Metoda MFEA zosta³a opracowana dla potrzeb

prof. dr hab. inż. Eugeniusz Krzemień
mgr inż. Radosław Wolniak
Komputerowe wspomaganie zastosowania metody FMEA
1. Wprowadzenie
Orientacja produkcyjna, którą stosowały przedsiębiorstwa w pierwszej połowie XX
wieku zakładała, że najważniejsze jest wyprodukowanie maksymalnej ilości produktu, po
możliwie najniższej cenie, bez zwracania uwagi na jakość wytwarzanych wyrobów. Sytuacja
zaczęła zmieniać się po drugiej wojnie światowej. W niektórych sektorach gospodarki
okazało się, że ważniejsza od ilości i ceny jest jakość i niezawodność produktu. Klienci często
wolą wybrać wyrób charakteryzujący się wysoką jakością, trwały, niezawodny, bezpieczny,
zapewniający satysfakcję przez cały okres użytkowania pomimo wyższej ceny w stosunku do
oferty konkurentów.
Zanim wprowadzono różnorodne metody mające na celu ograniczenie błędów
produkowanych wyrobów większość błędów wykrywano dopiero w fazie użytkowania
produktu dzięki reklamacjom i skargom klientów. Jednak na dłuższą metę taka sytuacja miała
wiele wad. Im wcześniej wykryjemy możliwość wystąpienia usterki, tym mniejsze koszty
poniesiemy aby ją usunąć. Z punktu widzenia przedsiębiorcy optymalna będzie taka sytuacja,
kiedy wszystkie wady można przewidywać i usuwać na etapie projektowania wyrobu, zanim
produkt trafi do produkcji. Z wymienionych powodów pojawiło się zapotrzebowanie na
metody umożliwiające stosunkowo wczesne wykrywanie błędów w produkcie lub procesie i
określanie ich wpływu na jakość wyrobu i zadowolenie klienta. Odpowiedzią na to
zapotrzebowanie stała się między innymi metoda FMEA.
2. Metoda FMEA - historia i zastosowanie.
Metoda FMEA została opracowana dla potrzeb przemysłu zbrojeniowego w Stanach
Zjednoczonych. W 1949 roku opracowano procedurę o symbolu MIL-P-1629 zatytułowana
Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis. Jej celem było
zwiększenie niezawodności produktów dzięki określeniu konsekwencji wynikających z
wystąpienia błędów w procesach lub produktach. Procedura była nastawiona głównie na
analizę z punktu widzenia inżynierów i pracowników zakładu. W owych czasach podejście
stawiające na pierwszym miejscu klienta nie było jeszcze szeroko rozpowszechnione i dlatego
nie uwzględniono go także w wyżej wymienionej procedurze.
Następnie metoda została zaadaptowana przez inne firmy, przy czym w analizie
główny nacisk przesuwał się powoli w kierunku zadowolenia i bezpieczeństwa klienta.
Metoda znalazła zastosowanie w normie QS 9000, która jest odpowiednikiem normy ISO
9000 w przedsiębiorstwach motoryzacyjnych. Jej wdrożenie wymaga obowiązkowego
stosowania metody FMEA. Jest stosowana przez większość wiodących, amerykańskich firm
przemysłu motoryzacyjnego, między innymi: Chrysler Corporation, Ford Motor Company, i
General Motors Corporation. [1.2,1.6,1.7,2.4,3.1]
Metoda FMEA jest stosunkowo prosta i intuicyjna, ale nie trywialna. Aby jej
zastosowanie przyniosło możliwie maksymalne korzyści powinna być ona przeprowadzana w
określonej kolejności. Nie należy pomijać żadnego z etapów analizy, gdyż może to w
istotnym stopniu zaważyć na ograniczeniu skuteczności metody. W tablicy 1 zostały
przedstawione podstawowe etapy, niezbędne do prawidłowego wykonania analizy FMEA.
Dla niektórych etapów określono także jakie pomocnicze narzędzia i metody badawcze mogą
być wykorzystane. Ich stosowanie nie jest konieczne, ale ma duży wpływ na dokładność i
trafność analizy.
Identyfikacja obszaru badań
Identyfikacja rodzajów błędów
Określenie skutków wystąpienia błędów
Określenie znaczenia (sewerity) wystąpienia błędów
Poszukiwanie konsekwencji wystąpienia błędów
Określenie potencjalnych przyczyn uszkodzeń
Określenie prawdopodobieństwa występowania.
Określenie
najważniejszych
przyczyn
Określenie wykrywalności wady.
Obliczenie wskaźnika ryzyka.
Uporządkowanie błędów.
Określenie działań naprawczych.
Określenie błędów o
najwyższym wskaźniku
C (RNP)
Szacunkowe określenie nowych liczb P, Z, T, C.
Harmonogram działań naprawczych.
Weryfikacja działań naprawczych.
Rysunek 1. Schemat blokowy przeprowadzania metody FMEA.
Źródło: Opracowanie własne na podstawie [3.1].
Należy pamiętać, że analiza FMEA nie jest jednorazowym działaniem, po którego
przeprowadzeniu dany produkt lub proces jest pozbawiony wad. Zgodnie z zasadą spirali
jakości nigdy nie osiągniemy doskonałości, możemy się jedynie do niej zbliżać postępując
coraz dalej w kierunku poprawy jakości. Z tego powodu co pewien czas (zależy od wielu
czynników związanych ze specyfiką wyrobu, procesu, bądź zakładu itp.) należy proces
powtarzać w celu ciągłej eliminacji aktualnie występujących błędów.
Tablica 1
Etapy procesu FMEA w przedsiębiorstwie
Etap procesu FMEA
Identyfikacja obszaru
badań
Identyfikacja rodzajów
błędów
Określenie skutków
wystąpienia błędów
Określenie znaczenia
(sewerity) wystąpienia
błędów
Poszukiwanie
konsekwencji wystąpienia
błędów
Analiza potencjalnych
przyczyn uszkodzeń
Określenie
prawdopodobieństwa
występowania (occurence)
Zasady postępowania
Metody
pomocnicze
Określamy które produkty lub procesy będziemy analizować przy Burza mózgów
pomocy metody FMEA.
Określamy jakie błędy mogą wystąpić i sporządzamy listę
możliwych błędów. Należy także wziąć pod uwagę błędy które
mogą się wydarzyć w przypadku wystąpienia mało
prawdopodobnych sytuacji.
Informacje dotyczące rodzajów błędów można pozyskiwać
wykorzystując do tego celu:
• Wiedzę
projektantów,
inżynierów
i
pracowników
produkcyjnych,
• dane dotyczące reklamacji,
• protokoły z kontroli,
• badania przeprowadzane wśród klientów.
Określamy
jakie
skutki
wywoła
wystąpienie
błędów
zidentyfikowanych w poprzednim etapie. Skutki błędów określamy
z punktu widzenia klienta, którym może być zewnętrzny odbiorca
lub klient wewnętrzny. W celu określenia skutków błędów należy
wykorzystać źródła informacji analogiczne jak w poprzednim etapie.
Znaczenie błędu oznacza jak duży wpływ (z punktu widzenia
klienta) ma wystąpienie błędu na jakość produktu, bądź jakość
procesu.
Ponieważ znaczenie skutków błędów określamy z punktu widzenia
klienta, najlepszą metodą jego określenia są badania ankietowe
przeprowadzane wśród klientów.
Znaczenie błędu według polskiej terminologii oznaczamy literą Z,
natomiast według angielskiej literą S.
Znaczenie wystąpienia błędu określamy według skali 1-10, gdzie 1
jest wartością najmniejszą.
Wystąpienie określonych błędów przyczynia się do pogorszenia
funkcjonowania całego produktu bądź procesu. W efekcie mogą
wystąpić kolejne błędy, będące konsekwencją błędów pierwotnych.
Dlatego podczas analizy FMEA należy także zastanowić się jakie
długofalowe konsekwencje spowoduje wystąpienie danego błędu.
Omawiany etap bywa często pomijany, jednakże jest on niezbędnym
elementem prawidłowo przeprowadzonej analizy FMEA. Nie
wystarczy określić bezpośredni efekt jaki spowoduje wystąpienie
danego uszkodzenia, ale należy zastanowić się jak wystąpienie
danego błędu wpłynie na możliwość powstawania kolejnych.
Po uwzględnieniu niniejszego etapu analizy może okazać się że
długofalowe znaczenie błędu dla klienta jest znacznie większe niż
może się to początkowo wydawać. Dokładne wykonanie niniejszego
etapu umożliwia także znalezienie nowych, potencjalnych
uszkodzeń.
W niniejszym etapie staramy się określić jakie przyczyny mogą
spowodować określone uprzednio błędy. Wygodnie jest dla każdego
błędu zastosować metodę Ishikawy, ułatwiającą znalezienie
przyczyn błędów. Analiza ma na celu określenie słabych punktów
wyrobu lub procesu.
Należy ustalić prawdopodobieństwo wystąpienia danego
uszkodzenia.
Prawdopodobieństwo wystąpienia określonych błędów oznaczamy
według terminologii polskiej literą P, natomiast angielskiej literą O.
Prawdopodobieństwo wystąpienia określamy według skali 1-10,
gdzie 1 jest wartością najmniejszą.
Ankiety
Wywiady
Burza mózgów
Burza mózgów
Ankiety
Wywiady
Burza mózgów
Ankiety
Wywiady
Analiza Pareto
Burza mózgów
Ankiety
Wywiady
Arkusze kontrolne
Metoda Ishikawy
Siedem nowych
narzędzi
Burza mózgów
Burza mózgów
Arkusze kontrolne
Histogramy
Analiza Pareto
Określenie wykrywalności
(detection) wady
Obliczenie wskaźnika
ryzyka
Uporządkowanie błędów
Określenie działań
naprawczych
Szacunkowe określenie
nowych liczb P, Z, T, C
Harmonogram działań
naprawczych
Weryfikacja działań
naprawczych
Określamy jakie istnieje prawdopodobieństwo wykrycia danej wady
w procesie kontroli.
W Polsce przyjęto określać wykrywalność literą T (od
sformułowania "trudność wykrycia"), według terminologii
angielskiej stosuje się literę D.
Wykrywalność błędu określamy według skali 1-10, gdzie 1 oznacza,
że błąd jest wykrywany prawie zawsze, a 10 iż jest prawie
niemożliwy do wykrycia.
Obliczamy wskaźnik ryzyka wystąpienia błędu C, który jest równy
iloczynowi prawdopodobieństwa wystąpienia, znaczenia dla klienta
i trudności wykrycia. Współczynnik określa poziom ryzyka
związanego z wystąpieniem poszczególnych błędów.
C=P*Z*T
Według angielskiej terminologii wskaźnik ryzyka nazywa się: Risk
Priority Number (Liczbą Priorytetową Ryzyka) i oznaczamy go
skrótem RPN, wzór na jego obliczanie ma następującą postać:
RPN= S*O*D
Współczynnik wskaźnika ryzyka może przyjmować liczby z
przedziału od 1 do 1000.
Porządkujemy błędy w kolejności malejącej liczby C (RPN).
Niniejszy etap ma wskazać, które błędy są dla nas najważniejsze.
Najlepiej podejmować działania naprawcze zaczynając od błędów
dla których wartość parametru C (RPN) jest największa.
Dla każdego rodzaju błędu, który może wystąpić w danym wyrobie
możemy opracować program działań naprawczych, mających na
celu zmniejszenie liczby C (RNP). Działania naprawcze mogą
postępować w trzech kierunkach:
• Zmniejszać prawdopodobieństwo wystąpienia błędu
• Zmniejszać znaczenie błędu
• Zwiększać prawdopodobieństwo wykrycia błędu
Przy czym należy w tym miejscu wyraźnie zaznaczyć, że główne
działania powinny być nastawione na zapobieganie błędom, a nie na
ich wykrywanie. Dlatego w pierwszej kolejności należy zająć się
prawdopodobieństwem wystąpienia błędu i jego znaczeniem, a
dopiero potem zwrócić uwagę na jego wykrywalność.
Należy szacunkowo określić wartości liczb P, Z, T, C, jakie mogą
przyjąć, po wprowadzeniu zaproponowanych zmian.
Dla wszystkich działań naprawczych jakie mają zostać podjęte
należy sporządzić dokładny harmonogram, określający w jakim
terminie konkretne zadanie zostanie podjęte i kto jest za nie
odpowiedzialny.
Zgodnie z zasadą koła Demniga PDCA po zaplanowaniu i
wdrożeniu działań przychodzi czas na sprawdzenie czy efekty
działań są w rzeczywistości zgodne z zamierzeniami. Po wykonaniu
czynności naprawczych należy ponownie przeprowadzić analizę
FMEA w celu porównania rzeczywistych liczb P, Z, T, C po
wykonaniu akcji zapobiegawczych z uprzednio planowanymi. Jeżeli
niezgodności są istotne należy ponownie przejść do etapu określenia
działań naprawczych, przeanalizować dlaczego działania nie
przyniosły zamierzonych rezultatów i sformułować nowy program
akcji zapobiegawczych.
Źródło: Opracowanie własne.
Wywiady
Arkusze kontrolne
Analiza Pareto
Histogramy
Analiza Pareto
Burza mózgów
Burza mózgów
3. Komputerowe wspomaganie w metodzie FMEA
Występująca w ostatnich latach intensywna komputeryzacja obejmuje kolejne obszary
procesów zarządzania. Metoda FMEA jest metodą stosunkowo łatwo poddającą się
skomputeryzowaniu. Komputeryzacja metody FMEA w najprostszej postaci może polegać na
zastosowaniu oprogramowania tylko i wyłącznie do wspomagania danej metody, bez
powiązania z systemami wspomagania zarządzania zastosowanymi w danym
przedsiębiorstwie. W takiej sytuacji występują niskie koszty komputeryzacji metody
ograniczające się w zasadzie do zakupu odpowiedniego oprogramowania, przeszkolenia
pracowników z niego korzystających i ewentualnego przystosowania hardware do wymagań
programowych. Jest to przypadek najprostszy i właśnie nim będziemy się zajmować w
niniejszym artykule.
Można także stosować komputeryzację metody FMEA w powiązaniu z
komputeryzacją wszystkich obszarów zarządzania w przedsiębiorstwie. Taka sytuacja
znacznie usprawnia proces analizy i zwiększa jej efekty dzięki możliwości łatwego przepływu
danych pomiędzy działami, komórkami organizacyjnymi, poszczególnymi projektami i
stosowanymi metodami. Jednak zintegrowana komputeryzacja całego przedsiębiorstwa wiąże
się także ze stosunkowo dużymi kosztami na które tylko dobrze prosperujące podmioty
gospodarcze mogą sobie pozwolić.
Programem, wspomagającym analizę FMEA, który przedstawimy w niniejszym
artykule jest program Relex 7.1 firmy Relex Software. Program umożliwia przeprowadzenie
pełnej analizy FMEA, włącznie z określeniem działań naprawczych i kontrolą nad ich
wykonaniem. Dane zebrane w celu przeprowadzenia analizy FMEA mogą być wykorzystane
w innych modułach programu zajmujących się analizami: drzewa błędów, niezawodności,
itp., którymi w niniejszym artykule nie będziemy się bliżej zajmować. Wszystkie moduły
omawianego programu są wzajemnie zintegrowane i zmiana parametrów w jednym z nich
powoduje analogiczną zmianę we wszystkich modułach programu.
Na początku analizy definiujemy produkt, dla jakiego będziemy przeprowadzali
analizę FMEA. Każdy produkt może składać się z wielu podzespołów, a te z wielu części.
Program przedstawia strukturę produktu w postaci drzewa, która została pokazana na
rysunku 2:
Rysunek 2. Struktura produktu
Dla każdej części możemy podać dodatkowe dane dotyczące jej opisu, numeru, kodów
używanych w przedsiębiorstwie, itp. Wymienione dane ułatwiają dalszą identyfikację części i
kontrolę nad podjętymi akcjami zapobiegawczymi.
Rysunek 3. Definiowanie elementu w programie Relex 7
Po zdefiniowaniu części powinniśmy dla niej określić rodzaj potencjalnych błędów.
Następnie określamy wskaźnik znaczenia (sewerity) jaki występuje dla danego rodzaju błędu.
Definiując rodzaje błędów możemy skorzystać z wbudowanej biblioteki błędów, w której
znajdują się wszystkie błędy, które dotychczas wystąpiły w danym projekcie. Wykorzystanie
biblioteki błędów uwalnia użytkownika od wielokrotnego wprowadzania tych samych
rodzajów błędów, które mogą występować dla różnych części. Podczas pracy z programem
następuje bieżąca aktualizacja danych zawartych w bibliotekach. Wprowadzone zmiany w
treści przyczyny, skutku, lub innych danych zawartych w odpowiedniej bibliotece są
wprowadzane w całym projekcie.
Rysunek 4. Definiowanie błędu i jego znaczenia
W kolejnym etapie pracy dla każdego błędu określamy przyczyny jakie mogą go
powodować. Każdemu zdefiniowanemu błędowi można za pomocą programu przypisać wiele
przyczyn, które go wywołują. Przy pomocy omawianego programu można jednocześnie
analizować wiele części, dla każdej definiując różne rodzaje błędów i różne przyczyny.
Zależności pomiędzy występującymi elementami są przedstawiane przy pomocy drzewa
część / błąd / przyczyna. Niniejszy przykład przedstawia jedną część, jeden występujący błąd
i cztery przyczyny, które go wywołują.
Rysunek 5. Drzewo części, błędów i przyczyn
Podczas definiowania przyczyn można skorzystać z biblioteki przyczyn. Dla danej
przyczyny zawartej w bibliotece przyczyn, podobnie jak dla poszczególnych elementów
innych bibliotek możemy dodawać komentarze. Na rysunku 6 przedstawiamy przykładową
bibliotekę dotyczącą przyczyn wad.
Rysunek 6. Biblioteka przyczyn błędów
Następnie dla każdej przyczyny błędu określamy jakie jest prawdopodobieństwo jej
wystąpienia (occurrence) w skali 1-10. Kolejno określamy sposób kontroli za pomocą którego
możemy wykryć dany błąd (możemy w tym miejscu posłużyć się biblioteką sposobów
kontroli) i określamy w skali 1-10 wykrywalność (detection) danej przyczyny. Na podstawie
podanych liczb: znaczenia błędu, prawdopodobieństwa wystąpienia i wykrywalności
komputer oblicza wskaźnik Liczby Priorytetowej Ryzyka RPN, który jest iloczynem wyżej
wymienionych liczb.
Po zanalizowaniu występujących błędów ich przyczyn i wykrywalności powinniśmy
określić sposoby mające na celu zmniejszenie liczby ryzyka RPN. Dla każdej przyczyny
określamy akcje zapobiegawcze, jakie należy podjąć w celu zmniejszenia liczby RPN, kto jest
za to działanie odpowiedzialny i do kiedy powinien wykonać zadanie. Po wykonaniu działań
zapobiegawczych wypełniamy pole dotyczące działań rzeczywiście podjętych, które w
praktyce nie zawsze są identyczne z działaniami planowanymi. Po przeprowadzeniu
procedury naprawczej określamy nowe liczby znaczenia, prawdopodobieństwa wystąpienia i
wykrywalności dla danego błędu i danej przyczyny, a następnie na tej podstawie obliczamy
nową Liczbę Priorytetową Ryzyka RPN, która powinna być wyraźnie mniejsza od liczby
przed przeprowadzeniem działań zapobiegawczych.
Rysunek 7. Analiza FMEA dla danej przyczyny błędu
Podsumowanie
Zastosowanie komputeryzacji może w znaczący sposób usprawnić proces wykorzystania
metody FMEA w przedsiębiorstwie dzięki:
• automatyzacji obliczeń liczb RPN,
• możliwości wykorzystania bibliotek wad, przyczyn, akcji zapobiegawczych itp., z których
można wielokrotnie korzystać,
• ograniczeniu wielokrotnego powtarzania tych samych operacji wpisywania: wad,
przyczyn, akcji zapobiegawczych, osób odpowiedzialnych, itp.,
• uniknięcia ręcznego rysowania i wypełniania tabel,
• ograniczeniu zużycia papieru,
• pozwala na przypisanie działaniom zapobiegawczym osób odpowiedzialnych za ich
wykonanie,
• prostemu i szybkiemu wprowadzeniu zmian i poprawek (co sprawia duże trudności i jest
bardzo czasochłonne przy tradycyjnej "papierowej" analizie),
• możliwości integracji z systemem komputerowego zarządzania w przedsiębiorstwie, w
celu jeszcze większej automatyzacji pracy.
Komputerowe wspomaganie metody FMEA jest już stosowane w polskich
przedsiębiorstwach. W Polsce najczęściej stosowanym programem służącym do wspomagania
analizy FMEA jest moduł Q-FAIL programu Q-PACK.
Literatura:
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Książki i czasopisma.
Hamrol A., Mantura W.: Zarządzanie jakością. Teoria i praktyka. PWN, Warszawa-Poznań 1998.
Indebski R.:FMEA - analiza skutków i potencjalnych przyczyn błędów (Failure Mode and Effects
Analysis) w ISO 9000. w: Łatwy i skuteczny sposób uzyskania certyfikatu jakości tom 1. Forum, Poznań
1999.
Jednoróg A., Koch T., Zadrożny R.: Metody i techniki zapewnienia jakości o szczególnym znaczeniu dla
przemysłu motoryzacyjnego. "Problemy Jakości", nr 1, 2000.
Meller A: Metoda analizy przyczyn i skutków wad (FMEA), "Przegląd Organizacji", nr 4, 1994.
Q-PAK. Zintegrowany system zarządzania jakością wg norm ISO 9000, QS 9000, TQM-SOFT,
Kraków.
Relex 7. Visual Reliability Software. Tutorial Manual. Relex Software Corporation, Greensburg USA.
Scheucher F.: Analiza przyczyn i skutków wad FMEA (FMEA - Failure Mode and Effects Analysis) w
Praktyczne zarzadzanie jakością, Weka, Warszawa, 1997.
2
Strony internetowe.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
Definitions and Acronyms, www.fmeca.com/ffmethod/definiti.htm
Failure Mode and Effects Analizys, www.qualityi2.com/qi2_fmea.htm
FMEA - Failure Mode & Effects Analizys, ren.netconnect.com.au/~suds/
FMEA - History, www.fmeca.com/ffmethod/history.htm
FMEA - Quick Reference Guide, www.quality-one.com/fmearef.htm
FMEA Process Summary, www.fmeca.com/ffmethod/fmeaproc.htm
FMEA: Failure Mode and Effects Analizys, www.tm.tue.nl/race/ce/fmea_2.html
FMECA - Definition of FMECA terms, www.pmaint.com/index.html/index.html/EFMECADefine.html
Guidelines for auditing FMEA’s per QS 9000, www.quality-one.com/fmeacri.htm
Stages in an FMEA, www.qualityprogress.co.uk/steps.htm
System-FMEA, www.smqe.de/smqe/fmea/fail.htm
Understanding Failure Modes, www.fmeca.com/ffmethod/understa.htm
White Paper - FMEA, www.roseinformatik.com/fmea.html
Why use FMECA, www.pmaint.com/index.html/index.html/EFMECAWhy.html
3
3.1
Programy komputerowe
FMEA Facilitator
3.2
Relex 7.1, Relex Software Corporation
Proces /
Produkt
Rodzaj błędu
Źródło: Opracowanie własne.
Skutki błędów
Znaczenie
błędu
Z
Przyczyna błędu
Prawdopodobieństwo
wystąpienia
P
Wykrywalność
błędu
T
Wskaźnik
ryzyka
C
Rodzaj błędu
(w kolejności od
największej do
najmniejszej liczby
C)
Wskaźnik
ryzyka
C
Źródło: Opracowanie własne
Działania naprawcze
Oszacowanie wartości
parametrów jakie
powinny być po podjęciu
działań naprawczych
P
Z
T
C
Odpowiedzialny za
wykonanie działań
naprawczych i data
zakończenia
Rzeczywiste wartości
parametrów po
wdrożeniu działań
naprawczych
P
Z
T
C
Organizacyjne
•
Ekonomiczne
•
Obniża koszty
Socjo-psychologiczne
Dla przedsiębiorstwa
Dla klienta
•
•
Pozwala pracownikom na
dogłębne poznanie
wyrobów i procesów w
przedsiębiorstwie
Umożliwia integrację
pracowników dzięki
wykorzystaniu pracy
zespołowej
•
Zwiększa
zadowolenie klięta
dzięki ograniczeniu
wad produktu