FMEA

Failure mode effect analysis (FMEA) / Failure mode, effects, and criticality analysis (FMECA)

Według “Risk Assessment: Theory, Methods, and Applications” [5] FMEA była jedną z pierwszych metod analizy awarii w systemach technicznych. Technika ta została opracowana pod koniec lat 40. XX w. przez analityków zajmujących się niezawodnością systemów, w celu wykorzystania metody do identyfikacji problemów w systemach wojskowych. Tradycyjne podejście do FMEA zakłada ocenę każdego komponentu systemu technicznego, w celu identyfikacji i opisania możliwych stanów błędnych sytemu (ang. „failure modes”), typów usterek, awarii, przyczyn błędów, awarii oraz ich skutków. Jeżeli w trakcie oceny dodatkowo opisane, ocenione zostaną również takie parametry jak powaga danej awarii (stanu błędnego), wówczas taka metoda nazywana jest już FMECA (ang. failure modes, effects, and criticality analysis). Granica między FMEA i FMECA jest dość rozmyta i dlatego nie ma konieczności ścisłego ich rozróżniania.

FMEA to metoda, za pomocą której może być analizowana każda potencjalna awaria w celu określenia jej skutków dla system i w celu klasyfikacji każdego potencjalnego stanu błędnego (“failure mode”), tryb usterki, w zależności od jej powagi [6]. W przypadku FMECA każdy zidentyfikowany tryb awarii jest oceniany i uszeregowany zgodnie z jej ważnością, krytycznością. Ocena krytyczności może bazować na ocenie prawdopodobieństwa, z jakim tryb usterki może spowodować awarię systemu lub na ocenie poziomu ryzyka, priorytetu w rankingu ryzyka [1]. Metoda ma zastosowanie do wszystkich etapów procesu oceny ryzyka: identyfikacja, analiza ryzyka, w tym analiza skutków, jakościowe, „półilościowe” („semi-quantitative”) lub ilościowe szacowanie prawdopodobieństwa, poziomu ryzyka), ocena ryzyka (zgodnie z tabelą A.1 w [1]). Trudność stosowania, złożoność metody jest niska [2].

FMECA obejmuje następujące kroki:
• Opis, zdefiniowanie systemu (cele analizy);
• Identyfikację wszystkich elementów, komponentów systemu;
• Identyfikację możliwych typów, trybów usterek i określenie ich możliwych skutków;
• Ocena każdej z usterek pod kątem najgorszych potencjalnych skutków;
• Identyfikacja metod wykrywania awarii i środków ograniczających ich występowanie;
• Klasyfikacja każdego trybu usterek, typu awarii, według ich krytyczności.
Głównymi zaletami FMECA [1], [5] jest to, że:
• jest szeroko stosowana i łatwa do zrozumienia i interpretacji;
• ma szerokie zastosowanie w ocenie błędów ludzkich, sprzętu i systemu, oprogramowania i procedur;
• nadaje się do oceny w złożonych systemach;
• identyfikuje tryby awarii komponentów, przyczyny i skutki awarii oraz prezentuje je w czytelny sposób;
• jest elastyczna i poziom jej szczegółowości można dostosować do celów analizy;
• istnieje wiele aplikacji komputerowych wspierających realizację metody;
• Może być częścią wczesnego procesu projektowania, pomóc usprawnić proces projektowania, pomóc w wyborze alternatyw projektowych, może dostarczać informacji do planowania testów i konserwacji systemów fizycznych, dostarczyć informacji do analizy FTA.
Główne ograniczenia FMECA [1], [5]:
• Może być używany tylko do identyfikacji pojedynczych awarii, a nie ich kombinacji;
• Może być droga i czasochłonna;
• Może być trudny, żmudna do przeprowadzenia w przypadku złożonych systemów.

Przykład wykorzystania FMEA

Poniżej przedstawiono opis przykładowego zastosowania FMEA, przykładowych skal oceny, na podstawie wewnętrznej procedury oceny ryzyka stosowanej w branży kolejowej.
Ocena według poniżej metody prowadzona jest dla każdego zagrożenia z rejestru zidentyfikowanych zagrożeń.

Ryzyko liczone jako iloczyn wartości:

• częstotliwość (prawdopodobieństwo) wystąpienia zagrożenia
• prawdopodobieństwo wykrycia zagrożenia
• skutki zdarzenia.

Przy ocenie uwzględnia się stan obecny, z istniejącymi zabezpieczeniami. Ocena parametrów wg 10-stopniowej skali (od 1 do 10).

Prawdopodobieństwo wystąpienia zagrożenia (częstość) liczone wg częstości występowania pojedynczego zdarzenia (zdarzenie/poc.km). Przykładowa skala oceny:

• 1  –  1/1.000.000
• 2  –  1/900.00
• …
• 9  –  1/200.000
• 10  –  1/100.000

Prawdopodobieństwo wykrycia zagrożenia liczone wg skali opisowej. Wartość wybierana przez oceniających na podstawie dostępnych informacji, w oparciu o ich doświadczenia i wiedzę. Przykład skali:

• 1 – 2  –  prawdopodobieństwo wykrycia bardzo wysokie.
• 3 – 4  –  prawdopodobieństwo wykrycia  wysokie. Zabezpieczenia umożliwią wykrycie.
• 5 – 6  –  prawdopodobieństwo wykrycia średnie. Zabezpieczenia prawdopodobnie umożliwią wykrycie, ustalenie objawów wskazujących na możliwość wystąpienia
• 7 – 8  –  prawdopodobieństwo wykrycia niskie. Stosowane zabezpieczenia mogą być niewystarczające do wykrycia, zaobserwowania objawów
• 9 -10  –  prawdopodobieństwo wykrycia bardzo niskie (znikome).

Skutki, konsekwencje wystąpienia zdarzenia oceniane wg skali opisowej, w odniesieniu do wartości finansowych. Przykład skali oceny:

• 1  –  Skutki nie wpływają na poziom bezpieczeństwa
• 2 – 3  –  Skutki wystąpienia zagrożenia mogą być niewielkie (np. zakłócenia w prowadzeniu ruchu) lub koszty do 10.000 euro (poziom 2), 20.000 euro (poziom 3)
• 4 – 6  –  Skutki wystąpienia mogą być znaczące, obniżać poziom bezpieczeństwa (np. incydent, ranni) lub generować koszty: do 100.000 euro (poziom 4), do 250.000 euro (poziom 5), do 500.000 euro (poziom 6)
• 7 – 8  –  Skutki wystąpienia mogą być poważne (np. wypadek, ciężko ranni), potencjalne koszty: do 750.000 euro (poziom 7), do 1.000.000 euro (poziom 8).
• 9 – 10  –  Skutki bardzo poważne (np. poważny wypadek, ofiary śmiertelne), potencjalne koszty: do 2.000.000 euro (poziom 9), powyżej 2.000.000 euro (poziom 10).

Wartości ryzyka klasyfikowane są wg zakresów:

• Dopuszczalne (R<=125) – niewielkie prawdopodobieństwo wystąpienia
• Tolerowane (125<R<=180) – należy rozważyć określenie i wdrożenie dodatkowych zabezpieczeń
• Niedopuszczalne (R>180) – krytyczne zagrożenie dla bezpieczeństwa transportu, wymaga podjęcia działań.

Jeżeli chociaż jeden parametr (prawdopodobieństwo wystąpienia, wykrycia lub skutki) uzyska ocenę 9 lub 10, albo skutki mogą zagrażać pracownikom, przewoźnikom, wykonawcom, osobom postronnym, środowisku naturalnemu, wówczas niezależnie od wartości ryzyka należy podjąć działania w celu minimalizacji