Analiza FMEA

Analiza FMEA (Failure Mode and Effect (Critical) Analysis - FMEA, FMECA) to metoda analizy przyczyn i skutków wad, która została opracowana w USA w latach 50-tych. Jej celem było zapobieżenie wadom występującym w produktach już na etapie deski kreślarskiej. Wczesne zapobieganie błędom było szczególnie istotne w przemyśle kosmicznym, lotniczym i wojskowym. Jak wykazały analizy, 3/4 wad występujących w produkcji oraz użytkowaniu można zapobiec na etapie projektowania.

Metoda została odtajniona (jako metoda wojskowa), a potem spopularyzowana w USA i Europie, a także na innych kontynentach. Najpierw zaczęto ją stosować w przemysłach wysokich technologii, lecz później okazała się przynosić duże korzyści także w innych gałęziach gospodarki, w tym w usługach (do wykrywania zagrożeń narażających klienta np. na poniesienie strat finansowych, nieodpowiednie traktowanie ((Hamrol A. 2017, s. 67)). Jakkolwiek należy zaznaczyć, że w przypadku usług metoda Servqual może dać lepsze rezultaty. Od lat 90-tych FMEA jest używana także jako narzędzie do doskonalenia procesów (nie tylko wytwórczych), a także proste narzędzie zarządzania ryzykiem. Metoda ta najczęściej jest wykorzystywana w przypadku produkcji wyrobów o wysokim stopniu złożoności np. w branży motoryzacyjnej (Janisz K., Mikulec A. 2017, s. 1389), lecz mimo upływu ponad połowy wieku od czasu jej opracowania, FMEA wciąż znajduje nowe zastosowania. Metoda może być łatwo skomputeryzowana i wykorzystywana w trybie półautomatycznym z wykorzystaniem systemów MRP/ERP.

Cele analizy FMEA są są zbieżne z zasadą "ciągłego doskonalenia". Dzięki wykorzystaniu metody FMEA możliwe jest poddawanie wyrobu lub procesu kolejnym analizom, a w dalszej kolejności wprowadzanie na podstawie otrzymanych wyników działań usprawniających (tj. wszelkiego rodzaju poprawek, nowych rozwiązań), które przyczynią się do skutecznej eliminacji źródeł występujących wad. Analizy mogą być prowadzone zarówno dla całych wyrobów, pojedynczych podzespołów lub elementów konstrukcyjnych danego wyrobu, jak i dla całego procesu technologicznego bądź jego dowolnej operacji. Najczęściej jednak analiza FMEA dotyczy wyrobu/konstrukcji lub procesu produkcyjnego. (Pałubicki S., Kukiełka K. 2017, s. 257)

TL;DR

Analiza FMEA jest metodą analizy przyczyn i skutków wad. Może być stosowana w różnych gałęziach gospodarki, zarówno w produkcji jak i w usługach. Metoda ta ma na celu zapobieganie wadom już na etapie projektowania i doskonalenie procesów. Analiza FMEA składa się z kilku etapów, takich jak przygotowanie, dekompozycja funkcjonalna, analiza jakościowa i ilościowa. Na podstawie analizy można podjąć działania korygujące lub zapobiegawcze w celu eliminacji wad. Przykłady analiz FMEA produktu pokazują, jak można zidentyfikować wady i skutecznie je naprawić.

Zakres zastosowań metody FMEA

1. Optymalizacja produktu
   • na etapie projektowania - najlepszy moment na analizę, możliwe jest osiągnięcie najlepszych wyników dzięki łatwości wprowadzania zmian w produkcie znajdującym się jedynie na desce kreślarskiej (czy raczej w komputerze),
   • przed wdrożeniem do produkcji - ograniczone efekty ze względu na ograniczenia narzucane przez przygotowany projekt produktu. Jednak wciąż lepiej użyć FMEA niż nie używać.
   • późniejsze etapy - bardzo ograniczone efekty ze względu na to, że niemal wszystkie parametry zostały już ustalone. Warto rozważyć użycie FMEA przed kolejną aktualizacją produktu.
2. Optymalizacja procesu (FMEA procesu lub PFMEA - Process FMEA)
   • wdrożenie nowego procesu - bardzo dobry moment, ale zdarza się bardzo rzadko w firmie,
   • doskonalenie istniejącego procesu - bardzo dobry moment, ponieważ doskonalenie procesu nie jest tak ograniczone jak doskonalenie produktu.
3. Zarządzanie ryzykiem
   • jako prosta metoda identyfikacji i postępowania z ryzykiem. Może być wystarczająca dla małych i średnich przedsiębiorstw.

Podstawowe etapy analizy FMEA

1. Etap 1. Przygotowanie
   • Definiowanie celów badania
   • Utworzenie zespołu
   • Ustalenie zakresu analizy
   • Dekompozycja funkcjonalna
   • Zbieranie danych
2. Etap 2. Analiza
   • Analiza jakościowa
   • Analiza ilościowa
   • Palowanie działań korygujących lub zapobiegawczych
   • Wdrożenie działań i ich nadzór

Najważniejsze kroki zostały omówione poniżej:

Ustalenie zakresu analizy FMEA

Zakres analizy jest kluczowy dla uzyskiwanych rezultatów. Jeżeli analiza będzie ograniczona do kilku elementów, może nie wnieść nic nowego. Jeśli jednak zakres będzie zbyt duży, czas analizy oraz jej koszt będą bardzo wysokie. Prawdopodobnie nie ma potrzeby analizowania części, które są dobrze znane z poprzednich produktów, chyba że mogą one być niekompatybilne z nowymi rozwiązaniami. Również należy rozważyć poziom dekompozycji. Bardzo głęboka dekompozycja nie zawsze jest właściwą perspektywą dla analizy, bowiem może przesłonić problemy wynikające z relacji zachodzących pomiędzy elementami produktu.

Każda analiza jest przeprowadzana w zdefiniowanych warunkach. Zespół powinien zdecydować jaki przyjąć poziom zmiennych środowiskowych, np. dostępność zasilania nominalnego, jednoczesna liczba wad (zwykle 1 na raz), dostępność niezbędnych zasobów na wejściu, możliwość odbioru wyników procesu.

Dekompozycja funkcjonalna

Analizowany obiekt powinien zostać podzielony na elementy. W przypadku produktu są nimi części lub nawet surowce. W przypadku procesu, są to zadania. FMEA jest bardzo szczegółową analizą, dlatego konieczne jest podzielenie obiektu na niewielkie części. Dla każdego elementu należy zebrać dane dotyczące m.in.:

• liczby wad,
• rodzajów wad,
• znanych problemów (np. na podstawie literatury),
• ograniczeń użytkowania (np. temperatura, wilgotność).

Analiza jakościowa

Analiza jakościowa skupia się na możliwych wadach, ich przyczynach i skutkach:

• wada - niekorzystny stan badanego elementu,
• przyczyna - co musi się stać, aby wada wystąpiła. Może być wiele przyczyn jednej wady. Należy je analizować jako odrębne przypadki.
• skutek - co stanie się, jeśli wada wystąpi (nie przyczyna! - częsty błąd). Może wystąpić szereg skutków krótko - i długoterminowych. Każdy powinien być analizowany odrębnie.

Zestaw: wada + przyczyna + skutek tworzy tryb wady (ang. failure mode). Wszystkie informacje powinny zostać zapisane w tabeli (patrz przykłady poniżej).

Analiza FMEA - ilościowa

Analiza ilościowa odnosi się do trzech zmiennych:

• (P) Prawdopodobieństwo wystąpienia (związane z przyczyną wady)
• (D) Trudność wykrycia (związane z samą wadą)
• (S) Znaczenie skutku (związane ze skutkiem)

Iloczyn tych trzech zmiennych daje ogólny wynik analizowanego zestawu $R=P\cdot D\cdot S$

Każda zmienna jest oceniana w skali od 1 do 10, gdzie 10 jest maksimum. Zmienne te nie są jednakże jednoznacznie zdefiniowane i wymagają każdorazowo indywidualnego podejścia (Zymonik Z., Hamrol A., Grudowski P. 2013, s. 200). Przedsiębiorstwo wykorzystujące FMEA powinno zdefiniować własne tabele ewaluacyjne, które pomogą w przyporządkowaniu ocen. Przykład takiej tabeli znajduje się poniżej:

Ocena znaczenia skutku wady

Ocena	Kryteria oceny
1	Niewielkie uszkodzenie, które nie może spowodować żadnego realnego skutku w działaniu urządzenia lub układu, ani nie może mieć wpływu na proces technologiczny lub operacje montażowe
2,3	małe uszkodzenie powodujące tylko lekkie niezadowolenie klienta, który prawdopodobnie odczuje niewielkie pogorszenie działania urządzenia lub układu; konieczne mogą być nieznaczne przeróbki w procesie technologicznym lub montażowym
4,5,6	uszkodzenie powodujące pewne niezadowolenie klienta. Klient odczuwa niewygodę lub jest zdenerwowany tym uszkodzeniem (np. silnik długo nie zapala, sprężarka się psuje, okno nie jest szczelne). Klient zauważa pogorszenie pracy urządzenia lub podsystemu. Może spowodować nieplanowaną przeróbkę, naprawę lub uszkodzenie sprzętu
7,8	wysoki stopień niezadowolenia klienta spowodowany naturą takiego uszkodzenia, jak nie działający pojazd lub jego podsystemy. Uszkodzenie nie powoduje naruszenia bezpieczeństwa eksploatacji wyrobu lub obowiązujących przepisów. Może powodować poważne zakłócenia w kolejnych operacjach technologicznych lub montażowych, wymaga dużych przeróbek lub stanowi zagrożenie dla operatora maszyn w procesie obróbki lub montażu
9,10	uszkodzenie narusza bezpieczeństwo eksploatacji lub obowiązujące przepisy

Źródło: M. Rączka 1994

Działania korygujące lub zapobiegawcze w FMEA

Istnieją trzy możliwe kierunki poprawy stanu:

• zmniejszenie prawdopodobieństwa
• poprawa wykrywalności wady
• redukcja znaczenia skutku.

Wybór zależy od rodzaju i złożoności wady oraz produktu. Sukces jest ściśle związany z doświadczeniem i kompetencjami członków zespołu wykorzystującego metodę. Podczas wdrażania działań korygujących lub zapobiegawczych w FMEA należy jednak pamiętać, że powinny one być ciągle nadzorowane, a ich efekty powinny zostać poddane weryfikacji wg metody FMEA (Wyrębek H. 2012, s. 157).

Przykład analizy FMEA produktu

Analiza FMEA dla komputera klasy PC

Element	Wada	Skutek	Przyczyna	P	S	D	R	Działania naprawcze
jednostka systemowa	system nie ładuje się	komputer nie działa	niewłaściwy program systemowy	3	10	9	270	wymiana programu
monitor	niewłaściwe kolory	zielony i czerwony niedostępne	niewłaściwa karta grafiki	2	3	2	12	sprawdzenie karty i wymiana
dysk twardy	dysk niemożliwy do odczytania	utrata danych	zła instalacja dysku	4	8	10	320	instalacja właściwego napędu
klawiatura	blokuje się	niemożliwe przekazywanie danych	niewłaściwe podłączenie	4	2	5	40	test klawiatury, sprawdz. połączenia
drukarka	błędy wydruku	wydruk nie daje się odczytać	uszkodzenie sterownika	6	3	3	54	wymiana sterownika
Napęd dysku	błędy odczytu	nie można przechowywać danych	brudny dysk lub mechanizm napędowy	3	5	2	30	czyszczenie mechanizmu lub wymiana dysku
karta rozszerzająca	błąd działania karty rozszerzającej	niewykorzystane możliwości karty	karta źle podłączona	7	1	8	56	testowanie połączeń, właściwe połączenie po teście

Źródło: A.P. Muhlemann, J.S. Oakland, K.G. Lockyer 1995, s. 138

Podany przykład jest bardzo uproszczony i w praktyce musiałby być znacznie rozszerzony. Przy liczbie kilkudziesięciu lub nawet kilkuset potencjalnych wad przydatne jest zastosowanie metody Pareto dla wyodrębnienia tych, które należy zlikwidować najwcześniej.

Analiza FMEA dla baterii wannowej z natryskiem

Element	Wada	Skutek	Przyczyna	P	S	D	R	Działania naprawcze
korpus	nieszczelność	wyciek	zły odlew, mikropory	5	10	4	200	wymiana baterii
	złe gwinty	utrudnienia montażu	złe ustawienie maszyny	3	1	1	3	wymiana korpusu
głowica	wybijanie	zalanie łazienki	za mały gwint	2	10	8	160	wymiana głowicy
	nieszczelność	wyciek	zła uszczelka	3	8	6	144	wymiana uszczelki
wylewka	krzywo zamontowana	nieestetyczny wygląd	błędny montaż	7	3	1	21	ponowny montaż
przełącznik natrysku	utrudnione przełączanie	nadmierny wysiłek	zbyt twarda uszczelka	8	5	3	120	zmiana uszczelki
	niepełne przełączanie	woda wylewa się z wylewki i natrysku jednocześnie	błędny montaż	6	4	4	96	ponowny montaż
wąż	rozplatanie	nieestetyczny wygląd	"złamanie" węża	3	6	3	54	wymiana węża
	nieszczelność	wyciek	krzywe przycięcie węża	3	7	8	168	wymiana węża

Źródło: opracowanie własne

W wyniku analizy stwierdzono, że najpoważniejszymi z wymienionych wad są: mikropory w korpusach baterii, nieszczelności węży, wybijanie głowic oraz ich nieszczelności oraz utrudnione włączanie natrysku. W dalszej pracy należy się skupić nad zminimalizowaniem prawdopodobieństwa wystąpienia tych problemów.

Analiza FMEA — artykuły polecane

Metody wykrywania usterek — Metoda Taguchi — Sterowanie jakością — Niezgodność — DMAIC — Komputerowo zintegrowane wytwarzanie — Projektowanie eksperymentów — Testowanie oprogramowania — Analiza wartości

Bibliografia

• Almannai B., Greenough R., Kay J. (2008). A decision support tool based on QFD and FMEA for the selection of manufacturing automation technologies. "Robotics and Computer-Integrated Manufacturing", 24(4), 501-507
• Chuang, P. T. (2007). Combining service blueprint and FMEA for service design. "The Service Industries Journal", 27(2), 91-104
• Hamrol A. (2017), Zarządzanie i inżynieria jakości, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• Janisz K., Mikulec A. (2017). Analiza FMEA wybranego procesu logistycznego, "Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe", Nr 6
• Pałubicki S., Kukiełka K. (2017). Zarządzanie jakością w wybranym procesie produkcyjnym z zastosowaniem metody FMEA, "Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe", Nr 7-8
• Wawak S. (1999), Programowanie rozwoju jakości wyrobu, [w:] A. Stabryła (red.), Metody planowania strategicznego na poziomie korporacji i w obszarach funkcjonalnych, Akademia Ekonomiczna w Krakowie, Kraków
• Wyrębek H. (2012), Znaczenie metody FMEA w zarządzaniu jakością w przedsiębiorstwach, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach. Seria: Administracja i Zarządzanie, Nr 92
• Zymonik Z., Hamrol A., Grudowski P. (2013), Zarządzanie jakością i bezpieczeństwem, Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa

Autor: Sławomir Wawak, Bartosz Turek