Awaria (Failure) jest jednym z niefortunnych życiowych faktów. Począwszy od Rewolucji Przemysłowej awaria jest stałą cechą każdej gałęzi przemysłu, która łączy projektowanie, materiał i fabrykację. Awarie idą w parze ze zjawiskami, takimi jak: zmęczenie materiału, zużycie, korozja, zmniejszenie plastyczności etc. Zjawiska te powinny być ograniczone, jak to tylko możliwe, poprzez dobre projektowanie, dobre praktyki operacyjne i właściwą opiekę systemu. Ale pomimo tych zabiegów awarie ciągle będą występować. 

Służby Utrzymania Ruchu muszą poprzez wdrożenie właściwych strategii zarządzać procesem awarii w taki sposób, aby business doświadczył minimalny negatywny efekt. Szczęśliwie dla pracowników utrzymania ruchu (czy to managerów, brygadzistów czy techników) awaria jest fenomenem, który tworzy pracę i który musi być przezwyciężony, jak tylko to możliwe.

Zwalczając ten fenomen na wszystkie możliwe sposoby, nikt nie jest zniechęcony. Ale warunkiem koniecznym takiego podejścia jest znajomość zarówno procesu awarii, jak i sposobów zarządzania, i właściwie przeciwdziałanie temu. Niestety jest relatywnie niewiele pracowników UR, którzy mają naprawdę konieczną wiedzę i znajomość procesu awarii. W dalszej treści zostanie przedstawiona podstawowa wiedza na temat tej bardzo ważnej dziedziny.

Prewencyjne i konstrukcyjne UR

Komponenty jakiejkolwiek maszyny czy systemu są poddawane efektom wynikającym z ich używania. Mogą to być efekt starzenia, efekt wywodzący się z konfiguracji konstrukcji, efekt środowiskowy i nadużycie systemu. Te ostatecznie prowadzą do awarii. Rolą funkcji Utrzymania Ruchu (UR) jest jak najskuteczniejsza prewencja, identyfikacja obszaru mającego sens przekonstruowania i wykonywanie korekcyjnego UR, gdy prewencja czy zmiany konstrukcyjne nie są technicznie i ekonomicznie opłacalne.

Tradycyjnym wyobrażeniem było to, że wyposażenie się zużywa i nieuchronnie staje się bardziej zawodne ze wzrostem operacyjnego wieku. To prowadziło do (mylnej) konkluzji, że całkowity wskaźnik awarii systemu zawsze będzie redukowany poprzez limitowany czas życia krytycznych komponentów. Obecnie wiemy, że nie we wszystkich przypadkach jest to prawdą. Z niektórymi awariami komponentu można radzić sobie (kontrolować) poprzez pomiar pewnych technicznych i operacyjnych parametrów, w taki sposób, że zdeterminowanie, kiedy komponent osiąga próg awarii, jest możliwe. A to pozwala na prewencyjne działania. Inne awarie (specjalnie krytycznych lub drogich komponentów) najlepiej eliminowane są poprzez zmiany konstrukcyjne, podczas gdy pozostałe mogą być zarządzane przez stosowanie związanych z wiekiem strategii UR.

Zarządzając funkcją UR, krytycznym znaczeniem jest dobre zrozumienie procesu awarii zarówno pod katem fizycznym, jak i statystycznym.  

Definicja „awarii”

Naszą intuicyjną ideą awarii jest to, że system nie jest zdolny funkcjonować. Zazwyczaj przykładów zredukowanych zdolności wykonywania pożądanej funkcji nie uznajemy za awarie. Stany takie mają negatywny efekt na proces produkcji i dlatego powinny formować częściowo definicję awarii. Ponadto, nawet możliwość awarii powinna być uważana w pewnych okolicznościach jako stanowiąca awarię. Definicja podana przez Nowlana i Heap autorów „Reliability Centered Maintenance” jest bardzo prosta i zawiera wszystkie te możliwości:

Awaria jest niezadawalającym stanem(kondycją) technicznym

Definicja implikuje, że awaria jest każdym odchyleniem od oryginalnego stanu technicznego (kondycji) systemu. Jest oczywiście użytkowo bardzo specyficzna. Zależy od wymagań poszczególnego użytkownika bardziej niż niektóre wydumane przez projektanta systemu wyszczególnienia, kiedy następuje awaria. Wkład konstruktora jest nieoceniony w procesie decydującym o tym, kiedy system/urządzenie wykonuje funkcje zgodnie z wymaganiami. Jednak ten wkład musi być powiększony o specyficzne wymagania użytkownika i konsekwencje awarii w kontekście szczególnej operacji. Zatem definicja niezadawalającego stanu tego samego systemu będzie się różnić znacząco w różnych organizacjach.

Awarie można sklasyfikować w dwóch typach: awaria funkcjonalna i awaria potencjalna. Powodem tej klasyfikacji jest to, że niezadawalający stan techniczny może być realną niezdolnością wykonywania koniecznej funkcji lub osąd, bazowany na fizycznej ewidencji, która wskazuje na stan szybko postępującej niezdolności w wykonywaniu takiej funkcji.

Ilościowe opisy awarii

Technika RCM (Reliability Centered Maintenance) jest narzędziem do rozwoju porządnej strategii utrzymania ruchu (nie niezawodności!!!). W procesie tworzenia strategii UR częstą koniecznością jest odnoszenie się do statystyki awarii z przeszłości, celem podjęcia odpowiedniej decyzji odnośnie strategii w zarządzaniu specyficznym trybem awarii (failure mode).

Jest kilka powszechnie używanych ilościowych opisów takich statystycznych awarii, które są bardzo pożyteczne. Zawierają one (bez ich opisu) średni czas do wystąpienia awarii (MTTF), średni czas pomiędzy awariami (MTBF), intensywność awarii, dystrybuanta (cumulative failure dystribution), funkcję przeżycia, funkcję hazardu.

Przyczyny awarii

Jest rzeczą niemożliwą opisanie wszystkich przyczyn awarii. Popatrzmy na wszystkie inżynierskie dyscypliny, każda pojedynczo i w każdej z nich dział po dziale, i spróbujmy rozpoznać i opisać wszystkie możliwe przyczyny awarii. Ponadto w pewnych dziedzinach (takich jak elektronika) przyczyny są szokowe w naturze (takie jak przepięcie) i nie wymagają opisu przyczyny awarii.

Dla przykładu natomiast wymieńmy kilka pospolitych przyczyn awarii „metalurgicznych”, które są częstymi w przemysłowych urządzeniach: złamanie/pęknięcie (kruchliwość, zmniejszenie plastyczności), pełzanie, zmęczenie materiału, trybologiczne zużycie (abrazja, erozja), korozja.

Obraz awarii

Do skompletowania pełnego obrazu Failure Analysis przedstawione zostanie stosowne odniesienie do technik czy metod fizycznych analiz awarii. Ich przedstawienie poprzedzi wyjaśnienie różnic podobnie brzmiących i często mylących akronimów. Różnice te podane zostały przez R.J. Latino i K.C. Latino na prośbę wielu zainteresowanych tematem profesjonalistów z UR, jak i z niezawodności.

FA – Failure Analysis (Analiza Awarii)

Fizyczne egzaminowanie uszkodzonych części ustalające przyczyny awarii. Failure Analysis determinuje, gdzie zacząć RCFA. Bardzo często analiza kończy się na etapie/poziomie namacalnych fizycznych źródłowych przyczynach, na poziomie komponentu. Stwierdziliśmy, że uszkodzone i po prostu wymieniliśmy to. Takie działanie zwane jest poziomem „wymiany części”, ponieważ nie dowiedziano się JAK nastąpiło uszkodzenie części.   

RCFA – Root Cause Failure Analysis (Analiza źródłowych przyczyn awarii)

Wskazuje przeprowadzenie wyczerpującej analizy wszystkich źródłowych przyczyn (fizyczne, ludzkie i ukryte), ale kojarzy się z analizą mechanicznych części tylko. Root Cause Failure Analysis ma zastosowanie dużo większe niż mechaniczne sytuacje.

RCA – Root Cause Analysis (Analiza przyczyn źródłowych)

Sugeruje przeprowadzenie na wielką skalę analizy, która identyfikuje fizyczne, ludzkie i ukryte źródłowe przyczyny w celu odpowiedzi: JAK jakiekolwiek niepożądane zdarzenie nastąpiło. Słowo „Failure” zostało usunięte celem poszerzenia definicji o nie-mechaniczne wydarzenia takie, jak: incydenty bezpieczeństwa, jakościowe defekty, uwagi klienta, administracyjne problemy (tj. opóźnione remonty) i podobne wydarzenia.

Raport z awarii

Formalne raporty są tradycyjną drogą prezentowania analizy awarii i stają się generalnie poawaryjnym ćwiczeniem komunikacyjno-informacyjnym, zamiast stanowić narzędzie do zdeterminowania przyczyn awarii. Typowe punkty występujące w raportach to:

1. Tytuł raportu

2. Hierarchiczna lokacja urządzenia/maszyny

3. Nr polecenia pracy (work order)

4. Przedstawiony problem

5. Potencjalny koszt związany z wydarzeniem

6. Obserwacje

7. Proces analizy. Zawiera zebrane dane i ich analizę diagnozującą przyczynę     problemu

8. Ustalenia

9. Czy są aktualnie wprowadzone strategie dotyczące ustaleń?

10. Konkluzje

11. Działania

12. Informacje do dalszych odniesień.

Zbieranie danych i próbek

Zapewne najbardziej ważnym etapem, ale najmniej pojętym w analizie awarii, jest zabezpieczenie próbek i uszkodzonych części. Jest to rzecz najważniejsza. Nieodwracalne straty mogą się zdarzyć, jeżeli nie są podjęte odpowiednie kroki w celu ochrony próbek i powiązanych z nimi komponentów.

Nie oczekujmy na awarię

Wcześniej czy później większość inżynierów będzie zaangażowana w różnego rodzaju analizy awarii. Mechaniczne awarie są bodajże najbardziej pospolite, nawet w elektrycznych urządzeniach odnajduje się przypadki awarii mechanicznych komponentów.

Analiza awarii jest trudnym przedsięwzięciem (raczej uciążliwą mieszaniną technicznych dyscyplin, stosowaną w szeroko zróżnicowanych typach przemysłowych urządzeń). Pomimo trudności mamy do dyspozycji narzędzia dla utrzymania ruchu i niezawodności, które ułatwiają i są skuteczne w rozwiązywaniu problemów. Jednakże w zależności od tego, z kim dyskutuje się proces analizy, może być rozważane to jako bardzo drogie narzędzia i jako zbędny luksus lub postrzegane jako konieczność – w przypadku organizacji o statusie WCMM (World Class Maintenance Management) lub stosujących najlepsze praktyki (Best Practices).

RCA (Root Cause Analisis) jest ważnym komponentem dla każdego działu UR. Jej celem jest eliminacja źródeł awarii urządzeń a nie symptomów, w celu prewencji powtórnego wystąpienia. Analiza przyczyn źródłowych dostarcza informacji niezbędnych do przedłużenia „życia” urządzeń i unikania nieplanowanych przestojów. Jest „kamieniem węgielnym” ciągłego doskonalenia (Continuous improvement). Ciągłe doskonalenie progresywnie eliminuje przyczyny, przedłuża życie i zapewnia pełną efektywność, zwrot inwestycji (ROI) urządzeń przemysłowych, poprawia bezpieczeństwo i ochronę środowiska. Niemniej jednak, proaktywne analizy ryzyka, przewidywanie i wczesne rozpoznanie są bardziej efektywnymi metodami w doskonaleniu, porównując z oczekiwaniem na awarię.

Literatura

Nowlan, F.S. and Heap, H., Reliability Centered Maintenance. National Technical Information Service, US Department of Commerce, 1978.
Ascher, H. and Feingold,H,. Repairable Systems  Reliability. Marcel Dekker, 1984.

 

Artykuł został również opublikowany w numerze 3-4/2017 dwumiesięcznika "Chemia Przemysłowa".