Автоматизированное проведение анализа видов, последствий и критичности отказов

В.И. Рубинов
адъюнкт кафедры ВВИА им. Н.Е. Жуковского
г.Москва

В.Я. Головин
начальник кафедры ВВИА им. Н.Е. Жуковского
кандидат технических наук, доцент
г.Москва

Анализ видов и последствий отказов (АВПО) [5] – это формализованная контролируемая процедура качественного анализа проекта, технологии изготовления, правил эксплуатации и хранения, системы технического обслуживания и ремонта изделия, заключающаяся в выделении на некотором уровне разукрупнения его структуры возможных (наблюдаемых) отказов разного вида, в прослеживании причинно-следственных связей, обусловливающих их возникновение, и возможных (наблюдаемых) последствий этих отказов на данном и вышестоящих уровнях, а также - в качественной оценке и ранжировании отказов по тяжести их последствий. Процедура АВПО, дополненная оценками показателей критичности анализируемых отказов, представляет собой анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО) и является базовым инструментом анализа логистической поддержки (АЛП) на этапе разработки наукоемкой продукции.

АВПКО включает в себя качественное описание отказов: что, как, почему и с какими последствиями может отказать и определение количественных характеристик отказов и их последствий таких как: критичность отказов, вероятность возникновения отказов и т.д.

АВПКО начинается на ранних стадиях проекта, когда известны только функциональные требования к новому изделию (функциональный АВПКО) и проводится до окончания проектирования изделия (физический АВПКО).

АВПКО проводят с целью обоснования, проверки достаточности, оценки эффективности и контроля за реализацией управляющих решений, направленных на совершенствование конструкции, технологии изготовления, правил эксплуатации, системы технического обслуживания и ремонта объекта и обеспечивающих предупреждение возникновения и/или ослабление тяжести возможных последствий его отказов, достижение требуемых характеристик безопасности, экологичности, эффективности и надежности.

АВПКО является трудно формализуемой процедурой, при которой формируется большой объем данных, таких как наименование и описание отказов, причин, последствий, проявлений, вероятность возникновения и критичность отказа. Например, критичность отказа (С) определяется как произведение 3-х составляющих, выраженных в шкалах от 1 до 10 и характеризующих вероятность возникновения отказа за время эксплуатации (В₁), тяжесть его последствий (В₂) и вероятность обнаружения отказа до поставки изделия потребителю (В₃) [5]:

(1)

Выполнение АВПКО требует от участников этой работы, во-первых, всесторонних знаний об исследуемом объекте, а во-вторых, детального знания соответствующих методов и процедур. Для эффективного проведения АВПКО сложного изделия необходима автоматизация этого процесса на основе современных подходов к созданию информационных систем. Наиболее перспективным является интегрированный подход, объединяющий методологию функционального моделирования процессов в системе (IDEF0) и методологию информационного моделирования и проектирования баз данных (IDEF1x). При этом следует последовательно пройти ряд основных уровней проектирования [2]:

- концептуальный уровень;

- логический уровень;

- физический уровень.

На концептуальном уровне определяются функциональные требования к будущей системе с точек зрения разных специалистов на построение моделей бизнес-процессов и разрабатывается функциональная модель процесса АВПКО. На логическом уровне разрабатываются модели и алгоритмы функционирования компонентов системы и их взаимодействия вне зависимости от будущей физической реализации. Здесь же разрабатываются информационные модели предметной области, схемы баз данных и алгоритмы контроля целостности данных. Физический уровень предполагает воплощение проекта в виде конкретных программно-технических решений.

Далее в статье рассмотрим решение задачи автоматизации проведения АВПКО на концептуальном и логическом уровнях.

Разработку функциональной модели процесса проведения АВПКО выполним с использованием методологии функционального моделирования IDEF0 [3] и соответствующего инструментария. В ходе функционального моделирования должно быть выполнено:

- функциональная декомпозиция предметной области, выделение задач АВПКО и взаимосвязей между ними;

- определение информационных потоков и информационных объектов предметной области.

Функциональная модель представлена совокупностью диаграмм (рис. 1-5). На рисунке 1 показана контекстная диаграмма А-0, представляющая собой общее описание и границы функциональной модели процесса АВПКО и взаимодействие его с внешней средой. На рисунке 2 представлена диаграмма А0 декомпозиции процесса проведения АВПКО.

рис. 1 Контекстная диаграмма проведения АВПКО

рис. 2 Проведение АВПКО

Входная информация на диаграммах А-0 и А0 включает данные:

- о структуре и составе изделия;

- характеристики изделия;

- анализа опыта эксплуатации изделий-аналогов;

- о надежности комплектующих изделий.

Выходная информация– это отчет, содержащий:

- описание объекта с указанием уровня его разукрупнения с которого выполняется анализ;

- описание метода и алгоритма анализа;

- сводные результаты анализа, включающие: перечень и классификацию возможных отказов объекта по видам, причинам и условиям возникновения, последствиям и критичности; перечни критичных элементов;

- заключение о возможности перехода к следующему этапу разработки объекта.

Ограничивающая и предписывающая информация модели – это:

- ГОСТ 27.310-95;

- справочники-классификаторы, содержащие стандартные формулировки для описания наименований видов отказа, проявлений отказов, причин отказов, методов обнаружения отказов, компенсирующих конструктивных мер;

- системы кодирования видов отказов, проявлений отказов;

- система классификации отказов по тяжести их последствий.

Ресурсами модели являются персонал, в состав которого входят:

- конструктор изделия (системы);

- инженер по надежности;

- инженер испытатель;

- эксперт в предметной области.

На диаграмме А1 (рис. 3) представлена декомпозиция блока 1 «Структурирование и кодирование системы». Функциональный блок 1 диаграммы А0 декомпозируется на следующие составные элементы:

- установление минимального уровня разукрупнения;

- идентификация всех элементов минимального уровня разукрупнения;

- присвоение элементам логистических контрольных и альтернативных номеров.

Содержание декомпозиции функционального блока 2 «Определение показателей критичности отказов» диаграммы А0 представлено на диаграмме А2 (рис. 4).

На диаграмме А3 (рис. 5) представлена декомпозиция блока 3 «Формирование списка критичных элементов» диаграммы А0. Функциональный блок «Формирование списка критичных элементов» включает следующие составные части:

- определение показателей критичности отказов для элементов вышестоящих уровней;

- определение критических отказов для всех элементов системы;

- составление перечня критичных элементов.

рис. 3 Структурирование и кодирование системы

рис. 4 Определение показателей критичности отказов

рис. 5 Формирование списка критичных элементов

В ходе информационного моделирования должна быть получена информационная модель на логическом уровне в виде совокупности взаимосвязанных сущностей и их свойств, не зависящая от конкретной системы управления базами данных, а затем физическая модель базы данных в привязке к конкретной системе управления базами данных.

Для создания информационной модели системы используем методологию IDEF1X и поддерживающий ее инструментарий. На рис. 6 показан вариант логической модели базы данных, включающей в себя 9 основных сущностей предметной области АВПКО. Это «Система», «Уровень разукрупнения», «Элемент системы», «Вид отказа», «Элемент_Вид отказа», «Вид последствий», «Отказ_элемента-Последствие», «Категория тяжести последствия отказа» и «Последствие-Категория_тяжести». Для примера в таблицах 1 и 2 приведено описание двух сущностей.

Сущность «Система» предназначена для учета систем, входящих в структуру изделия АТ. В таблице 1 приведено описание атрибутов сущности «Система». Сущность «Элемент системы» предназначена для учета элементов системы. В таблице 2 приведено описание атрибутов сущности «Элемент системы».

Далее следует выполнить реализацию алгоритмов обработки данных в рамках рассмотренной информационной модели, а также разработать пользовательский интерфейс.

Программно-техническое решение, полученное в соответствии с описанным выше подходом, позволит повысить эффективность проведения АВПКО и снизить затраты на его проведение.

рис. 6 Информационная модель АВПКО

Таблица 1

Описание атрибутов сущности «Система»

Атрибуты	Описание
Код системы	Уникальный код системы по классификатору.
Название	Название системы.

Таблица 2

Описание атрибутов сущности «Элемент системы»

Атрибуты	Описание
Номенклатурный номер	Уникальный код элемента системы по классификатору
Код системы	Уникальный код системы по классификатору. Внешний ключ
Код уровня	Уникальный код уровня разукрупнения системы по классификатору
Название	Название элемента системы
Шифр	Аббревиатура обозначения элемента системы в соответствии с классификатором
Логистический контрольный номер	Специальное кодовое обозначение элемента системы
Альтернативный логистический номер	Дополнительный код элемента системы

Литература

1. Бакаев В.В., Судов Е.В., Гомозов В.А. Информационное обеспечение, поддержка и сопровождение жизненного цикла изделия. М.: Машиностроение – 1, 2005,624с.

2. Головин В.Я., Шаламов А. С., Миронычев В.Н., Митрофанов Ю.В., Гриценко А.Е., Ямпольский С.М. Управление организационно-техническими системами. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 2006, 580с.

3. Маклаков С.В. Создание информационных систем с AllFusion Modeling Suite. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2005, 432с.

4. Судов Е.В., Левин А.И., Петров А.В., Чубарова Е.В. Технологии интегрированной логистической поддержки изделий машиностроения. М.: «Инфорбюро», 2006, 232с.

5. ГОСТ 27.310-95 «Анализ видов, последствий и критичности отказов».