Leitfaden für RAMS – Analysen · vom Konzept bis zur Stilllegung & Entsorgung, mit den Parametern: o Zielsetzung o Eingangsgrößen o Anforderungen o Ergebnisse o Verifikation

Hinweis: Für externe Präsentationen bitte immer eine Titelfolie mit der Ressort-Farbe verwenden.

Leitfaden für RAMS – Analysen Ergebnis des UIC – Projektes: “Radsatzwellen, Räder und Radsatzlager, Zuverlässigkeit / Sicherheit - Anwendung der EN 50126”

VPI - Tagung, Frankfurt/Main, 23.06.2016

Deutsche Bahn AG | Peter Danzer | IKG | 23.06.2016

Inhalt

Deutsche Bahn AG | Peter Danzer | IKG | 23.06.2016 2

BedarffürdieEntwicklungeinesRAMS-Verfahrens

UIC-ProjektEN50126:RAMSmitMethodeFMECA

FazitundAusblick

Die Situation zu Beginn des UIC – Projektes „Axles, Wheels and Axle boxes Reliability / Safety – Implementation of EN 50126”

n  Entwurf, Herstellung und Instandhaltung von Fahrwerken, Radsätzen und deren Komponenten sind im Normenwerk geregelt

n  Es gibt viele Möglichkeiten, Risikoanalysen durchzuführen.

n  Komponentenexperten sind mit Methoden der Risikoanalyse im Regelfall kaum vertraut.

n  Spezialsoftware ermöglicht die Anwendung meist nur durch Risikoexperten

è  Risikoanalysen werden zu selten von / mit Komponentenexperten durchgeführt

n  Es existiert kein systematisches, abgestimmtes und frei verfügbares Verfahren zur Bewertung der RAMS – Parameter - insbesondere zur Risikobewertung - im Falle einer Änderung / Verbesserung an Radsätzen, Fahrwerken oder deren Komponenten

Deshalb war das Ziel des Projektes die Erarbeitung abgestimmter und allgemein anwendbarer Verfahren für:

o Sicherheit (S von RAMS) o Berechnung der RAM – Kennwerte o Lebenszykluskosten (LCC) für die getroffenen Maßnahmen


Was kann der Anwender von der EN 50126 erwarten?

Der Inhalt der EN 50126 umfasst:

n  Die Einteilung und Beschreibung eines Systems / Objektes in 14 RAMS – Lebensphasen: vom Konzept bis zur Stilllegung & Entsorgung, mit den Parametern:

o  Zielsetzung o  Eingangsgrößen o  Anforderungen o  Ergebnisse o  Verifikation

n  Beschreibung der RAMS – Einflussfaktoren

n  Maßnahmen zur Erfüllung der RAMS – Anforderungen

n  Risiko: Risikokonzept – Risikoanalyse – Bewertung der Akzeptanz von Risiko

Allerdings:

è Dem Anwender erschließt sich nicht konkret, wie RAMS–Analysen durchzuführen sind


Dem Anwender steht eine Vielzahl Methoden zur Verfügung. Die Auswahl, als auch die adäquate Anwendung der Methoden sind in den Normen nicht ausreichend beschrieben.


n  Welche Methode/n soll der Nutzer anwenden?

n  Welche Methoden können / sollen in Kombination angewendet werden?

n  Wenn die Wahl getroffen ist, wie sind die Methoden anzuwenden und zu interpretieren?

è  Unterstützung des Anwenders ist hier erforderlich

HAZOP

(Gefährdungs- und

Betreibbarkeitsunt

ersuchung)

HACCP

(Gefährdungs-

analyse

SWIFT

(Strukturiertes

„Was-Wenn“ -

Verfahren

Szenariumanalyse

Ursachenanalyse FMEA / FMECA (Fehlzustands-

und auswirkungs-analyse)

FTA (Fehlzustandsbaumanalyse)

Ursache-Folgen-Analyse

Beurteilung der menschlichen Zuverlässigkeit

Quelle: DIN EN 31010, Risikomanagement – Verfahren zur Risikobeurteilung, Nov. 2010

„Bow Tie“ - Analyse

RCM (Reliability Centered Maintenance / Auf die Funktionsfähigkeit bezogene Instandhaltung)

Markov - Analyse

Monte-Carlo - Simulation

Bayessche Statistik und

Bayessche Netze FN-Kurven / ALARP (As low as reasonably practicable)

Risikoindizes

Kosten-Nutzen -

Analyse

Folgen-Wahrscheinlichkeit

smatrix

Multi-Kriterien-

Entscheidungs-

analyse (MCDA)

?

Projektinhalt „UIC EN 50126“: Entwicklung des RAMS - Verfahrens auf Basis von drei europäischen Radsatzkonstruktionen n  Entwicklung eines Leitfadens für RAMS –Analysen und eines Leitfadens für LCC - Analysen

n  Beispielhafte Analyse dreier in Europa allgemein verwendeter Radsatzbauarten:

(1)  Güterwagenradsatz klotzgebremst mit ORE Rad, 22,5 t

(2)  Güterwagenradsatz klotzgebremst mit thermisch stabilem Rad, 22,5 t

(3)  Reisezugwagenradsatz (Eurofima) mit 2 Wellenbremsscheiben

è  Ziel war der Test des RAMS – Verfahrens anhand konkreter Zahlenwerte und qualitativer Bewertung


Welche Aussagen zur Durchführung von Risikoanalysen enthält die EU–Verordnung CSM-RA (Common Safety Methods)?

Laut der CSM – Verordnung der EU (EG-Nr. 402/2013, ersetzt: EG-Nr. 352/2009) kann der Anwender zur Bewertung des Risikos einen der drei Grundsätze der Risikoakzeptanz wählen:

1)  Anwendung anerkannter Regeln der Technik

2)  Vergleich mit ähnlichen Teilen des Eisenbahnsystems

3)  Explizite Risikoabschätzung

è Aufgrund der noch andauernden Diskussion zur expliziten Risikoabschätzung wurde der 2. Grundsatz „Vergleich mit ähnlichen Teilen des Eisenbahnsystems“ gewählt.


Das Verfahren der Risikoanalyse soll umfassend, ausreichend und leicht verständlich sein Für mechanische Komponenten wurde die Methode FMECA gewählt


Systembeschreibung

Komponentenstruktur (= PBS, Product Breakdown Structure)

Definition der Fehlermöglichkeiten Durchführung der Fehlerbewertung für das bestehende System, Ergebnisbewertung

Durchführung der Fehlerbewertung für das verbesserte System, Ergebnisbewertung

Wenn Risikoprioritätszahl (RPN) als zu hoch eingeschätzt wird (Spiegelung am selbst definierten RPN –Limit), dann Implementierung von Verbesserungen am System

Externe funktionale Analyse (EFA)

Interne funktionale Analyse (IFA)

Charakterisierung des Systems/Funktionale Analyse

Liste der Ausrüstungen

Risikoanalyse des bestehenden Systems

Liste der Funktionen

Implementierung von Maßnahmen zur Risikobeherrschung

Fehlermöglichkeits-, Einfluss- und Kritizitätsanalyse (FMECA)

Bewertung der Risikoakzeptanz

Risikoanalyse des verbesserten Systems

Fehlermöglichkeits-, Einfluss- und Kritizitätsanalyse (FMECA)

In der FMECA wurden für die drei Bewertungsparameter „Schweregrad S“, „Entdeckungswahrscheinlichkeit D“ und „Auftretenswahrscheinlichkeit F“ Standard-Wertetabellen erarbeitet


n  Diese Werteskalen sind universell verwendbar für andere mechanische Komponenten von Schienenfahrzeugen

SeveritySource: based on EN 60812, Analysis techniques for system reliability –

Procedure for failure mode and effects analysis (FMEA) [11/2006]

Rank Impact Criteria

1 no impact No recognizable effect.

2 very little Error is noticed by few passengers. Minor changes in structure and dimensions which are below limits.

3 little Error is noticed by few passengers and ther are impacts on rolling stock and infrastructure on long term

4 very low Error is noticed by many passengers. Due to the failure there is an impact on the quality of rolling stock and on the infrastructure in long term.

5 low Error is noticed by all passengers. Due to the failure there is an impact on the quality of rolling stock and on the infrastructure in mid term.

6 moderate Due to the failure there is an impact on the quality of rolling stock and on the infrastructure in short term. Error is noticed by all passengers. Loaded goods can get damaged.

7 highRisk of very few light injured people and risc of significant impact on environment and operation. Operation on the line is closed or the line capacity is declined for hours. The loaded googs can get damaged.

8 very high Risk of few injured people and servere impact on environment. Operation on the line is closed for weeks. Part of the train is destroyed.

9 unsafe with warningRisk of multiple injured people and few dead people. The impact on environment is very high. Operation on the line is closed for weeks. Large parts of the train are destroyed.

10 unsafe without warningRisk of many dead and numerous injured people or the impact on environment is catastrophic. Operation on the line is closed for weeks.The train is destroyed.

Failure detection

Source: based on EN 60812, Analysis techniques for system reliability –Procedure for failure mode and effects analysis (FMEA) [11/2006]

Rank Detection Criteria

1 nearly certain With a very high propability a failure will be detected in a very early initial stage.

2 very high With a high propability a failure will be detected in a very early initial stage.

3 high With a high propability a failure will be detected in an early initial stage.

4 moderate high With a high propability a failure will be detected after initial stage.

5 moderate With a moderate propability a failure will be detected while existing a short while before getting critical.

6 low A failure will be detected while existing a while just before getting critical.

7 very low A failure will be detected while existing for a long while just before getting critical.

8 little A failure will be hardly detected in a very late stage.

9 uncertain The detection of a failure before becoming critical is uncertain.

10 nearly uncertain The detection of a failure nearly is not possible

Frequency

Source: based on EN 60812, Analysis techniques for system reliability –Procedure for failure mode and effects analysis (FMEA) [11/2006]

Rank Impact Probabilitynumber of failures per operating-h "vehicle is in use"

1 little - failure is inplausible < 10-9

2very low:relative very few failures =< 10-9 till < 3 * 10-8

3low:relative few failures =< 3 * 10-8 till < 8 * 10-7

4moderate:seldom there are failures =< 8 * 10-7 till < 2 * 10-7

5moderate:sometimes there are failures =< 2 * 10-7 till < 5 * 10-6

6moderate:often there are failures =< 5 * 10-6 till < 10-6

7high:repeating failures =< 10-6 till < 2 * 10-5

8high:repeating failures in short cycle =< 2 * 10-5 till < 4 * 10-4

9very high:Failures in short cycle are nearly not nearly avoidable =< 4 * 10-4 till < 8 * 10-3

10very high:Failures in very short cycle which are not avoidable more than 8 * 10-3 per year

FMECA: Die Risikoprioritätszahl (RPN) je Fehlermöglichkeit offenbart die relative Bedeutung der Fehlermöglichkeiten

n  Ergebnis der Fehlermöglichkeits-, Einfluss- und Kritizitätsanalyse (FMECA) sind Risikoprioritätszahlen (RPN)

n  RPN = Schweregrad S * Entdeckungswahrscheinlichkeit D * Auftretenswahrscheinlichkeit F

n  Die RPN stellt keinen absoluten Risikowert dar, die RPN offenbart die relative Bedeutung der definierten Fehlermöglichkeiten untereinander

n  Gespiegelt an einem vom Anwender selbst gesetzten RPN – Limit werden die Fehlermöglichkeiten mit den höchsten RPN visuell hervor gehoben. Auf diese Fehlermöglichkeiten konzentriert sich der Anwender und empfiehlt / ergreift Verbesserungsmaßnahmen, die wiederum mit RPN bewertet werden.

n  Die mit der FMECA ermittelten RPN zeigen deutlich das höhere Sicherheitsniveau des thermostabilen Güterwagenradsatzes (2) gegenüber dem Güterwagenradsatz (1) mit dem ORE – Rad

è  Die beispielhafte Durchführung der Risikobewertung für die drei Radsätze bestätigte die Anwendbarkeit des Verfahrens.


Fazit und Ausblick

n  Für mechanische Komponenten wurde ein RAMS - Verfahren mit zugehörigen Werkzeugen und Anwendungsleitfaden erstellt

n  Neben der Risikoanalyse („S“ von RAMS) beinhaltet der Leitfaden auch das Verfahren und zugehörige Werkzeug für die Kalkulation der RAM

n  An repräsentativen Radsätzen wurde das RAMS - Verfahren angewendet

n  Werkzeuge und Anwendungsleitfaden stehen zum freien Download auf der UIC Homepage bereit: http://uic.org/Rolling-Stock-49#Project-Reliability-availability-maintainability-safety-Implementation-nbsp

n  Die Vorstellung des Verfahrens in einer Anwender-Veranstaltung der UIC ist für 2016 geplant

n  Durch Feedback der Anwender soll das Verfahren entsprechend weiterentwickelt werden


Documents

Leitfaden für RAMS – Analysen · vom Konzept bis zur Stilllegung & Entsorgung, mit den Parametern: o Zielsetzung o Eingangsgrößen o Anforderungen o Ergebnisse o Verifikation