RCM Reliability Centred Maintenance = Pålitelighetsstyrt vedlikehold

Presentasjon om: "RCM Reliability Centred Maintenance = Pålitelighetsstyrt vedlikehold"— Utskrift av presentasjonen:

1 RCM Reliability Centred Maintenance = Pålitelighetsstyrt vedlikehold
Jørn Vatn NTNU

2 Hva er RCM? RCM er en metode for
systematisk analyse av systemfunksjoner hvordan disse kan feile, for å kunne: etablere et forebyggende vedlikeholdsprogram som balanserer: sikkerhet tilgjengelighet kostnader RCM prosessen er sporbar: vedlikeholdet er begrunnet RCM er ingen matematisk modell RCM er en metode med stor anerkjennelse, benyttet i flyindustrien siden 60-tallet

3 RCM TOP FMEA c/K System: Compressor train Subsys: Compressor A Tag
Number Function Operat. Mode Failure Co5008 xxxx yyy yyyyy zzzzzz zzzzzzzx xxxxxxxx vvvvvvv xxxxxxxxxx dddddd dddd RCM

4 Viktige trinn i RCM-analysen
Funksjonsfeilanalyse FMEA = Feilmode og effekt analyse Systematisk analyse av hver enkelt komponent sine funksjoner, feilmoder, feilårsaker og feileffekter SKF: Funksjon som har en feilmode som gir sikkerhetskonsekvenser RCM beslutningslogikk Type vedlikehold bestemmes ut fra kritikalitet av feil, samt ”type feilutvikling” Intervallestimering

5 Utfordringer Kompleksitet og omfang av analysen
Modeller for effekt av vedlikehold på Komponentnivå Systemnivå Verdibetraktninger: Sikkerhet Miljø Materielle kostnader Andre direkte og indirekte kostnader

6 Kompleksitet og omfang av analysen
Velg ut et system (om gangen)* Analyse av de viktigste hovedfunksjoner* Tilhørende komponenter analyseres ved FMECA Begrenser ytterligere: kun dominante feilmoder* Forhåndsdefinert logikk Enkel i bruk Begrenset fleksibilitet * = Trinn hvor man begrenser omfanget av analysen

7 Tradisjonell RCM: Hovedfokus på forebyggende vedlikehold (FV)
Korrektivt vedlikehold (KV) vurderes sjeldent Logistikk/reservedelshold tas heller ikke med Resultatet fra risikovurderinger i RCM, kan imidlertid benyttes til å planlegge KV, f eks ”ferdige arbeidsordre”, beredskapsplaner for KV osv.

8 Nødvendig vedlikeholdsforståelse
Kvalitativ forståelse Hvilke typer feil forventer vi? Hva kan vi gjøre for å forhindre disse feilene? Forståelse av vedliekholdsorganisasjonen Kvantitativ forståelse Hvordan er årsaks virkningsforholdet (effekt av vedlikehold)? Kvantiative/statistiske modeller danner grunnlaget for: Optimaliseringsmodeller (Få mest ut av hver krone)

9 Trinn i en RCM analyse Forberedelser
Valg av system, systemavgrensninger Funksjonell feilanalyse (FFA) Utvelgelse av kritiske enheter (MSI) Datainnsamling og analyse Feilmode og effekt analyse (FMEA/FMECA) Bestemmelse av vedliekholdsaktiviteter (RCM-logikk) Intervallestimering Implementering Kontinuerling oppdatering - RCM prosessen

10 Systemhierarki

11 RCM-tilnærming Et system velges om gangen ”Analyse enhet”
Feilmodene relate-res til effekt av feil Feilårsaker kan motvirkes

12 Funksjonsanalyse Mål: Hva skal det benyttes til?
Identifisere et system sine hovedfunksjoner Finne system-feilmodene (hvordan arter tap av funksjon seg?) Finne kritiske feilmoder Hva skal det benyttes til? Finne komponenter som har betydning for de kritiske feilmodene MSI = Maintenance Significant Items Kun disse komponenter analyseres i detalj med RCM-metodikken

13 Funksjonell feilanalyse
Hva er funksjonene til systemet? Hovedfunksjon Hjelpefunksjoner Beskyttelsesfunksjoner (f eks sikkerhet) Informasjonsfunksjoner Hva kan gå galt? Funksjonsfeil, er feilmode knyttet til en overordnet funksjon ( f eks bremsefunksjon på et tog)

14 Eksempel, FFA

15 Eksempel på funksjonsnedbrytning
} MSI = Maintenance Significant Items  FMECA

16 Feilmode og effekt analyse (FMEA)
System: Performed by: Ref. drawing no.: Date: Page: of: Description of unit Failure Effect of failure MTTF Criticality Failure Failure %MTTF Failure Maintenance Failure Recommended mode cause mechanism characteristic action characteristic interval measure MSI Operati onal Fun ction Conse quence “Worst case” mode class probability S E A C S E A C

17 Standardisering Erfaring viser at standardisering av måten RCM gjennomføres på bidrar til: Raskere gjennomføring Mer systematisk og sporbar argumentasjon Å sikre at grunnlagsdata er tilstrekkelig for optimalisering Viktige element i JBV og NSB sine RCM-analyser Et sett med TOPP-hendelser (totalt 10 for sikkerhet og punktlighet) Beskrivelse av barrierer (mot TOPP-hendelsene) Konsekvenser, gitt TOPP-hendelsene er fast Dokumentasjon i FMECA delen av analysen

18 Standard-modell for RCM

19 FMECA eksempel: Rød lyspære
Komponent Rød lyspære, hovedsignal Funksjoner Gi lokfører beskjed om ”STOPP” Gi ”sikringsanlegget” beskjed om at blokka kan stilles Feilmode Lyspære lyser ikke Feilårsaker Utbrent pære, kortslutn. rødlystrafo, ledn.feil, lampeholder Effekt Sikkerhet: Kan gi kollisjon Tog-Tog Punktlighet: Blokka kan ikke retningsstilles, forsinkelser

20 FMECA eksempel: Rød lyspære
Komponent Rød lyspære, hovedsignal Funksjoner Gi lokfører beskjed om ”STOPP” Gi ”sikringsanlegget” beskjed om at blokka kan stilles Feilmode Lyspære lyser ikke Feilårsaker Utbrent pære, kortslutn. rødlystrafo, ledn.feil, lampeholder Effekt Sikkerhet: Kan gi kollisjon Tog-Tog Punktlighet: Blokka kan ikke retningsstilles, forsinkelser

21 Eksempel: Rødlyspære

22 Eksempel: Rødlyspære

23 Bestemmelse av vedlikeholdsaktiviteter
Hvorfor utføre forebyggende vedlikehold (FV)? Forhindre feil Avdekke en feil før den inntreffer (symptomer) Finne “skjulte” feil (f eks sikkerhetssystemer) Typer FV Overhaling/utskifting/smøring/rengjøring Ulike former for tilstandskontroll Funksjonstesting

24 RCM-logikk

25 Rødlyspære – Type FV

26 Matrisepære

27 Brannvarsler (ekskl. batteri)

28 Optimalisering – Hva skal til?
Effektiv feilrate Kostnad for å utføre en FV Kostnad for å utføre en KV Sannsynlighet for at vi får systemsvikt (TOPP) Konsekvens av systemsvikt Sikkerhet (kroneverdi) Punktlighet/tilgjengelighet (kroneverdi) Materielle tap (havari med mer) Vi kan i så fall finne totale kostnader Trenger beregningsverktøy (f eks OptiRCM)

29 Optimalt vedlikeholdsintervall

30 Hvorfor er dette vanskelig?
De fleste kostnadselement er ikke gitt i kroner Tap av sikkerhet Miljøkonsekvenser Tapt produksjon Tapte markedsandeler Tap av tillit Uklar sammenheng mellom sviktrate/nedetid og mengde forebyggende vedlikehold Systemnivå: Gruppering av vedlikeholds-oppgaver, ”oportunity maintenace”, redundans Beregningstekniske vanskeligheter

31 Tilnærming Etablere sammenheng mellom vedlikehold og komponentpålitelighet Etablere sammenheng mellom komponent-pålitelighet og systemets funksjonsevne Kvantifisere tap av funksjon i kroner og øre Optimalisering Normative og Subjektive vurderinger “bokføring” l ( t ) t Systemets funksjonsevne Type og mengde Komponent Verdi av vedlikehold pålitelighet

32 Sammenheng vedlikehold og effektiv feilrate, E()
Åpenbare funksjoner Økende sviktintensitet Tiltak: Utskifting/overhaling Skjulte funksjoner Sikkerhetssystemer Tiltak: Funksjonstesting Observerbar feilutvikling Tilstandskontroll Både ”intervall” og ”vedlikeholdsgrense”

33 Effektiv feilrate (gitt vedlikehold)
Sviktintensiteten z(t) Angir faren for svikt med normalt tilsyn/pleie, men uten at enheten skiftes ut/overhales. Effektiv feilrate = lE (t ) = sannsynlighet for svikt per tidsenhet hvis overhaling/utskifting etter tid t . Hvis sviktintensiteten, z(t) vokser, vil effektiv feilrate, lE (t ) også vokse som funksjon av t .

34 Ikke-observerbar feilutvikling (aldring)
Hvis man har gode (nok) erfaringsdata, kan z(t) estimeres, og lE (t ) beregnes numerisk I mangel på gode data: Anslå midlere tid til feil, MTTF, uten vedlikehold (=MTTFN) Anslå grad av aldring, liten, middels, sterk Lav aldring: lE (t) = 0.79 t/ MTTFN2 Middels aldring: lE (t) = 0.71 t2/ MTTFN3 Sterk aldring: lE (t) = 0.67 t3/ MTTFN4

35 Eksempel Skifte av registerreim
Aldring = Middels, dvs lE (t) = 0.71 t 2/ MTTF3 MTTF = MTTFN= km FV Kostnad = kr KV Kostnad = kr

36 Totalkostnad som funksjon av 
FV: CPM/ KV: lE (t)  CCM Totale kostnader per tidsenhet: C() =CPM/ + lE (t)  CCM = 7000/ 0.71 t2/ (175000)3

37 Optimalt intervall Deriver C() mht , og sett C’() = 0
C’() = -CPM/2 + lE ’ (t)  CCM = -7000/  0.71  2 t/ (175000)3 = 0  7000 =  0.71  2 t 3/ (175000)3 t 3 = (  7000 )/( 350000.71 2) t = [(  7000 )/( 350000.71 2)]1/3 = 91051

38 Kostnad per km på y-aksen, bytteintervall på x-aksen

39 Generell modell Totalkostnad som funksjon av  :
C() =CPM/ + lE (t) [CCM + Pr(Sikkerhet)  CSikkerhet + Pr(Punktlighet)  CPunktlighet  MDT + …] Pr(Sikkerhet) = Sannsynlighet for at komponentsvikt gir systemsvikt (ulykke) = IB(i) = Birnbaums mål Tilsvarende for andre dimensjoner

40 RCM øving 1 Gjør registerreimoppgaven men nå med:
Pr(Trenger leiebil|Havari) = 0.1 Leiebilkost = 5000 Pr(Forbikjøring|Havari) = 0.005 Pr(Kollisjon|Forbikjøring|Havari)=0.2 CKollisjon = 25 millioner kroner Finn optimalt intervall for bytte av registerreim

41 Løsning C’() = -CPM/2 + lE’ (t)  [CCM   0.2  ] = -7000/2 + [   0.2  ] 0.71 2  t/ (175000)3 = 0  7000 = [   0.2  ] 0.71 2  t3/ (175000)3 t3 = (  7000 )/( [   0.2  ] 0.71 2) t = {(  7000 )/( [   0.2  ] 0.71 2)}1/3 = 75867

42 Tilgjengelighet av skjulte funksjoner
Tap av skjulte funksjoner (hidden failures) vil ikke være direkte synlig under normal drift Funksjonstesting utføres for å avdekke skjulte feil Probability of failure on demand, PFD PFD(t ) = lt /2 = t /(2MTTF)

43 RCM øving 2 Consider a safety function with exponential distributed failure times. The constant failure rate, , equals 0.01 (per month). The component is inspected with maintenance interval   (in months). The cost of a preventive maintenance action is NOK 3 000. The demand frequency of the safety function is one demand per year.  If the safety function is not available upon a demand, the total (accident) cost equals million NOK. Set up the equaition for the average cost per unit time as a function of the maintenance inetrval . Find the optimal inspection interval. Løsning: =SQRT(3000*2/( *1/12*0.01)) = 2.68 måneder

44 Løsning Størrelser om inngår:
fD = 1 per år = 1/12 per måned = demandrate  = 0.01 per måned = konstant feilrate, sikkerhetssystem CH = = ulykkeskostnad CPM  = intervall for funksjonstest Kostnad per tidsenhet (tidsenhet er måned) C( ) = CPM / + fD    /2  CH Deriverer C( ) mht  og setter lik 0, gir løsning:

45 Observerbar feilutvikling, tilstandskontroll
Observerbar gradvis feilutvikling Må bestemme aksjonsgrense, og tid mellom inspeksjoner Vanskelige modeller, krever stor kunnskap om tekniske sider av tilstandskontroll Observerbar, brå feilutvikling Må bestemme tid mellom inspeksjoner Såkalte PF-intervaller er relevante her

46 Observerbar gradvis feilutvikling

47 Eksempel (fra en Markov-modell)

48 Fast inspeksjonsintervall?
Jo nærmere vi kommer aksjonsgrensa, jo større risiko Det kan være grunn for å øke inspeksjonshyppigheten når vi nærmer oss vedlikeholdsgrensa (varierende ) En matematisk modell er laget for dette, og implementeres nå i vannkraft-bransjen

49 Observerbar “brå” feilutvikling

50 Variasjon i PF-intervallet
Lengden av PF intervallet varierer fra gang til gang Sprekker kan initieres på ulikt sted Sprekkvekst avhenger av mange faktorer, belastning, temperatur, spenningsforhold osv De raskest voksende sprekker representerer den største risikoen

51 Variasjon i PF-intervallet

52 Størrelser som inngår i E(t )
E (t ) = fP  QPF(t | EPF, SDPF,PI) hvor fP = raten av potensielle feil EPF = forventet lengde av PF-intervallet SDPF = standardavvik, PF-intervall PI = sannsynligheten for at en inspeksjon avdekker potensiell feilutvikling QPF = totalsannsynlighet for at feilutvikling ikke blir avdekket i tide

53

54 RCM øving 3 - PF modell fP = 0.1 per år EPF = 2 år SDPF = 1 år
PI = 0.9 CI = (kostnad per inspeksjon) CFV = (kostnad for utbytting før feil, men etter potensiell feil ”P”) CKV = (kostnad korrektivt vedlikehold, dvd etter svikt (”F”) inkl produksjonstap og sikkerhetskostnad) Finn optimalt inspeksjonsintervall

55 Løsning Kostnad per tidsenhet
C( ) = CI / + fP  [QPF(t ) CKV + (1- QPF(t )) CFV] hvor QPF(t) = QPF(t | EPF, SDPF,PI) kan finnes fra grafene i foregående slide, dvs den røde kurven med kule som symbol. Merk at det nå er totale inspeksjonskostnader CI / som reduseres ved økt inspeksjonsintervall, mens forebyggende bytte (ved potensiell feil) i liten grad påvirkes av inspeksjonene

56 Resultater Optimalt intervall: 0.9 år 0.3 0.15 0.003 3333 997 32 4362
 /EPF QPF(/EPF) CI / fP  (1- QPF(t )) CFV fP  QPF(t )  CKV Tot kost 0.3 0.15 0.003 3333 997 32 4362 0.5 0.25 0.013 2000 987 130 3117 0.7 0.35 0.031 1429 969 310 2708 0.9 0.45 0.058 1111 942 581 2634 1.1 0.55 0.090 909 910 897 2716 1.3 0.65 0.123 769 877 1232 2878 1.5 0.75 0.163 667 837 1627 3131 1.7 0.85 0.195 588 805 1946 3340 Optimalt intervall: 0.9 år

57 Totale kostnader per år

58 RCM øving 4 - Forenklet RCM for Sykkel
Betrakter sykkelen som et system Utfør kun en kvalitativ analyse Funksjonsfeilanalyse Utvelgelse av MSIer FMEA RCM logikk

59 Funksjonsfeilanalyse
Feilmode MSIer Bremsefunksjon Bremser ikke Bremsehåndtak, bremsewire, bremseklosser, feste for bremseklosser Bremser for svakt Utilsiktet aktivering Overføre pedalkraft til bakhjul Styrefunksjon Retningsstabilitet Demping i relasjon til bakken

60 FMEA Enhet Op.tilst. Funksjon Feilmode Syst.effekt Feilårsak
Feilutvikling Bremsekloss Passiv Ikke berøre felg Berører felg Økt energiforbruk Feil montert Aktiv Gi friksjons-kraft Gir ikke friksjons-kraft Fare for kollisjon Slitasje Observer-bar Oljefilm Ingen Feil gummi-kvalitet Begren-set friksjons-kraft

61 Feilårsak: slitasje

62 Feilårsak: oljefilm

63 Feilårsak: gummikvalitet