Systematic failure identification in heavy machinery : failure identification tools and their applicability in product risk management

Abstract

Heavy-machinery products are typically assessed only through ISO 12100 risk assessment, leaving a gap in proactive, systematic failure identification. This thesis develops a framework that integrates proactive failure identification within the commissioning company’s ISO 12100 risk-management process enabling earlier and more consistent detection of potential failures.

Multi-stage evaluation combined qualitative literature scan and semi-quantitative Pugh method. The applicable tools were evaluated against four main criteria: failure identification strength, systematic analysis, documentation discipline, and multidisciplinary suitability. The ISO 31010 and scientific review papers on risk management provided current state-of-the-art image, and internal process documents provided the as-is baseline in the company.

The analysis identified Failure Modes and Effects and Criticality Analysis and Fault-Tree Analysis hybrid as best scoring option, and FMECA alone for second. Aligning with the company’s current maturity level, a phased implementation roadmap is proposed. FMECA in the first phase of implementation and FTA in the second phase of implementation. The roles, governance and definition requirements are mapped for efficient use of the tools.

The resulting framework is expected improve the safety and reliability of the product and increase understanding of the system-level failure modes and causes observed in complex systems. Holistic adoption of the proposed framework principles enables future opportunities for risk-based design processes and probabilistic risk estimation.

ISO 12100-standardin mukainen vaarojen arviointi on raskaiden konetuotteiden riskienarvioinnin perusta, mutta se ei kata järjestelmällistä ennakoivaa vikaantumisen tunnistamista. Tutkielma korvaa puutteen sovittamalla vikaantumisen analysoinnin organisaation nykyiseen ISO 12100-riskienhallintaprosessiin, mahdollistaen vikojen aikaistetun ja johdonmukaisen tunnistamisen.

Monivaiheinen tutkimus yhdisti kvalitatiivisen kirjallisuuskatsauksen ja semikvantitatiivisen Pugh-menetelmän. Soveltuvat työkalut arvioitiin neljän pääkriteerin avulla: vikojen tunnistuskyky, systemaattinen analyysi, dokumentoinnin tarkkuus ja monialainen soveltuvuus. Nykyinen kehitystaso kartoitettiin ISO 31010-standardin, sekä riskienhallintaan liittyvien tieteellisten julkaisujen avulla. Nykytila yrityksessä selvitettiin sisäisten prosessikuvausten avulla.

Työkalujen vertailevassa arvioinnissa vika- ja vaikutus- ja kriittisyysanalyysi (FMECA), sekä vikapuuanalyysi (FTA) sijoittuivat korkeimmalle; FMECA yksinään oli toisella sijalla. Tutkimuksessa ehdotetaan organisaation nykyisen maturiteetin huomioiva vaiheittainen implementointisuunnitelma, jossa ensimmäinen vaihe huomioi FMECA:n käyttöönoton ja FTA:n käyttöönottoa ehdotetaan toisessa vaiheessa. Tutkimus kartoittaa roolit, hallintotavan ja vaaditut määritykset, jotka työkalujen tehokas käyttö vaatii.

Ehdotetun viitekehyksen odotetaan parantavan tuotteiden turvallisuutta ja luotettavuutta, sekä lisäävän organisaation ymmärrystä järjestelmätason vikaantumismalleihin ja syihin monimutkaisissa järjestelmissä. Ehdotuksen periaatteiden käyttöönotto mahdollistaa riskipohjaisten suunnittelupäätökset, sekä todennäköisyyteen perustuvan riskienarvioinnin.