FMEA a PDCA

Klient, który jest niezadowolony, to nie tylko klient, którego tracimy. Jego opinia przekazywana innym potencjalnym klientom może w sposób negatywny wpłynąć na działalność naszego przedsiębiorstwa.

Kontrolowanie i ulepszanie naszych wyrobów czy usług to za mało dla utrzymania się na rynku, konieczne jest stworzenie odpowiednich mechanizmów prewencyjnych umożliwiających zapobieganie powstawaniu niedomagań.

FMEA (ang. Failure Mode and Effect Analysis – analiza przyczyn i skutków wad) jest indukcyjną jakościową metodą analizy niezawodności, właściwą do badania niezdatności materiałów, elementów i urządzeń oraz skutków tych niezdatności.

FMECA stanowi rozwinięcie FMEA o analizę krytyczności poprzez ilościową ocenę skutków niezdatności i ich hierarchizację według ważności. Pozwala to przewidzieć ryzyko pojawienia się niedomagań, ocenić ich konsekwencje oraz zidentyfikować przyczyny niedomagań i zapobiegać im, dostarczając rozwiązań prewencyjnych lub korygujących z uwzględnieniem krytyczności niedomagań.

Metody te umożliwiają przedsiębiorstwu zapewnienie jakości podczas całego procesu wytwarzania jak również na etapie planowania i projektowania.

Metoda stosowana była już w latach 50 w Stanach Zjednoczonych i w Japonii dla zapewnienia niezawodności wyrobów wysokiego ryzyka (lotnictwo, loty kosmiczne, wojsko itp.). W latach 70 metoda znalazła zastosowanie w Europie w przemyśle elektronicznym, a następnie budowy maszyn.

Japońskie metody zarządzania są skierowane na współpracę, a nie rywalizację.

Dlatego właśnie w Japonii powstała metoda kół jakości. Twórcą idei był Joseph Juran, ale człowiekiem, który tą ideę wprowadził w życie był Kaoru Ishikawa. Dziś w japońskich kołach jakości uczestniczy około 20 milionów ludzi. Celem tworzenia kół była w latach pięćdziesiątych chęć podniesienia jakości pracy oraz niezawodności wyrobów. Zdano sobie bowiem sprawę z tego, że wydzielone komórki kontroli jakości, a nawet kontrola końcowa nie wystarczą, aby podnieść jakość , trzeba było zaangażować w ten proces wszystkich pracowników.

Idea kół jakości zakłada, że każdy z uczestników procesu produkcji ma wpływ na jakość wyrobów. Dlatego należy podjąć dokształcanie zawodowe pracowników i tworzyć wśród nich grupy, które poszukiwałyby możliwości polepszenia jakości.

Osiągnięcie tego celu ma się odbyć poprzez umożliwienie rozwoju zawodowego, stworzenie możliwości podejmowania działań doskonalących jakość na stanowisku pracy (Kaizen) oraz wyzwolenie w pracownikach inicjatywy, chęci do pracy, jak i zwiększenie poczucia własnej wartości. W początkach istnienia, metoda była identyfikowana z kontrolą jakości, dopiero później, w miarę rozwoju, coraz częściej stawiano na samodzielność, samodyscyplinę i samokontrolę pracowników. Było to możliwe dzięki przyzwyczajeniu ludzi do systemu działania.

Pracownicy biorący udział w kołach jakości są szkoleni w zastosowaniu metod heurystycznych (np. burza mózgów) oraz analitycznych (np. metoda ABC). Każde koło znajduje wybiera jeden problem, który chce rozwiązać i prowadzi badania celem uzyskania zamierzonych rezultatów. Dopiero po osiągnięciu rezultatu zadowalającego i wdrożeniu rozwiązania zaczyna się zajmować kolejnym problemem. Takie postępowanie pozwala na efektywną pracę.

PDCA

PDCA jest jednym z założeń mających na celu zapewnienie wysokiej jakości wyrobu, usługi. Głównym założeniem jest planowanie i przewidywanie wystąpienia możliwych wad i zapobieganie im już w fazie przygotowawczej. Zwraca się także dużą uwagę na zbiorową odpowiedzialność i zaangażowanie wszystkich pracowników na wszystkich szczeblach. W całym procesie planowania oraz w procesach eliminacji błędów odchodzi się od samego nastawienia na korzyści finansowe, na rzecz wizerunku firmy oraz jej rozwoju – aby to uzyskać przeprowadza się szczegółową analizę procesu przed jego rozpoczęciem a także w trakcie jego trwania.

Planowanie jakości wyrobu ma na celu zdefiniowanie niezbędnych działań dla uzyskania zadowolenia klienta. Na rysunku przedstawiony jest cykl planowania jakości wyrobu oparty na wykresie PDCA (Plan-Do-Check-Act) zwanym także kołem Deminga. Wykres PDCA obejmuje cztery działania:
— planowanie (Plan),
— wykonanie (Do),
— sprawdzenie (Check),
— działania doskonalące (Act)

W interpretacji wykresu PDCA dla potrzeb planowania jakości zamiast sprawdzenia (Check) znajduje się zatwierdzanie wyrobu i walidacja procesu (Study). Przez pierwsze trzy etapy odbywa się planowanie jakości wyrobu, a w czwartym następuje wdrożenie połączone z analizą zadowolenia klienta i ustalaniem działań doskonalących.

FMEA

Cele FMEA są również zgodne z zasadą „ciągłego doskonalenia”. Metoda FMEA pozwala poddawać wyrób lub proces kolejnym analizom, a następnie na podstawie uzyskanych wyników, wprowadzać poprawki i nowe rozwiązania, skutecznie eliminujące źródła wad. Analizy mogą przy okazji dostarczyć nowych pomysłów ulepszających właściwości wyrobu.

W ten sposób stosowanie FMEA wplata się w cykl działań opisanych „kołem Deminga”. Metodę FMEA zaczęto stosować w latach sześćdziesiątych w USA przy konstruowaniu oraz przygotowywaniu procesów wytwarzania złożonych i odpowiedzialnych wyrobów w astronautyce, technice jądrowej i w przemyśle lotniczym.

Z czasem jej stosowanie stopniowo zaczęło obejmować inne gałęzie przemysłu, od których wymaga się wyrobów szczególnie wysokiej niezawodności ze względu na bezpieczeństwo użytkowników (np. przemysł samochodowy). Wyróżnia się FMEA wyrobu / konstrukcji oraz FMEA procesu.

FMEA wyrobu / konstrukcji przeprowadzana jest już podczas wstępnych prac projektowych w celu uzyskania informacji o silnych i słabych punktach wyrobu, tak, aby jeszcze przed podjęciem właściwych prac konstrukcyjnych, istniała możliwość wprowadzenia zmian koncepcyjnych.

Do wskazania słabych punktów wyrobu, mogących być w czasie jego eksploatacji przyczyną powstawania wad, są przydatne ustalenia uzyskiwane na etapie projektowania, dzięki wiedzy i doświadczeniu zespołu zaangażowanego w przeprowadzenie FMEA, a także z pomocą informacji uzyskiwanych podczas eksploatacji podobnych wyrobów własnych lub innych producentów.

Wady wyrobu lub konstrukcji mogą dotyczyć:
– funkcji, które wyrób ma realizować,
– niezawodności wyrobu w czasie eksploatacji,
– łatwości obsługi przez użytkownika,
– łatwości naprawy w przypadku uszkodzenia,
– technologii konstrukcji

Przeprowadzanie FMEA wyrobu / konstrukcji jest zalecane w sytuacjach:
– wprowadzania nowego wyrobu,
– wprowadzania nowych lub w dużym stopniu zmienionych części lub podzespołów,
– wprowadzania nowych materiałów,
– zastosowania nowych technologii,
– otwarcia się nowych możliwości zastosowania wyrobu,
– dużego zagrożenia dla człowieka lub otoczenia w przypadku wystąpienia awarii wyrobu (nie jest dopuszczalne wystąpienie jakichkolwiek wad),
– eksploatacji wyrobu w szczególnie trudnych warunkach,
– znacznych inwestycji

FMEA procesu jest przeprowadzana w celu rozpoznania czynników, które mógł utrudniać spełnianie wymagań zawartych w specyfikacji konstrukcji lub dezorganizowali przebieg procesu wytwarzania.

Czynniki te mogą być związane z:
– metodami obróbki,
– parametrami obróbki,
– środkami pomiarowo-kontrolnymi,
– maszynami i urządzeniami

FMEA procesu jest stosowana:
– w początkowej fazie projektowania procesów technologicznych,
– przed uruchomieniem produkcji seryjnej,
– w produkcji seryjnej w celu doskonalenia procesów, które są niestabilne lub nie zapewniają uzyskania wymaganej wydajności.

Przebieg prac związanych z przeprowadzeniem analizy FMEA
Realizowane są one w trzech zasadniczych etapach: przygotowania, przeprowadzenia właściwej analizy oraz wprowadzenia i nadzorowania działań prewencyjnych.

Etap l. W trakcie etapu przygotowania tworzony jest zespół, składający się z przedstawicieli różnych działów przedsiębiorstwa (biura konstrukcyjnego, wydziałów produkcyjnych, działu jakości) oraz w razie potrzeby, również użytkowników wyrobu.

Zespół powinien składać się z pracowników o dużym doświadczeniu, a w razie potrzeby należy powołać do zespołu eksperta z danej dziedziny. Zespołem kieruje animator, którego zadaniem jest organizowanie i kierowanie pracą grupy FMEA. W pracach w jak największym zakresie powinny być stosowane metody pracy zespołowej.

Zadaniem zespołu jest przygotowanie założeń potrzebnych do przeprowadzenia właściwej analizy FMEA, zwłaszcza wybór podzespołów, części (w wyrobie) oraz operacji (w procesie), które powinny być poddane analizie.

W pracach tych powinno dominować podejście systemowe, które pozwala uogólnić analizę i jednocześnie czyni ją bardzo przejrzystą. Podejście systemowe oznacza, że wyrób lub konstrukcję, a także procesy technologiczne należy rozpatrywać jako system złożony z podsystemów, które z kolei mają własne podsystemy niższego rzędu (podsystemem w konstrukcji może być podzespół, a podsystemem zespołu – część).

Każdy element systemu spełnia w nim określoną funkcję. Mogą to być funkcje wewnętrzne (zasadnicze dla danego elementu), funkcje wyjścia (przesyłane do innych elementów) oraz funkcje wejścia (odbierane od elementów znajdujących się wyżej w hierarchii systemu). Określenie granic systemu i wyodrębnienie w nim stopni i liczby podsystemów powinno być jednym z pierwszych zadań pracy zespołu FMEA.

Liczba poziomów zależy od złożoności rozpatrywanego obiektu. Właściwa dekompozycja systemu pozwala na rozpoczynanie analizy na jego dowolnym poziomie, co jest szczególnie ważne w przypadku złożonych wyrobów i procesów.

Etap 2. Analiza Funkcjonalna.

Podczas etapu drugiego jest przeprowadzana zasadnicza część FMEA. Analizę można przeprowadzić dla całego wyrobu, pojedynczego podzespołu lub elementu konstrukcyjnego wyrobu, a także dla całego procesu technologicznego lub jego dowolnej operacji. Pierwszym zadaniem jest określenie potencjalnych wad, jakie mogą wystąpić w analizowanym wyrobie.

Przez wadę rozumie się wadliwe działanie wyrobu, niezgodne z ustaloną funkcją (lub funkcjami).

Przyczyną wady jest nieprawidłowe działanie podsystemu niższego rzędu. Skutki wady odnoszą się z kolei do funkcjonowania podsystemu wyższego rzędu. Przyczyn wad można szukać zarówno w samym wyrobie i jego konstrukcji (podsystem, element) jak i w procesie technologicznym. Jeśli przyjąć hierarchię:

wyrób (podzespół) -> konstrukcja (element konstrukcji) -> proces produkcyjny

to możliwe jest stosowanie przy prowadzeniu analizy następującego schematu wnioskowania:

przyczyna wady wyrobu -> wada konstrukcji -> skutek wady procesu
wada wyrobu -> skutek wady dla konstrukcji

przyczyna wady konstrukcji -> skutek wady procesu

Przykład: Mechanizm otwierania i uchylania okna w pionie

Uzyskuje się to przez sterowanie położeniem dwóch metalowych prętów, pełniących w oknie funkcję „osi” pionowej lub poziomej. W celu wyboru jednej z tych funkcji, wprowadza się pręt poziomy albo pręt pionowy w odpowiednie zawiasy.

Rozpatrzono przypadek powstań wady mechanizmu otwierania i uchylania okna, polegającej na niemożliwości wprowadzeń pręta poziomego w odpowiedni zawias, co uniemożliwia z kolei (skutek) uchylanie okna przyczyną tej wady jest wygięcie pręta (pierwszy wiersz schematu wnioskowania). Drugi wiersz dotyczy elementu konstrukcyjnego stanowiącego przyczynę wadliwego funkcjonowania wyrobu. Z punktu widzenia konstrukcji wada tego elementu (tutaj wygięcie pręta) stanowi wadę konstrukcji.

Przyczyną wygięcia pręta jest niedokładne wycentrowanie zawiasów, a skutkiem brak możliwości wprowadzenia pręta poziomego w odpowiedni zawias. I wreszcie, trzeci wiersz odnosi się do procesu produkowania okna. Z tego punktu widzenia wadą jest złe wycentrowanie zawiasów spowodowane niestarannym (niedokładnym montażem), skutkiem, czego jest wygięcie pręta podczas eksploatacji.

Po zdefiniowaniu relacji „przyczyna -> wada -> „skutek” ocenia się każdą wadę liczbą całkowitą z przedziału (l, 10), ze względu na trzy kryteria:

1) ryzyko wystąpienia wady – liczba R,
2) możliwości wykrycia zagrożenia powstania wady – liczba W,
3) znaczenie wady podczas eksploatacji wyrobu (realizacji procesu technologicznego) – liczba Z

Liczby te są podstawą obliczenia liczby priorytetu P = RxWxZ. Liczba ta może się zmieniać w zakresie (l, 1000). Jeśli jest znacząco większa od l, wydawane jest zalecenie (propozycja) podjęcia działań zapobiegawczych, np. poprzez zmodernizowanie konstrukcji lub zmiany procesu technologicznego.

Podczas zbierania informacji o niezawodności konstrukcji czy przebiegu procesu, są wykorzystywane narzędzia np. analiza Pareto, wykres Ishikawy, karty kontrolne. Pomocne są raporty z napraw gwarancyjnych, z przeprowadzonych kontroli oraz doświadczenie projektantów i technologów.

Etap 3. Wyniki przeprowadzonych analiz służą jako podstawa do prowadzenia w konstrukcji wyrobu, w sposobie jego użytkowania lub w procesach jego wytwarzania zmian, mających na celu zmniejszenie ryzyka wystąpienia wad określonych jako krytyczne. Jeśli nie jest możliwe całkowite wyeliminowanie przyczyn powstawania wad, należy podjąć działania w celu zwiększenia możliwości ich wykrywania lub zmniejszenia negatywnych skutków ich wystąpienia. Realizacja zalecanych działań „naprawczych” powinna być ciągle nadzorowana, a ich efekty poddawane weryfikacji według metody FMEA.

Do przeprowadzenia FMEA tworzony jest specjalny dokument, którego jedną z możliwych wersji na przykładnie analizy przeprowadzonej podczas rozruchu samochodu momentu obrotowego na silnik. Analiza jest rozpoczynana z poziomu użytkownika samochodu. Awaria rozrusznika jest postrzegana jako brak możliwości uruchomienia silnika i co za tym idzie, ruszenia samochodu. Jedną z przyczyn może być pęknięcie wałka rozrusznika.

Objawia się to przy pomocy charakterystycznego szumu. Pęknięcie, z poziomu walka rozrusznika, oznacza brak możliwości przekazywania momentu obrotowego na wał napędowy silnika. Przyczyną pęknięcia może być zbyt mała średnica wałka lub za mały promień podcięcia, powodujący spiętrzenie naprężeń. Działania prewencyjne mogą polegać na zwiększeniu średnicy lub na zwiększeniu promienia podcięcia.

Podsumowanie

Metoda FMEA sprawdza się w różnych warunkach: w produkcji jednostkowej i seryjnej – wszędzie tam, gdzie wady wyrobu mogą narazić producenta na poważne straty finansowe. Mimo wielu zalet i możliwości, należy ją jednak stosować z zachowaniem ostrożności. Szczególnie kontrowersyjne w FMEA jest przypisywanie liczb R, W i Z. Do ich obiektywnego oszacowania potrzebne jest posiadanie obszernych informacji o analizowanym obiekcie. Na przykład, w przypadku prowadzenia FMEA procesu dla oszacowania prawdopodobieństwa wystąpienia jakieś wady, należy znać zdolność jakościową maszyn wykorzystywanych w tym procesie

W FMEA prowadzonej w odniesieniu do wyrobu lub konstrukcji, należy z kolei dysponować danymi pozwalającymi określić rozkład niezawodności jej poszczególnych zespołów.

Trzeba wyraźnie podkreślić, że od FMEA nie należy oczekiwać generowania gotowych rozwiązań – w jaki sposób usuwać przyczyny wad. FMEA daje jedynie wskazania, które miejsca w konstrukcji lub wyrobie są krytyczne i dlaczego. Do skutecznego wykorzystania tych informacji należy wykorzystać wiedzę inżynierską z zakresu projektowania oraz inne narzędzia i metody.

Reasumując: celem FMEA jest:

• konsekwentne i trwałe eliminowanie wad („słabych” miejsc) wyrobu (konstrukcji wyrobu) lub procesu produkcji (np. procesów obróbki) poprzez rozpoznawanie rzeczywistych przyczyn ich powstawania i stosowanie odpowiednich, o udowodnionej skuteczności, środków zapobiegawczych,
• unikanie wystąpienia rozpoznanych, a także jeszcze nieznanych wad w nowych wyrobach i procesach poprzez wykorzystywanie wiedzy i doświadczeń z już przeprowadzonych analiz.