ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДУ FMEA АНАЛІЗУ ТА ПРИКЛАД ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ
1 Постановка задачі
Вся історія розвитку світу свідчить про постійне прагнення людини до вдосконалення всього, що його оточує. Ця тенденція проявилася і в системі якості. Істотні зміни, звичайно у бік поліпшення, зазнали міжнародні стандарти ISO серії 9000. Нова версія (2000р.) стандартів несе в собі ідею безперервного вдосконалення, одним з інструментів якого є коригувальні та запобіжні дії. Проведення останніх передбачається в рамках аналізу потенційних дефектів, виявлення місця можливого прояву відмов і прийняття заходів для уникнення їх появи.
Як показано на рис. 1, взятому з роботи Харрінгтона [2] і показує щільність ймовірності виникнення помилки у функції часу - етапів створення, найчастіше помилки бувають на етапах проектування і підготовки виробництва. Це говорить про те, що процеси на цих етапах слід ретельно аналізувати з метою попереднього виявлення місць можливого прояву відмов.
Рисунок 1 - Закон розподілу помилок
Раціональність проведення подібного аналізу підтверджується і з точки зору економіки. Раннє розпізнавання потенційних помилок і прорахунків позбавляє від дорогого виправлення дефектів. Краще передбачати можливі помилки і своєчасно виключати їх, ніж з запізненням займатися проблемами виправлення недоліків, після того як вони з'явилися. Тим більше економія, чим раніше будуть виявлені помилки в ланцюзі "планування продукції, її розробка, виготовлення зразка, установча (пілотна) серія, серійне виробництво, експлуатація споживачем".
У відповідності з "Правилом десяти" зразкове співвідношення між витратами на усунення помилок на виділених етапах виглядає наступним чином: якщо виявлення і усунення дефектів на етапі проектування зажадає витрат у розмірі, наприклад, Q гривень, то усунення цієї помилки на стадії підготовки обійдеться 10Q, на стадії виробництва - 10х100Q = 1000Q, на стадії контролю - 10x100x1000Q = 1000000Q, а у споживача - вже складе 10000000000Q. Але якби ця помилка була виявлена методом FMEA як потенційна, на стадії маркетингу, то її усунення обійшлося б всього 0,1 Q. Отже, якщо помилка була зроблена на етапі планування виробництва, а виявив її вже споживач, то її усунення обійдеться в 0,1 х1х10х100х1000х10000Q = 1000000000Q. Міркуючи аналогічним чином можна простежити залежність між витратами на усунення помилки, місцем її виникнення і часом її виявлення.
Залежність між витратами на усунення помилкиА від етапу на якому проводиться її усунення (всього етапів N=6), та етапу її виявленяn, при умові що усунення на етапі n оцінюється в Q гривень можна записати як:
A=10(N-n), ( 1)
де N=1, 6: 1 – етап маркетингу; 2 – етап проектування; 3 – етап підготовки виробництва; 4 – етап виробництва; 5 – етап контролю; 6 – етап експлуатації.
Для ілюстрації сказаного, в таблиці 1 приведено витрати на усунення помилки в залежності від етапу на якому воно проводиться, при умові, що вартість усунення помилки на етапі підготовки виробництва (n=3) рівнялась Q гривень.
Таблиця 1 Залежність витрати на усунення помилки при її виявленні на етапі підготовки виробництва (n=3) від етапу її усунення
| Етапи життєвого циклу (N) | Маркетинг (1) | Проект. (2) | Підгот. вир. (3) | Виробн. (4) | Контроль (5) | Експл. (6) |
| Витрати на усунення помилки (грн..) | 0,01·Q | 0,1·Q | Q | 10·Q | 100·Q | 1000·Q |
Одним з методів попередження появи помилок є використання FMEA (FailureModeandEffectsAnalysis - аналіз характеру та наслідків відмов) - методології. Розглянемо суть даної методології, процедура та умови ефективного застосування FMEA. Крім того, розглянемо основні види FMEA, економічні аспекти його застосування, типові форми оцінки і представлення результатів аналізу, а також порядок його проведення.
2 Опис методу FMEA
2.1 Суть, призначення і область застосування
Метод FMEA з'явився в США в середині шістдесятих років і був використаний вперше при розробці проекту космічного корабля "Аполлон", а потім в медицині і ядерній техніці. У 80-ті роки метод отримав подальший розвиток під назвою FMEA і знайшов застосування також в автомобільній та інших галузях промислового виробництва США, а потім у Європі та Японії. У деяких областях промислового виробництва метод став основою забезпечення якості.
Метод FMEA - це систематизована сукупність заходів, метою яких є виявлення місця можливого перебування потенційних відмов продукції та процесу, визначення дій, які можуть усунути або зменшити ймовірність їх виникнення, і документування всіх цих заходів.
Метод FMEA допомагає виробникам запобігти появі дефектів, підвищити безпечність продукції та задоволеність споживачів. Цей метод націлений на "впровадження" якості в продукцію, тому він повинен застосовуватися якомога раніше, принаймні, до початку виробництва. Разом з тим його застосування може виявитися корисним і для виготовленої продукції та функціонуючого процесу [3].
Суть цієї методології базується на трьох положеннях.
Перше положення. Будь який дефект (відмова) розглянутого виробу (або вузла) може бути досить повно охарактеризований всього трьома критеріями:
- значимістю, яка вимірюється з точки зору тяжкості наслідків даного відмови;
- відносною частотою (ймовірністю) появи;
- відносною частотою (ймовірністю) виявлення даного дефекту (відмови) або його причини ще на підприємстві-виробнику.
Для кожного з цих критеріїв є своя шкала експертних оцінок в діапазоні від 1 до 10. Причому ця шкала зростаюча, тобто чим більше значимість або частота появи відмови, тим вище відповідні оцінки.
Інтегральна (узагальнена) оцінка критичності даного відмови обчислюється як добуток трьох оцінок по трьом вказаним критеріям і являє собою пріоритетний коефіцієнт ризику. Ця узагальнена оцінка може приймати значення від 1 до 1000, причому, чим вона вище, тим більше шкоди може принести даний дефект (відмову). Отримана оцінка порівнюється з прийнятим на підприємстві граничним значенням пріоритетного коефіцієнта ризику. Якщо вона більше за нього, то це означає, що дана конструкція і / або технологія мають бути доопрацьовані.
Друге положення- роботи над проектом ведеться "перехресно-функціональної" командою. Дана команда повинна складатися з різнорідних фахівців.
У випадку, коли передбачається спочатку розробка конструкції обєкту, а потім розробка процесів його виробництва, метод FMEA може бути розділеним на два етапа:
- етап відпрацювання конструкції (Desigen FMEA (DFMEA), або FMEA конструкції);
- етап відпрацювання виробничого процесу (Process FMEA (PFMEA), або FMEA процесу).
Працюють подібні команди методом "мозкового штурму" по 3-6 годин на день в приміщеннях і умовах, максимально сприятливих для творчої діяльності. У випадках, коли конструкція і технологія нерозривні, створюється єдина FMEA-команда, яка відразу розглядає як конструкцію, так і процес виробництва виробу.
Третє положення - вимога високої професійної кваліфікації всіх членів FMEA-команди, що мають значний практичний досвід роботи з аналогічними виробами і технологіями в минулому.
У світлі відповідальності за якість продукції, цей метод визначає технічний рівень продукції з точки зору запобігання помилок, тобто виявлення потенційних помилок і оцінки тяжкості наслідків для замовника (зовнішньої сторони), а також усунення помилок або зменшення ступеня їх впливу на якість (висновки для внутрішньої сторони). Аналіз конструкції заснований на теоретичних знаннях та інформації про минулий досвід. Аналіз проходить паралельно самому процесу розробки, надає йому документовану форму. Він ніби узагальнює всі пошуки і міркування в процесі розробки. Зниження ризику появи помилок, які викликають незадоволеність споживача і втрату у нього інтересу до продукції, є найважливішим елементом для збереження конкурентоспроможності.
На етапі відпрацювання конструкції методом FMEA (Desigen FMEA (DFMEA)) вирішуються такі завдання:
отримання відомостей про ризик альтернативних варіантів;
визначення "слабких" місць конструкцій і знаходження заходів щодо їх усунення;
скорочення дорогих експериментів.
На етапі відпрацювання виробничого процесу методом FMEA (Process FMEA (PFMEA)) вирішуються завдання:
прийняття рішень про придатність альтернативних процесів і обладнання при попередньому плануванні та визначенні найкращих з них;
виявлення "слабких" місць і прийняття заходів щодо їх усунення при плануванні виробництва;
підготовка серійного виробництва;
виправлення процесів серійного виробництва, які виявляються нестабільними або нездатними.
Найбільш часто метод FMEA застосовують при:
розробці нових виробів;
розробці нових матеріалів і методів;
зміні продукції, процесу або операції;
нових умовах застосування існуючої продукції;
недостатніх можливостях технологічного процесу;
обмежених можливостях контролю;
використанні нових установок, машин або інструментів;
високій частці браку (відмов);
виникненні ризику забруднення навколишнього середовища, безпеки;
істотні зміни організації роботи.
В даний час метод FMEA застосовується як у технічних, так і інших галузях. При цьому він може бути продуктивно використаний при аналізі закупівель, організації роботи, програмному забезпеченні і в інших випадках.
FMEA - це ефективний інструмент підвищення якості як для розробників і конструкторів, так і інженерів, пов'язаних з організацією праці, процесами і виробництвом. Він дозволяє ідентифікувати недоліки способу і самої продукції при нових розробках.
FMEA - це загальноприйнятий і самостійний інструмент, який підготовляє базу для подальшого застосування аналітичних та статистичних методів.
Структура FMEA містить відомі елементи методик структурування, аналізу та оцінки разом з переліком заходів та обов'язковими контрольними нормативами.
FMEA вимагає від людини, яка застосовує цей метод, систематичного документування своїх міркувань та ідей. Все це дозволяє заздалегідь оцінити ризик від появи невідповідностей і знизити або взагалі уникнути витрат на усунення наслідків відмов. Таким чином, при послідовному застосуванні методу FMEA можна з самого початку виявити потенційні невідповідності і уникнути їх появи у продукції.
Слід звернути увагу на необхідність уважного розгляду особливостей методу FMEA і цілей його застосування. Цей метод, що дозволяє виключити помилки на ранній стадії створення продукції і процесів, виходить насамперед з їх деталізації та суворого обліку всіх виконуваних функцій. Він володіє значною ефективністю при створенні конкурентоспроможної продукції в короткі терміни і значно економить час та кошти. Однак цей метод не є всеосяжним. Він, наприклад, не забезпечує аналізу та узагальнення побажань замовників (покупців). Який об'єм багажного відділення повинен бути в новому легковому автомобілі - великий, середній або маленький? Тобто, при формуванні переліку показників якості допоміг би метод "QFD" (QualityFunctionDeployment). Метод QFD здійснює зв'язок між очікуваннями замовника і характеристиками продукції, компонентами комплексної продукції, процесами виробництва, а також окремими технологіями для того, щоб визначити потреби у поліпшенні з урахуванням виконання очікувань замовника і зростаючої конкуренції.
При оцінці надійності всієї системи з урахуванням усіляких відмов був би доцільний метод графів. На інших етапах досліджень буває необхідно і корисно застосування також статистичного регулювання процесів, методу Тагуті та інших. Тому для створення конкурентоспроможної продукції в короткі терміни підприємство саме має вирішити, який набір методів аналізу і планування, додатково до FMEA, доцільно застосувати для даної продукції і конкретних умов. Тільки при вдалому сукупному підборі таких методів, система якості буде активно функціонувати і відповідати вимогам МС ІСО 9001 -2000, а підприємство матиме стабільно високі прибутки. Задоволений споживач є кращим показником якості продукції та ефективної організації роботи!
Підводячи деякий підсумок, можна виділити наступні особливості розглянутого методу:
1. Прогнозування невідповідностей (помилок) і превентивність при забезпеченні якості.
2. Систематичні дії, які виконуються за формалізованої і апробованої багатьма підприємствами методикою з застосуванням типових формулярів, які будуть розглянуті нижче. Все це дозволяє, з одного боку, виявити і зобразити в логічній послідовності та взаємозв'язку потенційні помилки, і за допомогою кількісного показника оцінити в зв'язку з цим ризик підприємства, а, з іншого боку, накопичити відповідний досвід для наступних розробок і вдосконалень.
3. Колективний підхід. FMEA зазвичай проводить робоча група, складена з фахівців різних служб і відділів з метою:
використання більшого обсягу знань і досвіду. Досвід роботи має істотне значення для ефективного використання методу FMEA при оцінці якості розробок;
одночасного, а не послідовного прийняття рішення;
мотивації якісної праці.
4. Функціональнийрозгляд, тобто метод має цілеспрямоване значення для аналізу функцій систем, конструкцій і процесів, контролює виконання поставлених завдань (відповідно до технічного завдання, кресленням або робочим планом).
5. Критичний аналіз для виявлення по можливості всіх потенційних відмов, слабких місць або ризиків. Аналіз дозволяє намітити способи зниження ризику та оцінки.
6. Творчий підхід при реалізації методу на всіх стадіях аналізу. Виявлення помилок, причин їх появи, оцінка наслідків та виконання інших робіт вимагає аналітичного, творчого мислення. Таке мислення, підтримуване застосуванням різних методів колективної роботи, потрібно і при пошуку ідей і способів зменшення ризику. Фахівцям, виконуючим такий аналіз, доводиться стикатися з багатоваріантністю рішень, яка може призвести до певних розбіжностей у учасників. Але можливість багатоваріантного рішення і вибору найбільш ефективного (або ефективних) з них - це, безумовно, удача і, як правило, результат грамотної організації роботи. У таких випадках необхідно застосувати обгрунтований вибір критеріїв відбору варіантів. Добре, якщо такі критерії будуть мати числові характеристики, і при цьому представлені у вигляді математичних залежностей від факторів впливу. Тоді аналіз переваг варіантів буде зведений до елементарного порівнянні числових значень узагальнених показників.
7. Деталізація. Метод розглядає ризик застосування окремих елементів об'єктів у відповідності з заданими функціями. Аналіз дає картину відмови системи в цілому на основі вивчення відмов окремих компонентів. Комбінація відмов не розглядається.
8. Метод FMEA є формалізованим аналітичним методом для систематизованого і повного визначення та усунення потенційних помилок при плануванні, конструюванні, на виробництві.
9. Перевага методу полягає в тому, що його можна застосовувати на ранніх, найбільш важливих стадіях планування та створення продукції і процесів.
2.2 Основні види FMEA
Метод FMEA спочатку застосовувався зазвичай тільки при аналізі конструкцій або процесів (класичні методи FMEA конструкції та FMEA процесу). Тим часом, метод FMEA розвивався далі. Сьогодні мова йде вже про FMEA комплексної системи. Тепер як продукція, так і відноситься до неї виробничий процес, розглядаються як системи, які знаходяться у взаємозв'язку. Одну частину називають FMEA системи конструкції, а іншу - FMEA системи процесу (рис. 2) [5].
У класичному методі FMEA конструкції (DFMEA) розглядаються відмови конструкції, що стосуються функцій продукції. За допомогою використання методу FMEA в даному випадку можна виявити проблеми, які будуть призводити до виникнення небезпеки, несправності виробу або скорочення його терміну служби. Ключове питання: "Як виріб може стати дефектним?" Пошук причини (першопричини) - це слабкі місця конструкції. FMEA конструкції аналізує тільки самі компоненти (вузли та / або деталі) щодо виконання описаних функцій. Підфункції (і виконують їх елементи) упорядковуються за допомогою аналізу вихідної функції і доповнюються відомими та потенційними видами відмов. FMEA конструкції включає весь комплекс ноу-хау проектування при критичному розгляді проекту для досягнення кращого результату. FMEA конструкції проводять з урахуванням технічного завдання для уникнення помилок як у конструкції самого продукту і його елементів, так і відповідних помилок у процесах, обумовлених особливостями конструкції.
Рисунок 2 - Взаємозв'язок деяких видів FMEA
Класичний метод FMEA процесу є частиною методу FMEA системи процесу. Він може бути також взаємопов'язаний з методом FMEA конструкції і витікати з нього. У рамках класичного методу FMEA процесу розглядаються відмови, що стосуються окремих етапів процесу, а також залежні відмови на підставі попередніх етапів процесу і відмов елементів виробу. До оцінюваним наслідків можуть ставитися як наступні етапи процесу, так і характеристики продукції. Аналізують усі особливості конструкції щодо спланованого технологічного процесу (виготовлення і контролю) і визначають відповідність виготовлення вимогам креслень і переліку обов'язків виконавців. Тут ключове питання: "Як відмови і збої в процесі можуть вплинути на продукцію, ефективність процесу або безпеку?"
FMEA процесів використовується при плануванні процесу та його організації з урахуванням вимог проектувальників і конструкторів, закладених в технічній документації (кресленнях, специфікаціях та ін.) Метою такого дослідження є забезпечення якості продукції, втіленого в технічній документації.
2.3 Економічні основи застосування методу
Досвід зарубіжних підприємств показує, що відчутні результати від впровадження методології FMEA з'являються вже через 12-18 місяців після початку освоєння методології, і далі забезпечується стійкий позитивний ефект на рис.3 наведено типове співвідношення витрат і зиску від застосування FMEA-методології. Слід зазначити, що в наведених графіках враховані витрати на навчання і додатковий час роботи висококваліфікованих фахівців у FMEA-командах.
Рисунок 3 - Співвідношення витрат і вигод від застосування FMEA-методології
Економічні розрахунки по ефективності застосування методу FMEA повинні враховувати наступні позитивні фактори:
попередження дефектів у конструкції і технології;
як виняток відкликання продукції через пропущені помилок, зниження небезпеки зворотного відкликання виробів за рахунок систематичного відстеження виникнення помилок;
розпізнавання слабких місць, підвищення ефективності системи якості;
систематичний аналіз сучасних досягнень (ноу-хау) для уникнення повторних дефектів;
виконання вимог замовника, збереження і підвищення конкурентоспроможності, а також авторитету (іміджу) фірми;
інформованість співробітників, краще розуміння завдань і усвідомлення необхідності якості - мотивація якісної праці;
виняток кризової ситуації;
скорочення термінів проектування, зменшення обсягів дорогих випробувань;
планування на ранніх стадіях засобів виробництва і контролю, оптимізація використання всіх ресурсів;
ослаблення впливу "бар'єрів" між службами.
Слід мати на увазі, що початкове використання методу FMEA вимагає значних витрат. Тільки при достатньому накопиченні досвіду застосування та статистичних даних з причин порушення працездатності та ймовірності їх прояву, витрати не тільки швидко окупаються, а й дають значний економічний ефект відповідно згаданого вище "Правилу десяти".
Є досвід скорочення витрат на проведення FMEA за допомогою класифікації аналізованих елементів на типові (стандартні) і специфічні. Типові елементи конструкції або процесу з основними функціями повторюються при створенні нової продукції і процесів або їх модернізацій. Типові елементи при FMEA конструкції мають назву, наприклад: зубчасті передачі, підшипники, муфти та інші. При цьому FMEA процесу складається незалежно від виду продукту для типового (стандартного) етапу роботи. Аналіз типових елементів в узагальненому вигляді не містить оцінки ризику, яка виробляється лише для конкретних умов і доповнює стандартні розробки. При користуванні типовими елементами необхідно при розгляді конкретної продукції або процесу додатково мати опису специфічних вимог і умов роботи, які будуть потрібні при числовий оцінці показників ризику.
3 Процедура FMEA
2.3.1 Підготовка та планування проведення FMEA
Метод FMEA, хоча і формалізований, вимагає творчого підходу, знань і досвіду.
3.1.1 Планування.Постановка цілей і завдань
Підприємства, що беруть за основу діяльності сучасні методи забезпечення якості та конкурентоспроможності, зазвичай мають на службу "Управління якістю" спеціально підготовленого координатора, наділеного повноваженнями з визначення місця і завдань проведення FMEA, планування та координації проектів FMEA, забезпеченню методичними вказівками і вирішення питань проведення відповідного навчання .
3.1.2 Формування робочої групи та підготовка до роботи
Формування робочої групи. У практичних умовах аналіз за методом FMEA проводиться при груповій роботі за участю співробітників зацікавлених служб і відділів: планування, проектного, конструкторсько-технологічного, виробничого, управління якістю, експериментального та ін. Для ефективної роботи число учасників звичайно не повинно перевищувати 4 -5 осіб. Відповідальність проведення FMEA лежить на тому відділі, який безпосередньо розробляє аналізований об'єкт; наприклад, відповідальність за аналіз системи лежить на проектному відділі, конструкції - на представнику проектного або конструкторського відділу (розробника розглянутої конструкції), процесу - виробничого або технологічного відділів. Бажано також запрошувати представників з боку.
При аналізі діючих виробничих процесів буває також корисно об'єднання в групу учасників, що виконують окремі операції.
Робочі групи можуть у процесі роботи розширюватися для виконання спеціальних завдань.
Кожен з учасників привносить в групову роботу свої професійні знання та досвід у тій сфері, яку охоплює служба, відрядженим його для участі в FMEA. Але для успішної роботи групи буває, необхідний фахівець, який може мати менш глибокі знання з окремих інженерних напрямків, порівняно з фахівцями відповідних служб, але зате має досвідом і знаннями в організації проведення самого аналізу. Такого фахівця називають модератором. Модератор бере участь у плануванні проектів FMEA, готує, організовує, цілеспрямовано координує та активізує роботу групи; оцінює і представляє результати роботи групи; інформує учасників за запланованим і вже проведеним FMEA; бере на себе програмне та комп'ютерне забезпечення. Модератор може брати участь у роботі декількох груп. Модератор зазвичай підпорядкований відділу - розробнику досліджуваного об'єкта. Як вже згадувалося раніше, відповідальним виконавцем проекту FMEA є той відділ (спеціаліст, який представляє його), який розробляє досліджуваний об'єкт.
Навчання учасників групи методиці проведення FMEA. Бажано починати з інформаційного семінару для керівництва. Окремі семінари бажано організувати для модераторів і координаторів, а потім вже провести семінар для учасників робочої групи.
Збір і вивчення матеріалів, необхідних для проведення аналізу.
До матеріалів, зібраних робочою групою, зазвичай відносять:
• креслення, специфікації;
• технологічні схеми;
• цілі якості по даному виду продукції;
• список найважливіших проблем управління якістю;
• технічні вимоги до системи;
• дані про взаимозависимостях;
• законодавчі документи, норми, вимоги техніки безпеки;
• протоколи, карти збору інформації, плани введення;
• описи функцій;
• інформацію про проблеми самої продукції, застосовуваних методів, матеріалах;
• інформацію про порівнянних видах продукції, що випускаються підприємством;
• плани проведення контролю порівнянних видів продукції;
• каталоги з описом причин, видів невідповідностей та їх наслідків;
• перелік прийнятих заходів з попередження невідповідностей і контрольних заходів;
• перелік критеріїв виникнення відмов, їх значень, частоти появи;
• звіти про проведені експериментах;
• формуляри FMEA, розрахункові програми.
Безумовно, до кожного виду аналізу якого об'єкта потрібні не всі перераховані документи та матеріали, а іноді й інші додаткові відомості. Якщо в якості процесу розглядається випробування продукції, то кожен учасник з аналізу планування випробувань повинен мати документацію у вигляді попередніх схем випробувань та інформацію про всі методи випробувань, випробувальних засобах та обсягах випробувань. При плануванні виробництва і зборі матеріалу враховують також ті обставини, коли учасникам групи доведеться приймати рішення по всіх технологічних східцях і операціями, а також по використовуваних робочих засобів.
Якщо підприємство вперше починає застосовувати FMEA, то деяких з перерахованих матеріалів може взагалі не виявитися. Але так як без них неможливо провести аналіз і пошук потенційних причин відмов, а також забезпечити в цілому конкурентоспроможність продукції і життєздатність підприємства, то необхідно організувати збір необхідної інформації по минулому досвіду роботи і передбачити систематичне його поповнення. Цьому, до речі, і допоможе регулярне застосування методу FMEA.
3.2 Структурування та функціональний аналіз
Для проведення аналізу необхідно розглядати стан об'єкта як вихідну ситуацію. При цьому передбачається, що всі його компоненти справні. Якщо можуть бути кілька станів об'єкта (внаслідок різних функцій при певній експлуатації), то відповідно проводиться роздільний аналіз.
Метод FMEA передбачає обов'язкову структуризацію об'єкта з визначенням та аналізом виконуваних ним функцій.
Деталізація об'єкта (ієрархічний поділ об'єкта за функціональними ознаками на системи, підсистеми і т.д.) дозволяє найбільш точно врахувати функціональні ознаки роботи об'єктів і грамотно використовувати накопичений досвід роботи. Потрібно мати чітку ясність відносно технічних функцій кожної системи і подфункций її елементів. При аналізі конструкції виділяють вузли, підвузли та деталі, а процесів - окремі етапи роботи. Важливими є ті функції, які переносять розглянутий елемент на розташовану вище за ієрархією систему. Таким чином, тут необхідне проведення аналізу комплексної системи, FMEA системи конструкції, FMEA конструкції та FMEA системи процесу.
При використанні аналізу характеру і наслідків відмов для процесів головним є діяльність. Необхідно точний опис окремих робочих операцій з усіма необхідними ступенями в порядку їх виконання та виділення всіх елементів (наприклад, насосів, клапанів та ін), які впливають на якість виробництва. Якщо обслуговуючий персонал в ході процесу виконує певні функції, то цю діяльність у сфері аналізу наслідків відмов потрібно розглядати як частину системи (компонент, елемент). Виконувані персоналом функції (наприклад, управління процесом, транспортним засобом) повинні досліджуватися окремо з точки зору таких відмов, як:
завдання не виконується;
виконується за невідповідної інструкції;
виконується до/після встановленого терміну;
виконується неправильно і ін.
Розбивши об'єкт по ієрархічних рівнях, його потім розглядають як багаторівневу структуру. Відповідно до принципу пріоритету необхідно оцінити якість об'єкта на кожному з рівнів, починаючи з верхнього і закінчуючи нижнім. При цьому може з'ясуватися, що деякі з підсистем або компонентів вже аналізувалися методом FMEA, тому повторення аналізу для них стає непотрібним.
Аналіз виходить з відмов окремих компонентів, а не з комбінації відмов. Аналіз дає картину всіх можливих відмов системи на основі відмов окремих компонентів, причому комбінації відмов не розглядаються (детально комбінації відмов досліджуються шляхом аналізу графа дефектів). Метод не дає кількісного значення надійності розглянутої системи. Тобто, мета FMEA - оцінка системи або проекту системи щодо відмови окремих компонентів і їх взаємозв'язків.
3.3 Аналіз потенційних відмов і оцінка досягнутого рівня якості розглянутого об'єкта
Аналіз характеру та наслідків відмов виробляється з використанням пріоритетного коефіцієнта ризику Кр, який показує, які можливі відмови (і їх причини) є найбільш суттєвими (відносний пріоритет окремих відмов/причин), а, отже, по яким з них слід приймати попереджувальні заходи в першу чергу.
Коефіцієнт ризику Кр визначається за трьома найважливішими факторами впливу на якість продукції
Кр=Кп·Кн·Ко, ( 2)
де Кп- коефіцієнт, що враховує значення наслідків відмов (тяжкість наслідків прояву причин відмов) для споживача (табл. 2);
Кн- коефіцієнт, що враховує ймовірність Рн, з якою відмова або його причина не можуть бути виявлені до виникнення наслідків безпосередньо у споживача (табл.2 3). Потрібно відзначити, що ймовірність пропуску (невиявлення) причини чисельно дорівнює середньому вихідному рівню дефектності;
Ко- коефіцієнт, що враховує ймовірність Ро відмови. Зазвичай Р о = 1 - Р6, де Рб - імовірність відсутності відмови (табл. 4 або рис. 4 , якщо ймовірність відмови виражена в ррm). При визначенні Ро виходять з того, що відмова не виявиться доти, поки споживач не почне користуватися виробом.
Таблиця 2. Коефіцієнт Кп, що враховує значення наслідків відмов для замовника
| Значення наслідків відмови | Показник |
| Ймовірність, близька до нуля | 1 |
| Незначний вплив | 2-3 |
| Помірний вплив. Викликає невдоволення споживача. | 4-6 |
| Істотний вплив. Істотні функції системи повністю випадають, або проміжний продукт не піддається подальшій обробці (значна невідповідність). Невідповідність викликає досаду споживачеві, але безпека або відповідність законам тут не зачіпаються. | 7-8 |
| Дуже істотний вплив. Важкі наслідки відмови, провідні до зупинки виробництва. | 9 |
| Критичне. Відмова загрожує безпеці (небезпека для життя і здоров'я людей) і суперечить законодавчим приписам. | 10 |
Таблиця 3. Коефіцієнт Кнщо враховує ймовірність Рн,невиявлення відмови або його причини
| Значення наслідків відмови | Ймовірність невиявленнярн% | Показник |
| Близька до нуля. Виникаючі відмови або причини відмов явно розпізнаються | не більше 0,01 | 1 |
| Дуже маленька. Виявлення виникаючих відмов або причин відмов дуже ймовірно, наприклад, за допомогою великої кількості незалежних один від одного випробувань/технологічних перевірок (автоматичний сортувальний контроль однієї ознаки) | не більше 0,1 | 2-3 |
| Невелика. Виявлення виникаючих відмов або причин відмов ймовірно; проводяться випробуванням | не більше 0,3 | 4-5 |
| Помірна. Виявлення виникаючих відмов або причин відмов менш імовірно; проводяться випробування / технологічні перевірки недостатньо достовірні (традиційний контроль - вибірковий контроль, експерименти, тести) | не більше 2 | 6-7 |
| Висока. Виявлення виникаючих відмов або причин відмов вельми скрутно; проводяться випробування/технологічні перевірки дуже неефективні (наприклад, контроль ручним способом, тобто залежність від персоналу; ознака розпізнається насилу - неправильно обраний матеріал) | не більше 10 | 8-9 |
| Дуже висока. Виникаючі відмови або причини відмов виявити не можна: технологічні перевірки не проводяться (наприклад: немає доступу, немає можливості для контролю, термін служби) | більше 10 | 10 |
Таблиця 4. Коефіцієнт Ко, враховує ймовірність Ро виникнення відмови
| Значення наслідків відмови | Ймовірність відмов/дефектів ро% | Показник |
| Ймовірність близька до нуля | менше 0,00001 | 1 |
| Дуже незначна ймовірністю. Конструкція загалом відповідає колишнім проектам, при застосуванні яких спостерігалося порівняно незначна кількість відмов. | 0,00001 <Ро<0,0005 | 2-3 |
| Незначна ймовірність. Конструкція загалом відповідає проектам, застосування яких призвело до появи невеликого числа відмов. | 0,0005 <Ро. <0,5 | 4-6 |
| Середня ймовірність. Конструкція загалом відповідає проектам, застосування яких в минулому завжди викликало труднощі. | 0,5 <Ро<5 | 7-8 |
| Висока ймовірність. Конструкція - ненадійна. Вимоги до проекту враховані незначно (менше 50%). | 5 <Ро | 9-10 |
Рисунок 4 – Залежність Ковід ймовірності відмови показаної числом ppm (число відмов на міліон. 1ppm – одна відмова на 1000000 випадків)
Кожен з цих трьох коефіцієнтів може мати числові значення в межах від 1 до 10, тому коефіцієнт ризику Кр коливається від 1 до 1000. Слід звертати увагу на усунення тих причин, які характеризуються найбільшими значеннями коефіцієнта ризику. Зазвичай вважають небезпечними причини при Кр= 100 (150) (де Кр - прийняте на підприємстві граничне значення ). Однак потрібно також мати на увазі, що часто оцінка буває суб'єктивна, і висновок про необхідність тільки, щоб було Кр< 100, дезорієнтує. Деякі фірми (наприклад, німецька фірма BOSCH) вважають, що якщо хоча б один з коефіцієнтів Ко,Кнабо Кп має значення рівне 10, то при будь-якому значенні узагальненого коефіцієнта ризику Кр слід проводити аналіз FMEA. Правильним може бути тільки підхід, при якому всі наведені причини дефектів перевіряються на можливість проведення заходів щодо їх усунення. При цьому у зв'язку з витратами орієнтуються на убуваючу величину Кр, тобто Кр встановлює пріоритет послідовності необхідних заходів.
Найважливішим етапом аналізу характеру і наслідків відмови є проведення цілеспрямованих заходів з попередження дефектів. Ці заходи повинні вести до одного з наступних результатів:
• уникненню причин відмов;
• зниження ймовірності появи відмови (що можливо внаслідок зміни конструкції або процесу, наприклад, включення в конструкцію запасних паралельних елементів, вибір іншого матеріалу або термообробки);
• зниження впливу першопричини на появу відмови і тяжкість її наслідків (що можливо завдяки зміні конструкції, наприклад, зниження вібрацій по відношенню до граничного рівня можливо при включенні пружного елемента в трансмісію машини, що дозволяє в кілька разів зменшити динамічні навантаження);
•підвищення ймовірності виявлення відмови на підприємстві до моменту поставки продукції споживачеві (зазвичай це досягається зміною конструкції та процесу, а також у результаті вдосконалення заходів з виявлення дефектів).
Аналіз проводиться при заповненні формуляра у вигляді таблиці. Слід зазначити, що застосовується кілька видів формулярів. У деяких формулярах об'єднують розрахунок коефіцієнта ризику для первинного варіанту конструкції або процесу і потім після його поліпшення. Рекомендується використовувати формуляр, який застосовується окремо для первинних і наступних змінених варіантів. Такий формуляр знаходить все більше застосування і відповідає вимогам системного підходу.
У головній частині формуляра послідовно в графах трьох рядків вказують наступне:
• підприємство (фірма) і назва аналізованого продукту чи процесу;
• реєстраційний номер формуляра;
• відповідальний виконавець;
План FMEA
1 Підготовка і планування:
планування. Постановка цілей і завдань;
уточнення складу робочої групи
2 Функціональний аналіз.
3 Аналіз потенційних відмов:
види потенційних відмов;
наслідки відмов;
заходи по виявленню;
причини відмов;
заходи по уникненню причин відмов.
4 Оцінка досягнутого стану:
ймовірність виникнення відмови - показник Ко;
ймовірність виявлення відмови - показник "К н";
тяжкість наслідків дефекту - показник Кн;
коефіцієнт ризику К р = К п К н К о;
порівняння Кр з граничним значенням.
5 Поліпшення якості:
після ідей поліпшення якості (робочої групи);
можливі заходи щодо поліпшення;
6 Аналіз і вибір заходів щодо поліпшення:
визначення Ко,Кн,Кп;
визначеннячисла ризику Кр;
аналіз витрат і термінів;
вибір заходів щодо поліпшення;
вказівка - відповідальний і термінів виконання.
7 Реалізація обраних заходів:
реалізація заходів;
актуалізація FMEA.
3.4 Умови ефективного використання FMEA
Аналіз FMEA ефективний тільки у випадках, якщо виконуються в необхідному обсязі дві умови - правильність застосування і повнота досліджень.
При невиконанні цих умов не можна гарантувати виявлення і усунення всіх помилок. Правильність застосування залежить від розуміння методики аналізу, систематичності дій, однозначності критеріїв оцінки, а також від обміну інформацією та колективної участі при вирішенні. Повнота досліджень досягається за рахунок аналізу всіх функціональних елементів і причин їх відмов. Для успішного застосування методу FMEA необхідні, перш за все, такі умови:
1 Метод повинен бути затребуваний і, бути складовою частиною системи забезпечення якості. За кордоном застосування методу часто обумовлюється вимогами замовників.
2 Метод повинен бути підтриманий керівництвом і задіяний в організаційній структурі.
3 Метод необхідно правильно роз'яснити; без цього неможливо навчання персоналу. Ця умова обов'язково для виконання при навчанні персоналу.
4 Метод повинен постійно застосовуватися, і при цьому потрібно досягти певного досвіду використання. FMEA повинен стати безперервно використовуваним і постійно вдосконалюватися за рахунок накопичення інформації і наступних коригувань. Він повинен служити основою для прийняття рішень при виникненні альтернативних шляхів вирішення.
4 Проведення FMEA-аналізу для вибору рішень по покращенню характеристик ЕПЛ2Т
Основне застосування FMEA-аналізу призначено для покращенням:
конструкції;
процесу виробництва та експлуатації.
В даному випадку виконаємо FMEA-аналіз для проведення модернізації обладнання тягового електропривода ЕПЛ2Т. В табл.. 2.5 приведена інформація по FMEA-аналізу по трьом основним елементам: гумо – кордній муфті, силовому контролеру та машинному перетворювачу.
Згідно з проведеним аналізом найбільш критичним є недостатня надійність гумо – кордної муфти при штатній схемі тягового електроприводу та умовах експлуатації.
При проведені аналізу з виявлення причин зародження дефекту в гумо – кордній муфті, було зазначено, що основною причиною є різка зміна моменту на валу ТЕД. Різка зміна моменту на валу ТЕД можлива з двох причин:
в режимі пуску при закороченні секцій пускового резистора;
при виникненні надлишкового проковзування.
Для рішення зазначеної проблеми необхідно модернізувати тяговий електропривод з метою забезпечити режим автоматичного плавного регулювання тягового зусилля.