ŘÍZENÍ JAKOSTI A SPOLEHLIVOSTI Věra Pelantová Pavel Fuchs verze 2009

1. ŘÍZENÍ JAKOSTI A SPOLEHLIVOSTIVěra PelantováPavel Fuchsverze 2009

2. Obsah prezentace • Vztah kvality a spolehlivostí • Posuzování technické úrovně zařízení • Systém managementu spolehlivosti • Definice spolehlivosti • Platná definice spolehlivosti dle ČSN IEC 50(191) • Základní pojmy spolehlivosti • Vlastnosti, sledované veličiny a ukazatele • Etapy životního cyklu produktu • Činnosti v etapách - příklad • Normy z oboru spolehlivosti • Rozdělení norem z oboru spolehlivosti • Přehled norem z oboru spolehlivosti • Koncepce norem IEC řady 60300 • Normy uvádějící metody pro zabezpečování spolehlivosti • Norma ČSN EN 60300-2:2004 • Další normy se vztahem ke spolehlivosti • Program spolehlivosti • Úkoly programu spolehlivosti • Souvislost etap životního cyklu s použitelnými prvky a úkoly programu spolehlivosti

3. Vztah kvality a spolehlivosti Termíny, týkající se kvality kvality kvalita [1],[7]

4. Posuzování technické úrovně zařízení Lze posuzovat podle: • běžných technických parametrů (otáčky, výkon, nosnost, napětí apod.) • ukazatelů spolehlivosti (pohotovost, bezporuchovost, udržovatelnost apod.) Vlastnosti, hodnocené ukazateli spolehlivosti, patří mezi klíčové znaky kvality produktů. Certifikace systému managementu kvality automaticky nezaručuje spolehlivost produktu, pokud není se spolehlivostí pracováno cíleně jako s jedním z nejvýznamnějších atributů kvality. [5],[7]

5. Systém managementu spolehlivosti = systém managementu pro směrování a řízení organizace s ohledem na spolehlivost • Doplňuje především systém managementu kvality • Tvoří vazby k ostatním částem integrovaného systému managementu a podporuje přímo integraci • Podporuje komunikaci organizace uvnitř i vně • Sleduje životní cyklus produktu • Napomáhá stanovení znaků kvality produktu i procesů • Iniciuje systematický sběr a zpracování dat v systému • Nutí provádět analýzu rizik • Aktivizuje lidské zdroje a také o ně pečuje v souladu s procesním přístupem Organizační struktura, odpovědnosti, postupy, procesy a zdroje, používané pro management spolehlivosti, se často označují jako program spolehlivosti. [2] [11] [12]

6. Definice spolehlivosti Vznik a vývoj spolehlivosti • rozvoj průmyslové výroby - roste složitost a strukturální komplikovanost produktů • vznik rozsáhlých technických soustav - jejich poruchy mají za následek značné ekonomické ztráty a ohrožení společnosti • ohrožení společnosti: - přímé (velké průmyslové a dopravní havárie s přímými dopady na životy a zdraví obyvatelstva) - nepřímé (disfunkce systémů zásobování obyvatelstva) • rozvoj špičkových technických odvětví - rozvoj netradičních vědních oborů (kybernetika, matematická statistika a teorie her atd.) • první aplikace spolehlivosti - složitá zařízení pro vojenské účely [8],[9]

7. První definice spolehlivosti Spolehlivost: Pravděpodobnost, s jakou bude objekt schopen plnit bez poruchy požadované funkce po stanovenou dobu a v daných provozních podmínkách. Spolehlivost ztotožněna s bezporuchovostí. Definice nevystihovala spolehlivost složitých opravovaných systémů. V angličtině byla takto pojatá spolehlivost označována pojmem Reliability. Druhá definice spolehlivosti Spolehlivost: Obecná schopnost výrobku plnit požadované funkce po stanovenou dobu a v daných podmínkách, která se vyjadřuje dílčími vlastnostmi jako jsou bezporuchovost, životnost, opravitelnost, pohotovost apod. Spolehlivost již pojímána jako obecná vlastnost. Není redukována jen na bezporuchovost, ale uvažuje další vlastnosti. Spolehlivost je tedy definována jako obecná vlastnost, která má svoje další dílčí vlastnosti, pro které také byly definovány konkrétní číselné ukazatele. Pro označení takto definované spolehlivosti byl v angličtině ovšem i nadále používán pojem Reliability. Nadále proto přetrvává problém s terminologií, termín jetaké používán k označení bezporuchovosti.

8. Třetí definice spolehlivosti dle ČSN IEC 50(191) Spolehlivost: Souhrnný termín používaný pro popis pohotovosti a činitelů, které ji ovlivňují: bezporuchovost, udržovatelnost a zajištěnost údržby (používá se pouze pro obecný nekvantitativní popis). Spolehlivost služby: Schopnost poskytnutí služby na požádání uživatele a její zabezpečení po požadovanou dobu ve specifikovaných tolerancích a jiných daných podmínkách. Poznámka: Spolehlivost služby lze dále rozdělit na pohotovost služby a nepřetržitost služby. Změna terminologie Spolehlivost je nyní v angličtině označována pojmem Dependability a původní pojem Reliability je již v normách výhradně používán pouze pro označení bezporuchovosti. [4],[6],[7],[8]

9. [6],[7]

10. Platná definice spolehlivosti dle ČSN IEC 50(191) • postihuje i skutečnost, že schopnost objektu plnit požadované funkce významně ovlivňují i vnější činitelé, např. míra zajištěnosti požadované údržby • pojem spolehlivost používán pouze pro obecný popis a nelze ji kvantifikovat a souhrnně vyjádřit žádným číselným ukazatelem • kvantifikovaně hodnotit pomocí konkrétních ukazatelů spolehlivosti lze jednotlivé dílčí činitele: - pohotovost - bezporuchovost • udržovatelnost apod. Přívlastky" spolehlivosti nejsou v platných terminologických normách definovány. • Inherentní spolehlivost: Spolehlivost „vložená“ do objektu v průběhu jeho návrhu a výroby. Nezahrnuje zhoršující vlivy provozních podmínek, podmínek prostředí, způsobů údržby, lidského faktoru apod. • Provozní spolehlivost: Spolehlivost s uvážením provozních vlivů a jiných podmínek. • Odhadovaná (predikovaná) spolehlivost: Spolehlivost, která je výsledkem výpočtů, analýz a prognóz spolehlivosti projektovaného objektu. [4] [6] [7] [8]

11. Vyšetřované objekty Základní pojmy spolehlivosti PRODUKT • výrobky vyšetřovaný objekt systém (soustava) • prvek systému • služby • udržovatelnost -- opravované objekty -- neopravované objekty Objekt může plnit více funkcí. Hodnocení spolehlivosti se vztahuje vždy k plnění požadované funkce. [5],[7]

12. Vlastnosti objektu spolehlivost vyjádřená dílčími vlastnostmi: • pohotovost • bezporuchovost • udržovatelnost • zajištěnost údržby Jevy a stavy Nejčastěji je objekt charakterizován dvěma stavy: provozuschopným stavem a stavem poruchy. • stav prostoje - objekt v době používání není v provozu. • porucha - přechod objektu z provozuschopného stavu do stavu poruchy. • obnova - obnovení schopnosti objektu plnit po poruše požadované funkce. [5],[7]

13. V praxi se vyskytují případy, kdy objekty (prvky, systémy) jsou charakterizovány diskrétními stavy a spojitým časem. Systém se může v libovolném okamžiku nacházet v jednom ze dvou stavů a přechody mezi nimi se náhodně střídají. Tento proces bývá označován jako prostý proces obnovy. [8],[9]

14. Veličiny Veličiny sledované ve spolehlivosti úzce souvisí s náhodným výskytem sledovaných jevů. Sledují se tedy veličiny spojené s dobou (časem), proběhem (ujetá vzdálenost, motohodiny). • doba provozu • doba provozu do poruchy • doba provozu mezi poruchami • doba údržby • doba opravy apod. Ukazatele (spolehlivosti) Ukazateli se v pravděpodobnostním pojetí spolehlivosti rozumí funkce nebo hodnota, používaná pro popis náhodné proměnné nebo náhodného procesu. [5],[7]

15. Vlastnosti, sledované veličiny a ukazatele • Bezporuchovost - sledovaná veličinaDoba provozu mezi poruchami ukazatel • Pravděpodobnost bezporuchového provozu R(t1, t2) • Intenzita poruch • Střední intenzita poruch (t1, t2) • Parametr proudu poruch (okamžitý) z(t) • Střední parametr proudu poruch • Střední doba provozu mezi poruchami MTBF, • p-kvantil doby mezi poruchami t p • Životnost • - sledovaná veličinaDoba užitečného (technického) života • ukazatel • Střední užitečný (technický) život • p-kvantil užitečného (technického) života t žp [7]

16. Udržovatelnost a zajištěnost údržby - sledovaná veličinaDoba údržby ukazatel • Pravděpodobnost doby aktivní údržby M(t1, t2) - sledovaná veličinaDoba preventivní údržby ukazatel • Střední doba preventivní údržby t oú - sledovaná veličinaDoba opravy ukazatel • Intenzita opravy (okamžitá) (t) • Střední intenzita opravy (t1, t2) • Střední doba opravy MRT, • p-kvantil doby opravy t po - sledovaná veličinaPracnost údržby ukazatel • Střední pracnost údržby [7]

17. Udržovatelnost a zajištěnost údržby - pokračování - sledovaná veličinaPracnost preventivní údržby ukazatel • Střední pracnost preventivní údržby - sledovaná veličinaPracnost opravy ukazatel • Střední pracnost opravy - sledovaná veličinaDoba údržby po poruše ukazatel • Střední doba do obnovy MTTR - sledovaná veličinaLogistické zpoždění ukazatel • Střední logistické zpoždění MLD, • p-kvantil logistického zpoždění tLp [7]

18. Pohotovost - sledovaná veličinaDoba použitelného stavu, Doba nepoužitelného stavu ukazatel • Střední doba použitelného stavu MUT • Střední doba nepoužitelného stavu MDT • Funkce okamžité pohotovosti A(t) • Součinitel asymptotické pohotovosti A • Součinitel střední pohotovosti (t1, t2) • Funkce okamžité nepohotovosti U(t) • Součinitel střední nepohotovosti (t1, t2) • Součinitel asymptotické nepohotovosti U [7]

19. plán spolehlivosti dokumentace, v níž jsou stanoveny praktiky, zdroje a posloupnosti činností, specifické pro spolehlivost, týkající se konkrétního produktu, smlouvy nebo projektu prvek programu spolehlivosti soubor úkolů programu spolehlivosti, náležejících do specifické tématické oblasti úkol programuspolehlivosti soubor činností, zaměřených na specifická hlediska spolehlivosti produktu životní cyklus časový interval od stanovení koncepce produktu po jeho vypořádání (likvidaci) [2],[3],[9]

20. Etapy životního cyklu produktu Etapa koncepce a stanovení požadavků Etapa koncepce a stanovení požadavků je etapa životního cyklu, během níž se určuje potřeba produktu a specifikují se jeho cíle. V průběhu této etapy se pokládají základy spolehlivosti produktu a její důsledky pro jeho náklady životního cyklu. Rozhodnutí učiněná během této etapy mají největší dopad na výkonnostní funkce produktu a na náklady z jeho vlastnictví. Etapa návrhu a vývoje Etapa návrhu a vývoje je etapa životního cyklu, během níž se vytváří architektura, hardware a/nebo software systému. Jsou v ní zachyceny a dokumentovány příslušné informace o produktu, aby se usnadnila následná výroba a montáž hardwaru, kódování a rozmnožování softwaru a integrace systému. Etapa výroby Etapa výroby je etapa životního cyklu, během níž se produkt vyrábí, software se rozmnožuje a montují se součásti systému. [3]

21. Etapa instalace Etapa instalace je etapa životního cyklu, během níž se produkt uloží na místo své aplikace a provozu. Činnosti v této etapě zahrnují instalaci systému, integrování funkcí zajištěnosti údržby a zavedení nového produktu, skládajícího se z instalovaného hardwaru a softwaru, do zkušebního provozu. Před konečnou přejímkou pro provozní použití se integrovaný systém nebo konečný produkt podrobí prokázání výkonnosti ve skutečném provozním prostředí. Etapa provozu a údržby Etapa provozu a údržby je etapa životního cyklu, během níž se produkt používá ke svému zamýšlenému účelu. Pokud je to vhodné, produkt se udržuje, aby mohl být stále v provozu. Užitečný život produktu končí tehdy, když se jeho provoz stane nehospodárný v důsledku zvýšených nákladů na zajištěnost údržby nebo vlivem jiných faktorů, jako je technologické zastarání, nebo když dojde k nenapravitelnému poškození produktu. Etapa vypořádání Etapa vypořádání (likvidace) je etapa životního cyklu, během níž se ukončí používání produktu, produkt se vyjme z místa používání, demontuje se, zničí nebo se, pokud je to nezbytné, uloží na skládku. [3]

22. Činnosti v etapách - příklad [3],[9]

23. Normy z oboru spolehlivosti • Názvoslovné normy spolehlivosti • Normy pro management spolehlivosti a program spolehlivosti • Pokyny k udržovatelnosti zařízení • Normy pro odhady (výpočty) hodnot ukazatelů spolehlivosti • Normy pro ověřování a zjišťování dosažených hodnot ukazatelů spolehlivosti • Normy pro zlepšování ukazatelů spolehlivosti • Ostatní metody analýzy spolehlivosti a prezentace dat • Jiné normy se vztahem ke spolehlivosti Základní rozdělení norem z oboru spolehlivosti [7],[9]

24. Rozdělení norem z oboru spolehlivosti

25. Přehled norem z oboru spolehlivosti [7],[9]

26. [7],[9]

27. [7],[9]

28. [7],[9]

29. [7],[9]

30. [7],[9]

31. [7],[9]

32. [7],[9]

33. Koncepce norem IEC řady 60300 ČSN EN 60300-1:2004 MANAGEMENT SPOLEHLIVOSTI Část 1: Systémy managementu spolehlivosti • generická norma • udává strukturu systému managementu spolehlivosti • norma má shodnou osnovu jako ČSN EN ISO 9001:2001, ale je zaměřena na řízení spolehlivosti jako klíčového znaku kvality • shodná osnova obou norem umožňuje integrovat systém řízení kvality a systém řízení spolehlivosti do integrovaného systému managementu ČSN EN 60300-2:2005 MANAGEMENT SPOLEHLIVOSTI Část 2: Směrnice pro management spolehlivosti • obsahuje směrnice pro management spolehlivosti • z obecných požadavků v EN 60300-1 identifikuje příslušné procesy a metody pro produkty a jsou v ní na tyto procesy a metody uvedeny odkazy • k etapám životního cyklu určuje použitelné prvky a úkoly programu spolehlivosti [2],[3],[9]

34. Normy uvádějící metody pro zabezpečení spolehlivosti ČSN EN 60300-3-x MANAGEMENT SPOLEHLIVOSTI Část 3-x: Pokyn (návod) k použití • obsahují popisy metodik a postupů pro činnosti, potřebné k zabezpečení potřebné úrovně produktu - techniky a analýzy spolehlivosti - sběr dat o spolehlivosti v provozu - specifikaci požadavků na spolehlivost - podmínky při zkouškách bezporuchovosti a principy statistických testů - třídění namáháním pro zlepšení bezporuchovosti elektronického hardwaru - analýza rizika technologických systémů - udržovatelnost - údržba zaměřená na bezporuchovost - integrované logistické zajištění - údržba a zajištění údržby [9],[12]

35. ČSN EN 60300-1:2004 MANAGEMENT SPOLEHLIVOSTI Část 1: Systémy managementu spolehlivosti ČSN EN 60300-2:2005 MANAGEMENT SPOLEHLIVOSTI Část 2: Směrnice pro management spolehlivosti ČSN EN 60300-3-x MANAGEMENT SPOLEHLIVOSTI Část 3-x: Pokyn k použití -x [2],[3],[9],[12]

36. Norma ČSN EN 60300-2:2005 - základní norma pro vypracování programu spolehlivosti - zahrnuje všechny kroky procesu pro management spolehlivosti [3],[9]

37. Další normy se vztahem ke spolehlivosti Specifické pro dané odvětví (např. normy pro spolehlivost letecké techniky, přístrojové techniky, stavebních konstrukcí apod.) V jaderné energetice se spolehlivost implementuje kvalitativně formou návodů IAEA či doporučení, obsažených ve standardech (viz. zejména bezpečnostní principy a požadavky na bezpečnost): ČSN IEC 61226: 2006 Jaderné elektrárny - Systémy kontroly a řízení důležité pro bezpečnost - Klasifikace ČSN IEC 61838: 2003 Jaderné elektrárny - Systémy kontroly a řízení důležité pro bezpečnost - Použití pravděpodob- nostního hodnocení bezpečnosti ke klasifikaci ČSN IEC 61513: 2003 Jaderné elektrárny - Systémy kontroly a řízení důležité pro bezpečnost - Všeobecné požadavky na systémy [9]

38. V dopravní technice (drážní systémy) jsou požadavky založeny na: ČSN EN 50126: 2001 Drážní zařízení - Stanovení a prokázání bezporuchovosti, pohotovosti, udržovatelnosti a bezpečnosti (RAMS) Pro řídicí systémy jsou požadavky bezpečnost (spolehlivost) založeny na: ČSN EN 61508-x:2002 Funkční bezpečnost elektrických/elektronických/programovatelných systémů souvisejících s bezpečností Obdobně jsou pro řízení spolehlivosti vojenské techniky používány standardy NATO. [9]

39. Program spolehlivosti Obecný program je tvořen 6 prvky a 32 úkoly. Pro konkrétní použití se podle potřeby modifikuje/redukuje. • Prvek 1: Management Klíčový prvek programu spolehlivosti. V plánu se vymezují rozsah a cíle projektu, identifikují se činnosti projektu a stanovuje se plán rozhodovacích bodů a očekávané výsledky.Zásadní činnosti v prvku management jsou popsány v úkolech 1 až 7. • Prvek 2: Disciplíny spolehlivosti Spolehlivosti produktů se dosahuje vynaložením velkého inženýrského úsilí a použitím úspěšně aplikovaných průmyslových praktik. K poskytování technických řešení, souvisejících s bezporuchovostí a udržovatelností produktu jsou potřeba speciální inženýrské disciplíny. Základní disciplíny spolehlivosti jsou popsány v úkolech 8 až 12. • Prvek 3: Analýza, hodnocení a posuzování Při inženýrství bezporuchovosti a udržovatelnosti se k řešení problémů se spolehlivostí používají rozmanité techniky a metody. Nejběžnější metody, používané v prvku analýzy, hodnocení a posuzování jsou popsány v úkolech 13 až 21.

40. Prvek 4: Ověřování a validace Má se ověřit shoda bezporuchovosti a udržovatelnosti návrhu produktu se specifikacemi návrhu. Ověřování a validace má být součástí procesu přezkoumání. Prvek ověřování a validace je popsán v úkolech 22 až 24. • Prvek 5: Báze znalostí Báze znalostí o spolehlivosti je kritickým předpokladem pro efektivní a účinný provoz v organizaci. Zachycení platných dat o spolehlivosti a informace a znalosti, získané během technologických inovací, při zdokonalování procesu a z výzkumu trhu, poskytují konkurenční výhodu. Tento hlavní bod pro zachování odborné způsobilosti a znalostí je doporučeno považovat za zdroj strategických informací. Prvky báze znalostí jsou popsány v úkolech 25 až 28. • Prvek 6: Zlepšování Zlepšování patří mezi hlavní procesy pro zajištění přežití na trhu. Následné zlepšování dává nutné podněty pro trvalý vývoj. Technologické zásadní objevy a inovace produktu mohou vytvářet konkurenční výhodu. Aby se úsilí o zlepšení využilo pro návratnost investic, je zásadní jeho správné načasování. Prvky zlepšování jsou popsány v úkolech 29 až 32. [3],[9]

41. Úkoly programu spolehlivosti • Prvek 1: Management Úkol 1: Plán spolehlivosti Úkol 2: Specifikace spolehlivosti Úkol 3: Řízení procesů Úkol 4: Řízení návrhu Úkol 5: Monitorování a přezkoumání Úkol 6: Management dodavatelského řetězce Úkol 7: Zavedení produktu • Prvek 2: Disciplíny spolehlivosti Úkol 8: Inženýrství bezporuchovosti Úkol 9: Inženýrství udržovatelnosti Úkol 10: Inženýrství zajištěnosti údržby Úkol 11: Normalizace Úkol 12: Lidské faktory

42. Prvek 3: Analýza, hodnocení a posuzování Úkol 13: Analýza prostředí při použití Úkol 14: Modelování a simulace bezporuchovosti Úkol 15: Hodnocení a řízení dílů Úkol 16: Analýza návrhu a hodnocení produktu Úkol 17: Vliv příčiny na následek a analýza rizika Úkol 18: Předpověď Úkol 19: Analýza optimalizace nákladů a přínosů Úkol 20: Analýza nákladů životního cyklu Úkol 21: Růst bezporuchovosti • Prvek 4: Ověřování a validace Úkol 22: Strategie ověřování a validace Úkol 23: Prokazování spolehlivosti Úkol 24: Třídění namáháním pro zlepšení bezporuchovosti

43. Prvek 5: Báze znalostí Úkol 25: Založení báze znalostí Úkol 26: Analýza dat Úkol 27: Sběr a rozšiřování dat Úkol 28: Záznamy o spolehlivosti • Prvek 6: Zlepšování Úkol 29: Preventivní opatření a opatření k nápravě Úkol 30: Vylepšení a modifikace Úkol 31: Rozvoj a zdokonalování odborné způsobilosti Úkol 32: Zlepšování systému managementu [3],[9]

44. Souvislost etap životního cyklu s použitelnými prvky a úkoly programu spolehlivosti Vysvětlivky: • KSP Koncepce a stanovení požadavků • P&Ú Provoz a údržba • N&V Návrh a vývoj • L Vypořádání (likvidace) • V Výroba • INS Instalace

46. [3],[9]

47. Literatura [1]ČSN EN ISO 9001:2001 Systémy managementu jakosti - Požadavky. ČNI, Praha 2001. [2] ČSN EN 60300-1:2004 Management spolehlivosti - Systémy managementu spolehlivosti. ČNI, Praha 2004. [3] ČSN EN 60300-2:2005 Management spolehlivosti - Směrnice pro management spolehlivosti. ČNI, Praha 2005. [4] ČSN IEC 50 (191):1993 Mezinárodní elektrotechnický slovník - kapitola 191: Spolehlivost a jakost služby. ČNI, Praha 1993. [5] Legát, V.: Terminologie a management jakosti a spolehlivosti. Přednáška - manažer údržby. Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Praha 2005. [6] Mykiska, A.: Základní terminologie spolehlivosti. Perspektivy jakosti č.3/2005, s.7. [7] Fuchs, P. - Ságl, P.: Jakost a spolehlivost. Přednáška. Technická univerzita v Liberci, FM, Liberec 2002. [8] Fuchs, P. - Vališ, D. - Chudoba, J. - Kamenický, J. - Zajíček, J.: Řízení spolehlivosti. [Skripta.] Technická univerzita v Liberci, FM, Liberec 2006. [9] Fuchs, P. - Pelantová, V.: Řízení jakosti a spolehlivosti. Přednáška. Technická univerzita v Liberci, FM, Liberec 2006. [10] Veber, J. a kol.: Management kvality, environmentu a bezpečnosti práce. Management Press, Praha 2006. [11] Pelantová, V.: Budování efektivního komplexního systému řízení organizace. In: konference Chisa 2007. Sborník 54. konference chemického a procesního inženýrství. CSCHI Praha, Srní na Šumavě 2007, A1.6, ISBN 80-86059-47-2. [12] ČSN EN 60300-3-x Management spolehlivosti - Návod k použití. ČNI, Praha.

48. Poděkování Tento text pro výuku byl vytvořen s podporou ESF v rámci projektu: „Inovace a realizace bakalářského oboru Informatika a logistika v souladu s požadavky průmyslu a veřejné správy“, číslo projektu CZ.04.1.03/3.2.15.3/0442.

49. Děkuji Vám za pozornost.