FMEA

FMEA czyli analiza przyczyn i skutków wad, oraz jej odmiana FMECEA, stały się narzędziem projektantów pragnących zminimalizować straty spowodowane niską jakością produktów.

Metoda ta jest powszechnie znana pod skrótową nazwą FMEA od nazwy w języku angielskim : Failure Mode and Effect Analisis oraz niemieckim Fehler - Moglichkeits - und Einfluss - Analyse.

U podstaw opracowania założeń legła obserwacja, że około 75 % wszystkich błędów ma swe korzenie w fazie przygotowywania produkcji, lecz ich wykrywalność w tej fazie jest niewielka. Większość, bo około 80 % błędów, ujawnia się w czasie produkcji i jej kontroli oraz w czasie eksploatacji, powodując duże straty. Metoda FMEA stosowana na etapie projektowania pozwala istotnie te straty zmniejszyć.

FMEA została opracowana w latach sześćdziesiątych XX wieku dla potrzeb amerykańskiego programu kosmicznego Apollo. Sukces jaki metoda odniosła w NASA spowodował szybką jej popularyzację szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym czy lotniczym. Celem analizy wad jest znalezienie potencjalnych przyczyn i skutków błędów popełnianych przy projektowaniu i wyeliminowanie ich zanim jeszcze powstanie gotowy wyrób. Zakresem stosowania metody będzie więc działalność projektowa i badawczo rozwojowa.

Powodzenie FMEA pozwala na wzrost efektywności działań, uwzględnienie wymagań klienta, obniżenie kosztów, zmniejszenie liczby braków i reklamacji oraz poprawę niezawodności wyrobów.

Korzyści z FMEA : integracja zespołów ludzkich, tworzenie banku informacji, kompleksowa analiza, identyfikacja punktów krytycznych i prewencja.

Pierwszym krokiem analizy jest zidentyfikowanie wszystkich elementów badanego wyrobu lub, w przypadku badanego procesu - funkcji i ułożenie ich w kolejności technologicznej. Następnie dla każdego elementu określa się rodzaje wad, jakie mogą w razie wystąpienia ograniczyć zdolność wyrobu do spełnienia przewidzianej funkcji. Dla każdej wady określa się skutek oraz przyczynę. Można do tego celu wykorzystać metodę Ishikawy lub burzę mózgów.

Burza mózgów jest poszukiwaniem pomysłów - rozwiązań. Celem jest zebranie jak największej ilości pomysłów, wybranie najkorzystniejszego z punktu widzenia opłacalności i skuteczności, poprawa współpracy w grupie.

Diagram Ishikawy : rybia ość, rozwiązywanie problemów w ramach burzy mózgów, nacisk na lokalizację i eliminację przyczyn problemów, nieskomplikowany, komunikatywny, przejrzysty; od osi głównej do najdrobniejszej : Dlaczego?;

od najdrobniejszej do głównej : Jaki to przynosi skutek ?.

Do opisu każdej wady wykorzystuje się trzy liczby priorytetowe mieszczące się w skali 1 - 10 :

• Liczba priorytetowa występowania P, która ukazuje prawdopodobieństwo wystąpienia wady ( 1 - niskie, 10 - wysokie )

• Liczby priorytetowej wykrywalności D, pokazującej trudność wykrycia wady przed opuszczeniem przez wyrób fabryki ( 1 - łatwo, 10 - trudno )

Etapy analizy :

Przebieg analizy przyczyn i skutków wad FMEA można podzielić na następujące etapy :

• planowanie i przygotowanie

• analiza potencjalnych błędów

• określenie ryzyka

• planowanie działań zapobiegawczych

• oszacowanie ryzyka dla poprawionej konstrukcji

• wdrożenie działań zapobiegawczych i badanie ich skuteczności

Etapy te przedstawione są na rysunku poniżej, zarówno w odniesieniu do FMEA konstrukcji, jak i FMEA procesu.

Planowanie i przygotowanie FMEA :

Wdrożenie metody FMEA wymaga przeszkolenia zespołu, który takie analizy ma przeprowadzić. Zespół powinien składać się z 2 - 3 osób, najczęściej przedstawicieli działów : konstrukcyjnego, przygotowania produkcji i zapewnienia jakości, uzupełnionych ewentualnie odpowiednimi ekspertami.

Dysponując odpowiednim zespołem należy wybrać cel analizy. Źródłem problemów mogą być uwagi klientów, reklamacje, zestawienia braków. W pierwszej kolejności powinny być analizowane problemy będące źródłem największych strat, problemy w których występują wysokie wymagania jakościowe, a także problemy dotyczące nie w pełni opanowanych procesów. Do prac przygotowawczych należy także opracowanie harmonogramu działań i sposobu dokumentowania wyników.

Analiza potencjalnych błędów :

W zależności od tego, czy analiza dotyczy konstrukcji czy procesu wykonania, jej przedmiotem jest funkcja części lub cel operacji. Dla nich określa się możliwe :

Rodzaje błędów, skutki błędów oraz przyczyny błędów.

W określeniu możliwych rodzajów błędów mogą być pomocne informacje klientów, reklamacje, karty braków, protokoły badań, katalogi wad, doświadczenie zdobyte przy produkcji podobnych wyrobów, intuicja członków zespołu, itp.

Dla każdego rodzaju wady określa się jej skutki i przyczyny.

Wyniki tej analizy notuje się najczęściej w odpowiednich tabelach.

Określenie ryzyka :

Dla każdego błędu, jego przyczyny i skutku określa się punktując w skali 1 - 10 prawdopodobieństwo wystąpienia błędu W, znaczenie błędu dla klienta Z oraz prawdopodobieństwo wykrycia błędu O.

Wartości W, Z oraz O określają członkowie zespołu kierując się dostępnymi informacjami i własnym doświadczeniem.

Iloczyn tych liczb zwany jest liczbą ryzyka R :

R = W* Z* O

Może być uznany za miarę ważności poszczególnych błędów i stanowić podstawę do ich hierarchizacji. W przykładzie podanym w tabeli najistotniejszym błędem przy analizie konstrukcji okazał się nierównomierny docisk i za mało wytrzymały materiał, zaś przy analizie procesu - ścięcia przy wykrawaniu. Działania zapobiegawcze powinny dotyczyć przede wszystkim tych błędów, pozostawiając błędy charakteryzujące się małą liczbą ryzyka na przyszłość.

Często wskazuje się na subiektywność ocen ustalanych przez zespół analizujący, nie trzeba podkreślić, że oceny ustalane w różnych analizach są porównywalne między sobą i dobrze określają hierarchię problemów.

Planowanie działań zapobiegawczych :

Dla błędów o największej liczbie ryzyka, proponuje się działania zapobiegawcze opierając się na doświadczeniu i ewentualnie przeprowadzonych badaniach. Określa się również realizatorów i szacuje skuteczność działań przez ponowne wyznaczenie liczby ryzyka.

Wdrożenie działań zapobiegawczych i badanie ich skuteczności :

Wdrożenie działań zapobiegawczych obejmuje :

• sprecyzowanie działań

• określenie odpowiedzialności

• opracowanie harmonogramu wdrożenia

• określenie kosztów

• realizację działań

• sprawdzenie skuteczności osiągnięcia celu

Podsumowując można stwierdzić, że metoda FMEA pozwala na zapobieganie błędom już w fazie przygotowania technicznego produkcji, a więc na tym etapie, na którym efektywność działań jest największa.

FMEA - to nie tylko metoda sterowania jakością - to pewna filozofia charakteryzująca podejście do problemów, aby przy każdej pracy starać się przewidywać wszelkie, także jej negatywne skutki.

Stąd możliwość zastosowania FMEA nie ogranicza się jedynie do analizy konstrukcji i procesu wykonania. W sposób zaproponowany w tej metodzie można podchodzić do wszystkich działań ludzkich, starając się przewidzieć związane z nimi błędy i podjąć działania im zapobiegające.

Quality Function Deployment - QFD oznacza dopasowanie jakości, co jednak nie oddaje w języku polskim istoty tej metody. Często jest także nazywana House of Quality - domem jakości, w związku z charakterystycznym wyglądem macierzy analitycznej. Po kilku latach zastosowana w roku 1972 w Japonii, w stoczni należącej do koncernu Mitsubishi. Po kilku latach zdobyła także popularność w Stanach Zjednoczonych, gdzie wykorzystywano ją z powodzeniem w zakładach Forda i General Motors.

Celem QFD jest przełożenie potrzeb i oczekiwań odbiorców na charakterystyki wyrobu lub usługi. Produkcja na skalę przemysłową uniemożliwia bezpośredni kontakt z docelowym odbiorcą. Stosuje się szereg metod kontaktu pośredniego, w tym wywiady, badania opinii i testy. Dla projektantów produktów istotnym problemem staje się brak fachowej wiedzy odbiorców, którzy zwykle nie są w stanie określić parametrów technicznych wyrobów. Coraz silniejsze naciski na zmniejszenie kosztów projektowania i skrócenie czasu jego trwania sprawiły, że pojawiła się potrzeba stworzenia metody, która umożliwiłaby przełożenie uświadomionych i nieuświadomionych wymagań klientów na parametry techniczne z jednoczesnym uwzględnieniem możliwości technologicznych, stopnia istotności poszczególnych cech oraz powiązań pomiędzy nimi. Odpowiedzią na tą potrzebę stała się metoda QFD.

Głównym elementem analitycznym jest macierz zwana domem jakości.

Składa się na nią dziewięć elementów :

1. Wymagania konsumenta

2. Stopień ważności każdego z wymagań wraz z oceną porównawczą firm konkurencyjnych

3. Cechy techniczne ( projektowe, technologiczne, towaroznawcze ) wyrobu

4. Powiązanie pomiędzy potrzebami odbiorcy i cechami technicznymi

5. Ocena względna każdej z cech technicznych

6. Stopień korelacji między cechami technicznymi

7. Wartości pożądane dla każdej cechy technicznej

8. Techniczna ocena porównawcza

9. Specjalne wymagania związane z bezpieczeństwem, regulacjami rządowymi, serwisem itp.

Przedstawiony ciąg postępowania jest zaledwie pierwszym krokiem do stworzenia nowego produktu, nazywanym planowaniem produktu. Wejściem do kolejnego kroku ( czyli danymi do części pierwszej domu jakości ) - rozwinięcia projektu - będą przyjęte cechy techniczne i parametry, a wynikiem dane dotyczące podzespołów wyrobu. Trzeci krok polega na planowaniu procesu, a wyjściem z niego są operacje technologiczne. Czwarty, planowanie produkcji pozwala na określenie wymagań produkcyjnych. Możliwe jest budowanie następnych schematów, aż do osiągnięcia najniższego poziomu i rozpisania wszystkich elementów istotnych dla nowego produktu.

Korzyści z zastosowania tej metody :

• Stworzenie jednolitej struktury organizacyjnej

• Ułatwienie kontroli zgodności z harmonogramem prac

• Inicjowanie zespołowych form pracy

• Przełamywanie barier pomiędzy działami

• Przepływ informacji o oczekiwaniach klienta przez całą strukturę firmy

• Trafne rozpoznanie hierarchii oczekiwań klienta

• Możliwość przewidywania poziomu ich spełnienia

• Zwiększenie potencjału firmy w zakresie pełnej realizacji wymagań

• Podejmowanie trafnych decyzji na podstawie zgromadzonej wiedzy

• Uniknięcie wielu kosztów i straty czasu

SPC - statystyczna ocena przebiegów czasowych istotnego parametru w celu sterowania procesem.

Filozofia SPC :

• Zachowujemy perspektywę długofalową

• Wystrzegamy się ludzi, którzy chcą się wykazać nie rozumiejąc procesu

• Szukamy [przyczyn wad, niskiej efektywności, wysokich kosztów

• Unikamy reaktywności

• Planujemy doskonalenie procesów

• Szukamy błędów w systemie a nie w ludziach

• Szkolimy się, uczymy się, rozwijamy się

Model SPC - dwa podstawowe stany procesu :

• Standardowy

• Specjalny - proces jest zakłócony

Przebieg czasowy obserwowanego parametru :

• nie gubi informacji o sekwencji wydarzeń

• wskazuje na czas wystąpienia zakłócenia

Kryteria wyboru pierwszych procesów :

• ważny wyrób

• mamy kłopoty

• chcemy zrozumieć dlaczego mamy kłopoty

• mamy wizję większej efektywności procesu

Kryteria doboru parametrów :

• można go łatwo zmierzyć ( np. czas ) lub pozyskać w ramach istniejących możliwości inspekcja, samokontrola

• jest istotny ( krytyczny ) w kontekście jakości, efektywności procesu

Najprostsza Karta Sterująca X ( wartości indywidualnych )

• linia wartości średniej :

• CL = suma _ x[1;n]/n

• Linie 3 sigma

• UCL = CL + 2,66*mRśr

• LCL = CL - 2,66*mRśr

• mRśr = suma_mR[2;n]/(n - 1)

Wzorce pojawiania się specjalnych przyczyn zmienności

• wystarczy jeden punkt poza limitem 3 sigma

• dwa z trzech kolejnych punktów znajdują się po jednej stronie średniej i wychodzą poza linię dwóch sigma

• cztery z pięciu kolejnych punktów leżą po jednej stronie średniej i wychodzą poza linię jeden sigma

• co najmniej siedem kolejnych wartości znajduje się po jednej stronie wartości średniej

• co najmniej siedem kolejnych wartości wznosi się lub opada

XśrR - karta sterująca dla produkcji masowej :

• mierzymy np. po cztery wyroby co 2 godziny

• zbieramy 25 prób po 4 wartości

• z każdych 4 pomiarów liczymy średnią Xśr- (x1+x2+x3+x4)/4 i wpisujemy w kartę

• z każdych 4 pomiarów liczymy rozstęp R - x max - x min i wpisujemy w kartę

• na arkuszu mamy miejsce na dwa przebiegi : wartości średnich X śr ( góra ) i rozstępów ( dół )

• dobieramy skale aby z zapasem zmieściły wyliczone X śr i R

• nanosimy punkty na wykres

• liczymy 3 linie dla wykresu dolnego :

• CLR suma_R[1;n]/n = R

• UCL R = D4 R; LCL R = D3 R

• liczymy linie dla wykresu dolnego :

• obliczamy linię centralną CL X = suma_x[1;n]/n = X

• UCL Xśr = X + A2 Rśr; LCL Xśr X - A2Rśr

• Nanieść linie na wykres i ocenić czy proces jest stabilny jak wynika z teorii i praktyki procesy będą niestabilne

Wartości A2, D3 i D4 dobiera się dla karty XśrR z tabeli poniżej. K - to ilość elementów mierzonych w jednej próbie ( zazwyczaj jest to 3 -8 elementów )

Stałe właściwe są tylko dla karty XśrR !

1

10

---