Havacılık parça tasarımında kök neden analiz yöntemleri

TUSAŞ Motor Sanayii AŞ’nin (TEI) dergisi “TEI Post”un 138. sayısında, havacılık tasarım sürecinde kök neden analizinin önemini vurgulayan bir makaleye yer veriliyor.

“TEI Post” dergisinin 138. sayısının tamamına, mobil uygulamamızın dergi bölümünden ulaşabilirsiniz.

Dergide yer alan “Havacılık Parça Tasarımında Kök Neden Analiz Yöntemleri” başlıklı yazıyı takipçilerimize sunuyoruz:

HAVACILIK PARÇA TASARIMINDA KÖK NEDEN ANALİZ YÖNTEMLERİ

GİRİŞ

Tüm parçalar ürün yaşam döngülerinin ilk aşamasında tasarım sürecini yaşamaktadırlar. Hedeflenen kalite seviyesi ancak hataya sebep olan risklere karşı önlem alınması ya da yok edilmesi sonucunda sağlanır.

Risk analizi proaktif bir yaklaşım olarak kök neden analizini kolaylaştırarak çözümü daha efektif bulmayı sağlamaktadır. Hata modu ve etki analizi (FMEA) teknik riskleri gerçekleşmeden önce sınıflandırmak ve etkilerini azaltmak amacıyla kullanılmaktadır.

Önlem alınmayan risklerin etkileri özellikle havacılık parçaları için tolere edilemez. Kök neden analizinde bu yolla iterasyon sayısı minimize edilir, uçağın emniyeti ve öğrenilmiş tecrübeler açısından büyük önem teşkil etmektedir.

Bu çalışmanın amacı, kök neden analizinin yöntemlerini havacılık regülasyonları ve başlıca üreticilerinin kullandığı yöntemleri örnek alarak vurgulamaktır. Havacılık sektöründe çoğunlukla kullanılan örnekleri sıraladıktan sonra, kök neden analiz yöntemleri hataların kritikliğine göre (minor, major, hazardous) sınıflandırılmıştır. Bu çıkarım araştırmacılara yöntem sağlamaktadır.

Havacılık sektöründe literatürde kök neden analizi üzerine yapılmış birçok çalışma bulunmaktadır.

Washington ve ark. uzaktan kontrollü uçak sistemlerinin güvenlikleri için sistemdeki belirsizlikler üzerine çalışma yaparak, mevcut sistemlerinin emniyetinin geliştirilmesi gerektiğinin analizini Bayesian Belief Network (BBN) yöntemini kullanarak gerçekleştirmişlerdir. Bu analiz yöntemi, risk bazlı kök neden analiz metodudur. Tüm hata modları Federal Aviation Authority (FAA), European Union Aviation Safety Authority (EASA) and North Atlantic Treaty Organization (NATO) kuruluşları ile kıyaslanarak çalışmanın sonucunda sistematik havacılık sistemleri oluşturulmuştur.

Freitas ve ark. iniş esnasında açılmayarak ciddi kazalara sebep olma potansiyeli olan burun iniş takımı aksı hatası üzerine çalışma yapmışlardır. Bu parçanın emniyet özelinde rolü çok büyük olduğu için hatanın kök neden analizi sayısal ve deneysel verilerle desteklenmiştir. Kırılmaların olduğu bölgeler elektron mikroskobuyla incelenmiştir. Elektron mikroskobuyla yapılan analiz sonuçlarının sayısal analiz sonuçlarıyla uyum halinde olduğu görülmüştür. Yapılan analizlerin sonucunda, kırılmanın aşırı kayma ve bükülme gerilmesine sebep olan yüklemeden dolayı meydana geldiği anlaşılmıştır. Bu nedenle burun iniş takımı aksını yüksek alaşımlı çelik kullanarak güçlendirmişlerdir. Kök neden analizi, potansiyel nedenlerin sayısal ve deneysel yöntemlerle analiz edilmesi sonucu parametrik sınıflandırmalarla tespit edilmiştir.

Silveira ve ark. sertleştirilmiş nikel alaşımlı yüksek basınç türbin kanadında yaşanan hataya ilişkin kök neden analiz çalışması yapmışlardır. Analiz fazında mikroyapı incelemesi için elektron mikroskobu kullanılmıştır. İlk kanadın termomekanik yorulması soğutma boşlukları başlatılarak analiz edilmiştir. Çalışmanın sonucunda, çatlak karbürler ve birincil havanın hatayı oluşturmak açısından büyük önemi olduğu anlaşılmıştır. Diğer kanatlarda ömür azalması olmuştur. İlk kanatta yaşanan sürünme eğilimi ve termal yorgunluk sistemi etkilemiştir. Önlemler tasarım aşamasında alınmalıdır.

Rabcan ve ark. tahribatsız muayene yapmak amacıyla bir algoritma geliştirmişlerdir. Bu sinyaller sayesinde, gaz türbin kanatları üzerindeki titreşimler tehlikeli ve normal sınıfta olacak şekilde sınıflandırılmaktadır. Türbin kanatlarındaki problemleri tespit edebilmek amacıyla, ortak tüm bilgileri toparlayan Belirsiz Karar Ağacı (Fuzzy Decision Tree - FDT) metodu kullanılmıştır. Bu sayede elde edilen bilginin kesinliği %98,5 oranındadır. Çalışmanın sonucunda geliştirilen algoritma FDT metoduyla kıyaslanarak FDT metodunun üstünlüğü ve kök neden analizinde kullanılan Hata Ağacı metoduyla benzerliği anlaşılmıştır. Bu metodun sinyallerin arasındaki etkileşimin anlaşılması açısından kullanımının önemli olduğu ve kök neden analiz metotları sayesinde bilginin konsolidasyonu ve sınıflandırmasının doğru şekilde yapıldığı anlaşılmıştır.

2. KÖK NEDEN ANALİZ GEREKSİNİMİ

Kök neden analiz yönteminin belirlenmesi, problem tanımlama aşaması ile başlar. Bu sayede araştırmacıların problemleri çözmesi desteklenmektedir. Kök neden analizi yöntemlerinin kullanılmasına karar verildiğinde problemin doğru tanımlanması, doğru çözüme daha yakın olmak amacıyla uygun kök neden analizini belirlemek açısından çok önemlidir. Şekil 1’de, bir problemin kısa gösterimi ve olası nedenleri yer almaktadır. Sorunun temel nedenleri doğru bir şekilde analiz edilmezse sorun tekrarlayabilir.

Temel problem çözme döngüsü Şekil 2’de gösterilmektedir. Problemi anlamak ilk adımdır ve eylemi tanımlamak için blokajın anahtarı olan doğru kök nedenin zamanında tespiti kritiktir.

2.1 Havacılıkta Kök Neden Analizi

Kök neden analizi yöntemine, havacılık sektöründe çok yaygın olarak temel regülasyonlarda aşağıdaki şekilde atıf yapılmaktadır. Kök nedeninin tekrar etmediği tespit edilen sorunlar için önleyici faaliyetler tanımlanmalıdır. Düzeltici eylemler, temel nedenler ortadan kaldırıldığında tamamlanabilir. Ayrıca, NPA 2013-01 (B) ‘Part-M’de EASA Bildirimi Önerilen Değişiklikler’de (NPA) 18 adet kök neden analizi alıntı yer almaktadır. NPA 2013-01 (C) ‘Part-145’te de atıflar mevcuttur; bu durum kök neden analizinin havacılık sektöründeki önemini göstermektedir.

2.2 Kök Neden Analiz Yöntemleri

Hataların ciddiyetine göre havacılıkta kullanılan temel beş kök neden metodu aşağıda verilmiştir.

2.2.1 5 Neden Analiz Yöntemi

5 Neden yöntemi ilk olarak 1958 yılında Toyota frması tarafından Sakichi Toyoda tarafından kullanılmıştır. Potansiyel çözümü bulmak için ilk yaklaşım olarak tercih edilir, genellikle küçük problemler için kullanılır ve çözümü gerçekleştirilir. Neden nedenler sorusu ile anlaşılır ve 5 iterasyondan sonra alternatif nedenler tanımlanabilir. Bu çok pratik bir yöntemdir. Şekil 3’te, soruların neden art arda sorulduğunun uygulanabilir alanları gösterilmiştir.

2.2.2 Balık Kılçığı (Ishikawa) Analiz Metodu

Balık Kılçığı analizi, neden ve çıktılar arasındaki ilişkileri ve etkenleri tanımlar. Bu yöntemde tüm faktörler sınıflandırılmaktadır. Bu yöntem ilk olarak 1942’de Prof. Kaoru Ishikawa tarafından keşfedilmiştir. Olası nedenler; çevre, insan, malzeme, makine, süreç ve diğerleri olarak sınıflandırılmaktadır. Tüm nedenler doldurulur ve sorun çıktıdır. Tüm nedenler çekirdek ekip tarafından puanlanır ve Pareto diyagramı kullanılarak desteklenebilecek öncelikler tanımlanır. Bu çabanın bir sonucu olarak, çıktıları analiz etmek için bir aksiyon listesi oluşturulur. Şekil 4’te kök neden analizi temel yapısı gösterilmiştir.

2.2.3 Hata Ağacı Analiz Metodu

Hata Ağacı, farklı olaylar ve koşullar için ilgili potansiyel nedenleri genişletmek amacıyla kullanılır. İstenmeyen sonuçlara neden olan olaylar “neden” olarak sorgulanır ve olası nedenler ve nedenleri “yakın neden, ara neden ve kök neden” olarak sınıflandırılır. Şekil 5’te, ilgili olaylarla hangi olası nedenlerin değerlendirildiği ve tablodan çıkarılabileceği Hata Ağacı örneği gösterilmektedir.

Kök nedenler, ağacın altında yer alan sistemik sorunlar veya küresel faktörlerdir. Katkıda bulunan faktörler, olayı etkileyen tüm faktörleri göstermek için bazen ağaçta bırakılır. Katkıda bulunan faktör, bir sonucun olasılığına katkıda bulunmuş olabilecek, ancak değiştirilmiş veya ortadan kalkmış olsaydı tek başına olasılığı engellemeyecek bir olay veya koşul anlamına gelir. Koşullarla ilgili birkaç girdi, parametre ve olay olduğunda Hata Ağacı analizi temel neden yöntemi tercih edilir. Sonuç olarak, bu yöntem olası nedenleri ve farklı oluşum seviyelerini tanımlar.

2.2.4 Papyon Analiz Metodu

Papyon analiz yöntemi, yaygın olarak nedenleri ve sonuçları tanımlayan bir kök neden analizi olarak kullanılır. Olay, nedenlerin ve sonuçların ortasında yer alır. Nedenler, temel ve acil nedenler olarak sınıflandırılır. Temel nedenler kişisel ve iş faktörlerinden kaynaklanmaktadır; acil faktörler, eylemler ve koşullarla ilgilidir. Sebepler ve sonuçlar bu yöntemle uzmanlaşmıştır. Sonuçlar ayrıca acil ve nihai sonuçlar olarak sınıflandırılır. Şekil 6’da Papyon yöntemi şema olarak gösterilmiştir.

Papyon analiz yöntemi, proaktif bir çözüm olarak, risk gerçekleşmeden önce alınan önleyici tedbirlere sunulan risk ve tehditleri tanımlar. Bu adımlar, aşağıdaki gibi Papyon yöntemi için kullanılır.

1. Tehlikelerin tanımı

2. İstenmeyen sonuçların tanımı

3. Tehditlerin tanımı

4. Çıktıları belirleyin

5. Önleyici eylemleri tanımlayın

6. Artış faktörlerini belirleyin

Papyon analiz yöntemi, İsviçre Bariyer modeli ile de birleştirilebilir. Engelleri belirlemek, Papyon yöntemi için en önemli olanıdır. Tüm olası nedenler ve riskler arasında ilişki kurar. Bu, bir organizasyonda emniyet ve güvenilirliğin her bir parçasının daha derin sonuçlarını bulmak için çok faydalıdır.

2.2.5 8D Metodu

8D, bazen Ford TOPS 8D, 8D ve Global 8D olarak da anılır. Bu metodoloji otomotiv sektörü başta olmak üzere birçok sektörde tercih edilmektedir. Genelde standardize edilmiş süreç gibi kullanılır. Olası nedenleri ve etkileri onaylamak için yöntemin 8 adımını kullanarak sorunları çözmek için birlikte çalışmayı teşvik eder. Kök nedenleri tanımlamak ve kalıcı düzeltici eylemleri belirlemek çok etkilidir. Bu yöntemle ortak sorunların ortaya çıkmamasını sağlayacak çok sayıda rapor var. Yöntem, bu çalışmada bahsedilen süreç şeması, neden sonuç diyagramı, Pareto analizi ve diğer kök neden analizi yöntemlerinden oluşmaktadır. 8D, temel nedeni bulmak ve uzun vadeli eylemler için tüm süreyi optimize etmek için kullanılır. Yöntem için 8 adet adım bulunmaktadır.

1. Farkındalığı yaratın

2. Problemi tanımlayın

3. Kısa vadeli düzeltici faaliyetlerin uygulanması ve doğrulanması

4. Kök neden analizini tanımlayın ve doğrulayın

5. Düzeltici faaliyetleri doğrulayın

6. Etkililiğin ölçülmesi

7. Yinelemeyi önleyin

8. Sonuç

Bulgular ve Tartışmalar

Havacılık sektörü için yaygın olarak kullanılan ortak kök neden analizi yöntemleri araştırılmış ve hataların kritikliği dikkate alınarak sınıflandırılmıştır. Bu yöntemler, bilgi birikiminin sürdürülmesi açısından çok önemlidir ve tespitleri yeni tasarımlar için öğrenilen dersler olarak yansıtılır. Ayrıca, örnekler başlıca havacılık şirketleri ve ilgili araştırmacılar tarafından desteklenmektedir.

Örneğin bir somun tasarımı havacılık parçası olarak düşünüldüğünde, bu parça tasarımı biçim (ft), uyum ve işlev açısından değerlendirilecektir. Form, kurulum ve servis kolaylığı için yapısını ve rahatlığını ifade eder. Uyum, formla ilgili boyutsal unsurları ifade eder ve parçanın montaj yüzeyindeki uyumluluğunu gösterir. İşlev, kullanımının ana nedeni olan yapısını ifade eder. Örneğin, somun yalnızca şaftın montajı için kullanılmaz, aynı zamanda eksenel yüklere karşı dayanıklılığı sağlayarak dinamik gerilimi dengeleyebilir. Bu temel terimler, havacılık parçalarının tasarım aşaması için çok önemlidir. Bu terimler, geliştirme aşamasında Tasarım FMEA’nın sürdürülmesini teşvik eder ve uygun bir problem çözme süreci kullanılarak herhangi bir sorun ortaya çıktığında kök nedeni tespit etmeyi kolaylaştırır.

3. SONUÇLAR

Bu çalışma havacılık alanında yaygın olarak kullanılan kök neden analizi yöntemlerini, problemlerin kritiklik seviyelerine göre sınıflandırmak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Özellikle; Havacılık Mevzuatı ve havacılık sektöründeki başlıca üreticilerin çalışmaları incelenmiştir. (EASA, CAA, NASA, Boeing, Lockheed Martin vb.) Kök neden analiz yöntemlerinin hem tekrarlanmayı önlemek için daha kısa sürede problemlerin doğru çözülmesini hem de üreticilerin know-how genişlemesini her sektör için sürdürmesini desteklediği anlaşılmaktadır. Bu araştırma, sorunların kritiklik düzeyine karşı, doğru kök neden analizi yöntemlerinin seçilmesinin çok önemli olduğuna işaret etmektedir. Böylelikle bu araştırma doğrultusunda yöntemler sınıflandırılmış ve sonuç olarak Şekil 7’de gösterilmiştir. Küçük sorunlar için 5 Neden yöntemi tercih edilirken, büyük sorunların çözümü için Balık Kılçığı yöntemi kullanılmasının yanı sıra önleyici faaliyetler tanımlanacağı zaman Hata Ağacı tercih edilmektedir.

4. KISALTMALAR

FAA: Federal Aviation Administration

CAA: Civil Aviation Authority

NASA: National Aeronautics and Space Administration

EASA: European Aviation Safety Agency

NATO: North Atlantic Treaty Organization

ACT: Accident Causation Tree

SCW: Swiss Cheese Model

FMEA: Fault Mode and Effect Analysis