DSM-FCM based FMEA considering relationships between failure modes
Hata türleri arasındaki ilişkileri dikkate alan tasarım yapı matrisi ve bulanık bilişsel haritalara dayalı hata türleri ve etkileri analizi
- Tez No: 961151
- Danışmanlar: DOÇ. DR. UMUT ASAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Industrial and Industrial Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Hata Türleri ve Etkileri Analizi (HTEA), karmaşık mühendislik sistemlerinde karşılaşılabilecek potansiyel hata türlerini önceden belirleyerek bu hataların sistemin performansına, güvenliğine ve sürekliliğine olan etkilerini değerlendirmek amacıyla yaygın olarak kullanılan bir risk analiz yöntemidir. Bu yöntem, her bir hata türüne üç temel kriter üzerinden puan atar: Şiddet (S), Oluşma Olasılığı (O) ve Tespit Edilebilirlik (D). Bu üç kriter puanının çarpımıyla elde edilen Risk Öncelik Sayısı (RPN) ise, hangi hataların daha öncelikli ele alınması gerektiğini belirlemeye yardımcı olur. Ancak geleneksel HTEA yaklaşımında her bir hata türü birbirinden bağımsız olarak değerlendirilmekte, yani bir hata türünün başka bir hata üzerinde etkisi olmadığı varsayılmaktadır. Bu durum, sistem içi etkileşimlerin önemli rol oynadığı karmaşık sistemler için ciddi bir sınırlılık oluşturmaktadır. Geleneksel HTEA'nın bu temel eksikliği, sistem genelindeki nedensel zincirlerin göz ardı edilmesine ve bu nedenle bazı kritik senaryoların yanlış önceliklendirilmesine ya da tamamen atlanmasına neden olabilir. Örneğin, sistemde doğrudan etkisi düşük görülen bir hata türü, başka bir arızayı tetikleyerek dolaylı yoldan sistemin genel performansını ciddi şekilde etkileyebilir. Bu tür dinamik etkileşimlerin hesaba katılmaması, özellikle parçalar arası etkileşimleri sık olan havacılık, otomotiv, enerji gibi güvenliğin ve sürekliliğin kritik olduğu sektörlerde ciddi riskler oluşturabilir. Bu tez çalışması, HTEA'nın hata türleri arasındaki etkileşimleri göz ardı etmesi nedeniyle ortaya çıkan analitik yetersizliğini gidermek üzere bütüncül bir metodoloji sunmaktadır. Önerilen bu metodoloji, Çok Boyutlu Tasarım Yapı Matrisi (Multidimensional DSM – MDSM) ve İyileştirilmiş Bulanık Bilişsel Harita (Improved Fuzzy Cognitive Map – IFCM) yaklaşımlarını bütünleşik bir şekilde kullanarak, hem fiziksel bileşenler arasındaki birden fazla boyuttaki ilişkileri hem de hata türleri arasındaki doğrudan ve dolaylı neden-sonuç bağlantılarını dikkate almaktadır. Böylece yalnızca hata türleri değil, bu hataların oluşumuna neden olan sistem bileşenleri de değerlendirmeye alınmakta, analiz daha bütüncül ve sistemik bir yapıya kavuşmaktadır. Önerilen yöntemin uygulanabilirliğini ortaya koymak amacıyla, Boeing 757 tipi bir yolcu uçağının iniş takımı sistemine ilişkin iniş sonrası fazı kapsayan bir vaka çalışması yürütülmüştür. Analiz süreci, öncelikle uçak iniş takımı sistemindeki bileşenler arası ilişkilerin modellenmesi ile başlamaktadır. Bu aşamada Çok Boyutlu Tasarım Yapı Matrisi yöntemi kullanılarak bileşenler arası mekanik, fonksiyonel, enerjisel ve yapısal ilişkiler sistematik biçimde tanımlanmıştır. Elde edilen matris uzman görüşleri ve literatür taramaları doğrultusunda incelenerek, iniş sonrası faza ait potansiyel dokuz hata türü tanımlanmıştır. Bunlar arasında frenleme performansının azalması, asimetrik frenleme, çoklu lastik patlamaları, taksi sırasında oluşan titreşimler, yönlendirme problemleri ve süspansiyon arızaları gibi senaryolar yer almaktadır. Sonrasında, bu hata türleri arasındaki nedensel ilişkiler belirlenmiş ve bir arızanın diğerini nasıl tetikleyebileceği veya etkileyebileceği ortaya konmuştur. Bu neden-sonuç ilişkileri doğrultusunda, her bir hata türü için S, O ve D değerleri üç uzmanın değerlendirmelerinin aritmetik ortalaması esas alınarak belirlenmiştir. Hata türleri arasındaki dinamik ilişkileri modellemek amacıyla IFCM yöntemi uygulanmıştır. İlk adımda, geleneksel HTEA yaklaşımı doğrultusunda her bir hata türü diğerlerinden bağımsız olarak değerlendirilmiş; sistemsel etkileşimler göz önünde bulundurulmaksızın yalnızca kendi karakteristiklerine göre puanlanmıştır. Üç uzman tarafından ayrı ayrı yapılan değerlendirmeler sonucunda, S, O ve D faktörleri için başlangıç durum vektörleri oluşturulmuş ve bu değerlerin aritmetik ortalamaları esas alınmıştır. Bu aşama, klasik HTEA yönteminin temel varsayımı olan hata türlerinin bağımsızlığı anlayışını yansıtmaktadır. Bir sonraki aşamada, sistem bileşenleri arasındaki neden-sonuç ilişkilerinden yola çıkılarak S, O ve D faktörleri için ayrı ayrı türetilen ağırlık matrisleri kullanılarak S, O ve D faktörlerine ait durum vektörleri iteratif olarak güncellenmiştir. Bu süreçte, hata etkilerinin sistem genelinde nasıl yayıldığı modellenmiş ve sistemin kararlı bir duruma ulaşmasına kadar her bir yinelemede normalizasyon uygulanmıştır. Her iterasyonda uygulanan normalizasyon işlemi sayesinde yakınsama süreci istikrarlı biçimde ilerlemiş, sistemin kararlılığa ulaştığı ise yalnızca sayısal değerlerin sabitlenmesiyle değil, iterasyonlara ait sonuçların grafiksel eğilimleri incelenerek de doğrulanmıştır. Sistem kararlılığa ulaştığında, hata türleri arasındaki kümülatif etkileri temsil eden toplam ağırlık matrisleri oluşturulmuştur. Son adımda ise, başlangıç durum vektörleri ile bu toplam matrislerin entegrasyonu yoluyla nihai S, O ve D değerleri hesaplanmıştır. Önerilen metodolojiden elde edilen değerler ve geleneksel değerlendirme sonucu elde edilen değerler kullanılarak Risk Öncelik Sayıları hesaplanmış ve karşılaştırmalı bir analiz gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular oldukça çarpıcıdır: Geleneksel yöntemle aynı Risk Öncelik Sayılarını alan ve sıralamada eşit konumlarda yer alan birçok hata türü, önerilen yöntemle analiz edildiğinde birbirinden tamamen farklı öncelik değerleri almıştır. Özellikle sistemdeki diğer bileşenler üzerinde yüksek düzeyde etkileşim yaratan hata türleri –örneğin taksi titreşimleri ve süspansiyon arızaları– daha yüksek öncelik alırken, izole kalan ve sistemin geneli üzerindeki etkisi sınırlı olan hata türleri –örneğin burun iniş takımı lastik patlaması– daha düşük risk seviyelerinde yer almıştır. Bu iki yöntemle elde edilen sıralamalar arasındaki ilişki, istatistiksel olarak Kendall's Tau korelasyon katsayısı ile analiz edilmiştir. Yapılan test, iki sıralama arasında anlamlı bir farklılık olduğunu ortaya koymuş ve önerilen metodolojinin, klasik yöntemin göz ardı ettiği sistemsel zayıflıkları daha etkili biçimde tespit edebildiğini doğrulamıştır. Bu durum, geleneksel HTEA'nın temel eksikliğini doğrudan ortaya koymakta ve sistem içi etkileşimlerin hesaba katılmadığı analizlerin karar süreçlerini yanıltabileceğini açıkça göstermektedir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasıyla önerilen MDSM–IFCM tabanlı metodoloji, yüksek derecede etkileşimli sistemlerde arıza risk değerlendirmesine daha bütüncül, dinamik ve duyarlı bir yaklaşım sunmaktadır. Yalnızca arıza türlerini değil, bu türlerin oluşumuna neden olan fiziksel sistem yapısını da modelleyerek, daha gerçekçi risk önceliklendirmesi sağlamaktadır. Bu yöntem, sadece havacılık sektörü için değil; aynı zamanda otomotiv, enerji, savunma ve üretim gibi birçok alanda uygulanabilir niteliktedir. Daha doğru risk tespiti ve önceliklendirmesi sayesinde, daha güvenli tasarım kararları ve daha etkin bakım stratejileri geliştirilmesini desteklemektedir.
Özet (Çeviri)
Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) is a widely accepted technique for assessing risks in complex engineering systems by assigning Severity (S), Occurrence (O), and Detection (D) values to potential failure modes. However, its inherent assumption that each failure mode occurs independently of others limits its ability to account for relationships between failure modes. As a result, the FMEA analysis determined risk priorities without considering the relationships between failure modes, which led to the misprioritization or complete omission of certain critical scenarios whose actual risks emerge only through their interactions. This study proposes an enhanced methodology that integrates the Multidimensional Design Structure Matrix (MDSM) and the Improved Fuzzy Cognitive Map (IFCM) to overcome the limitations of traditional FMEA. Unlike the traditional approach, the proposed methodology evaluates failure modes by incorporating both direct and indirect relationships between them, as well as the mechanical, structural, functional, and energy based dependencies between the physical components associated with each failure. To demonstrate the applicability of the proposed framework, a case study focusing on the post-landing phase of a Boeing 757 landing gear system is conducted. The analysis begins with the identification and modeling of interrelationships between system components using the MDSM methodology. This matrix-based structure enables the examination of various component-level dependencies—mechanical, structural, functional and energy based —which are then mapped to potential failure scenarios. Based on these component-level interdependencies, nine distinct failure modes that are likely to occur during the post-landing phase were systematically identified through a combination of expert consultations and an extensive literature review. These failure modes include loss of braking performance, asymmetric braking, multiple tire bursts, taxiing vibrations, directional issues, and suspension malfunctions. Following this, the IFCM methodology is employed to simulate the dynamic behavior of interrelated failure modes within the system. In the initial step, a traditional FMEA is conducted by evaluating each failure mode in isolation, without considering interrelationships. Accordingly, initial state vectors for S, O, and D are constructed based on the average of assessments provided by experts. This represents the conventional FMEA approach, where failure modes are treated independently and scored based solely on their individual characteristics. Next, using the cause-effect weight matrices, the S, O, and D vectors are updated iteratively, and normalization is applied at each step to ensure stable convergence. Through this process, the failure effects are propagated throughout the system until a steady state is achieved. The steady state was identified not only through numerical stabilization but also by examining the graphical trends of iteration results. Once steady state was reached, total weight matrices were constructed to reflect the cumulative influence of interrelated failures. Finally, the final state vectors were computed by integrating the initial state vectors with the total weight matrices. Then, Risk Priority Numbers (RPNs) are calculated using both the traditional and proposed methodology. A comparative analysis reveals notable differences: failure modes with high systemic influence—such as taxiing vibration and suspension failure—emerge as higher priority, while more isolated failures—like nose gear tire bursts—see a reduction in risk ranking. This highlights the importance of considering interdependencies in failure analysis to ensure accurate risk prioritization. The rankings obtained from both methods are compared using Kendall's Tau correlation coefficient, confirming a statistically significant difference between the two approaches. This validates the improved method's ability to detect systemic vulnerabilities that conventional FMEA may ignore. In conclusion, the proposed methodology offers a robust and integrated framework for failure risk assessment in highly interdependent systems. By addressing the critical limitations of traditional FMEA, it provides practical guidance for enhanced system reliability and decision-making. Not only for aerospace applications but also for high-risk industries such as automotive, energy, and defense. By enabling more accurate failure prioritization, it supports safer design practices, more efficient maintenance strategies, and better-informed decision-making.
Benzer Tezler
- İş güvenliğinde risk değerlendirme için karar destek modeli önerileri
Decision support model suggestions for risk assessment in occupational safety
BURAK EFE
Doktora
Türkçe
2018
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiGazi ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KURT
- DSM-5'e göre kişilik bozukluğu tanısı alan hastaların kişilerarası işlevsellikte yetersizlik düzeyleri
The level of impairments in interpersonal functioning of patient with diagnosis of personality disorder according to DSM 5
NİLAY KONDUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
PsikolojiAdnan Menderes ÜniversitesiPsikiyatri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİĞDEM GÜNSELİ DEREBOY
- Diş hekimi fobisi kan ve yaralanma fobisi dışında ayrı bir kategori olabilir mi: Demografik, fenomenolojik ve klinik özelliklerinin araştırılması
Is dental phobia distinct from blood-injury phobia? An investigation of demographic, phenomenologic and clinical characteristics
SERTAÇ AK
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2010
PsikiyatriHacettepe ÜniversitesiRuh Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KILIÇ
- Çocukluk çağı travmaları ile uyumsuz ayırıcı kişilik özellikleri arasındaki ilişkide kişilik işlevselliği düzeyinin aracı rolünün incelenmesi
An investigation of the relationship between childhood traumas and maladaptive personality traits, and the mediating role of level of personality functioning
ŞEBNEM ŞAHİNÖZ DOĞAN
- DSM 5 kriterine göre majör depresyon tanısı alan hastalarda bağlanma stillerine göre öfkeyi ifade etme tarzlarındaki ilişkinin incelenmesi
Research of the relationship between the styles of expression of anger according to attachment styles in patients with major depression according to DSM 5 criteria
MUHAMMED ENES İMERT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Psikolojiİstanbul Gelişim ÜniversitesiPsikoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RIDVAN ÜNEY