El análisis de modos de falla, efectos y criticidad ( FMECA ) es una extensión del análisis de modos de falla y efectos (FMEA).
El FMEA es un método analítico inductivo de abajo hacia arriba que se puede realizar a nivel funcional o de pieza. El FMECA amplía el FMEA al incluir un análisis de criticidad , que se utiliza para representar gráficamente la probabilidad de los modos de falla en función de la gravedad de sus consecuencias. El resultado destaca los modos de falla con una probabilidad y gravedad de consecuencias relativamente altas, lo que permite dirigir los esfuerzos correctivos hacia donde produzcan el mayor valor. El FMECA tiende a preferirse al FMEA en aplicaciones militares de la OTAN y del espacio , mientras que en otras industrias predominan diversas formas de FMEA.
El FMECA fue desarrollado originalmente en la década de 1940 por el ejército de los 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 los EE. UU. usaban variaciones de FMECA bajo una variedad de nombres. [2] [3] En 1966, la NASA lanzó su procedimiento FMECA para su uso en el programa Apolo . [4] Posteriormente, el FMECA se utilizó 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 los desarrollos del programa espacial, el uso de FMEA y FMECA ya se estaba extendiendo a la aviación civil. En 1967, la Sociedad de Ingenieros Automotrices publicó la primera publicación civil para abordar el FMECA. [7] La industria de la aviación civil ahora tiende a utilizar 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 utilizando FMECA para helicópteros civiles .
Ford Motor Company comenzó a utilizar el FMEA en la década de 1970 después de los problemas que experimentó con su modelo Pinto , y en la década de 1980 el FMEA estaba ganando un uso amplio en la industria automotriz. En Europa, la Comisión Electrotécnica Internacional publicó la norma IEC 812 (ahora IEC 60812) en 1985, que aborda tanto el FMEA como el FMECA para uso general. [8] El Instituto Británico de Normas publicó la norma BS 5760-5 en 1991 con el mismo propósito. [9]
En 1980, la norma MIL–STD–1629A reemplazó tanto a la norma MIL–STD–1629 como a la norma aeronáutica FMECA de 1977 MIL–STD–2070. [10] La norma MIL–STD–1629A se canceló sin reemplazo en 1998, pero aun así sigue siendo ampliamente utilizada para aplicaciones militares y espaciales en la actualidad. [11]
Se encuentran ligeras diferencias entre las distintas normas FMECA. Según RAC CRTA–FMECA, el procedimiento de análisis FMECA consta normalmente de los siguientes pasos lógicos:
El análisis FMECA puede realizarse a nivel funcional o de partes. El análisis FMECA funcional considera los efectos de una falla a nivel de bloque funcional, como una fuente de alimentación o un amplificador. El análisis FMECA de partes considera los efectos de fallas de componentes individuales, como resistencias, transistores, microcircuitos o válvulas. Un análisis FMECA de partes requiere mucho más esfuerzo, pero ofrece el beneficio de mejores estimaciones de probabilidades de ocurrencia. Sin embargo, los análisis FMEA funcionales pueden realizarse mucho antes, pueden ayudar a estructurar mejor la evaluación completa de riesgos y brindar 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 fallas de piezas de respaldo.
En este paso, se define el sistema principal que se va a analizar y se divide en una jerarquía de elementos, como sistemas, subsistemas o equipos, unidades o subconjuntos y piezas. Se crean descripciones funcionales para los sistemas y se asignan a los subsistemas, abarcando todos los modos operativos y fases de la misión.
Antes de realizar un análisis detallado, se suelen definir y acordar unas reglas básicas y unas hipótesis, que pueden incluir, por ejemplo:
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 la jerarquía del sistema, identificar rutas e interfaces críticas e identificar los efectos de nivel superior de fallas de nivel inferior.
Para cada pieza o función que abarca el análisis, se desarrolla una lista completa de modos de falla. Para el análisis FMECA funcional, los modos de falla típicos incluyen:
Para el análisis de fallas de componentes, los datos de modo de falla se pueden obtener 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:
Cada función o pieza se enumera en forma de matriz con una fila para cada modo de falla. Debido a que el análisis FMECA generalmente involucra conjuntos de datos muy grandes, se debe asignar un identificador único a cada elemento (función o pieza) y a cada modo de falla de cada elemento.
Los efectos de falla se determinan y se 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, superior y final (sistema). Los efectos a nivel de sistema pueden incluir:
Las categorías de efectos de falla utilizadas en varios niveles jerárquicos son adaptadas por el analista utilizando su criterio de ingeniería.
Se asigna una clasificación de gravedad para cada modo de falla de cada elemento único y se ingresa en la matriz FMECA, según las consecuencias a nivel de sistema. Se utiliza un pequeño conjunto de clasificaciones, que generalmente tienen entre 3 y 10 niveles de gravedad. Por ejemplo, cuando se prepara utilizando MIL–STD–1629A, la clasificación de gravedad de falla o accidente normalmente sigue MIL–STD–882. [14]
Las categorías de severidad actuales de FMECA para las aplicaciones espaciales de la Administración Federal de Aviación de los EE. UU. (FAA), la NASA y la Agencia Espacial Europea se derivan de MIL–STD–882. [15] [16] [17]
Para cada componente y modo de falla, se analiza la capacidad del sistema para detectar y reportar la falla en cuestión. Se ingresará uno de los siguientes datos en cada fila de la matriz FMECA:
La evaluación de la criticidad del modo de falla puede ser cualitativa o cuantitativa. En el caso de la evaluación cualitativa, se asigna un código o número de probabilidad de accidente y se ingresa en la matriz. Por ejemplo, la norma MIL-STD-882 utiliza cinco niveles de probabilidad:
El modo de falla puede entonces representarse gráficamente en una matriz de criticidad utilizando el código de severidad como un eje y el código de nivel de probabilidad como el otro. Para la evaluación cuantitativa, se calcula el número de criticidad modal para cada modo de falla de cada elemento, y se calcula el número de criticidad del elemento para cada elemento. Los números de criticidad se calculan utilizando los siguientes valores:
Los números de criticidad se calculan como y . La tasa de falla básica generalmente se introduce en el FMECA a partir de una predicción de tasa de falla basada en MIL–HDBK–217, PRISM, RIAC 217Plus o un modelo similar. La relación de modo de falla se puede tomar de una fuente de base de datos como RAC FMD–97. Para el FMECA de nivel funcional, puede requerirse un juicio de ingeniería para asignar la relación de modo de falla. El número de probabilidad condicional representa la probabilidad condicional de que el efecto de la falla resulte en la clasificación de gravedad 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 representar gráficamente una matriz de criticidad utilizando o en un eje y el código de gravedad en el otro.
Una vez que se completa la evaluación de criticidad para cada modo de falla de cada elemento, la matriz FMECA se puede ordenar por gravedad y nivel de probabilidad cualitativo o número de criticidad cuantitativa. Esto permite que el análisis identifique elementos críticos y modos de falla críticos para los cuales se desea implementar una mitigación de diseño.
Después de realizar el análisis FMECA, se hacen recomendaciones para diseñar con el fin de reducir las consecuencias de fallas críticas. Esto puede incluir la selección de componentes con mayor confiabilidad, la reducción del nivel de estrés en el que opera un elemento crítico o la adición de redundancia o monitoreo al sistema.
El FMECA suele incorporarse tanto al análisis de mantenibilidad como al análisis de soporte logístico , que requieren datos del FMECA. El FMECA es la herramienta más popular para el análisis de fallas y criticidad de los sistemas para mejorar el rendimiento. En la era actual de la Industria 4.0 , las industrias están implementando una estrategia de mantenimiento predictivo para sus sistemas mecánicos. El FMECA se usa ampliamente para la identificación y priorización del modo de falla de los sistemas mecánicos y sus subsistemas para el mantenimiento predictivo . [18]
Un informe FMECA consta de una descripción del sistema, reglas básicas y suposiciones, conclusiones y recomendaciones, acciones correctivas que se deben seguir y la matriz FMECA adjunta que puede estar en formato de hoja de cálculo, hoja de trabajo o base de datos.
Tanto la RAC CRTA–FMECA como la 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 severidad (S) x ocurrencia (O). Con cada uno en una escala de 1 a 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, este sería 1 y el RPN disminuiría a 100. Por lo tanto, el análisis de criticidad permite enfocarse en los riesgos más altos.
Las fortalezas del FMECA incluyen su exhaustividad, el establecimiento sistemático de relaciones entre las causas y los efectos de las fallas y su capacidad para señalar modos de falla individuales para tomar medidas correctivas en el diseño.
Las debilidades incluyen la extensa mano de obra requerida, la gran cantidad de casos triviales considerados y la incapacidad de lidiar con escenarios de fallas múltiples o efectos no planificados entre sistemas, como circuitos furtivos .
Según un informe de investigación de la FAA sobre el transporte espacial comercial,
