Analiza przyczyn i skutków wad - FMEA.
Spis treci :
1. Wstp.
2. Podzia analizy FMEA ze wzgldu na zakres stosowania.
3. Etapy przeprowadzenia analizy FMEA.
4. Korzyci stosowania FMEA.
5. Uwagi kocowe.
6. Literatura.
1. Wstp.
U podstaw opracowania zaoe metody FMEA (ang. Failure Mode and Effect Analysis - analiza przyczyn i skutków wad) lega obserwacja, e okoo 75% przyczyn bdów ley w sferze projektowania wyrobu. Jednak 80% bdów ujawnia si w czasie produkcji, kontroli i u klienta, czyli tam, gdzie koszty s najwiksze. Metoda FMEA powstaa w celu maksymalizacji wykrywania bdów na pierwszym etapie.
Celem planowania jakoci produktu na poziomie strategicznym jest midzy innymi minimalizacja kosztów niskiej jakoci. Najwiksze moliwoci zapobieenia wystpieniu bdów posiada projektant tworzcy nowy wyrób. Gdy produkt trafi do produkcji seryjnej lub nawet do klienta, moliwoci likwidacji bdów s ograniczone i jednoczenie bardzo kosztowne. Dobrym przykadem takiego stanu s publikowane przez niektóre koncerny motoryzacyjne wezwania do zgaszania si wacicieli w punktach serwisowych z powodu eksplodujcych poduszek powietrznych, odpadajcego lakieru czy niesprawnej czci akumulatora [4]
Stosowanie metody FMEA pozwala urzeczywistni ide zawart w zasadzie „zera defektów". Celem FMEA jest:
- konsekwentne i trwae eliminowanie wad („sabych" miejsc) wyrobu (konstrukcji wyrobu) lub procesu produkcji (np. procesów obróbki) poprzez rozpoznawanie rzeczywistych przyczyn ich powstawania i stosowanie odpowiednich - o udowodnionej skutecznoci - rodków zapobiegawczych,
- unikanie wystpienia rozpoznanych, a take jeszcze nieznanych wad w nowych wyrobach i procesach poprzez wykorzystywanie wiedzy i dowiadcze z ju przeprowadzonych analiz.
Cele FMEA s równie zgodne z zasad „cigego doskonalenia". Metoda FMEA pozwala poddawa wyrób lub proces kolejnym analizom, a nastpnie na podstawie uzyskanych wyników, wprowadza poprawki i nowe rozwizania, skutecznie eliminujce róda wad. Analizy mog przy okazji dostarczy nowych pomysów ulepszajcych waciwoci wyrobu [2].
Celowo stosowania FMEA, zwaszcza w fazie koncepcyjnej i planowania procesu potwierdza wykres kosztów usuwania bdów (zabezpieczenie jakoci) - rysunek 1.
Rys.1 Celowo stosowania analizy FMEA
Jak wida na wykresie im wczeniej bdy zostan wykryte tym mniejsze s straty. Najwiksze straty ponosi si stwierdzajc bdy u klienta (reklamacje) [ ].
2. Podzia analizy FMEA ze wzgldu na zakres stosowania.
Wyrónia si FMEA wyrobu/konstrukcji oraz FMEA procesu [1,2,3].
FMEA - wyrobu/konstrukcji przeprowadzana jest ju podczas wstpnych prac projektowych w celu uzyskania informacji o silnych i sabych punktach wyrobu, tak aby jeszcze przed podjciem waciwych prac konstrukcyjnych, istniaa moliwo wprowadzenia zmian koncepcyjnych. Do wskazania sabych punktów wyrobu, mogcych by w czasie jego eksploatacji przyczyn powstawania wad, s przydatne ustalenia uzyskiwane na etapie projektowania, dziki wiedzy i dowiadczeniu zespou zaangaowanego w przeprowadzenie FMEA, a take z pomoc informacji uzyskiwanych podczas eksploatacji podobnych wyrobów wasnych lub innych producentów. Wady wyrobu lub konstrukcji mog dotyczy:
- funkcji, które wyrób ma realizowa,
- niezawodnoci wyrobu w czasie eksploatacji,
- atwoci obsugi przez uytkownika,
- atwoci naprawy w przypadku uszkodzenia,
- technologii konstrukcji.
Przeprowadzanie FMEA wyrobu/konstrukcji jest zalecane w sytuacjach:
- wprowadzania nowego wyrobu,
- wprowadzania nowych lub w duym stopniu zmienionych czci lub podzespoów,
- wprowadzania nowych materiaów,
- zastosowania nowych technologii,
- otwarcia si nowych moliwoci zastosowania wyrobu,
- duego zagroenia dla czowieka lub otoczenia w przypadku wystpienia awarii wyrobu (nie jest dopuszczalne wystpienie jakichkolwiek wad),
- eksploatacji wyrobu w szczególnie trudnych warunkach, - znacznych inwestycji.
FMEA procesu jest przeprowadzana w celu rozpoznania czynników, które mog utrudnia spenianie wymaga zawartych w specyfikacji konstrukcji lub dezorganizowa przebieg procesu wytwarzania. Czynniki te mog by zwizane z:
- metodami obróbki,
- parametrami obróbki,
- rodkami pomiarowo-kontrolnymi, - maszynami i urzdzeniami.
FMEA procesu jest stosowana:
- w pocztkowej fazie projektowania procesów technologicznych,
- przed uruchomieniem produkcji seryjnej,
- w produkcji seryjnej w celu doskonalenia procesów, które s niestabilne lub nie zapewniaj uzyskania wymaganej wydajnoci.
Przebieg prac zwizanych z przeprowadzeniem analizy FMEA przedstawiaj tablica 1 oraz rysunek rys.1.
Tablica 1. Etapy przeprowadzania FMEA [2].
Etapy FMEA wyrobu/konstrukcji lub procesu |
||
Etap 1 Przygotowanie |
Etap 2 Waciwa analiza |
Etap 3 Wprowadzenie i nadzorowanie dziaa prewencyjnych |
Okrelenie granic analizowanego systemu
Dekompozycja systemu (wyrobu/procesu)
Wykonanie zestawie: - wyrób, podzespoy, czci - procesy/operacje
Opis relacji: - funkcjonalnych (dla wyrobu) - procesowych (dla procesu)
Wybór (czci/operacji) do przeprowadzenia analizy
|
Opis wad: - rodzaj, skutek, przyczyna
Okrelenie w skali (1-10): - ryzyka wystpienia wady - znaczenia wady - moliwo wykrycia wady
Wyselekcjonowanie krytycznych wad wyrobu/procesu
|
Wydanie zalece: - rodki, odpowiedzialni, termin
Nadzór nad realizacj zalece
Nadzór nad przestrzeganiem terminów
Bilans: - nakady/korzyci
Dziaanie w kierunku obnienia kosztów spowodowanych wystpieniem wad
|
Rys.2. Schemat FMEA [2].
Realizowane s one w trzech zasadniczych etapach: przygotowania, przeprowadzenia waciwej analizy oraz wprowadzenia i nadzorowania dziaa prewencyjnych.
Dla lepszego zrozumienia rónic wystpujcych pomidzy FMEA wyrobu / konstrukcji oraz FMEA procesu, ich waciwoci zestawiono w tablicy2.
Tablica 2. Porównanie FMEA - wyrobu/konstrukcji oraz FMEA - procesu [2].
|
FMEA wyrobu/konstrukcji |
FMEA procesu |
Kryterium analizy |
Wasnoci funkcjonalne wyrobu podczas uytkowania |
Przebieg procesu (technologicznego, logistycznego) |
Przedmiot analizy |
Cay wyrób, podzespoy, czci |
Fazy procesów obróbki i montau (operacje, zabiegi, czynnoci) |
Pytania na które udziela si odpowiedzi |
Jakie przyczyny mog powodowa cakowity lub czciowy zanik danej funkcji wyrobu? Jakie mog by zwizane z tym skutki? |
Jakie wady (problemy) mog si pojawi w danej fazie procesu i jaki moe by ich wpyw na wady wyrobu/konstrukcji? |
Przykady okrele wad |
Pknicie elementu Brak styku Brak przepywu medium |
Wymiar poza polem tolerancji Za maa twardo Zimny lut Niewaciwa masa |
Przykady okrele przyczyn wad |
Bdy konstrukcji Zuycie Bdy obsugi Wpyw otoczenia |
Bdy urzdzenia/maszyny Bdy czowieka Niewaciwe metody Niewaciwy materia |
Przykady okrele skutków |
Awaria/zanik funkcji Zmniejszenie osigów Zagroenia zdrowia/ycia |
Niezgodno z wymaganiami Zmniejszona wydajno Wysokie koszty |
3. Etapy przeprowadzenia analizy FMEA.
Etap 1.
W trakcie etapu przygotowania tworzony jest zespó, skadajcy si z przedstawicieli rónych dziaów przedsibiorstwa (biura konstrukcyjnego, wydziaów produkcyjnych, dziau jakoci) oraz w razie potrzeby, równie uytkowników wyrobu. Zespó powinien skada si z pracowników o duym dowiadczeniu; a w razie potrzeby naley powoa do zespou eksperta z danej dziedziny. Zespoem kieruje animator, którego zadaniem jest:
- dobór czonków zespou,
- integracja zespou.
- organizacja pracy w zespole,
- planowanie i przygotowywanie spotka,
- nadzór nad ich przebiegiem,
- zapewnienie maksymalnej efektywnoci pracy.
Czonkowie zespou powinni mie zapewniony bezproblemowy. szybki dostp do wszystkich informacji i materiaów ródowych z bada rynku, kontroli jakoci, analiz statystycznych, serwisu i jakichkolwiek innych obszarów, z których informacje mog okaza si przydatne i pomóc w osigniciu postawionego celu. W pracach w jak najwikszym zakresie powinny by stosowane metody pracy zespoowej.
Zadaniem zespou jest przygotowanie zaoe potrzebnych do przeprowadzenia waciwej analizy FMEA, zwaszcza wybór podzespoów, czci (w wyrobie) oraz operacji (w procesie), które powinny by poddane analizie.
W pracach tych powinno dominowa podejcie systemowe, które pozwala uogólni analiz i jednoczenie czyni j bardzo przejrzyst. Podejcie systemowe oznacza, e wyrób lub konstrukcj, a take procesy technologiczne naley rozpatrywa jako system zoony z podsystemów, które z kolei maj wasne podsystemy niszego rzdu (podsystemem w konstrukcji mnie by podzespó, a podsystemem zespou - cz). Kady element systemu spenia w nim okrelon funkcj. Mog to by funkcje wewntrzne (zasadnicze dla danego elementu), funkcje wyjcia (przesyane do innych elementów) oraz funkcje wejcia (odbierane od elementów znajdujcych si wyej w hierarchii systemu). Okrelenie granic systemu i wyodrbnienie w nim stopni i liczby podsystemów powinno by jednym z pierwszych zada pracy zespou FMEA. Liczba poziomów zaley od zoonoci rozpatrywanego obiektu. Waciwa dekompozycja systemu pozwala na rozpoczynanie analizy na jego dowolnym poziomie, co jest szczególnie wane w przypadku zoonych wyrobów i procesów [2,3].
Etap 2.
Podczas etapu drugiego jest przeprowadzana zasadnicza cz FMEA. Analiz mona przeprowadzi dla caego wyrobu, pojedynczego podzespou lub elementu konstrukcyjnego wyrobu, a take dla caego procesu technologicznego lub jego dowolnej operacji.
Powinna ona obejmowa nastpujce dziaania:
1. Zidentyfikowanie wszystkich elementów wyrobu lub funkcji rozpatrywanego procesu w kolejno technologicznej.
2. Sporzdzenie listy moliwych bdów.
Jest ona sporzdzana zgodnie z intencjami czonków zespou. Zakada si, e potencjalny bd moe wystpi, ale wcale nie musi. Naley wzi pod uwag równie moliwe bdy, które mogyby wystpi jedynie w okrelonych warunkach roboczych (ciepo, zimno, sucho) i w pewnych warunkach uytkowania. Przy okrelaniu moliwych bdów moemy wykorzysta raporty z reklamacji, zapisy napraw gwarancyjnych, protokoy z kontroli oraz dowiadczenie zwizane z produkcj podobnych wyrobów.
3. Sporzdzenie listy prawdopodobnych skutków tych bdów.
Skutki tych bdów naley okreli z punktu widzenia klienta, biorc pod uwag to, co klient móg zauway lub dowiadczy. Pamitajmy, e naszym klientem mole by odbiorca wewntrzny, jak równie ostateczny uytkownik. Naley jasno zaznaczy, czy bd mógby wpyn na bezpieczestwo lub niezgodno z przepisami.
4. Sporzdzenie listy przyczyn moliwych bdów.
Jest to wskazanie sabych miejsc wyrobu lub procesu, których konsekwencj jest wystpienie bdu. Naley pamita, eby przyczyny bdów byy podane moliwie najbardziej zwile i kompletnie, tak aby dziaania zapobiegawcze skierowa na odpowiednie przyczyny. Przez wad rozumie si wadliwe dziaanie wyrobu, niezgodne z ustalon funkcj (lub funkcjami). Przyczyna wady jest nieprawidowe dziaanie podsystemu niszego rzdu. Skutki wady odnosz si z kolei do funkcjonowania podsystemu wyszego rzdu.
5. Ocenia si kad wad liczb cakowit z przedziau (1,10), ze wzgldu na trzy kryteria:
1) ryzyko wystpienia wady - liczba P,
2) moliwoci wykrycia zagroenia powstania wady - liczba T,
3) znaczenie wady podczas eksploatacji wyrobu (realizacji procesu technologicznego) - liczba Z.
Ocena znaczenia bdów, ich przyczyn i skutków dokonywana jest w wyniku punktowego szacowania. Najczciej oceny dokonuje si w skali dziesiciopunktowej (od 1 do 10), gdzie 1 jest wartoci najmniejsz.
W tablicy 3 podano wskazówki do szacowania wskaników P, T oraz Z [2].
Tablica 3.a. Wskazówki do przyjmowania liczby P.
R |
Wystpienie |
FMEA - wyrobu/konstrukcji |
FMEA - procesu |
Czsto wystpowania wady |
1 |
Nieprawdopodobne |
Wystpowanie wady jest nieprawdopodobne |
Wada jest prawie wykluczona; w porównywalnych procesach nie wystpowaa |
< 1 / 1 000 000 |
2 |
Bardzo rzadko |
Zdarza si stosunkowo mao wad |
Proces jest pod sta kontrol (Cp > 1.33) |
1 na 20 000 |
3 |
Rzadko |
Zdarza si stosunkowo mao wad |
Proces jest pod sta kontrol (Cp >1.00) |
1 na 4000 |
4-6 |
Przecitnie |
Wada zdarza si sporadycznie co jaki czas |
Proces porównywalny z podobnymi, w których wada czasami si pojawia (Cp < 1.00) |
1 na 1000 1 na 400 1 na 80 |
7-8 |
Czsto |
Wada powtarza si cyklicznie |
Proces nie jest pod kontrol statystyczn |
1 na 40 1 na 20 |
9-10 |
Bardzo czsto |
Wady prawie nie da si unikn |
Wady prawie nie da si unikn |
1 na 8 1 na 2 |
Tablica 3.b. Wskazówki do przyjmowania liczby T.
T |
Wykrywalno wady |
FMEA wyrobu/konstrukcji/procesu |
1-2 |
Bardzo wysoka |
rodki weryfikacji/kontroli na pewno wykryj dan wad wyrobu/konstrukcji lub procesu |
3-4 |
Wysoka |
rodki weryfikacji/kontroli maj du szans wykrycia danej wady wyrobu/konstrukcji lub procesu |
5-6 |
Przecitna |
By moe rodki weryfikacji/kontroli wykryj dan wad wyrobu/konstrukcji lub procesu |
7-8 |
Niska |
Jest bardzo prawdopodobne, e rodki weryfikacji/kontroli nie wykryj danej wady wyrobu/konstrukcji lub procesu |
9 |
Bardzo niska |
Z du pewnoci mona sdzi, e rodki weryfikacji/kontroli nie wykryj danej wady wyrobu/konstrukcji lub procesu |
10 |
Bardzo niska |
rodki weryfikacji/kontroli nie daj szans wykrycia danej wady wyrobu/konstrukcji lub procesu |
Tablica 3.c. Wskazówki do przyjmowania liczby Z.
Z |
Znaczenie wady |
FMEA wyrobu/konstrukcji/procesu |
1 |
Bardzo mae |
Nie naley oczekiwa, e wada bdzie miaa jakikolwiek istotny wpyw na warunki uytkowania wyrobu |
2-3 |
Mae |
Znaczenie wady jest mae i prowadzi tylko do niewielkiego utrudnienia. Zauwaalne moe by umiarkowane pogorszenie waciwoci wyrobu |
4-6 |
Przecitne |
Wada wywouje ograniczone niezadowolenie. Wyrób nie zaspokaja potrzeb lub jest ródem uciliwoci. Uytkownik dostrzega mankamenty wyrobu |
7-8 |
Due |
Niezadowolenie uytkownika jest due i jest wywoane niemonoci uycia wyrobu zgodnie z przeznaczeniem - nie dotyczy to jednak zagroenia bezpieczestwa lub naruszenia przepisów prawa |
9-10 |
Bardzo due |
Znaczenie wady jest bardzo due, zagraa bezpieczestwu uytkownika lub narusza przepisy prawa |
6. Obliczenie wskanika oceny ryzyka C.
Wskanik oceny ryzyka jest iloczynem podanych wyej trzech wskaników. tzn. P, Z, T. Okrela on poziom ryzyka, jakie jest zwizane z wystpieniem poszczególnych wad lub bdów. W przypadku skali dziesiciopunktowej moe on wynosi minimalnie 1, a maksymalnie 1000.
7. Uporzdkowanie moliwych bdów wg ich rangi.
Gdy obliczymy ju wskaniki oceny ryzyka dla wszystkich moliwych bdów, powinnimy je uszeregowa wg rangi (wielkoci). Dziki temu bdziemy wiedzie, które potencjalne wady oraz które z potencjalnych przyczyn s najpowaniejsze, oraz mogli okreli kolejno naszych dziaa zapobiegawczych lub korygujcych. Poniewa oceny dokonywane przez zespó s ocenami subiektywnymi, trudno okreli poziom, od którego powinnimy planowa dziaania naprawcze, dlatego waciwe wydaje si podejmowanie dziaa naprawczych zgodnie z wielkoci C (od najwikszej do najmniejszej) [2,3].
Etap 3.
Wyniki przeprowadzonych analiz su jako podstawa do wprowadzenia w konstrukcji wyrobu, w sposobie jego uytkowania lub w procesach jego wytwarzania zmian, majcych na celu zmniejszenie ryzyka wystpienia wad okrelonych jako krytyczne. Jeli nie jest moliwe cakowite wyeliminowanie przyczyn powstawania wad, naley podj dziaania w celu zwikszenia moliwoci ich wykrywania lub zmniejszenia negatywnych skutków ich wystpienia. Realizacja zalecanych dziaa „naprawczych" powinna by cigle nadzorowana, a ich efekty poddawane weryfikacji wedug metody FMEA [2].
Wyniki analizy FMEA powinny by przechowywane przez okres produkowania wyrobu, gdy w szczególnych wypadkach (wysokie koszty wad, reklamacje klientów, problemy w produkcji itp.) analiza moe by powtórzona [1].
4. Arkusz FMEA.
Tak opisane dziaania powinny znale odzwierciedlenie w postaci odpowiednio przygotowanego dokumentu.
Do tego celu suy specjalnie przygotowany arkusz FMEA. Forma, zawarto i zoono tego dokumentu bywaj róne i zale od przyjtych przy realizacji FMEA zaoe. Przykadow form takiego arkusza przedstawia poniszy rysunek 3.
ARKUSZ FMEA
Proces .........Funkcja |
Moliwe bdy |
Skutki, które wywouj |
Moliwe przyczyny bdów |
P |
Z |
T |
C |
Dziaania naprawcze |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wskanik |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Prawdopodobiestwo wykrycia |
P |
przypadkowe bardzo wysokie |
|||||||||
Znaczenie dla klienta |
Z |
bez znaczenia bardzo due |
|||||||||
Wykrywalno |
T |
bardzo wysoka przypadkowa |
Rys.3. Formularz FMEA [3]
Dokument taki moe by znacznie zmodyfikowany i poszerzony o kolumny wskazujce np.[3]:
- osoby odpowiedzialne za realizacj dziaa naprawczych,
- terminy rozpoczcia i zakoczenia tych dziaa,
- wskaniki P, Z, T i C obliczone po wprowadzeniu zaoonych dziaa naprawczych,
oraz uzupeniony (poza tabel) o informacje wskazujce:
- kto go sporzdzi, sprawdzi, zatwierdzi,
- w jakim przedsibiorstwie, zakadzie czy dziale analiza bya przeprowadzana,
- czego ona dotyczya itd..
5. Korzyci stosowania FMEA.
Stosowanie FMEA poza zapobieganiem czy niwelowaniem skutków bdów niesie ze sob wiele innych korzyci [1,3]. Nale do nich:
- kreowanie pracy zespoowej i integracja zespoów podczas wspólnego rozwizywania problemów,
- wzrost wiedzy i dowiadczenia pracowników,
- poprawa niezawodnoci wyrobu czy wydajnoci procesu,
- zwikszenie zadowolenia klienta,
- zdefiniowanie ryzyka oraz zapewnienie waciwych dziaa dla jego zminimalizowania, co jest istotne i dostarcza argumentów odciajcych w przypadku odpowiedzialnoci producenta za wyrób.
- obnienie kosztów jakoci przez zastosowanie analizy wyrobu na wczeniejszym etapie tworzenia wyrobu.
5. Uwagi kocowe.
Metoda FMEA sprawdza si w rónych warunkach: w produkcji jednostkowej
i seryjnej - wszdzie tam, gdzie wady wyrobu mog narazi producenta na powane straty finansowe. Mimo wielu zalet i moliwoci, naley j jednak stosowa z zachowaniem ostronoci. Szczególnie kontrowersyjne w FMEA jest przypisywanie liczb P, T i Z. Do ich obiektywnego oszacowania potrzebne jest posiadanie obszernych informacji o analizowanym obiekcie. Na przykad, w przypadku prowadzenia FMEA procesu dla oszacowania prawdopodobiestwa wystpienia jakie wady, naley zna zdolno jakociow maszyn wykorzystywanych w tym procesie. W FMEA prowadzonej w odniesieniu do wyrobu lub konstrukcji, naley z kolei dysponowa danymi pozwalajcymi okreli rozkad niezawodnoci jej poszczególnych zespoów.
Trzeba wyranie podkreli, e od FMEA nie naley oczekiwa generowania gotowych rozwiza - w jaki sposób usuwa przyczyny wad. FMEA daje jedynie wskazania, które miejsca w konstrukcji lub wyrobie s krytyczne i dlaczego [2].
Podsumowujc mona stwierdzi, e metoda FMEA pozwala na zapobieganie bdom ju w fazie przygotowania technicznego produkcji, a wic na tym etapie, na którym efektywno dziaa jest najwiksza.
FMEA - to nie tylko metoda sterowania jakoci - to pewna filozofia charakteryzujca podejcie do problemów, aby przy kadej pracy stara si przewidywa wszelkie, take jej negatywne skutki.
Std moliwo zastosowania FMEA nie ogranicza si jedynie do analizy konstrukcji i procesu wykonania. W sposób zaproponowany w tej metodzie mona podchodzi do wszystkich dziaa ludzkich, starajc si przewidzie zwizane z nimi bdy i podj dziaania im zapobiegajce [4].
6. Literatura:
„Podstawy inynierii jakoci” - Adam Hernas, Lesaw Gajda, Leszek Mazur, Artur Mazurkiewicz, wyd. Politechniki lskiej, Gliwice 1996,
„Instrumentarium zarzdzania jakoci” -
„ISO 9000”-tom I - Eckhard Kreier, przeo. -Jacek uczak, wyd. Forum, Pozna 2001.
http://wizard.ae.krakow.pl/~wawaks/tqm/fmea.html