Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Fmea анализ

Введение

По данным исследователей, около 80% всех дефектов, которые выявляются в процессе производства и использования изделий, обусловлены недостаточным качеством процессов разработки концепции изделия, конструирования и подготовки его производства. Около 60% всех сбоев, которые возникают во время гарантийного срока изделия, имеют свою причину в ошибочной, поспешной и несовершенной разработке. По данным исследовательского отдела фирмы Дженерал Моторс, США, при разработке и производстве изделия действует правило десятикратных затрат - если на одной из стадий круга качества изделия допущена ошибка, которая выявлена на следующей стадии, то для ее исправления потребуется затратить в 10 раз больше средств, чем если бы она была обнаружена вовремя. Если она была обнаружена через одну стадию - то уже в 100 раз больше, через две стадии - в 1000 раз и т.д. Концепция всеобщего менеджмента качества требует изменения подхода к разработке новой продукции, поскольку ставится вопрос не просто поддержания определенного, пусть и достаточно высокого, уровня качества, а удовлетворенность потребителя.

Серьезная работа по повышению деловой культуры, которая необходима для общего подъема качества во всех звеньях, во многом касается технологий разработки и подготовки производства продукции. Для того, чтобы снизить затраты, учесть в большей степени пожелания потребителей и сократить сроки разработки и выхода на рынок продукции, применяют специальные технологии разработки и анализа разработанных изделий и процессов:

технологию развертывания функций качества (QFD - Quality Function Deployment), которая представляет из себя технологию проектирования изделий и процессов, позволяющую преобразовывать пожелания потребителя в технические требования к изделиям и параметрам процессов их производства;
функционально - стоимостный анализ (ФСА) - технологию анализа затрат на выполнение изделием его функций; ФСА проводится для существующих продуктов и процессов с целью снижения затрат, а также для разрабатываемых продуктов с целью снижения их себестоимости;
FMEA - анализ (Failure Mode and Effects Analysis) - технологию анализа возможности возникновения и влияния дефектов на потребителя; FMEA проводится для разрабатываемых продуктов и процессов с целью снижения риска потребителя от потенциальных дефектов;
функционально - физический анализ (ФФА) - технология анализа качества предлагаемых проектировщиком технических решений, принципов действия изделия и его элементов; ФФА проводится для разрабатываемых продуктов и процессов.

При внедрении систем качества по стандартам ИСО 9000 требуется, чтобы производитель внедрял методы анализа проектных решений, причем такому анализу должны подвергаться как входные данные проекта, так и выходные. Поэтому предприятия, создающие или развивающие системы качества, обязательно применяют либо типовые технологии анализа (ФСА, FMEA, ФФА), либо используют собственные технологии с аналогичными возможностями. Использование типовых технологий предпочтительно, поскольку результаты понятны не только производителю, но и потребителю, и в полной мере выполняют функцию доказательств качества.

Глава 1.

Функционально - стоимостной анализ (ФСА)

ФСА начал активно применяться в промышленности начиная с 60-х годов, прежде всего в США. Его использование позволило снизить себестоимость многих видов продукции без снижения ее качества и оптимизировать затраты на ее изготовление. ФСА остается и по сей день одним из самых популярных видов анализа изделий и процессов. ФСА является одним из методов функционального анализа технических объектов и систем, к этой же группе методов относятся ФФА и FMEA. Все виды функционального анализа основываются на понятии функции технического объекта или системы - проявлении свойств материального объекта, заключающегося в его действии (воздействии или противодействии) по изменению состояния других материальных объектов. При проведении ФСА определяют функции элементов технического объекта или системы и проводят оценку затрат на реализацию этих функций с тем, чтобы эти затраты, по возможности, снизить. Проведение ФСА включает следующие основные этапы:

1-й этап: этап последовательного построения моделей объекта ФСА (компонентной, структурной, функциональной); модели строят или в форме графов, или в табличной (матричной) форме;

2-й этап: этап исследования моделей и разработки предложений по совершенствованию объекта анализа.

Эти же этапы характерны и для других методов функционального анализа - ФФА и FMEA.

Рисунок 1: Схема процесса ФСА

На рис.1 представлена общая схема процесса ФСА. Нужно отметить, что ФСА - анализ является мощным инструментом для создания техники и технологий, не только обеспечивающей удовлетворение запросов потребителя, но и сокращающей затраты производителя.

FMEA-анализ

FMEA - анализ в настоящее время является одной из стандартных технологий анализа качества изделий и процессов, поэтому в процессе его развития выработаны типовые формы представления результатов анализа и типовые правила его проведения.

Этот вид функционального анализа используется как в комбинации с ФСА или ФФА - анализом, так и самостоятельно. Он позволяет снизить затраты и уменьшить риск возникновения дефектов. FMEA - анализ, в отличии от ФСА, не анализирует прямо экономические показатели, в том числе затраты на недостаточное качество, но он позволяет выявить именно те дефекты, которые обуславливают наибольший риск потребителя, определить их потенциальные причины и выработать корректировочные мероприятия по их исправлению еще до того, как эти дефекты проявятся и, таким образом, предупредить затраты на их исправление.

Как правило, FMEA-анализ проводится не для существующей, а для новой продукции или процесса. FMEA-анализ конструкции рассматривает риски, которые возникают у внешнего потребителя, а FMEA-анализ процесса - у внутреннего потребителя. FMEA - анализ процессов может проводиться для:

процессов производства продукции;
бизнес - процессов (документооборота, финансовых процессов и т.д.);
процесса эксплуатации изделия потребителем.

Последний вид анализа процесса удобно проводить на стадии разработки концепции изделия перед проведением FMEA-анализа конструкции.

FMEA-анализ процесса производства обычно производится у изготовителя ответственными службами планирования производства, обеспечения качества или производства с участием соответствующих специализированных отделов изготовителя и, при необходимости, потребителя. Проведение FMEA процесса производства начинается на стадии технической подготовки производства и заканчивается своевременно до монтажа производственного оборудования. Целью FMEA-анализа процесса производства является обеспечение выполнения всех требований по качеству запланированного процесса производства и сборки путем внесения изменений в план процесса для технологических действий с повышенным риском.

FMEA-анализ бизнес-процессов обычно производится в том подразделении, которое выполняет этот бизнес - процесс. В его проведении, кроме представителей этого подразделения, обычно принимают участие представители службы обеспечения качества, представители подразделений, являющихся внутренними потребителями результатов бизнес-процесса и подразделений, участвующих в соответствии с матрицей ответственности в выполнении стадий этого бизнес-процесса. Целью этого вида анализа является обеспечение качества выполнения спланированного бизнес-процесса. Выявленные в ходе анализа потенциальные причины дефектов и несоответствий позволят хотя бы "начерно" определить, почему система неустойчива. Выработанные корректировочные мероприятия должны обязательно предусматривать внедрение статистических методов регулирования, в первую очередь на тех операциях, для которых выявлен повышенный риск.

FMEA-анализ конструкции может проводиться как для разрабатываемой конструкции, так и для существующей. В рабочую группу по проведению анализа обычно входят представители отделов разработки, планирования производства, сбыта, обеспечения качества, представители опытного производства. Целью анализа является выявление потенциальных дефектов изделия, вызывающих наибольший риск потребителя и внесение изменений в конструкцию изделия, которые бы позволили снизить такой риск. FMEA - анализ процесса эксплуатации обычно проводится в том же составе, как и FMEA - анализ конструкции. Целью проведения такого анализа служит формирование требований к конструкции изделия, обеспечивающих безопасность и удовлетворенность потребителя, т.е. подготовка исходных данных как для процесса разработки конструкции, так и для последующего FMEA - анализа конструкции.

Технология проведения FMEA - анализа.

FMEA - анализ включает два основных этапа:

этап построения компонентной, структурной, функциональной и потоковой моделей объекта анализа; если FMEA-анализ проводится совместно с ФСА или ФФА - анализом (на практике обычно именно так и происходит), используются ранее построенные модели;
этап исследования моделей, при котором определяются:
потенциальные дефекты для каждого из элементов компонентной модели объекта. Такие дефекты обычно связаны или с отказом функционального элемента (его разрушением, поломкой и т.д.) или с неправильным выполнением элементом его полезных функций (отказом по точности, производительности и т.д.) или с вредными функциями элемента. В качестве первого шага рекомендуется перепроверка предыдущего FMEA-анализа или анализ проблем, возникших за время гарантийного срока, необходимо также рассматривать потенциальные дефекты, которые могут возникнуть при транспортировке, хранении, а также при изменении внешних условий (влажность, давление, температура);
потенциальные причины дефектов. Для их выявления могут быть использованы диаграммы Ишикавы, которые строятся для каждой из функций объекта, связанных с появлением дефектов;
потенциальные последствия дефектов для потребителя. Поскольку каждый из рассматриваемых дефектов может вызвать цепочку отказов в объекте, при анализе последствий используются структурная и потоковая модели объекта;
возможности контроля появления дефектов. Определяется, может ли дефект быть выявленным до наступления последствий в результате предусмотренных в объекте мер по контролю, диагностике, самодиагностике и др.;
параметр тяжести последствий для потребителя В. Это - экспертная оценка, проставляемая обычно по 10-ти балльной шкале. Наивысший балл проставляется для случаев, когда последствия дефекта влекут юридическую ответственность;
параметр частоты возникновения дефекта А. Это - также экспертная оценка, проставляемая по 10-ти балльной шкале, наивысший балл проставляется, когда оценка частоты возникновения составляет 1/4 и выше;
параметр вероятности не обнаружения дефекта Е. Как и предыдущие параметры, он является 10-ти балльной экспертной оценкой, наивысший балл проставляется для "скрытых" дефектов, которые не могут быть выявлены до наступления последствий;
параметр риска потребителя RPZ. Он определяется как произведение В*А * Е. Этот параметр показывает, в каких отношениях друг к другу в настоящее время находятся причины возникновения дефектов. Дефекты с наибольшим коэффициентом приоритета риска (RPZ больше, либо равно 100...120) подлежат устранению в первую очередь.

Рисунок 2: Схема FMEA-анализа

Результаты анализа заносятся в специальную таблицу (см. рис.2). Выявленные "узкие места", - компоненты объекта, для которых RPZ будет больше 100...120, - подвергаются изменениям, то есть разрабатываются корректировочные мероприятия.

Рекомендуется рассматривать "направления воздействия" корректировочных мероприятий в следующей последовательности :

Исключить причину возникновения дефекта. При помощи изменения конструкции или процесса уменьшить возможность возникновения дефекта (уменьшается параметр А).
Воспрепятствовать возникновению дефекта. При помощи статистического регулирования помешать возникновению дефекта (уменьшается параметр А).
Снизить влияние дефекта. Снизить влияние проявления дефекта на заказчика или последующий процесс с учетом изменения сроков и затрат (уменьшается параметр В).
Облегчить и повысить достоверность выявления дефекта. Облегчить выявление дефекта и последующий ремонт (уменьшается параметр Е).

По степени влияния на повышение качества процесса или изделия корректировочные мероприятия располагаются следующим образом:

изменение структуры объекта (конструкции, схемы и т.д.);
изменение процесса функционирования объекта (последовательности операций и переходов, их содержания и др.);
улучшение системы качества.

Часто разработанные мероприятия заносятся в последующую графу таблицы FMEA-анализа. Затем пересчитывается потенциальный риск RPZ после проведения корректировочных мероприятий. Если не удалось его снизить до приемлемых приделов (малого риска RPZ<40 или среднего риска rpz<100), разрабатываются дополнительные корректировочные мероприятия и повторяются предыдущие шаги.

По результатам анализа для разработанных корректировочных мероприятий составляется план их внедрения. Определяется:

в какой временной последовательности следует внедрять эти мероприятия и сколько времени проведение каждого мероприятия потребует, через сколько времени после начала его проведения проявится запланированный эффект;
кто будет отвечать за проведение каждого из этих мероприятий и кто будет конкретным его исполнителем;
где (в каком структурном подразделении организации) они должны быть проведены;
из какого источника будет производиться финансирование проведения мероприятия (статья бюджета предприятия, другие источники).

В настоящее время FMEA-анализ очень широко применяется в промышленности Японии, США, активно внедряется в странах ЕС. Его использование позволяет резко сократить "детские болезни" при внедрении разработок в производство.

Функционально - физический анализ

Этот вид функционального анализа был создан в 70-е годы в результате работ, параллельно проводившихся в Германии (работы профессора Колера) и в СССР (работы школы профессора Половинкина). Его целью является анализ физических принципов действия, технических и физических противоречий в технических объектах (ТО) для того, чтобы оценить качество принятых технических решений и предложить новые технические решения. При этом широко используются методы:

эвристических приемов, то есть обобщенных правил изменения структуры и свойств ТО. В настоящее время созданы банки данных как по межотраслевым эвристическим приемам, так и по частным, применяемым в отдельных отраслях. Большой вклад в решение этой проблемы внесен советской школой изобретательства Альтшуллера;
анализа следствий из общих законов и частных закономерностей развития ТО. Эти законы применительно к различным отраслям промышленности установлены работами школы профессора Половинкина и др.;
синтеза цепочек физических эффектов для получения новых физических принципов действия ТО. В настоящее время существуют программные продукты, разработанные российскими исследователями, автоматизирующие этот процесс.

Первый этап ФФА аналогичен первому этапу ФСА или FMEA-анализа. Обычно ФФА проводится в следующей последовательности:

формулируется проблема. Для ее формулировки могут быть использованы результаты ФСА или FMEA-анализа, описание проблемы должно включать назначение ТО, условия его функционирования и технические требования к ТО. Формулировка проблемы должна способствовать раскрытию творческих возможностей и развитие фантазии для поиска возможных решений в широкой области, поэтому при описании проблемы необходимо избегать специальных терминов, раскрывающих физический принцип действия и конструкторско - технологические решения, использованные в прототипе;
составляется описание функций назначения ТО, описание базируется на анализе запросов потребителя и должно содержать четкую и краткую характеристику технического объекта, с помощью которого можно удовлетворить возникшую потребность. Для понимания функций назначения ТО необходимо дать краткое описание надсистемы, т.е. системы, в которую входит проектируемый ТО;
производится анализ надсистемы ТО. К надсистеме относится и внешняя среда, в которой функционирует и с которой взаимодействует рассматриваемый ТО. Анализ надсистемы производится с помощью структурной и потоковой модели ТО, при этом целесообразно воспользоваться эвристическими приемами, например, рассмотреть, можно ли выполнить функцию рассматриваемого ТО путем внесения изменений в смежные объекты надсистемы. Нельзя ли какому-либо смежному объекту надсистемы частично или полностью передать выполнение некоторых функций рассматриваемого ТО, что мешает внесению необходимых изменений и нельзя ли устранить мешающие факторы;
составляется список технических требований к ТО, этот список должен базироваться на анализе требований потребителей. На этой стадии целесообразно использовать приемы описанной ниже технологии развертывания функций качества;
строится функциональная модель ТО обычно в виде функционально-логической схемы;
анализируются физические принципы действия для функций ТО;
определяются технические и физические противоречия для функций ТО, такие противоречия возникают между техническими параметрами ТО при попытке одновременно удовлетворить нескольким требованиям потребителя;
определяются приемы разрешения противоречий и направления совершенствования ТО. Для того чтобы реализовать совокупность потребительских свойств объекта, отраженных в его функциональной модели, с помощью минимального числа элементов, модель преобразуется в функционально-идеальную. Поиск вариантов технических решений часто производят с помощью морфологических таблиц.

На последнем этапе ФФА рекомендуется строить графики, эквивалентные схемы, математические модели ТО. Важно, чтобы модель была продуктивной, т.е. позволяла найти новые возможные решения. Приветствуется всякая инициатива и творчество. К формированию морфологической таблицы целесообразно приступить тогда, когда появится несколько предлагаемых решений для различных функциональных элементов ТО.

Применение ФФА позволяет повысить качество проектных решений, создавать в короткие сроки высокоэффективные образцы техники и технологий и таким образом обеспечивать конкурентное преимущество предприятия.

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 -2008, а предприятие будет иметь стабильно высокие прибыли. Удовлетворенный потребитель является лучшим показателем качества продукции и эффективной организации работы!