Metoda FMEA
1. Cel
Celem jest nabycie umiejętności analizy przyczyn i skutków wad wyrobów lub usług, a także wskazanie działań, które mogłyby wyeliminować lub przynajmniej ograniczyć możliwości wystąpienia potencjalnych błędów w wyrobie.
2. Wstęp teoretyczny
Badania wykazały, że 75% przyczyn wszystkich błędów, które wykryto w wyrobach, związanych jest z fazą projektowania wyrobu. W tej fazie wykrywalność wad jest niewielka.
Pierwsze przesłanki o opracowaniu metody wczesnego wykrywania wad, jeszcze w fazie projektowej, którą nazwano FMEA (Failure Modę and Effect Anałysis - analiza przyczyn i skutków wad), pojawiły się w latach 60-ch ubiegłego wieku w USA. Najczęściej metoda ta jest stosowana w gałęziach przemysłu produkcyjnego, takich jak: przemysł lotniczy, samochodowy, w elektronice, w przemyśle samochodowym.
2.1. FMEA- podstawowe założenia
FMEA jako technika, umożliwiająca identyfikację potencjalnych błędów, powinna być wykorzystywana przez wszystkie przedsiębiorstwa, którym zależy na zapobieganiu błędom i realizujących politykę ciągłego doskonalenia.
Celem metody FMEA jest:
• konsekwentne i trwałe eliminowanie wad („słabych" miejsc) wyrobu, konstrukcji lub procesu produkcji poprzez rozpoznawanie rzeczywistych przyczyn ich powstania i stosowanie odpowiednich środków zapobiegawczych. Środki te muszą mieć udowodnioną skuteczność;
• identyfikacja działań, które mogłyby wyeliminować lub przynajmniej ograniczyć możliwości wystąpienia potencjalnych błędów;
• udokumentowanie procesu (rzeczowa dokumentacja FMEA pozwala na wykorzystanie jej przy realizacji późniejszych zadań związanych z TQM, np.: w zakresie diagnostyki i konserwacji);
• poddanie wyrobu lub procesu analizom, a następnie na podstawie uzyskanych wyników wprowadzenie poprawek lub nowych rozwiązań, które skutecznie wyeliminują źródła wad;
• stworzenie bazy danych - działania korygujące.
2.2. Rodzaje FMEA
Metoda FMEA znalazła zastosowanie przy projektowaniu wyrobu i planowaniu procesów.
FMEA projektowania produktów
Przeprowadzenie metody, już podczas prac projektowych, daje możliwość uzyskania informacji o słabych i silnych stronach wyrobu, który chcemy stworzyć. Umożliwia to zmianę pierwotnych założeń konstrukcyjnych jeszcze przed podjęciem właściwych prac nad wyrobem, a także pozwala:
• określić ryzyko uszkodzeń i awarii mogących wystąpić w wyrobie;
• wyznaczyć te punkty wyrobu, które stanowią jego czułe miejsca, określić sposoby i środki niezbędne do ich usunięcia;
• zebrać wszystkie niezbędne informacje, które pomogą w planowaniu dokładnych i sprawnych programów testowych oraz rozwojowych, a także pozwolą wyeliminować zbędne często kosztowne badania;
• stworzyć listę potencjalnych stanów uszkodzeń uszeregowanych według ich wpływu na klienta.
FMEA projektu powinno być stosowane w następujących przypadkach:
• wprowadzanie nowego wyrobu;
• wprowadzanie nowej lub bardzo zmodyfikowanej części lub podzespołu;
• wprowadzanie nowego materiału;
• zastosowanie nowych technologii;
• wprowadzenie nowego zastosowania produkowanego wyrobu;
• eksploatowanie wyrobu w trudnych warunkach albo gdy został wyprodukowany dużym nakładem pracy.
FMEA projektowania procesu
FMEA procesu pozwala rozpoznać problemy i niezgodności, które mogą wystąpić w trakcie przebiegu procesu produkcyjnego. Podstawową zaletą tej metody jest to, że w bardzo wczesnym stadium (na etapie planowania procesu) można z odpowiednim wyprzedzeniem czasowym:
• zdecydować o przydatności procesu;
• wykryć słabe punkty i problemy, jakie mogą wystąpić podczas procesu;
• zastosować odpowiednie środki, jeśli wystąpiły słabe punkty procesu;
• stworzyć listę zagrożeń występujących w trakcie procesu i określić je według wpływu na jakość wyrobu.
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 wyrobu.
Tablica 1. Porównanie FMEA - wyrobu/konstrukcji oraz FMEA - procesu
FMEA wyrobu/konstrukcja
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, zagrożenie zdrowia/życia
niezgodność z wymiarami, zmniejszenie wydajności, wysokie koszty
2.3. Etapy analizy FMEA
Głównym celem analizy FMEA jest wyznaczenie cech wyrobu oraz procesów wytwórczych, które mogą mieć wpływ na powstanie uszkodzeń podczas użytkowania. Tworzenie analizy FMEA dzieli się na etapy, które przedstawia rys.1.
W pierwszym etapie zostaje powołany zespół składający się z przedstawicieli różnych działów przedsiębiorstwa: działu jakości, działu technicznego, działu produkcji oraz, w razie potrzeby, w skład zespołu włącza się eksperta z „zewnątrz" lub klienta.
W początkowym okresie tworzenia zespołu wybierany jest kierownik grupy. W skład jego zadań wchodzi organizowanie spotkań, kierowanie pracami grupy i przygotowanie materiałów pomocnych w tworzeniu FMEA, takich jak: dane dotyczące reklamacji (szczególnie jeśli FMEA dotyczy wyrobu/procesu podobnego do już istniejącego) oraz dane z przeprowadzonych badań i doświadczeń. Do jego zadań należy również wypełnianie formularza FMEA podczas spotkań grupy. Na etapie przygotowania, gdy analizowany jest pojedynczy system, FMEA koncentruje się na uszkodzeniach poszczególnych elementów.
Rys.1. Diagram przeprowadzenia metody FMEA
W celu określenia granic systemu należy:
• zidentyfikować systemy, które są przedmiotem analizy;
• określić fizyczne granice systemu i powiązania z innymi systemami oraz procesami;
• określić analityczne granice systemu, tzn. rodzajów uszkodzeń;
• podać skutki działań operacyjnych, systemów bezpieczeństwa itd., które nie są brane pod uwagę;
• zebrać materiały dotyczące wyposażenia i sposobu jego współdziałania z systemem.
Drugi etap to identyfikacja rodzajów błędów. Tu określa się, jakie błędy mogą wystąpić oraz sporządza listę możliwych wad. Należy także wziąć pod uwagę błędy, które mogą się wydarzyć w przypadku wystąpienia mało prawdopodobnych sytuacji. Informacje dotyczące rodzajów błędów można pozyskiwać, wykorzystując do tego celu:
• wiedzę projektantów, inżynierów itd.,
• badania wśród klientów,
• protokoły z badań.
Na tym etapie również najbardziej pomocną metodą będzie „burza mózgów", rozszerzona o ankiety i wywiady.
Trzeci etap to określenie skutków wystąpienia błędów, czyli przewidzenie, jakie skutki niosą za sobą błędy zidentyfikowane w poprzednim etapie. Określa się skutki błędów z punktu widzenia klienta, którym może być odbiorca wewnętrzny i klient zewnętrzny.
W celu określenia skutków wad należy wykorzystać źródła informacji analogiczne do tych z poprzedniego etapu. Na etapie ustalania znaczenia błędów ważne jest, czy występująca wada ma wpływ na jakość produktu bądź procesu. Znaczenie skutków błędów określane jest z punktu widzenia klienta, dlatego najlepszą metodą uzyskania tej wiedzy są badania ankietowe przeprowadzane wśród klientów. Znaczenie błędów wyraża się literami „Zn" (ang. terminologia „S"). Znaczenie wystąpienia błędu określa się według skali 1-10.
Do stosowanych, w poprzednim etapie, metod pomocniczych dochodzi jeszcze „Analiza Pareto".
Czwarty etap to poszukiwanie konsekwencji błędów. Podczas analizy FMEA należy także zastanowić się, jakie są długofalowe konsekwencje wystąpienia błędu.
Na tym etapie również posługujemy się metodami pomocniczymi, takimi jak w poprzednich etapach, dodatkowo stosuje się „arkusze kontrolne".
Na etapie analizy potencjalnych uszkodzeń staramy się określić, jakie są przyczyny opisanych uprzednio błędów. Bardzo skuteczną metodą pomocniczą jest diagram Ishikawy. Ułatwia on znalezienie przyczyn błędów oraz określenie słabych punktów produktu lub procesu.
Następnie ustalamy prawdopodobieństwo występowania błędów. Prawdopodobieństwo to, czyli częstotliwość, oznaczane jest literką „Cz" (ang. terminologia - „Q"). Prawdopodobieństwo jest oznaczane według skali 1-10.
Wykrywalność wady służy do określenia prawdopodobieństwa wykrycia danej wady w procesie. Zawiera się ona w skali 1-10 i jest oznaczana jako „Wy" (ang. terminologia - „D"). W metodach pomocniczych używane są arkusze kontrolne, analiza Pareto oraz histogramy.
W kolejnym etapie oblicza się współczynnik poziomu ryzyka wystąpienia błędu „WPR", który jest równy iloczynowi prawdopodobieństwa wystąpienia, znaczenia i trudności wykrycia wady. Współczynnik określa poziom ryzyka związanego z wystąpieniem poszczególnych błędów:
WPR = Zn × Cz × Wy (3.1)
Współczynnik poziomu ryzyka może przyjmować liczby z przedziału od l do 1000.
Podczas porządkowania błędów liczby segreguje się w kolejności malejącej „WPR". Etap wskazuje, które błędy są najważniejsze i od których należy zacząć działania naprawcze. Metodą pomocną w tym działaniu jest analiza Pareto. Na tym etapie analizy można opracować program działań naprawczych dla każdego rodzaju błędu. Działania te mogą postępować w trzech kierunkach:
• zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia błędu,
• zmniejszenie znaczenia błędu,
• zwiększenie prawdopodobieństwa wykrycia błędu.
Główne działania powinny być skierowane na zapobieganie błędom, a nie usuwanie skutków. Dlatego w pierwszej kolejności zwracamy uwagę na prawdopodobieństwo i znaczenie błędu, dopiero później - na jego wykrywanie.
Po zaplanowaniu i wdrożeniu działań naprawczych, należy sprawdzić ich efekty oraz czy zakładane cele pokrywają się z rzeczywistym obrazem. Aby porównać wyniki przeprowadzonej analizy z rzeczywistymi wartościami, powinno przeprowadzić się kontrolną analizę FMEA.
Do przeprowadzenia analizy FMEA tworzy się specjalny formularz - FMEA wyrobu/konstrukcji lub procesu. Przykładowy formularz przedstawiono w tablicy 2.
W dolnej części tabeli formularza znajduje się szereg kolumn, które zawierają w kolejności:
1)...