Analiza FMEA

Spis treści :

1. Wstęp.

2. Podział analizy FMEA ze względu na zakres stosowania.

3. Etapy przeprowadzenia analizy FMEA.

4. Korzyści stosowania FMEA.

5. Uwagi końcowe.

6. Literatura.

1. Wstęp.

U podstaw opracowania założeń metody FMEA (ang. Failure Mode and Effect Analysis - analiza przyczyn i skutków wad) legła obserwacja, że około 75% przyczyn błędów leży w sferze projektowania wyrobu. Jednak 80% błędów ujawnia się w czasie produkcji, kontroli i u klienta, czyli tam, gdzie koszty są największe. Metoda FMEA powstała w celu maksymalizacji wykrywania błędów na pierwszym etapie.

Celem planowania jakości produktu na poziomie strategicznym jest między innymi minimalizacja kosztów niskiej jakości. Największe możliwości zapobieżenia wystąpieniu błędów posiada projektant tworzący nowy wyrób. Gdy produkt trafi do produkcji seryjnej lub nawet do klienta, możliwości likwidacji błędów są ograniczone i jednocześnie bardzo kosztowne. Dobrym przykładem takiego stanu są publikowane przez niektóre koncerny motoryzacyjne wezwania do zgłaszania się właścicieli w punktach serwisowych z powodu eksplodujących poduszek powietrznych, odpadającego lakieru czy niesprawnej części akumulatora [4]

Stosowanie metody FMEA pozwala urzeczywistnić ideę zawartą w zasadzie „zera defektów". Celem FMEA jest:

- konsekwentne i trwałe eliminowanie wad („słabych" miejsc) wyrobu (konstrukcji wyrobu) lub procesu produkcji (np. procesów obróbki) poprzez rozpoznawanie rzeczywistych przyczyn ich powstawania i stosowanie odpowiednich - o udowod­nionej skuteczności - środków zapobiegawczych,

- unikanie wystąpienia rozpoznanych, a także jeszcze nieznanych wad w nowych wyrobach i procesach poprzez wykorzystywanie wiedzy i doświadczeń z już prze­prowadzonych analiz.

Cele FMEA są również zgodne z zasadą „ciągłego doskonalenia". Metoda FMEA pozwala poddawać wyrób lub proces kolejnym analizom, a następnie na podstawie uzyskanych wyników, wprowadzać poprawki i nowe rozwiązania, skutecznie eliminują­ce źródła wad. Analizy mogą przy okazji dostarczyć nowych pomysłów ulepszających właściwości wyrobu [2].

Celowość stosowania FMEA, zwłaszcza w fazie koncepcyjnej i planowania procesu potwierdza wykres kosztów usuwania błędów (zabezpieczenie jakości) - rysunek 1.

Rys.1 Celowość stosowania analizy FMEA

Jak widać na wykresie im wcześniej błędy zostaną wykryte tym mniejsze są straty. Największe straty ponosi się stwierdzając błędy u klienta (reklamacje) [ ].

2. Podział analizy FMEA ze względu na zakres stosowania.

Wyróżnia się FMEA wyrobu/konstrukcji oraz FMEA procesu [1,2,3].

FMEA - wyrobu/konstrukcji przeprowadzana jest już podczas wstępnych prac projektowych w celu uzyskania informacji o silnych i słabych punktach wyrobu, tak aby jeszcze przed podjęciem właściwych prac konstrukcyjnych, istniała możliwość wprowa­dzenia zmian koncepcyjnych. Do wskazania słabych punktów wyrobu, mogących być w czasie jego eksploatacji przyczyną powstawania wad, są przydatne ustalenia uzys­kiwane na etapie projektowania, dzięki wiedzy i doświadczeniu zespołu zaangażowanego w przeprowadzenie FMEA, a także z pomocą informacji uzyskiwanych podczas eks­ploatacji podobnych wyrobów własnych lub innych producentów. Wady wyrobu lub konstrukcji mogą dotyczyć:

- funkcji, które wyrób ma realizować,

- niezawodności wyrobu w czasie eksploatacji,

- łatwości obsługi przez użytkownika,

- łatwości naprawy w przypadku uszkodzenia,

- technologii konstrukcji.

Przeprowadzanie FMEA wyrobu/konstrukcji jest zalecane w sytuacjach:

- wprowadzania nowego wyrobu,

- wprowadzania nowych lub w dużym stopniu zmienionych części lub podzespołów,

- wprowadzania nowych materiałów,

- zastosowania nowych technologii,

- otwarcia się nowych możliwości zastosowania wyrobu,

- dużego zagrożenia dla człowieka lub otoczenia w przypadku wystąpienia awarii wyrobu (nie jest dopuszczalne wystąpienie jakichkolwiek wad),

- eksploatacji wyrobu w szczególnie trudnych warunkach, - znacznych inwestycji.

FMEA procesu jest przeprowadzana w celu rozpoznania czynników, które mogą utrudniać spełnianie wymagań zawartych w specyfikacji konstrukcji lub dezorganizować przebieg procesu wytwarzania. Czynniki te mogą być związane z:

- metodami obróbki,

- parametrami obróbki,

- środkami pomiarowo-kontrolnymi, - maszynami i urządzeniami.

FMEA procesu jest stosowana:

- w początkowej fazie projektowania procesów technologicznych,

- przed uruchomieniem produkcji seryjnej,

- w produkcji seryjnej w celu doskonalenia procesów, które są niestabilne lub nie zapewniają uzyskania wymaganej wydajności.

Przebieg prac związanych z przeprowadzeniem analizy FMEA przedstawiają tablica 1 oraz rysunek rys.1.

Tablica 1. Etapy przeprowadzania FMEA [2].

Etapy FMEA wyrobu/konstrukcji lub procesu
Etap 1 Przygotowanie	Etap 2 Właściwa analiza	Etap 3 Wprowadzenie i nadzorowanie działań prewencyjnych
Określenie granic analizowanego systemu Dekompozycja systemu (wyrobu/procesu) Wykonanie zestawień: - wyrób, podzespoły, części - procesy/operacje Opis relacji: - funkcjonalnych (dla wyrobu) - procesowych (dla procesu) Wybór (części/operacji) do przeprowadzenia analizy	Opis wad: - rodzaj, skutek, przyczyna Określenie w skali (1-10): - ryzyka wystąpienia wady - znaczenia wady - możliwość wykrycia wady Wyselekcjonowanie krytycznych wad wyrobu/procesu	Wydanie zaleceń: - środki, odpowiedzialni, termin Nadzór nad realizacją zaleceń Nadzór nad przestrzeganiem terminów Bilans: - nakłady/korzyści Działanie w kierunku obniżenia kosztów spowodowanych wystąpieniem wad

Rys.2. Schemat FMEA [2].

Realizowane są one w trzech zasadniczych etapach: przygotowania, przeprowadzenia właściwej analizy oraz wprowadzenia i nadzorowania działań prewen­cyjnych.

Dla lepszego zrozumienia różnic występujących pomiędzy FMEA wyrobu / konstruk­cji oraz FMEA procesu, ich właściwości zestawiono w tablicy2.

Tablica 2. Porównanie FMEA - wyrobu/konstrukcji oraz FMEA - procesu [2].

	FMEA wyrobu/konstrukcji	FMEA procesu
Kryterium analizy	Własności funkcjonalne wyrobu podczas użytkowania	Przebieg procesu (technologicznego, logistycznego)
Przedmiot analizy	Cały wyrób, podzespoły, części	Fazy procesów obróbki i montażu (operacje, zabiegi, czynności)
Pytania na które udziela się odpowiedzi	Jakie przyczyny mogą powodować całkowity lub częściowy zanik danej funkcji wyrobu? Jakie mogą być związane z tym skutki?	Jakie wady (problemy) mogą się pojawić w danej fazie procesu i jaki może być ich wpływ na wady wyrobu/konstrukcji?
Przykłady określeń wad	Pęknięcie elementu Brak styku Brak przepływu medium	Wymiar poza polem tolerancji Za mała twardość Zimny lut Niewłaściwa masa
Przykłady określeń przyczyn wad	Błędy konstrukcji Zużycie Błędy obsługi Wpływ otoczenia	Błędy urządzenia/maszyny Błędy człowieka Niewłaściwe metody Niewłaściwy materiał
Przykłady określeń skutków	Awaria/zanik funkcji Zmniejszenie osiągów Zagrożenia zdrowia/życia	Niezgodność z wymaganiami Zmniejszona wydajność Wysokie koszty

3. Etapy przeprowadzenia analizy FMEA.

Etap 1.

W trakcie etapu przygotowania tworzony jest zespół, składający się z przed­stawicieli różnych działów przedsiębiorstwa (biura konstrukcyjnego, wydziałów produk­cyjnych, działu jakości) oraz w razie potrzeby, również użytkowników wyrobu. Zespół powinien składać się z pracowników o dużym doświadczeniu; a w razie potrzeby należy powołać do zespołu eksperta z danej dziedziny. Zespołem kieruje animator, którego zadaniem jest:

- dobór członków zespołu,

- integracja zespołu.

- organizacja pracy w zespole,

- planowanie i przygotowywanie spotkań,

- nadzór nad ich przebiegiem,

- zapewnienie maksymalnej efektywności pracy.

Członkowie zespołu powinni mieć zapewniony bezpro­blemowy. szybki dostęp do wszystkich informacji i ma­teriałów źródłowych z badań rynku, kontroli jakości, analiz statystycznych, serwisu i jakichkolwiek innych obszarów, z których informacje mogą okazać się przy­datne i pomóc w osiągnięciu postawionego celu. W pracach w jak największym zakresie powinny być stosowane metody pracy zespołowej.

Zadaniem zespołu jest przygotowanie założeń potrzebnych do przeprowadzenia właściwej analizy FMEA, zwłaszcza wybór podzespołów, części (w wyrobie) oraz operacji (w procesie), które powinny być poddane analizie.

W pracach tych powinno dominować podejście systemowe, które pozwala uogólnić analizę i jednocześnie czyni ją bardzo przejrzystą. Podejście systemowe oznacza, że wyrób lub konstrukcję, a także procesy technologiczne należy rozpatrywać jako system złożony z podsystemów, które z kolei mają własne podsystemy niższego rzędu (podsystemem w konstrukcji mnie być podzespół, a podsystemem zespołu - część). Każdy element systemu spełnia w nim określoną funkcję. Mogą to być funkcje wewnętrzne (zasadnicze dla danego elementu), funkcje wyjścia (przesyłane do innych elementów) oraz funkcje wejścia (odbierane od elementów znajdujących się wyżej w hierarchii systemu). Określenie granic systemu i wyodrębnienie w nim stopni i liczby podsystemów powinno być jednym z pierwszych zadań pracy zespołu FMEA. Liczba poziomów zależy od złożoności rozpatrywanego obiektu. Właściwa dekompozycja systemu pozwala na rozpoczynanie analizy na jego dowolnym poziomie, co jest szczególnie ważne w przypadku złożonych wyrobów i procesów [2,3].

Etap 2.

Podczas etapu drugiego jest przeprowadzana zasadnicza część FMEA. Analizę można przeprowadzić dla całego wyrobu, pojedynczego podzespołu lub elementu konstrukcyjnego wyrobu, a także dla całego procesu technologicznego lub jego dowolnej operacji.

Powinna ona obejmować następujące działania:

1. Zidentyfikowanie wszystkich elementów wyrobu lub funkcji rozpatrywanego procesu w kolejność technologicznej.

2. Sporządzenie listy możliwych błędów.

Jest ona sporządzana zgodnie z intencjami członków zespołu. Zakłada się, że potencjalny błąd może wystąpić, ale wcale nie musi. Należy wziąć pod uwagę również możliwe błędy, które mogłyby wystąpić jedynie w określonych warunkach roboczych (ciepło, zimno, sucho) i w pewnych warunkach użytkowania. Przy określaniu możliwych błędów możemy wykorzystać raporty z reklamacji, zapisy napraw gwarancyjnych, protokoły z kontroli oraz doświadczenie związane z produkcją podobnych wyrobów.

3. Sporządzenie listy prawdopodobnych skutków tych błędów.

Skutki tych błędów należy określić z punktu widze­nia klienta, biorąc pod uwagę to, co klient mógł za­uważyć lub doświadczyć. Pamiętajmy, że naszym klientem mole być odbiorca wewnętrzny, jak rów­nież ostateczny użytkownik. Należy jasno zazna­czyć, czy błąd mógłby wpłynąć na bezpieczeństwo lub niezgodność z przepisami.

4. Sporządzenie listy przyczyn możliwych błędów.

Jest to wskazanie słabych miejsc wyrobu lub pro­cesu, których konsekwencją jest wystąpienie błędu. Należy pamiętać, żeby przyczyny błędów były podane możliwie najbardziej zwięźle i kom­pletnie, tak aby działania zapobiegawcze skiero­wać na odpowiednie przyczyny. Przez wadę rozumie się wadliwe działanie wyrobu, niezgodne z ustaloną funkcją (lub funkcjami). Przyczyna wady jest nieprawidłowe działanie podsystemu niższego rzędu. Skutki wady odnoszą się z kolei do funkcjonowania podsystemu wyższego rzędu.

5. Ocenia się każdą wadę liczbą całkowitą z przedziału (1,10), ze względu na trzy kryteria:

1) ryzyko wystąpienia wady - liczba P,

2) możliwości wykrycia zagrożenia powstania wady - liczba T,

3) znaczenie wady podczas eksploatacji wyrobu (realizacji procesu technologicznego) - liczba Z.

Ocena znaczenia błędów, ich przyczyn i skutków dokonywana jest w wyniku punktowego szacowa­nia. Najczęściej oceny dokonuje się w skali dziesię­ciopunktowej (od 1 do 10), gdzie 1 jest wartością najmniejszą.

W tablicy 3 podano wskazówki do szacowania wskaźników P, T oraz Z [2].

Tablica 3.a. Wskazówki do przyjmowania liczby P.

R	Wystąpienie	FMEA - wyrobu/konstrukcji	FMEA - procesu	Częstość występowania wady
1	Nieprawdopodobne	Występowanie wady jest nieprawdopodobne	Wada jest prawie wykluczona; w porównywalnych procesach nie występowała	< 1 / 1 000 000
2	Bardzo rzadko	Zdarza się stosunkowo mało wad	Proces jest pod stałą kontrolą (Cp > 1.33)	1 na 20 000
3	Rzadko	Zdarza się stosunkowo mało wad	Proces jest pod stałą kontrolą (Cp >1.00)	1 na 4000
4-6	Przeciętnie	Wada zdarza się sporadycznie co jakiś czas	Proces porównywalny z podobnymi, w których wada czasami się pojawiła (Cp < 1.00)	1 na 1000 1 na 400 1 na 80
7-8	Często	Wada powtarza się cyklicznie	Proces nie jest pod kontrolą statystyczną	1 na 40 1 na 20
9-10	Bardzo często	Wady prawie nie da się uniknąć	Wady prawie nie da się uniknąć	1 na 8 1 na 2

Tablica 3.b. Wskazówki do przyjmowania liczby T.

T	Wykrywalność wady	FMEA wyrobu/konstrukcji/procesu
1-2	Bardzo wysoka	Środki weryfikacji/kontroli na pewno wykryją daną wadę wyrobu/konstrukcji lub procesu
3-4	Wysoka	Środki weryfikacji/kontroli mają dużą szansę wykrycia danej wady wyrobu/konstrukcji lub procesu
5-6	Przeciętna	Być może środki weryfikacji/kontroli wykryją daną wadę wyrobu/konstrukcji lub procesu
7-8	Niska	Jest bardzo prawdopodobne, że środki weryfikacji/kontroli nie wykryją danej wady wyrobu/konstrukcji lub procesu
9	Bardzo niska	Z dużą pewnością można sądzić, że środki weryfikacji/kontroli nie wykryją danej wady wyrobu/konstrukcji lub procesu
10	Bardzo niska	Środki weryfikacji/kontroli nie dają 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 małe	Nie należy oczekiwać, że wada będzie miała jakikolwiek istotny wpływ na warunki użytkowania wyrobu
2-3	Małe	Znaczenie wady jest małe i prowadzi tylko do niewielkiego utrudnienia. Zauważalne może być umiarkowane pogorszenie właściwości wyrobu
4-6	Przeciętne	Wada wywołuje ograniczone niezadowolenie. Wyrób nie zaspokaja potrzeb lub jest źródłem uciążliwości. Użytkownik dostrzega mankamenty wyrobu
7-8	Duże	Niezadowolenie użytkownika jest duże i jest wywołane niemożnością użycia wyrobu zgodnie z przeznaczeniem - nie dotyczy to jednak zagrożenia bezpieczeństwa lub naruszenia przepisów prawa
9-10	Bardzo duże	Znaczenie wady jest bardzo duże, zagraża bezpieczeństwu użytkownika lub narusza przepisy prawa

6. Obliczenie wskaźnika oceny ryzyka C.

Wskaźnik oceny ryzyka jest iloczynem podanych wyżej trzech wskaźników. tzn. P, Z, T. Określa on poziom ryzyka, jakie jest związane z wystąpieniem poszczególnych wad lub błędów. W przypadku ska­li dziesięciopunktowej może on wynosić minimal­nie 1, a maksymalnie 1000.

7. Uporządkowanie możliwych błędów wg ich rangi.

Gdy obliczymy już wskaźniki oceny ryzyka dla wszystkich możliwych błędów, powinniśmy je uszeregować wg rangi (wielkości). Dzięki temu bę­dziemy wiedzieć, które potencjalne wady oraz które z potencjalnych przyczyn są najpoważniejsze, oraz mogli określić kolejność naszych działań zapobiega­wczych lub korygujących. Ponieważ oceny doko­nywane przez zespół są ocenami subiektywnymi, trudno określić poziom, od którego powinniśmy pla­nować działania naprawcze, dlatego właściwe wy­daje się podejmowanie działań naprawczych zgod­nie z wielkością C (od największej do najmniejszej) [2,3].

Etap 3.

Wyniki przeprowadzonych analiz służą jako podstawa do wprowadzenia w konstrukcji wyrobu, w sposobie jego użytkowania lub w procesach jego wytwarzania zmian, mających na celu zmniejszenie ryzyka wystąpienia wad określonych jako krytyczne. Jeśli nie jest możliwe całkowite wyeliminowanie przyczyn powstawania wad, należy podjąć działania w celu zwiększenia możliwości ich wykrywania lub zmniej­szenia negatywnych skutków ich wystąpienia. Realizacja zalecanych działań „napraw­czych" powinna być ciągle nadzorowana, a ich efekty poddawane weryfikacji według metody FMEA [2].

Wyniki analizy FMEA powinny być przechowywane przez okres produkowania wyrobu, gdyż w szczególnych wypadkach (wysokie koszty wad, reklamacje klientów, problemy w produkcji itp.) analiza może być powtórzona [1].

4. Arkusz FMEA.

Tak opisane działania powinny znaleźć odzwierciedle­nie w postaci odpowiednio przygotowanego dokumentu.

Do tego celu służy specjalnie przygotowany arkusz FMEA. Forma, zawartość i złożoność tego dokumentu bywają różne i zależą od przyjętych przy realizacji FMEA założeń. Przykładową formę takiego arkusza przedstawia poniższy rysunek 3.

ARKUSZ FMEA

Proces .........Funkcja	Możliwe błędy	Skutki, które wywołują	Możliwe przyczyny błędów	P	Z	T	C	Działania naprawcze

Wskaźnik		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Prawdopodobieństwo wykrycia	P	przypadkowe bardzo wysokie
Znaczenie dla klienta	Z	bez znaczenia bardzo duże
Wykrywalność	T	bardzo wysoka przypadkowa

Rys.3. Formularz FMEA [3]

Dokument taki może być znacznie zmodyfikowany i poszerzony o kolumny wskazujące np.[3]:

- osoby odpowiedzialne za realizację działań napraw­czych,

- terminy rozpoczęcia i zakończenia tych działań,

- wskaźniki P, Z, T i C obliczone po wprowadzeniu założonych działań naprawczych,

oraz uzupełniony (poza tabelą) o informacje wskazu­jące:

- kto go sporządził, sprawdził, zatwierdził,

- w jakim przedsiębiorstwie, zakładzie czy dziale anali­za była przeprowadzana,

- czego ona dotyczyła itd..

5. Korzyści stosowania FMEA.

Stosowanie FMEA poza zapobieganiem czy niwelowa­niem skutków błędów niesie ze sobą wiele innych ko­rzyści [1,3]. Należą do nich:

- kreowanie pracy zespołowej i integracja zespołów podczas wspólnego rozwiązywania problemów,

- wzrost wiedzy i doświadczenia pracowników,

- poprawa niezawodności wyrobu czy wydajności procesu,

- zwiększenie zadowolenia klienta,

- zdefiniowanie ryzyka oraz zapewnienie właściwych działań dla jego zminimalizowania, co jest istotne i dostarcza argumentów odciążających w przypadku odpowiedzialności producenta za wyrób.

- obniżenie kosztów jakości przez zastosowanie analizy wyrobu na wcześniejszym etapie tworzenia wyrobu.

5. Uwagi końcowe.

Metoda FMEA sprawdza się w różnych warunkach: w produkcji jednostkowej

i seryjnej - wszędzie tam, gdzie wady wyrobu mogą narazić producenta na poważne straty finansowe. Mimo wielu zalet i możliwości, należy ją jednak stosować z za­chowaniem ostrożności. Szczególnie kontrowersyjne w FMEA jest przypisywanie liczb P, T i Z. Do ich obiektywnego oszacowania potrzebne jest posiadanie obszernych informacji o analizowanym obiekcie. Na przykład, w przypadku prowadzenia FMEA procesu dla oszacowania prawdopodobieństwa wystąpienia jakieś wady, należy znać zdolność jakościową maszyn wykorzystywanych w tym procesie. W FMEA prowadzonej w odniesieniu do wyrobu lub konstrukcji, należy z kolei dysponować danymi pozwalającymi określić rozkład niezawodności jej poszczególnych zespołów.

Trzeba wyraźnie podkreślić, że od FMEA nie należy oczekiwać generowania gotowych rozwiązań - w jaki sposób usuwać przyczyny wad. FMEA daje jedynie wskazania, które miejsca w konstrukcji lub wyrobie są krytyczne i dlaczego [2].

        Podsumowując można stwierdzić, że metoda FMEA pozwala na zapobieganie błędom już w fazie przygotowania technicznego produkcji, a więc na tym etapie, na którym efektywność działań jest największa.

        FMEA - to nie tylko metoda sterowania jakością - to pewna filozofia charakteryzująca podejście do problemów, aby przy każdej pracy starać się przewidywać wszelkie, także jej negatywne skutki.

        Stąd możliwość zastosowania FMEA nie ogranicza się jedynie do analizy konstrukcji i procesu wykonania. W sposób zaproponowany w tej metodzie  można podchodzić do wszystkich działań ludzkich, starając się przewidzieć związane z nimi błędy i podjąć działania im zapobiegające [4].  

6. Literatura:

1. „Podstawy inżynierii jakości” - Adam Hernas, Lesław Gajda, Leszek Mazur, Artur Mazurkiewicz, wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1996,

2. „Instrumentarium zarządzania jakością” -

3. „ISO 9000”-tom I - Eckhard Kreier, przełoż. -Jacek Łuczak, wyd. Forum, Poznań 2001.

4. http://wizard.ae.krakow.pl/~wawaks/tqm/fmea.html

---