FMEA – Analiza modurilor de defectare si a efectelor lor

DESPRE CARTE

In dezvoltarea produselor, majoritatea problemelor de calitate incep in faza de dezvoltare. Deciziile luate in etapele incipiente de inginerie determina siguranta, conformitatea, costul si, in cele din urma, satisfactia clientilor. Pentru a rezolva aceste probleme, dar si cele generate de fabricatie si intretinere, incepand cu anii 1950 a fost dezvoltata si perfectionata Analiza modurilor de defectare si a efectelor lor – FMEA. Astazi, ajunsa la maturitate, FMEA valorizeaza preventia defectelor si managementul proactiv al riscului.

FMEA imprima o disciplina a gandirii prin care riscurile sunt intelese inainte de a se transforma in esecuri, iar calitatea devine rezultatul firesc al rigoarei si responsabilitatii. Dincolo de formule, tabele si evaluari de risc, aceasta metoda ofera organizatiilor puterea de a anticipa vulnerabilitatile, de a intelege mecanismele care pot genera esecul si de a construi solutii solide inainte ca problemele sa devina realitate.

FMEA este metoda utilizata pentru tratarea proactiva a defectelor proiectarii, fabricatiei si intretinerii sistemelor de orice fel. Acest trend este accelerat de integrarea tehnologiilor digitale inteligente in procesele de dezvoltare si fabricatie care, utilizand FMEA sustin cresterea si controlul calitatii, analiza predictiva, protectia impotriva riscurilor, optimizarea utilizarii resurselor si reducerea timpului de nefunctionare prin anticiparea defectiunilor echipamentelor sau proceselor inainte ca acestea sa apara. Toate acestea vin la pachet cu necesitatea investitiilor in formare continua pentru a tine pasul cu evolutia metodologiei si cu noile instrumente software.

Cartea de fata ofera o perspectiva clara, coerenta si elegant articulata asupra metodei FMEA, surprinzand atat consistenta sa teoretica, cat si forta ei practica in dezvoltarea produselor, optimizarea proceselor si consolidarea fiabilitatii sistemelor. Printr-o abordare echilibrata, accesibila si bine articulata, cartea se adreseaza profesionistilor din industrie care privesc performanta nu ca pe un accident, ci ca pe efectul unei constructii atent elaborate.

CUPRINS

Prefata 7

1. Generalitati 11

2. Scop si obiective 15

3. Sistemul, obiect al FMEA 19

4. Defecte si defectari 22
4.1 Probabilitatea defectarii 25
4.2 Durata de viata 27
4.3 Mecanismele si cauzele defectarii 29
4.3.1 Mecanismele defectarii 29
4.3.2 Factorii de activare 32
4.3.3 Efectul factorilor de mediu 40
4.3.4 De la mecanisme la cauze 42
4.4 Succesul si esecul functionarii 45
4.5 Potentialul de defectare 47
4.6 Modul de defectare 51
4.7 Scalele marimilor estimate 52
4.8 Efectul defectiunilor. Severitatea consecintelor 53
4.8.1 Evaluarea calitativa 55
4.8.2 Evaluarea cantitativa 57
4.9 Frecventa probabila a aparitiei defectelor 60
4.9.1 Evaluarea calitativa 60
4.9.2 Evaluarea cantitativa 61
4.10 Detectabilitatea defectelor 64
4.10.1 Evaluarea calitativa 64
4.10.2 Evaluarea cantitativa 65
4.11 Riscurile modurilor de defectare 65
4.11.1 Definirea riscului 65
4.11.2 Riscul tolerabil 68
4.11.3 Perceptia riscurilor 70
4.11.4 Reglementari 71

5. Planificarea executiei FMEA 73
5.1 Scopul si obiectivele analizei 73
5.2 Limitele FMEA 75
5.3 Resursele necesare analizei 75
5.3.1 Resurse informationale 75
5.3.2 Personal. Roluri, responsabilitati si competente 76
5.3.3 Momentul inceperii si finalizarii 81
5.3.4 Resurse fizice si IT 81
5.4 Nivelul de aplicare 81
5.4.1 Scenariile de aplicare 82
5.4.2 Criteriile de decizie pentru tratarea modurilor de defectare 84

6. FMEA – Analiza modurilor de defectare si a efectelor 85
6.1 Generalitati 85
6.2 Executia FMEA 88
6.2.1 Adaptarea FMEA 88
6.2.2 Definirea elementului sau procesului analizat 89
6.2.3 Divizarea in componente elementare 90
6.2.4 Identificarea defectelor si a modului de defectare 90
6.2.5 Identificarea cauzei principale 92
6.2.6 Identificarea efectelor locale si finale 95
6.2.7 Metodele de detectare 95
6.2.8 Importanta relativa a modurilor de defectare 96
6.2.9 Masuri pentru tratamentul defectelor 102
6.2.10 Practica FMEA 104

7. FMECA 109
7.1 Generalitati 109
7.2 Analiza indeplinirii misiunii 111
7.2.1 Matricea de risc 112
7.2.2 Numarul de prioritate al riscului 112
7.2.3 Numarul critic al modului de defectare 112
7.3 Avantaje, restrictii, limitari 115
7.4 Indicele de criticitate pentru active fizice 118

8. DFMEA 121
8.1 Structura formularului de lucru 121
8.1.1 Scala Severitatii 122
8.1.2 Scala frecventei aparitiei 123
8.1.3 Scala detectabilitatii 123
8.1.4 Calculul RPN (Risk Priority Number) 124
8.2 DFMA si managementul riscului 124

9. PFMEA 126

10. FMEA-MSR 129

11. Raportul analizei 131

12. Instrumentele Software 134

13. Practici si greseli 136
13.1 Aplicatii 136
13.2 DFMEA vs. PFMEA 139
13.3 Greseli 141

Referinte 143

Abrevieri termeni 147

PREFATA

Preocuparea pentru maximizarea fiabilitatii sistemelor nu se poate baza numai pe alegerea celor mai fiabile componente si celor mai bune conditii de utilizare. Oricum, defectiunile pot aparea si din alte cauze, iar cauzele cu cel mai mare impact sunt posibilele slabiciuni ale proiectarii atat a produselor cat si a proceselor de fabricatie. Prin urmare, o masura care s-a dovedit extrem de utila pentru cresterea fiabilitatii este analiza acestor proiecte prin prisma pierderilor generate de efectele defectelor pe care le-ar putea avea. Daca analiza este executata in mod sistematic inca de la inceputul dezvoltarii sau a conceptului proceselor de fabricatie, defectele care s-ar putea intampla sunt tratate la momentul potrivit si ulterior nu pot avea niciun efect important pentru produs si utilizarea sa. Aceasta abordare aduce multiple beneficii care au impact asupra timpului si costului de dezvoltare, fabricatiei si calitatii produsului. Procesul de analiza dezvoltat pentru tratarea proactiva a defectelor este FMEA – Failure Mode and Effects Analysis sau Analiza modurilor de defectare si a efectelor lor.

Practica FMEA este astazi omniprezenta. American Society for Quality o descrie ca pe o abordare sistematica, pas cu pas, pentru analiza posibilelor defectiuni ale unui proiect, proces de fabricatie, produs sau serviciu, cu scopul clar de a le elimina sau atenua efectele inainte ca acestea sa se produca. FMEA s-a impus ca o componenta a metodelor de proiectare si a managementului riscului, fiind utilizata pentru conectarea activitatilor de imbunatatire a proiectelor, proceselor de fabricatie si activitatilor de intretinere cu cele de analiza a defectelor ce probabil ar putea aparea. FMEA este considerat cel mai eficient instrument proactiv utilizat pentru analiza defectelor potentiale cu scopul cresterii fiabilitatii si sigurantei sistemelor de orice fel.

Aceasta carte a luat nastere dintr-o nevoie pe care am resimtit-o direct, ani la rand – lipsa in limba romana a unui manual care sa reuneasca principiile si practicile curente ale FMEA facand-o mai usor de inteles si aplicat.

La mai bine de sapte decenii de la aparitia sa, FMEA ramane un instrument de neinlocuit pentru ingineria fiabilitatii si managementul riscului. Metoda a fost conceputa si aplicata la finele anilor 1940 cu scopul de a creste siguranta sistemelor militare. Mai tarziu a fost adoptata de NASA in programele aerospatiale, de industria aeronautica civila si, din anii 1970, de industria automobilelor. Devenind o practica globala, metoda a fost adoptata si de alte industrii care opereaza in domenii in care siguranta este critica, de exemplu, industrii din domeniul productiei de mijloace de transport navale si feroviare, energiei nucleare, electrice si termice, aparaturii medicale, medicamentelor, extractiei si prelucrarii petrolului si multe altele.

Punctul de cotitura al evolutiei FMEA este, fara indoiala, armonizarea diferentelor de abordare intre practicile americane si cele europene. In 2019, AIAG-VDA a inlocuit numarul de prioritate al riscului RPN cu sistemul logic Action Priority si a introdus o abordare structurata in sapte pasi aplicabila in analiza proiectelor (DFMEA), proceselor de fabricatie (PFMEA) si monitorizarii sistemelor de siguranta ale automobilelor (FMEA-MSR). Aceasta schimbare raspunde unor limitari recunoscute ale RPN, in care combinatii diferite de severitate, frecventa aparitiei si detectabilitatea unui defect poate genera acelasi scor, mascand riscuri cu severitate mare care necesita actiune imediata. Avantajele Action Priority au facut ca metoda sa fie preluata si utilizata de cele mai multe industrii.

Cartea de fata urmareste acest parcurs istoric si conceptual, dar nu se opreste aici, ea traduce principiile metodei intr-un proces aplicabil, pas cu pas, de organizatiile care proiecteaza, produc sau intretin sisteme tehnice de orice fel, fie ele complexe sau nu.

In ciuda maturitatii FMEA, in practica persista greseli simple in aparenta, dar care afecteaza profund valoarea analizelor si capacitatea organizatiilor de a invata din propriul esec. Sunt des intalnite cazuri de confuzie intre defect, defectare, mod de defectare si cauza defectului sau echipa de analiza nu are specialisti care sa acopere intreaga gama a specialitatilor necesare analizei. Uneori, analiza este executata formal numai pentru a indeplini o cerinta a standardelor, nu are ca baza un plan al procesului, lectiile invatate din alte proiecte sunt ignorate, la fel ca si integrarea cu alte instrumente de analiza, cum ar fi FTA (Fault Tree Analysis), RCA (Root Cause Analysis), 5D, diagrama cauza-efect (Ishikawa) sau altele.

Cartea se adreseaza inginerilor care lucreaza in dezvoltarea sistemelor si proceselor, specialistilor in productie, calitate, auditorilor, managerilor de produs si coordonatorilor de conformitate din industriile in care FMEA poate fi aplicata atat pentru preventia defectelor, cat si pentru managementul riscurilor. Ea porneste de la principiile metodei si utilizeaza un limbaj accesibil, fara a face rabat de la rigoarea ceruta de standardele de referinta. Pentru organizatiile aflate la inceput de drum, capitolele dedicate planificarii si resurselor ofera un ghid practic, insistand pe necesitatea unei echipe care sa includa ingineri de proiectare, productie, calitate, siguranta, mediu, intretinere preventiva si corectiva.

Parcursul lucrarii urmeaza logica procesului. Primele capitole stabilesc cadrul general al analizei, scopul si obiectivele, definirea sistemului analizat si taxonomia defectelor si a defectarilor, inclusiv mecanismele, factorii de activare si efectul factorilor de mediu. Urmeaza un capitol central dedicat marimilor estimate – severitatea consecintelor, aparitia probabila a defectelor, detectabilitatea – prezentate cu intentia de a clarifica principiile specifice evaluarii lor calitative si cantitative. Intrucat nu toti cei care sunt membri ai unei echipe de analiza au cunostinte despre siguranta sistemelor, am dedicat un subcapitol catorva notiuni esentiale cu care opereaza toate variantele FMEA.

Capitolul 5 trateaza modul in care este planificata executia FMEA abordand o prezentare amanuntita a scopului, obiectivelor, limitelor, resurselor informa-tionale, umane si fizice, nivelului de aplicare, scenariilor, modului de evaluare a severitatii consecintelor, frecventei de aparitie si detectabilitatii potentialelor moduri de defectare, analiza riscurilor, criteriile de decizie privind riscurile critice si raportului activitatilor analizei.

Capitolul 6 detaliaza executia FMEA, pas cu pas, de la adaptarea metodei si definirea elementului analizat, la divizarea in componente elementare, identificarea modurilor de defectare, a cauzei principale, a efectelor locale si finale, metodelor de detectare, evaluarea importantei relative a riscurilor si stabilirea masurilor pentru tratamentul defectelor.

Capitolul 7 extinde discutia la FMECA – Analiza Modurilor de Defectare, a Efectelor si a Criticitatii – introducand matricea de risc, numarul de prioritate al riscului, numarul critic al modului de defectare si indicele de criticitate pentru active fizice, toate alaturi de o discutie echilibrata despre avantaje, restrictii si limitari.

Capitolele 8, 9 si 10 prezinta procesul FMEA pentru proiectare (DFMEA), procese (PFMEA) si monitorizarea sistemelor de siguranta (FMEA-MSR) cu prezentarea structurii formularului de lucru, a scalelor de severitate, aparitie si detectabilitate, a calculului RPN si metodologiei Action Priority. Raportarea rezultatelor analizei face obiectul capitolului 11.

Capitolul 12 este dedicat unei prezentari succinte a catorva instrumente software care deschid perspectiva practicii computerizate a FMEA, o directie care transforma analiza intr-o practica dinamica ghidata de cunoastere si in unele cazuri, si de inteligenta artificiala.

In ultimul capitol, sunt prezentate cele mai importante aspecte ale practicii si care pot aduce lamuriri suplimentare aplicarii oricaror forme ale FMEA. Gradul de amanunt al analizei care este potrivit fiecarei aplicatii este un subiect de discutie pe care nu l-am abordat. Am considerat ca, citind aceasta carte, aplicantul poate decide singur daca analiza trebuie sa se bazeze numai pe evaluarea riscului utilizand matricea de risc sau, pentru precizie si acuratete trebuie sa adauge calculul numarului de prioritate al riscului sau analiza de criticitate. De asemenea, utilizarea matricilor logice de prioritate care au revolutionat aplicarea oricarei forme de FMEA ramane o optiune pentru aplicatii si in alte industrii decat cea a automobilelor.

Aceasta carte nu ar fi existat fara schimbul constant de idei si pareri cu inginerii care mi-au impartasit, de-a lungul anilor, exemple, intrebari si critici oneste. Le sunt recunoscator tuturor celor care au citit primele versiuni ale capitolelor, colegilor care au revizuit textul si ale caror intrebari au fortat, adesea, un nivel suplimentar de rigoare. Imi asum, desigur, orice eroare care ar fi putut scapa si pe care, cu aportul dumneavoastra, o voi indrepta la urmatoarea editie.

In procesul FMEA, asa cum este prezentat in diverse manuale si standarde, sunt cateva probleme nu indeajuns de clare, dar asta deschide noi campuri de lucru pentru cercetatori si nu impiedica utilizarea pe scara larga a acestui instrument indispensabil in proiectare si managementul riscului.

Va invit sa parcurgeti cartea ca pe un instrument de lucru, nu ca pe un tratat academic. Scriind aceasta carte, am urmarit ca cititorul sa aiba o intelegere mai buna a principiilor si modului in care SFMEA, FMECA, DFMEA, PFMEA sau FMEA-MSR pot ajuta in dezvoltarea sistemelor si proceselor intr-o maniera care sa raspunda cerintelor utilizatorilor, dar si conformitatii cu standardele si reglementarile legale. Insist pe faptul ca analiza trebuie adaptata potrivit obiectivelor pentru care se executa, iar planificarea modului in care se executa contribuie esential la obtinerea rezultatelor asteptate care pot fi utilizate si pentru managementul riscurilor, nu numai pentru eliminarea sau tratarea modurilor de defectare.

In carte voi pastra abrevierile consacrate in literatura de specialitate. Motivul este simplu si intemeiat – abrevierile unor termeni sau metode sunt utilizate de comunitatea tehnica si stiintifica globala in forma in care au fost stabilite de organizatiile emitente. Orice abatere nu ar face decat sa ingreuneze comunicarea intre specialisti, dar si cu alte parti interesate.

Pentru acei care doresc sa aprofundeze sau sa-si clarifice unele parti ale procesului, din multitudinea de lucrari aparute pe aceasta tema, am selectat si enumerat pe cele pe care le-am considerat reprezentative, in special pe cele care contribuie la realizarea conformitatii proiectelor cu standardele aplicabile.

Autorul