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Method for application of weibull distribution to the reliability calculation of functional safety for industrial machinery
Get PDFDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014.O desenvolvimento de sistemas elétricos e eletrônicos permitiu a massificação do uso de dispositivos eletrônicos programáveis para comando e controle de operações de sistemas técnicos. Tais dispositivos possibilitaram o desenvolvimento de sistemas técnicos mais complexos, porém, devido a essa elevada complexidade, observou-se um aumento de acidentes causados por falhas inerentes ao controle de tais sistemas. Para se reduzir esses acidentes, foram criadas normas técnicas para sistemas de controle, cuja aplicação seja relevante a segurança, o que deu origem a segurança funcional. Segurança funcional refere-se à segurança que é mantida atráves do correto funcionamento de um sistema técnico. Diferentes segmentos industriais tem aplicado o conceito de segurança funcional, para criar máquinas e sistemas mais seguros. No setor de construção de máquinas, o uso de funções de segurança reduz o número de acidentes de trabalho, ao evitar que operadores, mantenedores e pessoas ao redor fiquem expostas aos perigos inerente das máquinas. As normas técnicos impõe requisitos quantitativos e qualitativos sobre os sistemas de controle de segurança. A norma técnica internacional IEC 61508 definiu um framework para quantificação de segurança funcional. Para cada setor industrial, normas específicas foram baseadas baseadas na IEC 61508. Esse framework é bem adequado para componentes elétricos e eletrônicos. Porém, na área de maquinário industrial, sistemas de controle são realizados não somente com tais componentes, mas também por componentes mecânicos, pneumáticos e hidráulicos, os quais apresentam um comportamento diferente de falha. Tais componentes são considerados pela norma técnica internacional ISO 13849. No entanto, os métodos de quantificação desta norma contém fortes limitações e não são completamente compreendidos pelos usuários. Este trabalho dedica-se ao estudo da norma técnica internacional de segurança funcional no setor de construção de máquinas industriais, a ISO 13849. O foco do estudo é a quantificação de falhas físicas de componentes. Falhas físicas sao quantificadas através de indicadores probabilísticos, sendo objeto de estudo da engenharia de confiabilidade. No primeiro capítulo, desenvolve-se o conceito de segurança funcional. O conceito é explorado como um todo, como uma ferramenta de redução de riscos, e posteriormente como esse conceito é aplicado no setor de construção de máquinas. O apêndice A complementa o capítulo 1 com a estrutura legal no que diz respeito à segurança de máquinas na Europa, definido pela Diretiva Europeia de Máquinas, da qual a norma técnica ISO 13849 faz parte. Ainda no capítulo 1 são identificadas as principais linhas de pesquisa, e o objetivo do trabalho é enunciado. Este trabalho, feito em parceria com a Bosch Rexroth, tem como objetivo o desenvolvimento de um método que possibilite a quatificação de índices de confiabilidade para segurança funcional utilizando distribuição de Weibull. No segundo capítulo, conceitos básicos para a compreensão do trabalho são apresentados. Os primeiros conceitos relacionam-se com conceitos da engenharia de confiabilidade, com o objetivo de esclarecer conceitos como probabilidade, confiabilidade, probabilidade de falha e construir o conceito do índice utilizado pela ISO 13849, a frequência média de falhas perigosas por hora, PFH. O apêndice B complementa esse capítulo, com uma explicação intuitiva do que é medido através do PFH. Neste capítulo também é apresentada a distribuição de Weibull, bem como métodos de cálculo de PFH. Os parâmetros para cálculo do PFH segundo a ISO 13849 são apresentados e explicados. No terceiro capítulo é apresentado como se é calculado o PFH através de simulação a eventos discretos. Um método para cálculo do PFH considerando distribuição de Weibull, para estruturas simples e estruturas redundantes, correspondendo às categorias B, 1, 3 e 4 da norma técnica ISO 13849. O apêndices C desenvolve a equação para determinaão do número mínimo de simulações para se alcançar o resultado desejado, e o apêndice D desenvolve as equações utilizadas pelo método proposto para estruturas redundantes com falha de componentes seguindo a distribuição de Weibull. Os resultados para os casos de comparação com a ISO 13849 são apresentados no apêndice E. No quarto capítulo é apresentado um exemplo de aplicação do método proposto em uma máquina hidráulica simples do Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos (LASHIP), da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). A determinação do PFH e subsequentemente do PL é realizada através do procedimento dado pela norma e pelo método proposto. Utilizando-se o método proposto, foi possível calcular PFH para intervalos de utilização diferente do considerado pela ISO 13849, bem como reconhecer o efeito do desgaste do componente, caracterizado pela distribuição de Weibull. No quinto capítulo é apresentado uma visão geral de como integrar o cálculo de PFH com distribuição de Weibull com o processo de desenvolvimento de uma máquina, baseado em experiência com a Bosch Rexroth. No capítulo de conclusão é analisado o potencial de se realizar análises mais realistas, e as limitações do método proposto, sendo adequado apenas para máquinas o subsistemas produzidos em série, devido ao requerimento de dados de campo para extrair os parâmetros da distribuição de Weibull para cada componente. Analisa-se também como que a pesquisa desenvolvida se encaixa na linha de pesquisa explicitada no primeiro capítulo, e qual a relevância para o cenário brasileiro. Adicionalmente, sugestões para trabalhos futuros são feitas.Abstract : The IEC 61508 standard series defined a framework for quantification of functional safety. For each particular industry sector, specific standards are being developed based on it. This framework is well suited for electrical and electronic components. However, in the field of machinery, control systems are realized not only by such components, but also by mechanical, pneumatic and hydraulic components, which exhibit a different failure behavior. Such components are considered by the ISO 13849 standard. However, quantification methods of this standard are still not quite well understood by the users, and have strong limitations. This work presents a study an alternative method of how to calculate the average frequency of dangerous failures (PFH), required by ISO 13849 in order to achieve a Performance Level (PL). This alternative method includes modeling safety functions as Reliability Block Diagram and evaluation of PFH using the software BlockSim, through Discrete Event Simulation. Modeling hypothesis and limitations are discussed. The proposed method enables calculation of the standard s cases, as well as consideration of different failure distributions, of which Weibull distribution is considered. A study case considering Weibull distributed failures is presented. Applicability of the method is also discussed
Guide gällande dokumentationskrav för EN ISO 13849
No full textThe European Machinery directive gives the requirements for safe machinery, and safe machine control, within the European Union. The European standard EN ISO 13849-1 describes safety-related machine control. This report explains some of the documentation requirements, especially for safety-related machine control systems
Guide gällande dokumentationskrav för EN ISO 13849 [Elektronisk resurs]
No full textThe European Machinery directive gives the requirements for safe machinery, and safe machine control, within the European Union. The European standard EN ISO 13849-1 describes safety-related machine control. This report explains some of the documentation requirements, especially for safety-related machine control systems.</p
Supplementary failure mode and effect analysis (FMEA) for safety application standards DIN EN ISO 13849 safety function-fmea
Get PDFIn the automotive industry, the Safety Function-FMEA according to ISO 26262 and its application to functional safety relevant systems is a well-established process in the form of Automotive Safety Integrity Levels (ASILs). These represent the failure mitigation that must be applied to ensure an acceptable residual risk of malfunctioning behaviour. The DIN EN ISO 13849 (ISO 13849) already describes a process to reduce risks for machines which starts with a Hazard And Risk Analysis (HARA) as described in DIN EN ISO 12100 and concludes with the Safety Requirements Specification (SRS). The SRS is a functional and technical safety concept defining requirements and guidelines to make
sure the design conforms to defined safety goals. ISO 13849 lists important faults and failures for various technologies. The defined Safety Functions (SFs) can be classified in corresponding categories that lead to the particular hardware/system structure. This applies to mechatronic systems consisting of at least one sensor, one control unit and one actuator to monitor the system and effect a response in case of failure. Compared to the methods described in ISO 13849, the Safety Function-FMEA allows systematic identification of additional failures resulting from combinations of effects, rather than only listing the main failure causes. Based on the complexity of the machines it is highly recommended to perform a Safety Function-FMEA as a complementary method to assess and improve the overall safety of machinery
Análise de estruturas para a norma em ISO 13849-1 com base em um comportamento estocástico usando cadeias de Markov
Get PDFIn order to improve quality in industrial production, reduce environmental impacts and industrial accidents, maintenance engineering has focused on developing techniques, methodologies and standards to approach these critical issues in industrial automation. The EN ISO 13849-1 standard is a protocol to be followed in order to ensure the decrease of negative impacts in safety. This article presents a methodology that allows using the EN ISO 13849-1 standard in a quantitative way by applying the probability theory. This is established by using Markov chains, which effectively describe the evolution of the degradation of industrial systems by making a quantitative calculation of the safety level of a system in order to present a numeric description of the safety structures and weigh the response of the safety system by including the traditional qualitative methodCon el propósito de mejorar la calidad en la producción industrial, así como reducir los impactos ambientales y los accidentes industriales, la rama de la ingeniería de mantenimiento se ha enfocado en desarrollar técnicas, metodologías y normas pertinentes que permitan atacar estos puntos críticos en la automatización industrial. La norma EN ISO 13849-1 es un ejemplo de protocolo por seguir para asegurar la reducción de los impactos negativos en cuanto a seguridad. En este trabajo se presenta una metodología que permite emplear la norma EN ISO 13849-1 de una manera cuantitativa mediante la aplicación de teoría de la probabilidad. Para ello se recurre a las cadenas de Markov, las cuales describen de manera eficaz la evolución de la degradación de los sistemas industriales al calcular el nivel de seguridad de un sistema de forma cuantitativa, lo que permite una descripción numérica de las estructuras de seguridad, además de ponderar la respuesta del sistema de seguridad mediante la inclusión de la tradicional forma cualitativaCom o propósito de melhorar a qualidade na produção industrial, assim como reduzir os impactos ambientais e os acidentes industriais, o ramo da engenharia de manutenção tem se enfocado em desenvolver técnicas, metodologias e normas pertinentes que permitam atacar estes pontos críticos na automatização industrial. A norma em ISO 13849-1 é um exemplo de protocolo a seguir para garantir a redução dos impactos negativos em quanto à segurança. Neste trabalho se apresenta uma metodologia que permite empregar a norma em ISO 13849-1 de uma maneira Quantitativa através da aplicação de teoria da probabilidade. Para isso se recorre às cadeias de Markov, as quais descrevem de maneira eficaz a evolução da degradação dos sistemas industriais ao calcular o nível de segurança de um sistema de forma quantitativa, o que permite uma descrição numérica das estruturas de segurança, além de ponderar a resposta do sistema de segurança através da inclusão da tradicional forma qualitativ
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Introduction to Hardware Architecture and Evaluation According to EN ISO 13849-1 [Elektronisk resurs]
No full textHardware realization of safety functions, in safety related machinery control systems can, according to EN ISO 13849-1, be realized as one out of five distinct designated architectures. This report gives examples and guidance for choosing a designated architecture which fulfills the required risk reductive measure of the safety function.</p
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