Analýza příčin, druhů a důsledků poruch a poruchových stavů FMEA/FMECA prof. Ing. Václav Legát, DrSc. Česká zemědělská univerzita v Praze Technická fakulta Katedra jakosti a spolehlivosti strojů legat@tf.czu.cz

FMEA (Failure/Fault Modes and Effect Analysis) - Analýza druhů poruch a jejich důsledků nazývaná též Analýza možností vzniku vad a jejich následků, FMECA (Failure/Fault Modes, Effects and Criticality Analysis) - Analýza druhů, důsledků a kritičnosti poruch. Pro potřeby managementu údržby je důležitější metoda FMECA, avšak v praxi se často označuje nesprávně FMEA.

Poznámky: 1. Metoda byla vyvinuta v 60. letech v USA v NASA pro projekt Apollo. Po jejím zavedení v kosmonautice a brzy na to v letectví a jaderné energetice nalezla brzy uplatnění v automobilovém průmyslu, což vedlo k jejímu celosvětovému rozšíření. 2. Podle okolností analyzovaného objektu/systému se významově přibližně rovnocenné k termínu „porucha“ používají termíny „poruchový stav“, „vada“, „defekt“, „chyba“ apod.

4.1 Postup provádění analýzy Analýza FMEA nebo FMECA se obecně provádí v následujících krocích: zjistí se, jak má součást systému vykonávat svou funkci; zjistí se potenciální druhy, důsledky a příčiny poruch; zjistí se riziko příslušející jednotlivým druhům poruch a jejich důsledkům; stanoví se doporučená opatření k odstranění nebo snížení rizika a provedou se.

Požadovaná funkce systému X Y Čerpadlo dodává 1000 l/min Požadovaný odtok z nádrže 800 l/min Požadovaná funkce systému Čerpat z nádrže X do nádrže Y ne méně než 800 l/min Rezerva na zhoršování technického stavu čerpadla 200 l/min

Systém vodního chlazení Funkce: Porucha funkce: Mód (způsob, druh) poruchy Čerpat z nádrže X do nádrže Y ne méně než 800 l/min A. Neschopnost dopravit jakékoliv množství vody B. Dopravuje méně než 800 l/min. a) zadřené ložisko b) uvolněné oběžné kolo čerpadla c) oběžné kolo zaneseno cizími objekty d) spojka motoru a čerpadla přerušena v důsledku únavy e) spálený motor f) vstupní ventil zanesen nečistotami apod. a) opotřebené oběhové kolo čerpadla b) částečně zablokována sací větev apod.

Příklad datového listu k funkci (Moubray) Systém: plynová turbina Subsystém: výfuk Odvádět spaliny 10 m nad střechu turbinové haly Snižovat hlučnost podle požadavku ISO na stupeň 30 ve vzdálenosti 150 m Povrchová teplota výfuku v hale nepřekročí 60o C Přenášet varovný signál jestliže teplota plynů dosáhne 475o C a signál pro automatické odstavení při překročení 500o C ve vzdálenosti 4 m od turbiny Umožnit dilataci dílů výfuku s ohledem na změny teploty

Systém: Turbina Subsystém: výfuk Funkce: Porucha funkce: 1. Odvádět spaliny 10 m nad střechu turbinové haly A. Nezpůsobilost odvádět jakékoliv plyny B. Tok plynů je omezen C. Netěsnost D. Porucha vedení plynu 10 m nad střechu 2. Snižovat hlučnost podle požadavku ISO na stupeň 30 ve vzdálenosti 150 m A. Hluk přesahuje požadavek ISO 3. Povrchová teplota výfuku v hale nepřekročí 60o C A. Teplota povrchu výfuku překročila 60o C 4. Přenášet varovný signál jestliže teplota plynů dosáhne 475o C a signál pro automatické odstavení při překročení 500o C ve vzdálenosti 4 m od turbiny A. Nezpůsobilost vyslat varovný signál, že teplota výfukových plynů překročila 475o C 5. Umožnit dilataci dílů výfuku s ohledem na změny teploty A. Není umožněn volný pohyb dilatačních dílů

Princip aplikace obou metod vychází tedy ze zkoumání, které lze stručně formulovat: “Co se stane, když skutečně vznikne potenciálně možná porucha (vada) a vznikne následný poruchový stav, jakých důsledků je nutné se obávat, jak je vznik poruchy (vady) pravděpodobný a jak to lze předvídat a zabránit tomu?”

Jednotlivé dílčí výsledky aplikace metody tedy jsou: a) identifikace všech možných druhů poruchových stavů (poruch, vad, chyb), b) ohodnocení jejich závažnosti z hlediska jejich následků, c) zkoumání jejich příčin, d) zkoumání možných nápravných opatření k odstranění (nebo alespoň potlačení) stanovené množiny identifikovaných nejzávažnějších poruchových stavů, e) návrh a způsob provedení nápravných opatření včetně stanovení odpovědností a termínů jejich provedení, f) ohodnocení zlepšeného stavu po provedení nápravných opatření.

Při aplikaci metody se používá induktivní postup "zdola nahoru": analýza začíná na "nejnižší" úrovni, u každého identifikovaného potenciálně možného poruchového stavu se zkoumá a usuzuje, jaké může mít důsledky na vlastnosti na nejblíže vyšší úrovni systému, výsledný důsledek se stane druhem poruchového stavu na následující vyšší úrovni systému, postupným opakováním tohoto postupu až k nejvyšší úrovni se zjišťují a hodnotí všechny jednotlivé potenciálně možné poruchové stavy konstrukce či procesu výrobku jako celku.

Metoda má zhruba čtyři základní způsoby užití: FMEA konstrukční (v období vznikajícího návrhu, konstrukce, projektu slouží k identifikaci a analýze všech potenciálně možných poruchových stavů) FMEA procesní (výrobní) (slouží k identifikaci a analýze všech jeho potenciálně možných poruchových stavů během výrobního procesu) FMEA systémová (výrobková) (zkoumáním konstrukce a výrobního procesu výrobku nebo systému jako celku vede ke snížení neshod a poruch) FMEA vyskytujících se poruch a poruchových stavů (slouží ke snížení poruchovosti výrobních zařízení v provozu)

Obr. 2.20 - Typická struktura části tabulek FMEA pro aplikaci metody Záhlaví tabulky FMEA s identifikačními údaji 1. Identifikace analyzovaného dílu (místa, funkce, znaku atp.), jeho možných vad, jejich následků a příčin (včetně zaznamenání plánovaných kontrolních opatření) 2. Ohodnocení současného stavu mírou rizika/priority, návrh nápravných opatření a stanovení odpovědností 3. Provedená nápravná opatření a ohodnocení zlepšeného stavu mírou rizika/priority Obr. 2.20 - Typická struktura části tabulek FMEA pro aplikaci metody

Vlastní provádění metody zahrnuje tyto skupiny činností: 1. Identifikují se jakékoliv myslitelné, potenciálně možné poruchy (často označované též vady, defekty, chyby apod.) a analyzují se jejich možné projevy, důsledky a příčiny. 2. Hodnotí se současný (stávající) stav návrhu, tj. jednotlivé identifikované možné poruchy se kvantifikují pomocí míry rizika/priority/kritičnosti MR/P: MR/P = Výsk x Význ x Odhal,

3. Provede se setřídění všech identifikovaných možných poruch (vad) podle velikosti míry rizika/priority (MR/P) a navrhnou se opatření k nápravě (změna či úprava konstrukčního řešení, návrhu výrobního postupu, změna programu preventivní údržby apod.) pro poruchy (vady) se stanovenými nejvyššími hodnotami MR/P včetně stanovení odpovědností a termínů. Kritérium pro rozhodnutí, pro které identifikované možné poruchy (vady) v závislosti na velikosti MR/P je nutno navrhnout a provést nápravná opatření, se volí podle konkrétních podmínek. 4. Po realizaci nápravných opatření se provede opakovaně analýza podle 2. bodu postupu s novým hodnocením zlepšeného stavu pomocí míry rizika/priority MR/P. Poznámka: V oblasti managementu údržby je FMEA/FMECA uplatňována především k analýze skutečně vznikajících poruch a poruchových stavů.

Klasifikace modu poruch Druhy (způsob) poruch Příčiny poruch Důsledky (následky) poruch

Komplexnější stanovení následku poruchy Kombinuje se ekonomický a bezpečnostní dopad poruchy Počítají se náklady na nepohotovost, udržovatelnost (opravu), nekvalitu a energetické ztráty Přiřadí se úrovně kritičnosti (0 až 3 pro nepohotovost a udržovatelnost a 0 až 2 pro nekvalitu a energetické ztráty a udělá se jejich součet) Posoudí se dopady poruchy na bezpečnost (A, B, C, D) Stanoví se výsledná hodnota dopadu poruchy z tab. 1

Dopady poruchy na ekonomiku Ukazatel Výpočet nákladů jednoho způsobu poruchy Kč   Úroveň kritičnosti (Kč a body) Legenda veličin Nepohotovost Cu=Dt*cp N žádná do 1000 L malá do 10000 M střední 100000 H velká nad 100000 Dt - doba prostoje 1 2 3 cp - cena hodiny prostoje Udržovatelnost (oprava) Cm=cl*MTTR + Csp + Cex cl - mzdová hodinová sazba, MTTR - doba opravy Csp - materiálové náklady, Cst -cena externí údržby Ztráta na kvalitě Cq=Cpt*Qdef/Qtot Cpt - tržby celé produkce, Qdef - počet neshodných produktů Qtot - celkový počet vyrobených produktů Energetické ztráty Ce=(Er-En)*ce Er - skutečná spotřeba energie (kWh), En - normativní spotřeba energie (kWh) ce - cena energie (Kč/kWh)

Dopady poruchy na bezpečnost Úroveň Kvalitativní označení Charakteristiky úrovní A Katastrofické Ztráty na životech a/nebo úplná ztráta zařízení (systému), poškození místního a vnějšího životního prostředí B Kritické Vážná újma na zdraví způsobená úrazem a/nebo významné poškození zařízení (systému), poškození místního životního prostředí C Okrajové Malé úrazy personálu, malé poškození zařízení (systému) D Malé Porucha nezpůsobí úraz personálu a poškození zařízení (systému)

Tab. 1 Stanovení výsledné hodnoty dopadu poruchy v rozsahu 1 až 10 Kombinované hodnocení následku poruchy (ekonomické a bezpečnostní dopady) Riziko bezpečnosti   A X 10 B 5 6 7 8 9 C 2 3 4 D 1 Dopady poruchy na ekonomiku

CHARAKTER ROZDĚLENÍ HODNOT RIZIKOVÝCH ČÍSEL ZÍSKANÝCH ZE VŠECH MOŽNÝCH KOMBINACÍ HODNOCENÍ

4.2 Podmínky úspěšného a efektivního využívání metody FMEA/FMECA 1. Manažerské zajištění (vypracování podnikové směrnice pro aplikaci FMEA/FMECA, která stanovuje postup analýzy, odpovědnosti a pravomoci spojené s řešením a další náležitosti, které mají charakter vazeb v příslušném systému jakosti organizace). 2. Metodu FMEA/FMECA je nutno chápat jako metodu týmovou.

3. Zajištění přístupu k souboru potřebných informací a zajištění zpětné vazby z navazujících etap životního cyklu (problémová hlášení z realizovaných procesů, oficiální i neoficiální reklamace od zákazníků - uživatelů atd.) je dalším nezbytným předpokladem úspěšného využívání metody. 4. Počítačová podpora s využíváním vhodného softwaru

5. Hlavním výsledkem uplatnění metody FMEA/FMECA v managementu údržby je získání podkladů a informací pro úspěšnou aplikaci proaktivní preventivní údržby, která odstraňuje nebo minimalizuje příčiny poruch a předchází vzniku poruchových stavů. 6. Řešením příčin poruch a poruchových stavů se začneme zabývat, jestliže kritické číslo dosáhne zpravidla hodnotu 60 a více. 7. Je-li hodnota kritičnosti menší než 60, poruchu odstraníme běžnými technologickými postupy údržby po poruše.