МЕТОД FMEA - ОСОБЕННОСТИ, НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Метод FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) - «Анализ характера и последствий отказов» (часто его также называют «Анализ потенциальных несоответствий и их последствий») 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. В Германии метод нормирован стандартом ДИН 25448.

Метод FMEA применяют на ранних стадиях планирования и создания как продукции, так и производственных процессов. Это - один из наиболее эффективных методов аналитической оценки результатов конструкторской деятельности, процессов (в том числе и испытаний) на таких важнейших стадиях жизненного цикла продукции, как ее создание и подготовка к производству.

Этот метод нацелен на «внедрение» качества в продукцию, поэтому он должен применяться как можно раньше, по крайней мере, до начала производства. Этот метод сначала применялся в основном при конструировании и создании процессов во всех технических сферах.

При конструировании методом FMEA решаются следующие задачи по:

  • - получению сведений о риске альтернативных вариантов;
  • - определению «слабых» мест конструкций и нахождение мер по их устранению;
  • - сокращению дорогостоящих экспериментов.

С учетом 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 с точки зрения устранения ошибок или уменьшения 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.

На этапе создания процессов методом FMEA решаются задачи по:

  • - принятию решений о пригодности альтернативных процессов и оборудования при предварительном планировании и определении лучших из них;
  • - обнаружению «слабых» мест и принятию мер по их устранению при планировании производства;
  • - подготовке серийного производства;
  • - исправлению процессов серийного производства, которые оказываются нестабильными или неспособными.

Наиболее часто метод FMEA применяют при:

  • - разработке новых изделий;
  • - разработке новых материалов и методов;
  • - 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, нарушении норм техники 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. Метод FMEA позволяет выявить потенциальные несоответствия, их причины и последствия, оценить риск предприятия и принять меры для устранения или снижения опасности.

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. С точки зрения предприятия, документирование способствует совершенствованию опыта работы. Это устраивает также и заказчика, который убеждается в том, что исполнители критически подходят к проверке собственной работы. 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 устранить их появление в продукции.

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 применить также статистическое регулирование процессов, метод Тагути и другие. 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 9001-9003, а предприятие будет иметь стабильно высокие прибыли. Удовлетворенный потребитель является лучшим показателем качества продукции и эффективной организации работы.

Особенности метода

К особенностям метода можно отнести:

  • 1. Прогнозирование несоответствий (ошибок). Эта особенность была отмечена ранее.
  • 2. Систематические действия, которые выполняются по формализованной и апробированной многими предприятиями методике (рис. 58) с применением типовых формуляров. Все это позволяет, с одной стороны, выявить и изобразить в логической последовательности и взаимосвязи потенциальные ошибки, и с помощью количественного показателя оценить в связи с этим риск предприятия, а, с другой стороны, накопить соответствующий опыт для последующих разработок и совершенствовании.
  • 3. Коллективный подход. FMEA обычно проводит рабочая группа, составленная из специалистов разных служб и отделов с целью:
    • - использования большего объема знаний и опыта. Опыт работы имеет существенное значение для эффективного использования метода FMEA при оценке качества разработок. Для анализа многих объектов бывает достаточно машинное или компьютерное моделирование, чтобы оценить объект без его физического изготовления и испытания. Число моделируемых объектов и их компонентов увеличивается вместе с накоплением опыта анализа;
    • - повышения эффективности решения проблемы за счет применения синергического эффекта, а также одновременного, а нс последовательного принятия решения;
    • - расширения круга лиц, признающих результаты;
    • - мотивации качественного труда.
  • 4. Функциональное рассмотрение, т.е. метод имеет целенаправленное значение для анализа функций систем, конструкций и процессов и контролирует выполнение поставленных задач ( в соответствии с техзаданием, чертежом или рабочим планом).
  • 5. Критический анализ для выявления по возможности всех потенциальных отказов, слабых мест или рисков. Анализ позволяет наметить способы снижения риска и оценки.
  • 6. Творческий подход при реализации метода на всех стадиях анализа. Выявление ошибок, причин их появления, оценка последствий и выполнение других работ требует аналитического, творческого мышления. Такое мышление, поддерживаемое применением различных методов коллективной работы, требуется и при поиске идей и способов уменьшения риска. Специалистам, выполняющим такой анализ, приходится сталкиваться с многовариантностью решений, что может привести к определенным замешательствам и разногласиям у участников. Но возможность многовариантного решения и выбора наиболее эффективного (или эффективных) из них - это, безусловно, удача и, как правило, результат грамотной организации работы. В таких случаях необходимо применить обоснованный выбор критериев отбора вариантов. Хорошо, если такие критерии будут иметь числовые характеристики, и при этом представлены в виде математических зависимостей от факторов влияния. Тогда анализ достоинств вариантов будет сведен к элементарному сравнению числовых значений обобщенных показателей.
  • 7. Детализация. Метод рассматривает риск применения отдельных элементов объектов в соответствии с заданными функциями. Анализ дает картину отказа системы в целом на основе изучения отказов отдельных компонентов. Комбинации отказов не рассматриваются.
  • 8. Метод FMEA является формализованным аналитическим методом для систематизированного и полного определения и устранения потенциальных ошибок при планировании, конструировании, в процессе производства.

Введение и проведение метода FMEA возможно лишь при активном участии руководства.

9. Преимущество метода состоит в том, что его можно применять на ранних, наиболее важных стадиях планирования и создания продукции и процессов, о чем будут даны разъяснения далее.

Метод FMEA может быть успешно внедрен лишь сверху вниз. Это означает, что введение и реализация метода возможны лишь при активном участии руководства предприятия, которое должно обеспечить обучение персонала, предоставить время, достаточное для получения результата, и не ограничивать поле организационной деятельности работников. После окончания анализа также требуется участие руководства для поддержки реализации разработанных мероприятий.

Экономические основы применения метод. Экономические расчеты по определению эффективности применения метода FMEA позволили выявить некоторые положительные факторы. Основные из них:

  • - предупреждение дефектов в конструкции и технологии;
  • - исключение отзыва продукции из-за пропущенных ошибок, снижение опасности обратного отзыва изделий за счет систематического отслеживания возникновения ошибок;
  • - распознавание слабых мест, повышение эффективности системы качества;
  • - систематический анализ современных достижений (ноу-хау) для избежания повторных дефектов;
  • - выполнение требований заказчика, сохранение и повышение конкурентоспособности, а также авторитета (имиджа) фирмы;
  • - информированность сотрудников, лучшее понимание задач и осознание необходимости качества - мотивация качественного труда;
  • - исключение кризисной ситуации;
  • - сокращение сроков проектирования, уменьшение объемов дорогостоящих испытаний;
  • - планирование на ранних стадиях средств производства и контроля, оптимизация использования всех ресурсов;
  • - ослабление влияния «барьеров» между службами.

Применение метода FMEA исключает ошибки и связанные с ними отказы, а, следовательно, избавляет от рекламаций, судебных исков и значительных затрат на устранение несоответствий.

Раннее распознавание потенциальных ошибок и просчетов избавляет от дорогостоящего исправления дефектов. Лучше предвидеть возможные ошибки и своевременно исключать их, чем запоздало заниматься проблемами исправления недостатков, после того как они появились. Тем больше экономия, чем раньше будут обнаружены ошибки в цепи «планирование продукции, ее разработка, изготовление образца, установочная (пилотная) серия, серийное производство, эксплуатация потребителем». Следует отметить, что около 70 % ошибок совершается на стадии планирования и разработок. Но только 20 % ошибок удается устранить на самом предприятии, а остальные выявляются в виде дефектов у потребителя.

В соответствии с «Правилом десяти» примерное соотношение между затратами на отдельных этапах этой цепочки показано на рис. 58. Если обнаружение и устранение дефектов на стадии материально-технического снабжения потребует затрат в размере, к примеру, Q рублей, то устранение этой ошибки на стадии производства обойдется 100, а У потребителя - уже составит 100(2- Но если бы эта ошибка была выявлена методом FMEA как потенциальная, на стадии проектирования продукции или планировании производства, то ее устранение обошлось бы всего в 0,1Q.

Соотношение расходов по устранению ошибок на разных этапах жизненного цикла продукции (СУП - статистическое управление процессами) 76

Рис. 59. Соотношение расходов по устранению ошибок на разных этапах жизненного цикла продукции (СУП - статистическое управление процессами) 76

Следует иметь в виду, что первоначальное использование метода FMEA требует значительных затрат. Только при достаточном накоплении опыта применения и статистических данных по причинам нарушения работоспособности и вероятности их проявления, затраты нс только быстро окупаются, но и дают значительный экономический эффект соотносительно упомянутого выше «Правила десяти».

Имеется опыт сокращения затрат на проведение FMEA при помощи классификации анализируемых элементов на типовые (стандартные) и специфические. Типовые элементы конструкции или процесса с основными функциями повторяются при создании новой продукции и процессов или их модернизации. Типовые элементы при FMEA конструкции имеют название, например: зубчатые передачи, подшипники, муфты и другие. При этом FMEA процесса составляется независимо от вида продукта для типового (стандартного) этапа работы. Анализ типовых элементов в обобщенном виде не содержит оценки риска, которая производится лишь для конкретных условий и дополняет стандартные разработки.

При пользовании типовыми элементами необходимо при рассмотрении конкретной продукции или процесса дополнительно иметь описания специфических требований и условий работы, которые потребуются при числовой оценке показателей риска.

Основы практического применения метода FMEA

Метод FMEA первоначально применялся обычно только при анализе конструкций или процессов (классические методы FMEA конструкции и FMEA процесса). Между тем, метод FMEA развивался далее. Сегодня речь идет уже о FMEA комплексной системы. Теперь как продукция, так и относящийся к ней производственный процесс, рассматриваются как системы, которые находятся во взаимосвязи. Одну часть называют FMEA системы продукции, а дру-гую - FMEA системы процесса (рис. 59).

FMEA комплексной системы (далее просто системы) учитывает функции взаимодействия между отдельными компонентами, не исследуя при этом сами компоненты. С помощью FMEA системы осуществляют исследование с учетом требований технического задания на раннем этапе с использованием функциональных схем и блоков диаграмм. Анализируегся взаимодействие компонентов системы, проверяются возможности производства, безопасности, надежности и выполнения требований соответствующих законов. Определяются не только слабые места и потенциальные ошибки, но и решаются вопросы выбора основного варианта при многовариантных предложениях структуры и компонентов системы.

FMEA системы продукции обычно включает классический метод FMEA конструкции. При FMEA системы продукции исследуются отказы, которые выступают как последствия отказов подчиненных компонентов или этапов процесса. Например, система зубчатый редуктор (основная функция - передача движения с преобразованием крутящего момента и скорости). Как следствие этого, один из видов отказа - выход из строя редуктора из-за неблагоприятного сочетания жесткости валов и подшипников, вызвавших при заданной частоте вращения резонансные колебания. Учитывая сказанное, при проведении FMEA системы продукции (так же как и комплексной системы) сначала исследуют взаимодействия, а затем, по аналогии с анализом графа, рассматривают и зависимые отказы.

Взаимосвязь некоторых видов

Рис. 59. Взаимосвязь некоторых видов

В классическом методе FMEA конструкции рассматриваются отказы конструкции, касающиеся функций продукции. Искомые причины (первопричины) - это слабые места конструкции. FMEA конструкции анализирует только сами компоненты (узлы и/или детали) относительно выполнения описанных функций. Подфункции (и выполняющие их элементы) упорядочиваются с помощью анализа исходной функции и дополняются известными и потенциальными видами отказов. Если вернуться снова к зубчатому редуктору и его основной функции, то следует отметить, что само преобразование крутящего момента и скорости осуществляет зубчатая передача. К отказам зубчатой передачи могут быть отнесены преждевременные (до достижения требуемой наработки) поломки зубьев зубчатых колес или разрушение поверхностных слоев их материалов. Оценка риска по этим отказам должна стать целью анализа FMEA зубчатой передачи. Но в осуществлении передачи движения принимают участие и другие детали редуктора - валы, подшипники. FMEA конструкции содержит все мысли проектировщика (или конструктора) относительно функций (подфункций) узлов и деталей, осуществляющих основную функцию. FMEA конструкции включает весь комплекс ноу-хау проектирования при критическом рассмотрении проекта для достижения лучшего результата. FMEA конструкции проводят с учетом технического задания для избежания ошибок как в конструкции самого продукта и его элементов, 78

так и соответствующих ошибок в процессах, обусловленных особенностями конструкции.

FMEA конструкции часто составляет основу для FMEA процесса, так как при анализе конструкции причиной отказа могут быть отклонения в производственном процессе. Например, большие разбросы механических характеристик материала зубчатого колеса обусловлены ошибками в технологическом процессе химико-термической или термической обработки. Эта стадия производства при проведении FMEA процесса рассматривается как источник возможного отказа и подвергается дальнейшему анализу для того, чтобы установить, почему этот этап производства может дать «сбой».

FMEA системы процесса исследует прежде всего отказы и их первопричины, которые выступают как последствия отказов подчиненных этапов процесса и их взаимосвязей, а также отказов конструкции.

Классический метод FMEA процесса является частью метода FMEA системы процесса. Он может быть также взаимосвязан с методом FMEA конструкции и вытекать из него. В рамках классического метода FMEA процесса рассматриваются отказы, касающиеся отдельных этапов процесса, а также зависимые отказы на основании предшествующих этапов процесса и отказов элементов изделия. К оцениваемым последствиям могут относиться как последующие этапы процесса, так и характеристики продукции. Анализируют все особенности конструкции относительно спланированного технологического процесса (изготовления и контроля) и определяют соответствие изготовления требованиям чертежей и перечню обязанностей исполнителей.

Метод FMEA системы процессов начинают применять даже с предварительного планирования производственных процессов, а затем продолжают при планировании производства и его отладке. Все планируемые мероприятия и капиталовложения должны оцениваться на основе применения этого метода, чтобы исключить ошибки в производстве. FMEA процессов используется при планировании процесса и его организации с учетом требований, заложенных в технической документации (чертежах, спецификациях и др.). Целью такого исследования является обеспечение качества продукции, воплощенного в технической документации.

На примере табл. 8 показана особенность взаимосвязи методов FMEA, из которой видно, что в цепи причина - следствие, начиная с анализа системы и далее конструкции и процесса, наблюдается иерархический сдвиг «причины» и «вида отказа» предыдущего анализа, например, FMEA системы, соответственно в «вид» и «следствие отказа» FMEA конструкции.

Взаимосвязь видов FMEA

1

FMEA

Компоненты или процесс

Функция, цель

Следствие отказа

Вид отказа

Причина появления отказа

Системы

Зубчатый редуктор

Передача крутящего момента

Отсутствие передачи крутящего момента

Потеря работоспособности зубчатого колеса

Поломка зубьев

Конструкции

Зубчатое колесо

Передача крутящего момента

Потеря работоспособности зубчатого колеса

1 <1

Поломка зубьев

Занижены мех. характеристики материала, закалочные трещины

Процесса

Зубчатое колесо, закалка TB4

Получение необходимых свойств материалов

Поломка зубьев

Занижены мех. характеристики материала, закалочные трещины

Нарушение режимов термической обработки

Прогнозирование возможных дефектов и анализ их последствий может производиться по требованию заказчика. При конструировании метод FMEA применяют в начале проектирования продукции и заканчивают перед апробированием конструкции и официальным окончанием разработки. При помощи метода необходимо дать оценку последующего состояния серийного выпуска продукции.

Оценка риска производится в отношении слабых мест объекта, которые определяются по совокупности трех показателей, учитывающих: вероятность появления потенциальных отказов, значение потенциальных отказов для заказчика и вероятность нераскрытая потенциальных отказов перед поставкой

Анализ характера и последствий отказов производится с использованием приоритетного коэффициента риска

Kp = KHKltKo. (11)

Кр показывает, какие возможные отказы (и их причины) являются наиболее существенными (относительный приоритет отдельных отказов/причин), а следовательно, по каким из них следует принимать предупреждающие меры в первую очередь. Анализ производится с использованием коэффициентов, принимающих во внимание все три указанные важнейшие факторы влияния на качество продукции. К этим коэффициентам относятся:

Кп - коэффициент, учитывающий значение последствий отказов (тяжесть последствий проявления причин отказов) для потребителя (табл. 9) Потребителем конструкции всегда является конечный потребитель (покупатель). При анализе процесса потребителем считают того, кто принимает результаты предыдущего этапа (и, в конце концов, конечного потребителя).

Кн - коэффициент, учитывающий вероятность Рн, с которой отказ или его причина не могут быть обнаружены до возникновения последствий непосредственно у потребителя (табл. 10). Нужно отметить, что вероятность пропуска (необнаружения) причины численно равна среднему выходному уровню дефектности

Ко - коэффициент, учитывающий вероятность Р„ отказа. Обычно Ро = 1 - Р^, где Р6 - вероятность отсутствия отказа (табл. 11 или рис. 60, если вероятность отказа выражена в ppm). При определении Р„ исходят из того, что отказ нс обнаружится до тех пор, пока потребитель не начнет пользоваться изделием.

Каждый из этих трех коэффициентов может иметь числовые значения в пределах от 1 до 10, поэтому коэффициент риска /Ср колеблется от 1 до 1 000. Следует обращать внимание на устранение тех причин, которые характеризуются наибольшими значениями коэффициента риска. Обычно считают опасными причины при K"p >/СрП = 100(150) (где /Срп - принятое на предприятии предельное значение Кр). Однако нужно также иметь в виду, что часто оценка бывает субъективна, и вывод о необходимости только, достижения Кр > Крп дезориентирует. Некоторые фирмы (например, немецкая фирма BOSCH) считают, что если хотя бы один из коэффициентов Ко, Кп или Ку имеет значение, равное 10, то при любом значении обобщенного коэффициента риска Кр следует проводить анализ FMEA. Правильным может быть только подход, при котором все приведенные причины дефектов проверяются на возможность проведения мероприятий по их устранению. При этом в связи с затратами ориентируются на убывающую величину Кр, т.с. Кр устанавливает приоритет последовательности необходимых мероприятий.

Коэффициент К,„ учитывающий значение последствий отказов для заказчика (внутреннего/внешнего)

Таблица 9

Значение последствий отказа

Показатель к„

Вероятность, близкая к нулю означает, что дефект может иметь какие-либо ощутимые последствия. Видимое воздействие на функцию или на дальнейшее выполнение операций процесса невозможно

1

Незначительное влияние на функции системы или дальнейшее выполнение операций процесса (второстепенное несоответствие). Потребитель, вероятно, заметит лишь незначительную неисправность системы.

2-3

Умеренное влияние. Вызывает недовольство потребителя. Функции системы или дальнейшему выполнению операций процесса нанесен ущерб (значительное несоответствие).

4-6

Существенное влияние. Существенные функции системы полностью выпадают или промежуточный продукт не поддается дальнейшей обработке (значительное несоответствие). Несоответствие вызывает досаду потребителя, но безопасность или соответствие законам здесь нс затрагиваются.

7-8

Очень существенное влияние. Тяжелые последствия отказа, ведущие к остановке производства.

9

Критическое. Отказ угрожает безопасности (опасность для жизни и здоровья людей) и противоречит законодательным предписаниям.

10

Таблица 10 Коэффициент Кк, учитывающий вероятность Рн ____нсвыявления отказа или его причины____________________

Характеристика вероятности пропуска отказа или причины отказа

Вероятность нсвыявления Р„, %

Коэффициент К

Близкая к нулю

Возникающие отказы или причины отказов явно распознаются (например, отсутствие отверстия для сборки)

нс более 0,01

1

Очень маленькая

Выявление возникающих отказов или причин отказов очень вероятно, например, с помощью большого количества независимых друг от друга испытаний/ технологических проверок (автоматический

сортировочный контроль одного признака)

не более 0,1

2-3

Небольшая

Выявление возникающих отказов или причин отказов вероятно; проводимые испытания/технологические проверки относительно достоверны

не более 0,3

4-5

Умеренная

Выявление возникающих отказов или причин отказов менее вероятно; проводимые испытания/технологические проверки недостаточно достоверны (традиционный контроль - выборочный контроль, эксперименты, тесты)

не более 2

6-7

Высокая

Выявление возникающих отказов или причин отказов весьма затруднительно; проводимые испыта

ния/технологические проверки очень неэффективны (например, контроль ручным способом, т.е. зависимость от персонала; признак распознается с трудом - неправильно выбран материал)

нс более 10

8-9

Очень высокая

Возникающие отказы или причины отказов выявить нельзя: технологические проверки не проводятся (например: пет доступа, нет возможности для контроля, срок службы)

более 10

10

Таблица 11

Коэффициент К„, учитывающий вероятность возникновения причины отказа

Характеристика появления отказа

Доля отказов/дефектов Ро,%

Показатель К„

Вероятность близка к нулю

менее 0,00001

1

Очень незначительная вероятность

Конструкция в общем соответствует прежним проектам, при применении которых наблюдалось сравнительно незначительное количество отказов. Процесс статистически стабилен при Ср (и Срк) = 1-1,3. Доля дефектов при контроле качества составляет

  • 0,0000 <Р„ <0,0005
  • 0,00001 „<(),0005

2-3

Незначительная вероятность

Конструкция в общем соответствует проектам, применение которых привело к появлению небольшого числа отказов. Технология сопоставима с прежней, при которой в незначительном объеме появляются дефекты. При коэффициенте Ср более чем 0,85 доля дефектов в пределах

  • 0,0005<Р„<0,5
  • 0,0005<Р„<0,5

4-6

Средняя вероятность

Конструкция в общем соответствует проектам, применение которых в прошлом всегда вызывало трудности.

Процесс сопоставим с прежним, который часто приводил к дефектам

0,5<Р„<5

7-8

Высокая вероятность

Конструкция ненадежна. Требования к проекту учтены незначительно (менее 50 %).

Процесс нестабилен. Можно почти с уверенностью сказать, что дефекты появятся в значительном количестве

Л,>5

9-10

Важнейшим этапом анализа характера и последствий отказа является проведение целенаправленных мероприятий по предупреждению дефектов. Эти мероприятия должны вести к одному из следующих результатов: изоежанию причин отказов;

  • - снижению вероятности появления отказа (что возможно вследствие изменения конструкции или процесса, например, включение в конструкцию запасных параллельных элементов, выбор другого материала или термообработки);
  • - снижению влияния первопричины на появление отказа и тяжесть его последствий (что возможно благодаря изменению конструкции, например, снижение вибраций по отношению к предельному уровню возможно при включении упругого элемента в трансмиссию машины, что позволяет в несколько раз уменьшить динамические нагрузки);
  • - повышению вероятности обнаружения отказа на предприятии до момента поставки продукции потребителю (обычно это достигается изменением конструкции и процесса, а также в результате совершенствования мероприятий по обнаружению дефектов).
Зависимость Ко от вероятности отказа, выраженной числом ppm (числом отказов на один миллион изделий)

Рис. 60. Зависимость Ко от вероятности отказа, выраженной числом ppm (числом отказов на один миллион изделий)

В связи с необходимостью ограничения затрат на устранение ошибок и их последствий следует отдавать предпочтение мероприятиям, предупреждающим отказы, а не мероприятиям по их выявлению.

Анализ исходит из отказов отдельных компонентов, а не из комбинации отказов. Анализ дает картину всех возможных отказов системы на основе отказов отдельных компонентов, причем комбинации отказов не рассматриваются (детально комбинации отказов исследуются путем анализа графы дефектов). Метод нс даст количественного значения надежности рассматриваемой системы. То есть, цель FMEA - оценка системы или проекта системы в отношении отказа отдельных компонентов и их взаимосвязей.

Анализ производится при заполнении формуляра в виде табл. 12. Следует отметить, что применяется несколько видов формуляров. В некоторых формулярах объединяют расчет коэффициента риска для первоначального варианта конструкции или процесса и затем после его улучшения. Здесь рекомендуется использовать формуляр, который применяется отдельно для первоначальных и последующих измененных вариантов. Такой формуляр находит все большее применение и отвечает требованиям системного подхода.

Бланк FMEA

Фирма

FMEA - системы (Идентификация продукта или процесса)

Регистрационный номер.......

Ответственный

Элемент системы:

Страница_ Всего страниц

Отдел

Функция

Дата

Номер отказа

Возможный отказ

Возможное последствие отказа

Меры по обнаружению

Возможная причина отказа

Меры по предупреждению

Исполнитель.

Срок исполнения

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

В головной части формуляра последовательно в графах трех строк указывают следующее:

- предприятие (фирма) и название анализируемого продукта или процесса;

регистрационный номер формуляра;

  • - ответственный исполнитель;
  • - элемент исследуемой системы;
  • - номер страницы и полное число страниц документа;
  • - отдел или подразделение, в котором производится анализ FMEA;
  • - функция (цель, назначение) анализируемого объекта;
  • - дата заполнения формуляра.

В столбцах по порядку записывают следующие сведения:

  • 1. Номер отказа (в столбце 1) в соответствии с приведенным перечнем при функциональном анализе, или каталогом отказов.
  • 2. Описание потенциального отказа. Исходя из установленных ранее функций и свойств, во 2-м столбце устанавливаются и перечисляются все возможные виды отказов. Возможно несколько видов проявления отказов (в зубчатой передаче -поломка зубьев, разрушение поверхностных слоев материала), и все их следует записать один под другим.
  • 3. Возможные последствия отказа, например, потеря функции или отрицательное воздействие на здоровье человека (столбец 3). Вообще, в зависимости от цели анализа и от рассматриваемой системы для оценки последствий могут быть использованы различные показатели, такие как поломка, расходы, затраты, задержка сроков, хранение на складе, наличие, личный ущерб, нарушение законодательных требований и др.
  • 4. Величина коэффициента К„, учитывающего значение последствий отказов (тяжесть последствий проявления причин отказов) для потребителя, находится по табл. 9. Здесь необходимо принимать во внимание также требования обязательных документов (это может быть, например, отечественный или международный стандарт), регламентирующих границы проявления этого дефекта по каким-либо характеристикам, например, по предельному уровню шума или вибраций. Учитываются и принятые меры ограничения последствий отказов. Величина Л",, записывается в столбце 4. Иногда, при определении Л-,, приходится предварительно учитывать и причины возникновения отказов, которые будут записаны в столбце 7.
  • 5. Меры, принятые для обнаружения отказа до поставки объекта потребителю (столбец 5).
  • 6. Величина коэффициента Ки (находится по табл. 10), учитывающего вероятность необнаружения отказа или его причины до возникновения последствий отказа непосредственно у потребителя. Значение указывается в столбце 6.
  • 7. Причина (все причины) возникновения каждого из видов отказов (столбец 7).
  • 8. Меры, принятые для предупреждения появления причины (или отказа) -столбец 8.
  • 9. Величина коэффициента Ко, учитывающего вероятность появления причины отказа, определенного по табл. 11 или по рис. 60 с учетом записей в столбце 8.
  • 10. Величина коэффициента (приоритетное число) риска Кр рассчитывается по формуле (11) для каждой из установленных причин. Записывается в столбец 10.
  • 11. Результаты оценки фактически внедренных мероприятий в рассматриваемом элементе (контроль достигнутого успеха) путем сравнения коэффициента риска с предельным значением. Если Кр не более Кри - в столбце 11 делается прочерк. Если же достигнутое значение Кр превышает Кр„, то назначается исполнитель, который должен разработать меры по улучшению качества и снижению коэффициента риска до допустимого уровня. Пути поиска идей по улучшению качества и снижению риска были описаны ранее. Подразделение, отвечающее за исполнение, а также фамилия исполнителя и срок исполнения, указываются в последнем 11-м столбце.

Формуляр в табл. 12 используется и при повторном анализе объекта после разработки мероприятий по улучшению качества. Исполнитель заносит в столбцы 5 и 8 нового формуляра все возможные мероприятия по улучшению качества и анализирует их посредством сравнения коэффициентов риска между собой и каждого из них с предельным значением. Естественно, что нужно отбирать такие мероприятия, которые бы не только снижали риск до требуемого уровня, но и были бы легко реализованы с наименьшими затратами времени и средств. Отобранные мероприятия используются для совершенствования анализируемого объекта. После повторного анализа назначаются ответственные за реализацию рекомендуемых мероприятий, а также сроки выполнения, которые указываются также в столбце 11 нового формуляра.

Методика и условия эффективного проведения FMEA

Предприятия, берущие за основу деятельности современные методы обеспечения качества и конкурентоспособности, обычно имеют в службе «Управления качеством» специально подготовленного координатора, наделенного полномочиями по определению места и задач проведения FMEA, планированию и координации проектов FMEA, обеспечению методическими указаниями и решению вопросов проведения соответствующего обучения. При этом рекомендуется следующая схема:

Формирование рабочей группы. В практических условиях анализ по методу FMEA производится при групповой работе с участием сотрудников заинтересованных служб и отделов: планового, проектного, конструкторско-технологического, производственного, управления качеством, экспериментального и др. Для эффективной работы число участников обычно не должно превышать 4-5 человек. Ответственность проведения FMEA лежит на том отделе, который непосредственно разрабатывает анализируемый объект; например, ответственность за анализ системы лежит на проектном отделе, конструкции - на представителе проектного или конструкторского отдела (разработчике рассматриваемой конструкции), процесса -производственного или технологического отделов. Желательно также приглашать представителей со стороны.

При анализе действующих производственных процессов бывает также полезно объединение в группу участников, выполняющих отдельные операции.

Рабочие группы могут в процессе работы расширяться для выполнения специальных задач.

Коллективный труд результативен, обеспечивает эффективное использование знаний и опыта, более широкое признание результатов, мотивацию качественного труда.

Каждый из участников привносит в групповую работу свои профессиональные знания и опыт в той сфере, которую охватывает служба, командировавшая его для участия в FMEA. Но для успешной работы группы бывает необходим специалист, который, может, и имеет менее глубокие знания по отдельным инженерным направлениям, по сравнению со специалистами соответствующих служб, ио зато обладает опытом и знаниями в организации проведения самого анализа. Такого специалиста называют модератором. Модератор участвует в планировании проектов FMEA, подготавливает, организует, целенаправленно координирует и активизирует работу группы; оценивает и представляет результаты работы группы; информирует участников по запланированным и уже проведенным FMEA; берет на себя программное и компьютерное обеспечение. Модератор может участвовать в работе нескольких групп. Модератор обычно подчинен отделу - разработчику исследуемого объекта (рис. 61). Как уже упоминалось ранее, ответственным исполнителем проекта FMEA является тот отдел (специалист, представляющий его), который разрабатывает исследуемый объект. В табл. 13 приведен примерный состав групп в зависимости от вида FMEA.

РУКОВОДСТВО ПРЕДПРИЯТИЯ

Руководство разработками

Проектноконструкторские отделы

Модератор FMEA

Рабочие группы

Руководство производством

Производственные отделы

Модератор FMEA

Рабочие группы

Рис. 61. Иерархическая схема участников работ по организации и проведению FMEA

При формировании групп разных видов и ступеней анализа соблюдается определенная преемственность участников, например, при анализе конструкций и процесса привлекается разработчик продукции - конструктор.

Обучение участников группы методике проведения FMEA желательно начинать с информационного семинара для руководства. Отдельные семинары желательно организовать для модераторов и координаторов, а затем уже провести семинар для участников рабочей группы.

Примерный состав рабочих групп FMEA (указаны службы или специалисты, представляющие их)

FMEA система

FMEA конструкция

FMEA процесса

Эксплуатация |----------[ Эксплуатация [ ’ Производство

Сбыт

I Управление i| Управление i

I качеством 1 I качеством 1

ОБОЗНАЧЕНИЯ:

- на постоянной основе.

ответственный,'

- временно

Сбор и изучение материалов, необходимых для проведения анализа

К материалам, собираемым рабочей группой, обычно относят:

  • - чертежи, спецификации;
  • - технологические схемы;
  • - цели качества по данному виду продукции;
  • -список важнейших проблем управления качеством;
  • - технические требования к системе;
  • -данные о взаимозависимостях;
  • - законодательные документы, нормы, требования техники безопасности;
  • - протоколы, карты сбора информации, планы ввода;
  • - описания функций;
  • - информацию о проблемах самой продукции, применяемых методах, материалах;
  • - информацию о сравнимых видах продукции, выпускаемых предприятием;
  • - планы проведения контроля сравнимых видов продукции;
  • - каталоги с описанием причин, видов несоответствий и их последствий;

перечень принятых мероприятий по предупреждению несоответствий и

контрольных мероприятий;

  • - перечень критериев возникновения отказов, их значений, частоты появления;
  • - отчеты о проведенных экспериментах;
  • - формуляры FMEA, расчетные программы.

Безусловно, к каждому виду анализа какого-либо объекта требуются не все перечисленные документы и материалы, а иногда и другие дополнительные сведения. Если в качестве процесса рассматривается испытание продукции, то каждый участник по анализу планирования испытаний должен иметь документацию в виде предварительных схем испытаний и информацию обо всех методах испытаний, испытательных средствах и объемах испытаний. При планировании производства и сборе материала учитывают также те обстоятельства, когда участникам группы придется принимать решения по всем технологическим ступеням и операциям, а также по используемым рабочим средствам.

Если предприятие впервые начинает применять FMEA, то некоторые из перечисленных материалов могут отсутствовать. Но так как без них невозможно провести анализ и поиск потенциальных причин отказов, а также обеспечить в целом конкурентоспособность продукции и жизнеспособность предприятия, то необходимо организовать сбор требуемой информации по прошлому опыту работы и предусмотреть систематическое его пополнение. Этому, кстати, и поможет регулярное применение метода FMEA.

Структурирование и функциональный анализ. Для проведения анализа необходимо рассматривать состояние объекта как исходную ситуацию. При этом предполагается, что все его компоненты исправны. Если важно каждое состояние объекта (вследствие различных функций при определенной эксплуатации), то соответственно проводится раздельный анализ.

Сначала структурируют объект анализа, определяют функции элементов и возможные виды их отказов, а затем устанавливают причины отказов и оценивают риск по каждой причине.

Метод FMEA предусматривает обязательную структуризацию объекта с определением и анализом выполняемых им функций. Без четкого определения функций (назначения и целей) не могут быть получены надежные результаты анализа. Исходная информация о структуре и функциях системы может быть получена при рассмотрении спецификации системы, чертежей, описания условий эксплуатации (профиль эксплуатации, условия окружающей среды), сведений о взаимодействии с другими системами.

Детализация объекта (иерархическое деление объекта по функциональным признакам на системы, подсистемы и т.д.) позволяет наиболее точно учесть функциональные признаки объектов и грамотно использовать накопленный опыт работы. Нужно иметь четкую ясность в отношении технических функций каждой системы и подфункций её элементов. При анализе конструкции выделяют узлы, подузлы и детали, а процессов - отдельные этапы работы. Важными являются те функции, которые переносят рассматриваемый элемент на расположенную выше по иерархии систему. Основная функция механического конвейера, например, заключается в транспортировке груза. Систему «Механический конвейер» можно разделить на две подсистемы: собственно конвейер и его привод. Подсистема «Конвейер» имеет такую же функцию, как и система, которая начинает функционировать при получении движения от «Привода», то есть «Привод» осуществляет важнейшую функцию, приводя в движение подвижные части конвейера для транспортировки груза. В свою очередь в приводе выделяют редуктор, муфты и электродвигатель. Функцией редуктора является передача движения от электродвигателя к конвейеру с преобразованием скорости и крутящего момента. Болес низкий иерархический уровень занимают элементы редуктора: зубчатые колеса, валы, подшипники, уплотнения и др. Таким образом, здесь необходимо проведение анализа комплексной системы, FMEA системы конструкции, FMEA конструкции и FMEA системы процесса/процесса.

Предпосылкой правильного определения потенциальных отказов является точное и полное описание функций.

При использовании результатов анализа характера и последствий отказов для процессов необходимо точное описание отдельных рабочих операций со всеми требуемыми ступенями в порядке их выполнения и выделение всех элементов (например, насосов, клапанов и др.), которые влияют на качество производства. Если обслуживающий персонал в ходе процесса выполняет определенные функции, то эту деятельность в сфере анализа последствий отказов нужно рассматривать как часть системы (компонент, элемент). Выполняемые персоналом функции (например, управление процессом, транспортным средством) должны исследоваться отдельно с точки зрения таких отказов, как: задание не выполняется, выполняется по несоответствующей инструкции, выполняется до/после установленного срока, выполняется неправильно и др.

Разбив объект по иерархическим уровням, его затем рассматривают как многоуровневую структуру. В соответствии с принципом приоритета необходимо оценить качество объекта на каждом из уровней, начиная с верхнего и кончая нижним. При этом может выясниться, что некоторые из подсистем или компонентов уже анализировались методом FMEA , поэтому повторение анализа для них становится ненужным. Безусловно, что детализация является важным этапом. Можно, например, зубчатую передачу выделить как низший элемент системы, так как ее нагрузочная способность определяется по ряду показателей при совместном рассмотрении зубчатых колес. Но в некоторых случаях в качестве объектов для исследования целесообразно выделять в передаче как шестерню, так и колесо и рассматривать специфические цели, оценивать их уровень качества и отсутствие потенциальных дефектов.

Необходимо составить списки всех элементов и выполняемых ими функций, установить взаимосвязи функций. Для выполнения этой важной части работы может быть использован формуляр, показанный в табл. 14. Весьма полезным бывает графическое изображение элементов исследуемого объекта, их функций и взаимосвязей с помощью функциональной блок-диаграммы (ФБД).

Формуляр для описания структуры объекта и анализа функций

FMEA системы:

(1)

Функциональный анализ элемента системы: (продукция, узел) (2)

Составитель:

(Ф.И.О./ отдел) (3)

Дата ........(4)

Инв. номер...........(5)

Страница........(6)

Листов......(8)

Основная функция элемента в системе (7):

Обозначения

(9)

Функциональные единицы ФЕ (10)

Функции (подфункции) (П)

Примечания, опасные участки (12)

ФБД составляется для каждой группы функционально связанных единиц (ФЕ) отражает взаимосвязи и зависимости отдельных ФЕ (узлов, деталей) и показывает критические для последствий участки. Указывают также участки, на которых происходит взаимное влияние внутренней и внешней среды.

Если ФЕ выполняют несколько функций, то каждую из них рассматривают отдельно. Принцип построения диаграммы и ее оформления показан на рис. 62.

Обозначения: Ф2-3 - функция Ф2 к ФЗ;--------граница объекта;

- влияние внешней среды на внутреннюю или наоборот; —? - направление действия; 7 - критический участок.

Функциональная блок-диаграмма (принцип построения)

Рис. 62. Функциональная блок-диаграмма (принцип построения)

При анализе процесса разделению (относительно выполняемого вида деятельности) подлежат: планы хода процесса, планы работы (производственные планы) и рабочие позиции, анализ и описание требований. При описании требований могут использоваться формуляры, аналогичные применяемым при функциональном анализе (см. табл. 14), при следующих изменениях: в графе 2 указывается функциональный анализ требований к виду работы (процессу), в - 7 основная функция (назначение процесса, вид работы и т.д.) в графе 10 - этапы работы (как?), в И -требования (что?). Содержание других граф сохраняется.

Анализ потенциальных отказов и оценка достигнутого уровня качества рассматриваемого объекта

На этом этапе заполняется формуляр (см. табл. 14):

  • - указываются исследуемые компоненты или рабочие операции;
  • - записываются функции (цели, назначение);
  • - определяются виды потенциальных отказов;
  • - перечисляются причины и следствия отказов;
  • - отмечаются меры, предпринятые для предупреждения отказов;

Предпосылкой правильного определения потенциальных отказов является точное и полное описание функций каждого из рассматриваемых элементов. Именно отсюда нужно начинать формулирование самих отказов и причин их появления. Не выяснив причин возможных отказов, можно пропустить недоработки какой-либо из служб.

Необходимо отметить, что обычно бывает небольшой набор терминов, которые определяют вид отказа и даже его причину. Так, для машиностроительных конструкций перечень таких терминов приведен в табл. 15. В DIN 25448 перечисляются также и такие виды отказов, встречающиеся в технологических процессах, как: нарушение структуры, нарушение физического соединения или зажима (не устанавливается в нужном положении, не открывается, не закрывается, остается открытым, остается закрытым); внутренняя неплотность, внешняя неплотность, выход за верхние (нижние) границы; неожиданное исполнение задачи, прерванное исполнение задачи, нерегулярное исполнение задачи, неправильное исполнение задачи, прерывание потока, ошибка в эксплуатации; не прекращается, не начинается, не включается, досрочное исполнение задачи, позднее исполнение задачи; неправильный вход (слишком низкое значение), неправильный вход (излишне высокое значение), неправильный выход (недостаточное значение); неправильный выход (излишне высокое значение), отказ на выходе (входе); замыкание (электрическое), прерывание (электрическое), утечка тока и другие отказы. Эти отказы относятся к свойствам системы, ее условиям и требованиям эксплуатации. Безусловно, что при исследовании систем из-за их разнообразия могут быть и иные причины отказов. Перечисленные виды отказов, как правило, не являются причинами их появления. Безусловно, главным при применении FMEA является выявление скрытых от разработчика ошибок и дефектов, ставящих под сомнение качество выполняемых работ. Поэтому наличие набора терминов, определяющих отказ, помогает проведению анализа. Технология разработки новых объектов или их модернизации предусматривает знание возможных ошибок и механизма их проявления, а также возможность применять эти знания.

Таблица 15

Основные виды/причины отказов машиностроительных конструкций

п/п

Виды/причины отказов

1

Вибрации

2

Поломки деталей (усталостные, статические)

3

Статические и усталостные разрушения поверхностных слоев деталей и

другие виды изнашивания

4

Жесткость (завышенная, заниженная)

5

Потеря устойчивости

6

Отклонения от требуемых структур материала и механических свойств

7

Неправильный характер подвижного/неподвижного соединений

8

Теплостойкость материала

9

Разрушения декоративных и защитных слоев покрытий

Очевидно, что без накопленного и обобщенного опыта здесь невозможно обойтись. Нужно знать механизм возникновения неисправностей, понять и количественно оценить частоту появления подобных отказов. Нужно понимать причинно-следственную связь, в соответствии с которой конкретный вид неисправности оказывает свое воздействие на проектируемую продукцию и планирование ее производства. Целесообразно иметь банк данных из опыта технологии изготовления специфической продукции и се практического использования (эксплуатации). Поэтому предприятие должно накапливать данные о видах неисправностей, причинах их появления, а также о факторах воздействия, которые приводят к неисправностям. Такой банк данных повышает знания сотрудников об изделиях, позволяет существенно экономить время при последующих анализах в процессе модернизации изделий или создании новых, которые обычно включают аналогичные (типовые, или стандартные) элементы. Накопленные данные должны также содержать информацию о рекламациях, отчеты об обслуживании заказчика, испытаниях опытных образцов. Желательно иметь информацию о работе аналогичной продукции. Таким образом, опыт определяется не только временем участия, но и прежде всего накоплением информации, её обобщением, соответствующим документированием и пополнением знаний. Опыт прошлого обычно обобщается в виде стандартных правил и передастся следующим поколениям.

При анализе процессов нужно также перечислять все возможные ошибки, приводящие к отказу, которые могут появиться при выполнении работ, входящих в рассматриваемый процесс.

В общем случае ошибки возникают в системе: человек, машина (включая станок для изготовления, крепежные и другие приспособления, режущий инструмент), материалы, измерение, метод. Поэтому на этом этапе бывает полезно применение метода «причина - следствие» Исикавы.

Необходимо включать в табл. 15 все возможные отказы, причины их появления и способы устранения.

Методика и рабочий план проведения FMEA отдельного элемента исследуемого объекта приведены на рис. 63.

После заполнения табл. 15 и определения коэффициента риска Кр анализируемого варианта объекта, производят сравнение Л*р = А'дА'пА’н с установленным на предприятии предельным значением Крп, при превышении которого принятые меры предосторожности считаются недостаточными и могут привести к неблагоприятным для предприятия последствиям. Поэтому делается вывод о необходимости поиска путей улучшения качества и снижения Кр. Для этого назначается ответственный исполнитель поиска улучшения качества и определяются сроки выполнения.

Отбор элементов для FMEA. На некоторых этапах анализа может оказаться, что появление отказа объекта зависит от возможных отказов многих составляющих его элементов. Проводить анализ всех элементов, как правило, трудоемко и не всегда обосновано. Поэтому встает вопрос об отборе наиболее «ответственных» элементов. Для ответа на этот вопрос можно использовать разные способы, например, отбор по таким критериям, как:

  • - системы, детали или процессы, влияющие на безопасность (потенциальная угроза при применении);
  • - новые условия эксплуатации существующей продукции;
  • - потенциальные отказы, ведущие к тяжелым последствиям с высокими затратами на устранение (высокие затраты при отказе);
  • - принципиально новые разработки;
  • - существенные изменения конструкции или процесса;
  • - функционально важная деталь или процесс;
  • - новая технология или материал;
  • - существенное влияние на взаимозависимые элементы.
  • а) Методика выполнения FMEA
  • б) План FMEA
  • 1. Подготовка и планирование:
    • - планирование. Постановка цели и задач;
    • - уточнение состава рабочей группы.
  • 2. Функциональный анализ.
  • 3. Анализ потенциальных отказов:
    • - виды потенциальных отказов;
    • - последствия отказов;
    • - причины отказов;
    • - меры по избежанию причин отказов.
  • 4. Оценка достигнутого состояния;
  • - вероятность возникновения отказа - показатель Ко;
  • - вероятность обнаружения отказа - показатель К,, ;
  • - тяжесть последствий дкфекта - показатель Кп ;
  • - коэффициент риска КрохК11хК|;
  • - сравнение КрСК^,.
  • 5. Улучшение качества:
    • - после идей улучшения;
    • - возможные мероприятия по улучшению.
  • 6. Анализ и выбор мероприятий по улучшению:
    • -определение КО.К„.КП;
    • - число риска Кр;
    • - анализ затрат и сроков;
    • - выбор мероприятий по улучшению;
    • - указание ответственных и сроков выполнения.
  • 7. Реализация выбранных мероприятий:
    • -реализация мероприятий;
    • - актуализация FMEA.

Рис. 63. Методика (а) и рабочий план (б) FMEA элемента исследуемого объекта

96

Строится матрица, столбцы которой образуют элементы системы, конструкции или процесса, а строки - критерии оценки. На пересечении столбцов и строк ставятся соответствующие знаки, показывающие степень влияния каждого из критериев на последствия ошибок при создании объектов, и риск предприятия. Каждая из степеней влияния оценивается разным числом баллов, например, сильная - 9 баллов, средняя -3 балла, слабая - 1 балл. Абсолютный показатель приоритета определяется для каждого элемента суммированием баллов но всем критериям. Относительный показатель вычисляется делением абсолютного показателя на сумму баллов для всех элементов. Применяют FMEA для элементов, имеющих показатели приоритета выше определенного уровня, который должны устанавливать участники рабочей группы. Пример применения такого способа отбора приведен в табл. 16.

Могут быть использованы и другие методы отбора важнейших элементов для анализа по методу FMEA, например, используют результаты предварительного исследования по методу QFD. Такое исследование позволяет отобрать признаки, которые важны для выполнения требований заказчика или они сложны в осуществлении, то есть отобрать признаки, которые в первую очередь должны быть исследованы с помощью FMEA. Полезным может оказаться и прием оценки функций, выполняемых каждым из элементов. В этом случае приоритет элементов для FMEA определяют в зависимости от числа функций и их важности (например, основная функция, прочие функции). Для этого составляют матрицу «детали (элементы) -функции» (при конструировании). В первом столбце перечисляют все детали исследуемого объекта. В верхней строке матрицы последовательно для каждой детали перечисляют функции, для которых эти детали предназначены или которые они обеспечивают. На пересечении строк и столбцов делают отметки о важности функции (образующей столбец) для детали, записанной в пересекающей строке.

Можно выделить, кроме основных и прочих, также функции, нарушение которых приводит к критическим последствиям. На примере табл. 17 при классификации использованы понятия только основных и прочих функций (подфункций). Затем подсчитывают общее число функций - отдельно критических, основных и прочих. Устанавливают приоритет применения FMEA. При наличии критических и основных или многих прочих функций делается заключение о необходимости анализа FMEA. Следует отмстить, что классификация функций по важности и соответствующая оценка функций для каждого элемента проводится по определенной договоренности, которая должна быть зафиксирована в соответствующих документах (методических указаниях по применению FMEA и др.). Вовсе необязательно, чтобы такие рекомендации будут на всех предприятиях были одинаковы. Главное, чтобы такие рекомендации стабильно действовали, хотя бы в течение некоторого промежутка времени. Это позволяет иметь необходимую преемственность и сравнимость результатов, выполненных в разнос время.

Матрица отбора по критериям применения (на примере некоторых элементов зубчатого редуктора)

№ п/п

Детали

Критерии применения ЬМЕА

Зубчатая передача

Вал шестерни

Подшипник вала шестерни

Крепежный винт крышки подшипника

1

2

3

4

1

Требования заказчика

о

о

О

о

2

11отснциальная угроза

О

О

3

Изменившиеся условия эксплуатации

4

Высокие затраты при отказе

О

О

5

Принципиально новая разработка

6

Существенные изменения

О

V

7

Функционально важная деталь

О

V

8

Взаимозависимые детали

О

9

Новые материалы, технологии

10

Важная постановка цели

V

V

-

И

Другие неотложные причины

Показатель приоритета, абсолютный

57

37

28

14

Показатель приоритета, относительный

0,42

0,27

0,20

0,11

Производится анализ FMEA

да

да

да

нет

Обозначения:

• - сильное влияние - число баллов 9;

V - слабое влияние - число баллов 1;

о - среднее влияние - число баллов 3;

— не влияет.

Матрица отбора элементов для по методу «детали-функции»

ЭЛЕМЕНТЫ

ФУНКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ

Число основных функций

Общее число функций

Приоритет для применения FMEA

-*? Передача движения

S н о о

Ф о. S о Z * та и й 82х та о га

о г S ф >>? Q-O.2 с: 5с 2

1.2

го Поддержание

L* зубчатых колес

ГО п

Передача сил

<*> Обеспечение

-* вращения

Удержание а от осевого смещения

1. Зубчатая передача

О

2

3

1

2. Вал шестерни

О

О

О

1

4

2

3. Подшипники вала шестерни

О

О

О

О

4

3

4. Крепежные

винты

крышки подшипника

О

О

2

Примечание: • -основная функция, О - функция (подфункция)

Улучшение качества

Для элементов, у которых коэффициент риска выше предельно допустимого, должен быть проведен поиск способов (идей) по снижению риска. При анализе систем нужно учитывать, что ошибки обычно возникают при обеспечении взаимодействия отдельных компонентов. Поэтому мероприятия по улучшению должны быть направлены на необходимые изменения взаимодействия компонентов и определение целесообразных показателей характеристик самих компонентов. При анализе продукции учитывают, что ошибки бывают в самой конструкции, и поэтому мероприятия должны быть направлены на се улучшение. Но нс всегда можно достигнуть желаемых результатов изменением конструкции. Поэтому мероприятия могут касаться технологии изготовления и соответствующих средств производства. При совершенствовании технологии также не всегда ограничиваются только ее изменением: если отсутствуют надежные способы изготовления или испытаний, приходится изучать возможности изменения конструктивного оформления продукции.

Каждый из вновь предлагаемых способов улучшения должен быть оценен подсчетом коэффициентов риска и сравнением его с предельным значением. При этом нужно обратить внимание на то, что нс все возможные способы устранения потенциальных отказов из числа рассмотренных могут быть реализованы на практике. Если несколько способов обеспечивают необходимый уровень качества, то целесообразно выбрать из них только такие (или один из них), которые могли бы быть реализованы в короткие сроки с минимальными финансовыми затратами. При анализе на этом этапе вновь заполняется формуляр (см. табл. 16). При этом рассматриваются все возможные способы и записываются соответствующие критерии оценки по отдельным показателям и коэффициенты риска.

Практическая реализация намеченных мероприятий

Отобранные для осуществления способы повышения качества и снижения риска предприятия должны быть реализованы в виде соответствующих мероприятий. Поэтому записываются ответственные исполнители и сроки реализации.

Но на этом процесс FMEA еще нс заканчивается. Со стороны руководства, определившего необходимость проведения анализа FMEA и обеспечившего его проведение, должен быть выполнен контроль результатов анализа. Для успешной реализации мероприятий, выработанных рабочей группой, необходимо также создание соответствующих условий и последующее проведение оценки эффективности этих мероприятий.

Рекомендуется сделать выводы не только по результатам улучшения качества анализируемого объекта, но и совершенствованию самой методики использования FMEA. Полученный опыт практического применения FMEA должен найти отражение в соответствующих инструкциях и программных комплексах для ПЭВМ. Накопление и передача последующим поколениям прогрессивных технологий состоит прежде всего в сборе информации по проблемам ошибок, статистическом обобщении и установлении характеристик рассеяния отказов и причин их появления.

Условия эффективного использования FMEA

Из рассмотрения могут быть исключены лишь такие элементы, которые нс вызывают опасений, что должно быть подтверждено соответствующей оценкой с помощью, например, матриц отбора (см. табл. 16 и 17).

Опыт работы создается не только при планомерном участии, но и обобщении, документировании и совершенствовании применяемой мегодики.

Для успешного применения метода FMEA необходимы, прежде всего, такие условия:

  • 1. Метод должен быть востребован и являться составной частью системы обеспечения качества. За рубежом применение метода часто обуславливается требованиями заказчиков.
  • 2. Метод должен быть поддержан руководством и включен в организационную структуру, подобную представленной на рис. 61.
  • 3. Метод необходимо правильно разъяснить; без этого невозможно обучение персонала. Это условие обязательно для выполнения при обучении персонала.
  • 4. Метод должен постоянно применяться, при этом нужно достичь определенного опыта использования. FMEA должен стать непрерывно используемым и постоянно совершенствоваться за счет накопления информации и последующих корректировок. Он должен служить основой для принятия решений при возникновении альтернативных путей решения.

К определению коэффициента Ко

Коэффициент Ко выбирается по табл. 11 в зависимости от вероятности отказа Ро, представленной в процентном выражении или числом ppm. Вероятность отказа связана с вероятностью безотказной работы соотношением Рб = 1 - Ро. Определить вероятность отказа без соответствующих статистических данных. Вероятность можно оценить при наблюдении за партией из /? изделий. Если по изделий из всей партии п имели отказ, то их отношение и определит статистическую оценку вероятности отказа, а если п достаточно велико, то вероятность отказа Ро:

PQ=(nol л) 100%.

Следует отметить, что вероятность безотказной работы системы, состоящей из т элементов, меньше вероятности Р& любого из ее элементов i. Вероятность безотказной работы Р& системы здесь нс рассматривается, для этого нужно обратиться к специальной литературе. В качестве примера: если элементы последовательно соединены и отказ каждого из них вызовет отказ системы (при этом отказы элементов принимаются независимыми), то вероятность безотказной работы выражается = Р61Р62...Рбт.

Пример.

Продукт включает кислоту и бутыль, состоящую из стеклянной колбы, устройства для безопасного разлива кислоты (которое крепится к стеклянной колбе), навинчивающейся крышки и этикетки на колбе.

Рассматриваемый продукт своими компонентами должен выполнять функции:

  • 1. Кислота:
  • 1.1. Пригодность для (запланированного заказчиком) применения.
  • 2. Бутыль.
  • 2.1. Стеклянная колба:
  • 2.1.1. Возможность частичного или полного опорожнения (в соответствии с требованиями пользователя).
  • 2.1.2. Защита кислоты от вредных воздействий окружающей среды.
  • 2.1.3. Защита пользователя от опасного воздействия кислоты.
  • 2.1.4. Поддержание устройства для разлива кислоты
  • 2.2. Устройство для разлива кислоты:
  • 2.2.1. Возможность частичного или полного опорожнения.
  • 2.3. Навинчивающаяся крышка:
  • 2.3.1. Возможность частичного или полного опорожнения.
  • 2.3.2. Защита кислоты от вредных воздействий окружающей среды.
  • 2.3.3. Защита пользователя от опасного воздействия кислоты.
  • 2.4. Этикетка:
  • 2.4.1. Идентификация продукта.
  • 2.4.2. Указания на опасные свойства кислоты.
  • 2.4.3. Рекомендации по безопасному обращению с кислотой. Схема проведенного анализа риска и последствий отказов системы продукции показана на рис. 64.

Система

FME>

‘Расфасс

Этап 1

системы продукции

)ванная в бутыли кислота”

Этап 2 Этап 3

Т.1 (К„=10)

“Расфасованная в бутыли кислота”

0.1 (К=10)

Т-2 (К^О)

Бутыль

ПЦК„=8)

0.2 (К^Ю)

Т. 3 (К =10)

Стеклянная колба

П.2.1 (Ко-8)

0.3 (К^Ю)

Устройство для разлива

П.2.2 (К„=2)

Характеристика конструкции

П. 3 (К,=8)

Процесс изготовления/ сборки

П.2.3 (К„=1)

Рис. 64. Схема анализа риска и последствий отказов системы «Расфасованная в бутыли кислота»

Обозначения к рис. 67: О. н) - отказ (коэффициент, характеризующий вероятность невыявления отказа или его причины); Т. (К„) последствия отказа (коэффициент, характеризующий тяжесть последствия);

П.(/<,) - причина отказа (коэффициент, характеризующий вероятность появления причины отказа)

Определение отказов и их последствий для общей системы (1 этап анализа - рис. 64)

  • 1.1. Возможный отказ системы может произойти при нарушении любой из перечисленных функций. В данном примере ограничимся рассмотрением отказа при нарушении только одной функции «возможность частичного или полного опорожнения». Отказ состоит в том, что при выливании кислоты часть ее, отдельные капли стекают по внешней стороне бутыли.
  • 1.2. Оценка возможных последствий отказа. При попадании кислоты на кожу человека появляется ожог. Здоровье пользователя подвергается опасности. Такое воздействие необходимо оценить значением коэффициента Кп = 10.
  • 1.3. Меры по обнаружению отказа и оценка вероятности невыявления (пропуска) его. Сам отказ не может быть выявлен до момента использования. Контрольные мероприятия не предусмотрены, поэтому в рассматриваемом случае А*,, = 10. Однако, возможно положительное влияние на выявление причин отказов путем проведения мероприятий, которые будут планироваться на более поздних этапах анализа подсистем и их элементов. Тогда вероятность распознавания причины может быть определена после соответствующих исследований.

1.4. Возможные причины отказа и меры по их предупреждению. Оценка вероятности отказа. Для сокращения объема книги рассматривается только одна причина отказа - отказ функций компонентов подсистемы «Бутыль». Чтобы избежать появления этой причины на данном этапе не проводится каких-либо дополнительных мероприятий. Но это нс исключает, при необходимости, принятия их на более поздних этапах.

Вероятность возникновения этой причины пока неизвестна, но может быть оценена после проведения других этапов FMEA. С учетом данных последующих этапов в табл. 11 записано = 8.

1.5. Оценка риска. Числовое значение Кр (полученное с учетом последующих этапов анализа) превышает допустимое, подтверждая значительный риск предприятия при выпуске продукции в первоначальном конструктивном оформлении элементов бутыли и необходимость проведения последующих этапов анализа.

Таблица 18

К примеру: FMEA - системы «Расфасованная в бутыли кислота»

Фирма: УКС

FMEA системы “Расфасованная в бутыли кислота”

Регистрационный номер 1.1

Ответственный

Кузнецов Н.В.

Элемент системы “Расфасованная в бутыли кислота"

Страница/ Всего страниц 3

Отдел

Управление качеством

Функция: Частичное или полное опорожнение бутыли

Дата

19.04..96

Номер отказа

Возможный отказ

Возможное последе вие отказа

кп

Меры по обнаружению

Кн

Возможная причина отказа

Меры по предупре ждению

Ко

КР

Исполнитель / срок

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Капли кислоты стекают по внешней стороне бутыли

Опасность ожога

10

-

10

Отказ функции бутыли

-

8

800

-

1.6. Вывод: На следующем этапе анализа необходимо исследовать компоненты «Бутыли» с отказом функции «Возможность частичного или полного опорожнения бутыли».

Оценка риска конструкции «Бутыль» (2 этап анализа, рис. 64 )

2.1. Возможный отказ подсистемы «Бутыль». Из первого этапа можно сделать вывод, что отказ элементов «Бутыли» происходит аналогично описанному выше отказу функции "Возможность частичного или полного опорожнения бутыли".

  • 2.2. Оценка возможных последствий отказа. Последствия отказа отражаются прямо на общей системе, приводя ее к отказу, поэтому значение Кп берется непосредственно по результатам анализа 1 -го этапа, Кп = 10.
  • 2.3. Меры по обнаружению отказа и оценка вероятности невыявления (пропуска незамеченным) его. Сама подсистема «Бутыль» не подвергается для этой цели проверке, поэтому сам отказ нельзя обнаружить до начала процесса закрытия бутыли. Так как появление этой причины своевременно не может быть выявлено, то Кп= 10.
  • 2.4. Возможные причины отказа и меры по их предупреждению. Оценка вероятности отказа. Причины отказа и соответствующие характеристики вероятности их появления:
  • 1. Отказ подфункции стеклянной колбы удерживать прибор для разлива кислоты. Эксперименты во время проектирования стеклянной колбы показали, что устройство для разлива в двух случаях из 1000 закрепляется с отклонениями от технических требований. Вероятность (2/1000)100 = 0,2% возникновения этой причины в соответствии с рекомендациями табл. 11 оценивается значением Ко = 8.
  • 2. Отказ функций компонентов «Устройство для разлива». Устройство для разлива по прошлому опыту его использования на другой продукции является пригодным для использования. Его функция, обусловленная особенностями конструкции, отказывает с вероятностью менее чем 50/1000000. При такой вероятности возникновения этой причины, согласно рис. 60, имеем Ко = 2.
  • 3. Отказ при сборке. Устройство для разлива непосредственно перед наполнением стеклянной колбы крепится к ней ручным способом. Так как плохое крепление при этом легко распознаваемо, то вероятность возникновения этой причины оценивается значением Ко = 1.
  • 2.5. Оценка риска. Расчет коэффициента Кр производится отдельно по каждой причине отказа функции элементов «Бутыль».

Первая причина возникновения отказа оценивается коэффициентом риска /Ср = 10* 10x8 = 800. Риск возникновения отказа по этой причине велик, поэтому необходимы мероприятия по улучшению качества и последующая оценка путем подсчета нового значения Кр. Следует назначить ответственного по разработке мероприятий для уменьшения риска предприятия.

Таблица 19 К примеру: FMEA - системы «Расфасованная в бутыли кислота».

Элемент системы « Бутыль»

| Фирма: УКС

| FMEA системы "Расфасованная в бутыли кислота"

Регистрационный номер 1.2

Ответственный:

Иванов В. И.

Система - элемент

Бутыль

Страница 2 Всего страниц 3

! Отдел: Управле-

1 ние качеством

Функция: Частичное или полное опорожнение бутыли

Дата

19.04.96

1 Номер отказа

Возможный отказ

Возможное последствие отказа

Кп

Меры по обнаружению

Кк

Возможная причина отказа

Меры по предупре ждению

Ко

Кр

Исполнитель / срок

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Капли кислоты стекают по внешней стороне бутыли

Опасность ожога

10

10

Отказ функции “крепление устройства для разлива" на стеклянной колбе

8

800

Отказ функции устройства для разлива

-

2

200

-

Неправильная сборка. (Отказ при сборке)

Ручная сборка прямо перед заполнением

1

100

-

Вторая причина возникновения отказа оценивается значением Кр = 10x10x2 = 200. Как уже было сказано ранее, такую величину риска предприятие может рассматривать как недопустимо большую, и поэтому попытается соответствующими мероприятиями уменьшить ее. Предприятие может принять также решение, что в данном случае мероприятия по улучшению в обязательном порядке не требуются, имея при этом в виду, что в другой ситуации анализ может быть продолжен.

Третья причина возникновения отказа оценивается Кр = 10х 10x1 = 100. Мероприятия по улучшению сборки не требуются.

2.6. Вывод. Второй этап анализа требует проведения 3-го этапа анализа отказов функции подсистемы «Стеклянная колба», который дает наибольший риск потери работоспособности системы.

Оценка риска конструкции «Стеклянная колба» (3-ий этап анализа, рис. 64)

  • 3.1. Возможный отказ подсистемы «Стеклянная колба». Из 2-го этапа следует, что отказ подсистемы «Стеклянная колба» наиболее часто происходит из-за ненадежного крепления устройства для разлива.
  • 3.2. Оценка возможных последствий отказа. Последствия отказа через компоненты «Бутыли» переносятся на общую систему, делая ее неработоспособной. Поэтому в соответствии с решением, принятым на первом этапе, сохраняем Кп = 10.
  • 3.3. Меры по обнаружению отказа и оценка вероятности невыявления (пропуска) его. Сама подсистема «Стеклянная колба» не подвергается проверке по выявлению этого отказа. Поэтому отказ не может быть распознан, и возникновение причины отказа, обусловленное конструкцией, не обнаруживается своевременно. Вероятность несвоевременного выявления отказа или его причины должна быть оценена значением Ка = 10.
  • 3.4. Возможные причины отказа и меры по их предупреждению. Оценка вероятности отказа. На этом этапе рассматривается одна причина отказ обусловлен отклонением геометрии отверстия стеклянной колбы от заданной. Как уже было установлено па втором этапе, вероятность возникновения отказов по этой причине с-оставляет 0,2 %. Поэтому, согласно рис. 60, значение Ко = 8.
  • 3.5. Оценка риска. Для рассматриваемого отказа функции подсистемы «Стеклянная колба» коэффициент Л*р = 10x10x8 = 800. При таком большом /Ср должны быть приняты меры, прежде всего, по предупреждению появления причины отказов и последующей повторной оценке риска.

Таблица 20 К примеру: FMEA - системы «Расфасованная в бутыли кислота».

Элемент системы «Стеклянная колба»

Фирма: УКС

FMEA системы ‘Расфасованная в бутыли кислота ”

Регистрационный номер 1.3

Ответственный

Иванов В. И.

Элемент системы

"Стеклянная колба"

Страница^ Всего страниц 3

Отдел Управление качеством

Функция "Крепление устройства для разлива"

Дата

14.04.96

Номер отказа

Возможный отказ

Возможное последствие отказа

Кп

Меры по обнаружению

Кн

Возможная причина отказа

Меры по предупре ждению

Ко

кР

Исполнитель / срок

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Устройство для разлива смещается при выливании кислоты

Опасность химического ожога

10

-

10

Дефект отверстия

Задана геометрия и предельные отклонения

8

800

Ковалев МЛ. 31.12.1996

3.6. Вывод. Необходим поиск вариантов улучшения качества подсистемы «Стеклянная колба» как при помощи изменения конструкции крепления устройства для разлива кислоты, так и стеклянной колбы с последующим анализом улучшенных состояний и составлением планов по практической реализации рекомендованных в результате анализа FMEA мероприятий.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >