FMEA – Failure Mode and Effect Analysis. Część 1 z 2.

17676
wyświetleń
FMEA – Failure Mode and Effect Analysis. Część 1 z 2.
Zapraszamy do zapoznania się z artykułem pokazującym genezę metody FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) oraz opis FMEA procesu oraz FMEA produktu. Zaprezentowane w nim są etapy analizy metody, główne zastosowanie a także oprogramowanie do komputerowego wspomagania FMEA.
 

1. Geneza metody FMEA, standardy

Metodologia FMEA została opracowana w USA i opublikowana 9 listopada 1949 roku pod nazwą MIL-P 1629 – Procedure for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis”. Analiza stosowana była w przemyśle zbrojeniowym, podczas opracowywania i budowy rakiet. Również NASA z powodzeniem wykorzystywała FMEA w swoich programach kosmicznych, np. Apollo. W latach 70-tych ubiegłego wieku firma Ford zastosowała metodę do analizy swych samochodów pod kątem bezpieczeństwa i wymogów prawnych. Z upływem lat procedura MIL-P 1629 zmieniała się, aż stała się podstawą do stworzenia przez Departament Obrony USA następnego standardu MIL-STD 1629 (w roku 1974) oraz jego kolejnego wydania MIL-STD 1629A w roku 1980. Okładka na rysunku poniżej:     

 
Rysunek 1 – na podstawie [link 1]
 
 

4-go sierpnia 1998 roku standard MIL-STD 1629A został anulowany a jego użytkownicy zostali poinformowani o możliwości korzystania z innych międzynarodowych standardów dotyczących stosowania analizy FMEA. Inne standardy to:

  • SAE J-1739 – standard opracowany przez Society of Automotive Engineers (SAE) w 1994 roku, opisujący zasady prowadzenia analizy FMEA projektu, procesu i maszyn,
  • IEC 60812 – standard wydany w roku 1985 przez International Electrotechnical Commission,
  • QS9000 – standard „wielkiej trójki” (Ford, Chrysler, GM) opracowany w 1994 roku. Określa on wymagania jakie muszą spełniać dostawcy komponentów do fabryk,
  • APQP – Advanced Product Quality Planning – podręcznik referencyjny do standardu QS9000,
  • FMEA – Failure Mode and Effect Analysis (SAE J-739) – podręcznik referencyjny do standardu QS9000,
  • SPC – Statistical Process Control – tak jak wyżej,
  • PPAP – Production Part Approval Process – tak jak wyżej,
  • MSA – Measurement System Analysis – tak jak wyżej.
 
 

2. FMEA procesu i produktu

W ramach APQP należy przeprowadzić dwa rodzaje analizy FMEA.

Rysunek 2, opracowanie własne na podstawie [1]
 
 

FMEA projektu. Przeprowadza się w fazie projektowania produktu i budowy prototypu.

FMEA procesu. Przeprowadza się w fazie uruchomienia produkcji partii próbnej. Analizę należy stosować w początkowych fazach wdrażania produktu do produkcji, celem przewidzenia potencjalnych problemów na etapie przygotowania urządzeń, szkolenia załogi, przygotowania maszyn, oprzyrządowania czy też metod i procedur pracy.

 

W literaturze zagadnienia  znaleźć można następujący podział w ramach metody FMEA:

1. FMEA projektowania produktów – już podczas prac projektowych nad produktem, przeprowadzenie metody pozwala na uzyskanie informacji o jegojego słabych i mocnych stronach. Umożliwia to zmianę pierwotnych założeń konstrukcyjnych jeszcze przed podjęciem decyzji o właściwych pracach nad produktem oraz pozwala na:

  • Określenie ryzyka uszkodzeń i awarii mogących wystąpić w produkcie;
  • Wyznaczyć punkty produktu, które mogą stanowić jego czułe miejsca, określić środki i sposoby wymagane do ich usunięcia;
  • Zebrać wszystkie niezbędne informacje, które pomogą w planowaniu dokładnych i sprawnych programów testowych oraz rozwojowych oraz pozwolą na wyeliminowanie zbędnych i zazwyczaj kosztownych badań;
  • Stworzyć listę potencjalnych stanów uszkodzeń uszeregowanych według ich wpływu na klienta.
 

FMEA projektu powinno być stosowane w przypadkach:

  • Wprowadzania nowego produktu;
  • Wprowadzania nowej lub bardzo zmodyfikowanej części podzespołu;
  • Wprowadzania nowego materiału;
  • Zastosowania nowych technologii;
  • Wprowadzania nowego zastosowania wytwarzanego produktu;
  • Eksploatowania produktu w szczególnie trudnych warunkach albo gdy został wyprodukowany dużym nakładem pracy.
 

2. FMEA projektowania procesu. Metoda pozwala na rozpoznanie problemów i niezgodności jakie mogą wystąpić w trakcie przebiegu procesu produkcyjnego. Wielką zaletą FMEA projektowania procesu jest to, że na bardzo wczesnym etapie można:

  • Zdecydować o przydatności procesu;
  • Wykryć słabe punkty i problemy, jakie mogą wystąpić podczas procesu;
  • Zastosować odpowiednie środki, jeśli wystąpiłybyby słabe punkty procesu;
  • Stworzyć listę zagrożeń występujących w trakcie procesu i określić ich wpływ na jakość produktu.

 

FMEA procesu jest najczęściej stosowana w początkowej fazie projektowania procesów technologicznych, przed uruchomieniem produkcji seryjnej, a także w celu doskonalenia procesów, które nie zapewniają wymagań określonych w normach dla danego produktu.

 

3. Etapy analizy FMEA

Celem analizy FMEA jest przede wszystkim wyznaczenie cech produktów i procesów wytwórczych, które mogą mieć jakikolwiek wpływ na powstanie mankamentów/uszkodzeń podczas eksploatacji. Analizę FMEA dzieli się na etapy:
 
 
Rysunek 3 – opracowanie własne na podstawie [2]
 
 

I tak pierwszy etap to powołanie grupy (zespołu) w skład którego wchodzą przedstawiciele różnych działów przedsiębiorstwa. Są to: dział jakości, dział techniczny, dział produkcji a w razie potrzeby zaleca się również włączenia osoby z zewnątrz – niezależnego eksperta. Również na tym etapie przeprowadzania analizy FMEA wybierany zostaje kierownik grupy, który organizuje spotkania, kieruje pracami grupy i przygotowuje materiały pomocne w tworzeniu FMEA, np. dane dotyczące reklamacji, dane z przeprowadzonych badań oraz dane z przeprowadzonych doświadczeń. Kierownik jest również odpowiedzialny za tworzenie i wypełnianie formularza FMEA podczas spotkań zespołu. Podczas etapu przygotowania FMEA koncentruje się na uszkodzeniach poszczególnych elementów. Idąc dalej dochodzimy do etapu określenia granic systemu. W tym celu należy:

  • Zidentyfikować systemy, które są przedmiotem analizy;
  • Określić fizyczne granice systemu i powiązania z innymi systemami i procesami;
  • Określić analityczne granice systemu, tzn. rodzajów uszkodzeń;
  • Skutki działań operacyjnych, systemów bezpieczeństwa itd., które nie są brane pod uwagę;
  • Zebrać materiały dotyczące wyposażenia i sposobu jego współdziałania z systemem.
 

Ważne jest aby w pracy nad FMEA dominowało podejście systemowe czyli wyrób, proces czy też usługę należy rozpatrywać jako system składający się z podsystemów a te z kolei składające się z kolejnych mniejszych podsystemów.

 

Kolejny etap to identyfikacja rodzajów błędów. Na tym etapie określa się, jakie błędy mogą się pojawić i sporządza się listę możliwych wad. Brać należy pod uwagę również błędy mało prawdopodobne. Skąd czerpać wiedzę na temat możliwych błędów? Dobrym podejściem jest:

  • Wykorzystanie wiedzy projektantów, inżynierów itd.;
  • Przeprowadzenie badań wśród klientów;
  • Analiza protokołów z badań;
  • Burza mózgów, ankiety i wywiady.
 

Następny etap to określenie skutków wystąpienia błędów czyli przewidzenie jakie skutki niosą za sobą błędy zidentyfikowane w poprzednim etapie analizy FMEA. Należy określić skutki błędów z punktu widzenia klienta. Znaczenie błędów wyraża się literami „Zn”, a według angielskiej terminologii jako „S”. Znaczenie wystąpienia błędu określa się według skali 1 – 10. Jako metodę pomocniczą stosuje się Analizę Pareto. Następny etap to poszukiwanie konsekwencji błędów. Podczas analizy FMEA należy również rozważyć, jakie są, bądź mogą być, długofalowe konsekwencje wystąpienia błędu.  Również na tym etapie używane są metody pomocnicze, np. diagram Ishikawy, który ułatwia znalezienie przyczyn błędów oraz określenie słabych punktów procesu lub produktu. Kolejno należy ustalić prawdopodobieństwo występowania błędów czyli częstotliwość oznaczane jako „Cz” (w angielskim „Q”).

Prawdopodobieństwo jest także oznaczane wg skali 1 – 10. Kolejny wskaźnik to wykrywalność wady, również zawiera się w skali 1 – 10 i jest oznaczany jako „Wy” (w angielskiej terminologii oznaczenie „D”). W metodach pomocniczych korzysta się z histogramów, analizy Pareto i arkuszy kontrolnych. W następnym etapie obliczany jest współczynnik poziomu ryzyka wystąpienia błędu „WPR”, który równy jest iloczynowi prawdopodobieństwa wystąpienia, znaczenia i trudności wykrycia wady. Współczynnik określa poziom ryzyka związanego z wystąpieniem poszczególnych błędów:

WPR = Zn x Cz x Wy

W terminologii angielskiej wskaźnik ryzyka nazywa się: „Risk Priority Number (liczba priorytetowa ryzyka) i oznacza jako RPN i wówczas wzór ma postać:

RPN = S x O x D

Współczynnik ten może przyjmować liczby z przedziału od 1 do 1000.

 

W czasie porządkowania błędów liczby sortowane są w kolejności malejącej „WPR”. Etap ten ma wskazać, które błędy są najważniejsze i od których wypadałoby zacząć działania korygujące/naprawcze. Bardzo pomocną metodą na typ etapie jest analiza Pareto. Działania korygujące/naprawcze mogą być skierowane na:

  • Zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia błędu;
  • Zmniejszenie znaczenia błędu;
  • Zwiększenie prawdopodobieństwa wykrycia błędu.
 

Działania powinny prowadzić przede wszystkim do zapobiegania wystąpienia błędów a nie do usuwania skutków.

Dlatego też najpierw zwraca się uwagę na prawdopodobieństwo i wagę błędu (jego znaczenie) a następnie na jego wykrywanie.

Dla wszystkich działań korygujących/naprawczych należy sporządzić harmonogramy, które określają termin realizacji działań oraz obszar odpowiedzialności. Kierując się zasadami cyklu Deminga, po zaplanowaniu i wdrożeniu działań naprawczych, przystępuje się do kontroli ich efektów oraz konfrontuje się rzeczywistość z zakładanymi celami. Dlatego też przeprowadza się tzw. kontrolną analizę FMEA. W tym celu tworzy się kontrolny formularz FMEA produktu/konstrukcji lub procesu:

 
 
Tabela 1 – opracowanie własne na podstawie [2]
 
 

Budowa formularza – opis pól. W górnej części formularza wpisuje się dane dotyczące analizowanych produktów lub procesów. Dane te muszą jasno definiować określony system. Numer identyfikacyjny FMEA mówi, jaki zespół konstrukcyjny jest poddany analizie. W tej części umieszcza się również nazwisko osoby odpowiedzialnej za przygotowanie całej FMEA oraz datę rozpoczęcia i zakończenia a także skład zespołu pracującego nad całą analizą. W dolnej części tabeli formularza znajdują się kolumny, które zawierają:

  1. Element i funkcję – wpisuje się numer analizowanego elementu z funkcją (zadaniem), która powinna być realizowana;
  2. Potencjalne wady – określa się wszystkie potencjalne wady, jak również wadliwe działania rozpatrywanego elementu systemu w kontekście analizy jego funkcji;
  3. Potencjalne skutki wady – opisuje się usterki, które klient może zauważyć bądź ich doświadczyć pamiętając, że klient może być nie tylko użytkownikiem końcowym ale również użytkownikiem wewnętrznym. Skutki powinny być zawsze określone w odniesieniu do konkretnego analizowanego systemu, podsystemu czy elementu, mając na uwadze istnienie hierarchicznej zależności pomiędzy elementem, podsystemem, systemem;
  4. Potencjalne znaczenie skutków wady (Zn) – określa się, w jakim stopniu skutek potencjalnej wady może negatywnie oddziaływać na następny element, podsystem, system lub użytkownika;
  5. Potencjalna przyczyna usterki – jest rozumiana jako zidentyfikowane, słabe punkty konstrukcji, które w konsekwencji prowadzą do możliwości wystąpienia usterki. Należy sporządzić możliwie najobszerniejszy wykaz dających się przewidzieć przyczyn usterek i mechanizmów jej powstania dla każdej usterki. Przyczyna powinna być opisana możliwie najzwięźlej i kompletnie, tak aby wszelkie działania korygujące skierować na właściwe przyczyny;
  6. Prawdopodobieństwo wystąpienia wady (Cz) – określa prawdopodobieństwo wystąpienia specyficznej wady. Jedyną metodą obniżenia tego prawdopodobieństwa jest wprowadzenie zmian konstrukcyjnych;
  7. Metody, narzędzia bieżącej weryfikacji projektu – sporządza się wykaz zapobiegawczych działań zatwierdzających bądź innych, które zapewnią adekwatność projektu w stosunku do rozważanych usterek i przyczyn ich powstania. Powszechnie stosowane narzędzia to rewizja projektu, testy odporności na uszkodzenia, rygorystyczne testy laboratoryjne, analizy wykonalności i testy prototypu;
  8. Prawdopodobieństwo wykrycia wady (Wy) – jest to ocena możliwości wykrycia potencjalnej przyczyny/mechanizmu lub słabych stron projektu przez stosowanie odpowiednich narzędzi;
  9. Współczynnik poziomu ryzyka (WPR) – określa ryzyko użytkownika związane z systemem i stanowi kryterium decyzyjne przy podejmowaniu działań na rzecz optymalizacji. Wartość WPR powinna mieścić się w przedziale od 1 do 1000. Przy wyższych wartościach należy przedsięwziąć kroki zmierzające do zmniejszenia wkalkulowanego ryzyka przy podjęciu działań korygujących;
  10. Zalecane działania – działania korygujące należy skierować, przede wszystkim, na problemy będące na najwyższej pozycji jeśli chodzi o wartości WPR.
 

Bibliografia:

[1] Z. Huber, Kawa na ławę Analiza FMEA procesu, Internetowe wydawnictwo „Złote Myśli” 2007,
[2] R. Wolniak, B. Skotnicka, Metody zarządzania jakością, teoria i praktyka, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej Gliwice 2005,
[3] R. Wolniak, Zastosowanie metody FMEA w przedsiębiorstwach – teoria i praktyka, materiały z wykładów – brak daty opracowania,
[4] E. Krzemień, R. Wolniak, Zastosowanie Komputerowego wspomagania w Zarządzaniu Jakością – metody FMEA i QFD, fragment artykułu.
 

10. Netografia:  

[link 1] http://sre.org/pubs/Mil-Std-1629A.pdf  7 VII 2012,
[link 2] http://www.itm-soft.pl/fmea#  8 VII 2012,
[link 3] http://www.indit.pl/pl/system-fmea  8 VII 2012,
[link 4]  http://www.byteworx.com/  8 VII 2012,
[link 5] http://www.fmea.co.uk/FMEA_software.html  8 VII 2012,
[link 6] http://www.pitwin.edu.pl/component/content/article/364  8 VII 2012,
[link 7] http://mfiles.pl/pl/index.php/FMEA  17 VII 2012.
 

O Autorze

Sylwia Bartman z wykształcenia informatyk i chemik. Obecnie zatrudniona w firmie Mobica (http://www.mobica.com/index.php) jako Tester Oprogramowania. Na co dzień zajmuje się wykonywaniem testów aplikacji na urządzenia mobilne oraz testami oprogramowania na urządzenia wbudowane. Do głównych obowiązków należy: projektowanie przypadków testowych i raportowanie wyników testów. Interesuje się zarządzaniem testami, modelami i metrykami w jakości oprogramowania oraz automatyzacją testów. Była uczestniczką konferencji: Forum Jakości Systemów Informatycznych – maj 2013; PMD Project Management Days – kwiecień 2012; Socjalno-ekonomiczne problemy społeczeństwa informacyjnego – maj 2011.

Kontakt: sylwia.bartman@mobica.com

 

Od redakcji

Jeśli chcesz podzielić się swoją wiedzą z innymi testerami, czekamy na Twój artykuł, film, komentarz, pracę dyplomową czy inną formę treści, jaką chcesz opublikować na naszych łamach.

 
 
17676
wyświetleń

To powinno Cię zainteresować