Анализ характера и последствий отказов (FMEA)

Содержание

 

1. Описание метода FMEA...............................................................................2

1.1 Суть, назначение и область  применения..............................................2

2. Основные виды FMEA................................................................................10
3. Анализ потенциальных отказов и оценка достигнутого уровня качества........................................................................................................12
4. Условия эффективного использования FMEA.........................................23
5. Понятие и содержание технико-экономического анализа......................24

Список литературы.....................................................................................34

 

 

 

 

1. Описание метода FMEA

 

1.1 Суть, назначение и область  применения

 

Метод FMEA появился в США  в середине шестидесятых годов и  был использован впервые при  разработке проекта космического корабля "Аполлон", а затем в медицине и ядерной технике. В 80-е годы метод  получил дальнейшее развитие под  названием FMEA и нашел применение также в автомобильной и других отраслях промышленного производства США, а затем в Европе и Японии. В некоторых областях промышленного  производства метод стал основой  обеспечения качества.

Метод FMEA - это систематизированная  совокупность мероприятий, целью которых  является обнаружение места возможного нахождения потенциальных отказов продукции и процесса, определение действий, которые могут устранить или уменьшить вероятность их возникновения, и документирование всех этих мероприятий.

Метод FMEA помогает производителям предотвратить появление дефектов, повысить безопасность продукции и  удовлетворенность потребителей. Этот метод нацелен на "внедрение " качества в продукцию, поэтому он должен применяться как можно  раньше, по крайней мере, до начала производства. Вместе с тем его применение может  оказаться полезным и для изготовленной  продукции и функционирующего процесса .

Аналогичная методология FMEA изложена в ГОСТ Р 51814.2 – 2001 Метод  анализа видов и последствий  потенциальных дефектов, ориентированном  прежде всего на автомобильную промышленность. Суть этой методологии держится на "трёх китах" .

Первый "кит" может "плавать  самостоятельно" в океане качества. Любой дефект (отказ) рассматриваемого изделия (или узла) может быть достаточно полно охарактеризован всего  тремя критериями:

- значимостью, измеряемой  с точки зрения тяжести последствий  данного отказа;

- относительной частотой (вероятностью) появления;

- относительной частотой (вероятностью) обнаружения данного  дефекта (отказа) или его причины  ещё на предприятии-изготовителе.

Для каждого из этих критериев  имеется своя шкала экспертных оценок в диапазоне от 1 до 10. Причем эта  шкала возрастающая, то есть чем  больше значимость или частота появления  отказа, тем выше соответствующие  оценки.

Интегральная (обобщенная) оценка критичности данного отказа вычисляется  как произведение трёх оценок по трём указанным критериям и представляет собой приоритетный коэффициент  риска. Эта обобщённая оценка может  принимать значения от 1 до 1000, причём, чем она выше, тем больше вреда  может принести данный дефект (отказ). Полученная оценка сравнивается с принятым на предприятии предельным значением  приоритетного коэффициента риска. Если она больше него, то это означат, что данная конструкция и/или  технология должны быть доработаны.

Второй "кит" представляет собой особую структуру работы над  проектом, которая ведётся "перекрёстно-функциональной" командой. Данная команда должна состоять из разнородных специалистов. На рисунке 3 приведён пример состава такой  команды. Работают подобные команды  методом "мозгового штурма" по 3-6 часов в день в помещениях и  условиях, максимально благоприятных  для творческой деятельности. В случаях, когда конструкция и технология неразрывны (например, при производстве шин), создаётся единая FMEA –команда, сразу рассматривающая как конструкцию, так и процесс производства изделия.

Третий "кит" – требование высокой профессиональной квалификации всех членов FMEA-команды, имеющих значительный практический опыт работы с аналогичными изделиями и технологиями в прошлом.

В свете ответственности  за качество продукции, этот метод определяет технический уровень продукции  с точки зрения предотвращения ошибок, то есть выявления потенциальных  ошибок и оценки тяжести последствий  для заказчика (внешней стороны), а также устранение ошибок или  уменьшение степени их влияния на качество (выводы для внутренней стороны). Анализ конструкции основан на теоретических  знаниях и информации о прошлом  опыте. Анализ проходит параллельно  самому процессу разработки, придает  ему документированную форму. Он как бы обобщает все поиски и рассуждения  в процессе разработки. Снижение риска  появления ошибок, которые вызывают неудовлетворенность потребителя  и потерю у него интереса к продукции, является важнейшим элементом для  сохранения конкурентоспособности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Рекомендуемый  состав команды для обработки  конструкции и технологии изготовления изделия:

   - профессиональная ответственность;

   - постоянные члены;

   - эпизодически привлекаемые  члены.

 

При конструировании методом FMEA решаются следующие задачи:

получение сведений о риске  альтернативных вариантов,

определение "слабых" мест конструкций и нахождение мер  по их устранению,

сокращение дорогостоящих  экспериментов.

На этапе создания процессов  методом FMEA решаются задачи:

принятие решений о  пригодности альтернативных процессов  и оборудования при предварительном  планировании и определении лучших из них;

обнаружение "слабых" мест и принятие мер по их устранению при планировании производства;

подготовка серийного  производства;

исправление процессов серийного  производства, которые оказываются  нестабильными или неспособными.

Рассмотрим пример. При  эксплуатации тостера могут возникнуть следующие проблемы:

короткое замыкание в  электрическом шнуре;

подгорание хлеба вне  зависимости от установленного на таймере  времени;

слишком резкое поднятие механизмом приготовленных тостов, приводящее к  их выскакиванию и падению на стол.

Сбои в работе могут  также происходить, когда пользователь совершает ошибочные действия, поэтому  при применении метода FMEA следует  учитывать и эти виды отказов. Всё, что можно сделать для  обеспечения правильного изготовления продукции, вне зависимости от того, как с ней обращается потребитель, будет способствовать тому, что удовлетворённость потребителя продукцией будет приближаться к 100%.

Наиболее часто метод FMEA применяют при:

разработке новых изделий;

разработке новых материалов и методов;

изменении продукции, процесса или операции;

новых условиях применения существующей продукции;

недостаточных возможностях технологического процесса;

ограниченных возможностях контроля;

использовании новых установок, машин или инструментов;

высокой доле брака;

возникновении риска загрязнения  окружающей среды, безопасности;

существенных изменениях организации работы.

В настоящее время метод FMEA применяется как в технических, так и других отраслях. При этом он может быть продуктивно использован  при анализе закупок, организации  работы, программном обеспечении  и в других случаях.

FMEA - это эффективный инструмент  повышения качества как для  разработчиков и конструкторов,  так и инженеров, связанных  с организацией труда, процессами  и производством. Он позволяет  идентифицировать недостатки способа  и самой продукции при новых  разработках.

FMEA - это общепринятый  и самостоятельный инструмент, который  подготавливает базу для дальнейшего  применения аналитических и статистических  методов.

Структура FMEA содержит известные  элементы методик структурирования, анализа и оценки вместе с перечнем мероприятий и обязательными  контрольными нормативами.

FMEA требует от человека, применяющего этот метод, систематического  документирования своих рассуждений  и идей. Все это позволяет заранее  оценить риск от появления  несоответствий и снизить или  вообще избежать затрат на  устранение последствий отказов.  Таким образом, при последовательном  применении метода FMEA можно с  самого начала выявить потенциальные  несоответствия и избежать их  появления в продукции.

Следует обратить внимание на необходимость внимательного  рассмотрения особенностей метода FMEA и целей его применения. Этот метод, позволяющий исключить ошибки на ранней стадии создания продукции и процессов, исходит прежде всего из их детализации и строгого учета всех исполняемых функций. Он обладает значительной эффективностью при создании конкурентоспособной продукции в короткие сроки и значительно экономит время и средства. Однако этот метод не является всеобъемлющим. Он, например, не обеспечивает анализа и обобщения пожеланий заказчиков (покупателей). Какой объем багажного отделения должен быть в новом легковом автомобиле - большой, средний или маленький? То есть, при формировании перечня показателей качества помог бы метод "QFD" (Quality Function Deployment). Метод QFD осуществляет связь между ожиданиями заказчика и характеристиками продукции, компонентами комплексной продукции, процессами производства, а также отдельными технологиями для того, чтобы определить потребности в улучшении с учетом выполнения ожиданий заказчика и возрастающей конкуренции. При оценке надежности всей системы с учетом всевозможных отказов был бы целесообразен метод графов. На других этапах исследований бывает необходимо и полезно применение также статистического регулирования процессов, метода Тагути и других. Поэтому для создания конкурентоспособной продукции в короткие сроки предприятие само должно решить, какой набор методов анализа и планирования, дополнительно к FMEA, целесообразно применить для данной продукции и конкретных условий. Только при удачном совокупном подборе таких методов, система качества будет активно функционировать и соответствовать требованиям МС ИСО 9001 -2000, а предприятие будет иметь стабильно высокие прибыли. Удовлетворенный потребитель является лучшим показателем качества продукции и эффективной организации работы!

Подводя некоторый итог, можно выделить следующие особенности  рассматриваемого метода:

1. Прогнозирование несоответствий (ошибок) и превентивность при  обеспечении качества.

2. Систематические действия, которые выполняются по формализованной  и апробированной многими предприятиями  методике с применением типовых  формуляров, которые будут рассмотрены  ниже. Все это позволяет, с одной  стороны, выявить и изобразить  в логической последовательности  и взаимосвязи потенциальные  ошибки, и с помощью количественного  показателя оценить в связи  с этим риск предприятия, а,  с другой стороны, накопить  соответствующий опыт для последующих  разработок и совершенствований.

3. Коллективный подход. FMEA обычно проводит рабочая группа, составленная из специалистов  разных служб и отделов с  целью:

- использования большего  объема знаний и опыта. Опыт  работы имеет существенное значение  для эффективного использования  метода FMEA при оценке качества  разработок;

- одновременного, а не  последовательного принятия решения;

- мотивации качественного  труда.

4. Функциональное рассмотрение, т.е. метод имеет целенаправленное  значение для анализа функций  систем, конструкций и процессов,  контролирующий выполнение поставленных  задач (в соответствии с техзаданием,  чертежом или рабочим планом).

5. Критический анализ  для выявления по возможности  всех потенциальных отказов, слабых  мест или рисков. Анализ позволяет  наметить способы снижения риска  и оценки.

6. Творческий подход при  реализации метода на всех  стадиях анализа.

Выявление ошибок, причин их появления, оценка последствий и  выполнение других работ требует  аналитического, творческого мышления. Такое мышление, поддерживаемое применением  различных методов коллективной работы, требуется и при поиске идей и способов уменьшения риска. Специалистам, выполняющим такой анализ, приходится сталкиваться с многовариантностью решений, которая может привести к определенным замешательствам  и разногласиям у участников. Но возможность многовариантного решения и выбора наиболее эффективного (или эффективных) из них - это, безусловно, удача и, как правило, результат грамотной организации работы. В таких случаях необходимо применить обоснованный выбор критериев отбора вариантов. Хорошо, если такие критерии будут иметь числовые характеристики, и при этом представлены в виде математических зависимостей от факторов влияния. Тогда анализ достоинств вариантов будет сведен к элементарному сравнению числовых значений обобщенных показателей.

7. Детализация. Метод рассматривает  риск применения отдельных элементов  объектов в соответствии с  заданными функциями. Анализ дает  картину отказа системы в целом  на основе изучения отказов  отдельных компонентов. Комбинация  отказов не рассматривается.

8. Метод FMEA является формализованным  аналитическим методом для систематизированного  и полного определения и устранения  потенциальных ошибок при планировании, конструировании, на производстве.

9. Преимущество метода  состоит в том, что его можно  применять на ранних, наиболее  важных стадиях планирования  и создания продукции и процессов.

 

2. Основные виды FMEA

 

Метод FMEA первоначально применялся обычно только при анализе конструкций  или процессов (классические методы FMEA конструкции и FMEA процесса). Между  тем, метод FMEA развивался далее. Сегодня  речь идет уже о FMEA комплексной системы. Теперь как продукция, так и относящийся  к ней производственный процесс, рассматриваются как системы, которые  находятся во взаимосвязи. Одну часть  называют FMEA системы конструкции, а  другую - FMEA системы процесса (рисунок 4) [4].

В классическом методе FMEA конструкции  рассматриваются отказы конструкции, касающиеся функций продукции. С  помощью использования метода FMEA в данном случае можно выявить  проблемы, которые будут приводить  к возникновению опасности, неисправности  изделия или сокращения его срока  службы. Ключевой вопрос: "Как изделие  может стать дефектным?" Искомые  причины (первопричины) - это слабые места конструкции. FMEA конструкции  анализирует только сами компоненты (узлы и/или детали) относительно выполнения описанных функций. Подфункции (и  выполняющие их элементы) упорядочиваются  с помощью анализа исходной функции  и дополняются известными и потенциальными видами отказов. FMEA конструкции включает весь комплекс ноу-хау проектирования при критическом рассмотрении проекта  для достижения лучшего результата. FMEA конструкции проводят с учетом технического задания для избежания  ошибок как в конструкции самого продукта и его элементов, так  и соответствующих ошибок в процессах, обусловленных особенностями конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 - Взаимосвязь некоторых  видов FMEA

Классический метод FMEA процесса является частью метода FMEA системы  процесса. Он может быть также взаимосвязан с методом FMEA конструкции и вытекать из него. В рамках классического  метода FMEA процесса рассматриваются  отказы, касающиеся отдельных этапов процесса, а также зависимые отказы на основании предшествующих этапов процесса и отказов элементов  изделия. К оцениваемым последствиям могут относиться как последующие  этапы процесса, так и характеристики продукции. Анализируют все особенности  конструкции относительно спланированного  технологического процесса (изготовления и контроля) и определяют соответствие изготовления требованиям чертежей и перечню обязанностей исполнителей. Здесь ключевой вопрос: "Как отказы и сбои в процессе могут повлиять на продукцию, эффективность процесса или безопасность?"

FMEA процессов используется  при планировании процесса и  его организации, с учетом требований  проектировщиков и конструкторов,  заложенных в технической документации (чертежах, спецификациях и др.). Целью  такого исследования является  обеспечение качества продукции,  воплощенного в технической документации.

 

3. Анализ потенциальных отказов и оценка достигнутого уровня качества

 

Анализ характера и  последствий отказов производится с использованием приоритетного  коэффициента риска

 

Кр = КпКнКо, (1)

 

который показывает, какие  возможные отказы (и их причины) являются наиболее существенными (относительный  приоритет отдельных отказов/причин), а, следовательно, по каким из них  следует принимать предупреждающие  меры в первую очередь. Анализ производится с использованием коэффициентов, принимающих во внимание все три указанные важнейшие факторы влияния на качество продукции. К этим коэффициентам относятся :

Кп - коэффициент, учитывающий  значение последствий отказов (тяжесть  последствий проявления причин отказов) для потребителя (таблица 2). Потребителем конструкции всегда является конечный потребитель (покупатель). При анализе  процесса потребителем считают того, кто принимает результат предыдущего  этапа (и, в конце концов, конечного  потребителя).

Кн - коэффициент, учитывающий  вероятность Рн, с которой отказ  или его причина не могут быть обнаружены до возникновения последствий  непосредственно у потребителя (таблица 3). Нужно отметить, что вероятность  пропуска (необнаружения) причины численно равна среднему выходному уровню дефектности.

Ко - коэффициент, учитывающий  вероятность Ро отказа. Обычно Ро=1- Р6, где Рб - вероятность отсутствия отказа (таблица 4 или рисунок 7, если вероятность отказа выражена в ррm). При определении Ро исходят из того, что отказ не обнаружится  до тех пор, пока потребитель не начнет пользоваться изделием.

 

Таблица 2. Коэффициент Кп, учитывающий значение последствий  отказов для заказчика (внутреннего/внешнего)

Значение последствий  отказа	Показатель
Вероятность, близкая к  нулю, что дефект может иметь какие - либо ощутимые последствия. Видимое  воздействие на функцию или на дальнейшее выполнение операций процесса невозможно	1
Незначительное влияние  на функции системы или дальнейшее выполнение операций процесса (второстепенное несоответствие). Потребитель, вероятно, заметит лишь незначительную неисправность  системы.	2-3
Умеренное влияние. Вызывает недовольство потребителя. Функции  системы или дальнейшему выполнению операций процесса нанесен ущерб (значительное несоответствие).	4-6
Существенное влияние. Существенные функции системы полностью выпадают, или промежуточный продукт не поддается дальнейшей обработке (значительное несоответствие). Несоответствие вызывает досаду потребителю, но безопасность или  соответствие законам здесь не затрагиваются.	7-8
Очень существенное влияние. Тяжелые последствия отказа, ведущие  к остановке производства.	9
Критическое. Отказ угрожает безопасности (опасность для жизни  и здоровья людей) и противоречит законодательным предписаниям.	10

 

Таблица 3. Коэффициент Кн, учитывающий вероятность Рн, невыявления  отказа или его причины

Значение последствий  отказа	Вероятность невыявления  рн %	Показатель
Близкая к нулю. Возникающие  отказы или причины отказов явно распознаются (например, отсутствие отверстия  для сборки)	не более 0,01	1
Очень маленькая. Выявление  возникающих отказов или причин отказов очень вероятно, например, с помощью большого количества независимых  друг от друга испытаний/ технологических  проверок (автоматический сортировочный  контроль одного признака)	не более 0,1	2-3
Небольшая. Выявление возникающих  отказов или причин отказов вероятно; проводимые испытания/ технологические  проверки относительно достоверны	не более 0,3	4-5
Умеренная. Выявление возникающих  отказов или причин отказов менее  вероятно; проводимые испытания/ технологические  проверки недостаточно достоверны (традиционный контроль - выборочный контроль, эксперименты, тесты)	не более 2	6-7
Высокая. Выявление возникающих  отказов или причин отказов весьма затруднительно; проводимые испытания / технологические проверки очень  неэффективны (например, контроль ручным способом, т.е. зависимость от персонала; признак распознается с трудом - неправильно выбран материал)	не более 10	8-9
Очень высокая. Возникающие  отказы или причины отказов выявить  нельзя: технологические проверки не проводятся (например: нет доступа, нет возможности для контроля, срок службы)	более 10	10

 

Таблица 4. Коэффициент Ко, учитывающий вероятность Ро возникновения  причины отказа

Значение последствий  отказа	Вероятность отказов/ дефектов ро %	Показатель
Вероятность близка к нулю	менее 0,00001	1
Очень незначительная вероятностью. Конструкция в общем соответствует  прежним проектам, при применении которых наблюдалось сравнительно незначительное количество отказов. Процесс статистически стабилен при Ср(и Срк)=1-1,3. Доля дефектов при  контроле качества составляет	0,00001 <Ро<Д0005 0,00001 <Ро<Д0005	2-3
Незначительная вероятность. Конструкция в общем соответствует  проектам, применение которых привело  к появлению небольшого числа  отказов. Технология сопоставима  с прежней, при которой в незначительном объеме появляются дефекты. При коэффициенте Ср более, чем 0,85 доля дефектов в пределах	0,0005<Ро.< 0,5 0,0005<Ро<; 0,5	4-6
Средняя вероятность. Конструкция  в общем соответствует проектам, применение которых в прошлом  всегда вызывало трудности. Процесс сопоставим с прежним, который часто приводил к дефектам	0,5<Ро<5	7-8
Высокая вероятность. Конструкция - ненадежна. Требования к проекту  учтены незначительно (менее 50%). Процесс - нестабилен. Можно  почти с уверенностью сказать, что  дефекты появятся в значительном количестве	Рп>5	9-10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Каждый из этих трех коэффициентов  может иметь числовые значения в  пределах от 1 до 10, поэтому коэффициент  риска Кр колеблется от 1 до 1000. Следует  обращать внимание на устранение тех  причин, которые характеризуются  наибольшими значениями коэффициента риска. Обычно считают опасными причины  при Кр > Крп=100 (150), (где Крп- принятое на предприятии предельное значение Кр). Однако нужно также иметь  в виду, что часто оценка бывает субъективна, и вывод о необходимости  только, чтобы было Кр>Крп дезориентирует. Некоторые фирмы (например, немецкая фирма BOSCH) считают, что если хотя бы один из коэффициентов Ко, Кн или  Кт имеет значение равное 10, то при  любом значении обобщенного коэффициента риска Кр следует проводить анализ FMEA. Правильным может быть только подход, при котором все приведенные  причины дефектов проверяются на возможность проведения мероприятий  по их устранению. При этом в связи  с затратами ориентируются на убывающую величину Кр, т.е. Кр устанавливает  приоритет последовательности необходимых  мероприятий.

Важнейшим этапом анализа  характера и последствий отказа является проведение целенаправленных мероприятий по предупреждению дефектов. Эти мероприятия должны вести  к одному из следующих результатов;

• избежанию причин отказов;

• снижению вероятности появления отказа (что возможно вследствие изменения конструкции или процесса, например, включение в конструкцию запасных параллельных элементов, выбор другого материала или термообработки);

• снижению влияния первопричины на появление отказа и тяжесть его последствий (что возможно благодаря изменению конструкции, например, снижение вибраций по отношению к предельному уровню возможно при включении упругого элемента в трансмиссию машины, что позволяет в несколько раз уменьшить динамические нагрузки);

повышению вероятности обнаружения  отказа на предприятии до момента  поставки продукции потребителю (обычно это достигается изменением конструкции  и процесса, а также в результате совершенствования мероприятий  по обнаружению дефектов).

Методика и рабочий  план проведения FMEA отдельного элемента исследуемого объекта приведены  на рисунке 8.

Анализ производится при  заполнении формуляра в виде таблицы 5. Следует отметить, что применяется  несколько видов формуляров. В  некоторых формулярах объединяют расчет коэффициента риска для первоначального  варианта конструкции или процесса и затем после его улучшения. Здесь рекомендуется использовать формуляр, который применяется отдельно для первоначальных и последующих  измененных вариантов. Такой формуляр находит все большее применение и отвечает требованиям системного подхода.

В головной части формуляра  последовательно в графах трех строк  указывают следующее:

• предприятие (фирма) и название анализируемого продукта или процесса;

• регистрационный номер формуляра;

• ответственный исполнитель

План FMEA

 

1 Подготовка и планирование:

планирование. Постановка целей  и задач;

уточнение состава рабочей  группы

2 Функциональный анализ.

3 Анализ потенциальных  отказов:

виды потенциальных отказов;

последствия отказов;

меры по обнаружению;

причины отказов;

меры по избежанию причин отказов.

4 Оценка достигнутого  состояния:

вероятность возникновения отказа - показатель "Ко";

вероятность обнаружения  отказа - показатель "Кн";

тяжесть последствий дефекта - показатель "Кн";

коэффициент риска Кр=КпКнКо;

сравнение Кр с Крп.

5 Улучшение качества:

после идей улучшения качества (рабочей группы);

возможные мероприятия по улучшению;

6 Анализ и выбор мероприятий  по улучшению:

определение Ко, Кн, Кн;

число риска "Кр";

анализ затрат и сроков;

выбор мероприятий по улучшению;

указание ответственный  и сроков выполнения.

7 Реализация выбранных  мероприятий:

реализация мероприятий;

актуализация FMEA.

Таблица 5 - Бланк FMEA	Регист рационный номер	Страница__ Всего страниц__	Дата	Исполнитель Срок исполнения	11
	FMEA – системы  (идентификация продукта  или процесса)	Элемент системы	Функция:	Кр	10
				Ко	9
				Меры по предупреждению	8
				Возможная причина отказа	7
				Кн	6
				Меры по обнаружению	5
				Кп	4
				Возможное последствие отказа	3
	Фирма	Ответственный	Отдел	Возможный дефект	2
				Номер отказа	1