (PF) (см. рис. 1), либо путем предотвращения отказа в первую очередь с помощью усилий по модернизации оборудования.

Рис. 1. Кривая PF потенциального отказа

Возможные задачи снижения рисков, периодичность, потенциальная ценность могут быть исследованы далее с помощью различных дополнительных инструментов совершенствования безотказности:

коллективное обсуждение («мозговой штурм») — разбор задач по снижению потенциальных рисков;
анализ эффективности затрат — помогает проектной команде выбрать оптимальные решения;
кривые потенциальных отказов — отображают развитие отказа;
матрица ответственности RACI (Responsible, Accountable, Consulted, Informed) — устанавливает соответствие ролей и обязанностей.

Выделенным задачам назначается ответственность за соответствующие функции, включая детальные обязанности и сроки. Новые значения RPN вычисляются на основе расчетной тяжести последствий, вероятности возникновения или факторов возможности обнаружения, и они добавляются в FMEA.

Реализация решений

При плохой реализации даже лучшие решения обречены на провал, так что отнеситесь к этой стадии проекта очень и очень серьезно. Ниже приведены несколько основных шагов, необходимых для эффективной реализации решений:

заручитесь поддержкой владельцев процессов;
достигните соглашения с лицом, которому поручены намеченные мероприятия;
четко определите задачи, включая ответственность и сроки исполнения;
следуйте процессу контроля за изменениями (Management of Change — MOC);
внесите намеченные мероприятия в систему отслеживания вашей организации;
контролируйте эффективность реализации намеченных мероприятий;
обновите данные FME.

Через год после завершения реализации проекта пересчитайте общую эффективность оборудования OEE и оцените результаты, полученные в итоге внедрения плана технического обслуживания оборудования EMP, а затем оперативно сообщите об успехах ключевым заинтересованным сторонам.

Документы плана технического обслуживания оборудования EMP и FMEA являются «живыми» и требуют периодического пересмотра. Всякий раз при возникновении отказа необходимо обновлять анализ FMEA новыми видами отказов и основными причинами. Если вид отказа был идентифицирован ранее, стратегия снижения рисков должна быть пересмотрена. Документы должны также пересматриваться ежегодно в рамках процесса контроля документации вашей организации. Используйте эту мощную стратегию — не позволяйте ей пылиться на полке!

Журнал Prostoev.NET № 3(16) 2018
По материалам зарубежных публикаций