ŘÍZENÍ JAKOSTI A SPOLEHLIVOSTI Pavel Fuchs David Vališ Josef Chudoba Jan Kamenický Jaroslav Zajíček

Obsah prezentace FMEA/FMECA - základní informace Cíle a možnosti použití metody Požadavky analýzy Postup aplikace FMECA Dokumentování analýzy Příklad aplikace

FMEA/FMECA -základní informace FMEA vs. FMECA FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) = Analýza způsobů a důsledků poruch strukturovaná kvalitativní analýza, která slouží k identifikaci způsobů poruch systémů, jejich příčin a důsledků jedná se o kvantitativní analýzu FMECA (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis) = Analýza způsobů, důsledků a kritičnosti poruch rozšíření metody FMEA o odhad kritičnosti důsledků poruch a pravděpodobnosti jejich nastoupení jedná se o semikvantitativní analýzu

Historický přehled metoda vyvinuta v 60. letech dvacátého století jako nástroj pro zabezpečení spolehlivosti nových technických systémů poprvé metoda využita v agentuře NASA při realizaci projektu APOLLO 1974 – v USA vydána vojenská norma se základními zásadami analýzy MIL-STD-1629 1985 – vydána norma IEC 812 1992 – metoda zavedena u nás jako ČSN IEC 812 v současnosti patří FMEA/FMECA k nejužívanějším metodám prediktivní analýzy spolehlivosti Charakteristika metody induktivní metoda – provádí kvalitativní analýzu od nižší k vyšší úrovni členění systému zkoumá jakým způsobem mohou objekty na nižší úrovni selhat a jaký důsledek mohou mít tato selhání pro vyšší úrovně systému (tomu předchází dekompozice a stanovení úrovní systému)

Cíle a možnosti použití metody Cíle metody posouzení důsledků a posloupnosti jevů pro každý zjištěný způsob poruchy prvku, ať má jakoukoliv příčinu, a to na různých funkčních úrovních systému určení významnosti nebo kritičnosti každého způsobu poruchy vzhledem k požadované funkci systému s uvážením důsledků na bezporuchovost nebo bezpečnost procesu klasifikace způsobů poruch podle toho, jak snadno je lze zjistit, diagnostikovat, testovat,.. odhady ukazatelů významnosti a pravděpodobnosti poruchy, jsou-li k dispozici potřebná data

Možnosti použití metody nejvýznamnější využití v etapě návrhu a vývoje, jako součást přezkoumání návrhu (metoda předběžného varování) při modifikaci a modernizaci systému při změnách provozních podmínek při prokazování požadavků norem, předpisů nebo uživatele podklad pro návrh konstrukčních změn požadavky na provedení zkoušek

Možnosti použití metody - pokrač. V období vznikajícího návrhu, konstrukce nebo projektu slouží k identifikaci a analýze všech potenciálně možných poruchových stavů, které mohou nastat, s cílem odstranit je nebo potlačit změnou či úpravou konstrukčního řešení - tzv. FMEA konstrukční. Při návrhu procesu slouží k identifikaci a analýze všech jeho možných poruchových stavů, jejichž příčiny mohou spočívat v navrhovaném postupu procesu s cílem umožnit návrh nápravných opatření k jejich odstranění (nebo potlačení) změnou jeho návrhu - tzv. FMEA procesní (výrobní). FMEA procesní by měla navazovat na provedenou FMEA konstrukční a provádí se jako závěrečná ve fázi schvalování technické přípravy výrobního postupu. Rozšířením analýz na vzájemné funkční souvislosti jednotlivých dílů, resp. jednotlivých operací procesů, včetně jejich analýzy z hlediska všech "zúčastněných" prvků (člověk - stroj - materiál - prostředí) při FMEA/FMECA procesní se dospělo k jejich komplexnějšímu pojetí, které je označováno jako tzv. FMEA systémová (výrobková).

Omezení a nedostatky metody složitá, pracná a časově náročná v případě komplexních systémů velké množství podrobných informací o systému - konstrukce, funkce, technologie výroby, způsoby provozu a provozních podmínek účast týmu odborníků různých profesí nezahrnuje důsledky chyb lidského faktoru

Vstupní informace pro analýzu Požadavky analýzy Vstupní informace pro analýzu účel a cíle analýzy musí být přesně vymezeno, k jakému účelu je analýza prováděna technický popis systému slovní popisy konstrukčního uspořádání, podrobná výkresová dokumentace, schémata, grafy,... definice funkcí systému a jeho prvků podrobný výčet všech důležitých funkcí systému a prvků funkční členění systému členění do funkčních subsystémů až do požadované hloubky analýzy může být podobné konstrukčnímu uspořádání, ale není to pravidlem definice rozhraní systému vymezení hraničních bodů a prvků, kde dochází k interakci se „sousedními“ systémy nebo s vnějším okolím, aby se prvky neopakovaly vícekrát v různých systémech údaje o prvcích systému jednoznačná identifikace, popis funkce, popis funkce,... viz. Dokumentace FMEA/FMECA

Postup analýzy – přípravná část shromáždění potřebných informací a podkladů cíle, termíny a požadovaná hloubka analýzy požadavky na spolehlivost a bezpečnost systému požadavky vyplývající z technických podkladů požadavky vyplývající z legislativních podkladů informace o struktuře a funkcích systému přehled funkcí systému a důsledků jejich selhání přehled prvků systému a jejich parametrů, úloh a funkcí struktura vazeb systému úroveň zálohování a podstata záložních systémů návaznost na jiné systémy

Postup analýzy – přípravná část (pokrač.) informace o provozních podmínkách a systému údržby specifikace podmínek provozu doba a fáze provozu systém preventivní a nápravné údržby podmínky prostředí teploty, změny teplot vlhkost pohyb, vibrace,... požadavky na využití softwarové podpory analýzy

Postup analýzy – vlastní FMEA/FMECA jednotlivých prvků na všech prvcích na zvolené nejnižší úrovni se realizují zejména tyto kroky: identifikace způsobů poruch prvku, jejich důsledků a pravděpodobných příčin identifikace metod a opatření k detekci a izolaci poruch kvalitativní posouzení významnosti poruch a alternativní opatření v případě rozšíření analýzy o semikvantitativní hodnocení (FMECA) se dále provádí: určení kritičnosti poruch vyhodnocení pravděpodobnosti poruch

Postup analýzy – vyhodnocení analýzy závěry hodnocení musí směřovat k přijetí souboru účinných nápravných opatření výsledky analýzy se vždy porovnávají se stanovenými požadavky návrh konkrétních nápravných opatření úplné odstranění příčiny poruchy snížení pravděpodobnosti vzniku snížení stupně kritičnosti důsledků poruchy možnost návrhu programu zkoušek spolehlivosti kritických prvků, systému údržby a technické diagnostiky

Postup při aplikaci FMECA Vlastní provádění metody zahrnuje čtyři skupiny činností: Identifikují se jakékoliv myslitelné poruchové stavy a analyzují se jejich možné projevy, důsledky a příčiny; provádění tohoto kroku analýzy vyžaduje pro ně stanovit: místo a/nebo popis; projev; důsledek; příčinu. Hodnotí se současný stav tzv. rizikovým číslem MR/P (přesněji míra rizika/priorita): MR/P = Výsk x Význ x Odhal Výsk - bodové ohodnocení pravděpodobnosti výskytu poruchového stavu, Význ - bodové ohodnocení významu následku (tj. závažnosti z hlediska nepříznivých důsledků pro zákazníka),

Odhal - bodové ohodnocení odhalitelnosti (tj. detekce) příčiny, resp Odhal - bodové ohodnocení odhalitelnosti (tj. detekce) příčiny, resp. následku poruchového stavu před dodáním zákazníkovi. Bodová ohodnocení se nejčastěji získávají roztříděním výskytu, významu a odhalitelnosti vždy do deseti tříd podle zvolených klasifikačních tabulek, jejichž příklady jsou uvedeny na následujících snímcích. Např. pro činitel Význ je hodnota 10, resp. 9 přiřazena případům, kdy vzniká bezpečnostní riziko, hodnota 1 je přiřazena případům, kdy má následek poruchového stavu (vady) jen malý význam pro konečného uživatele (např. velmi malé omezení funkcí, rozeznatelné jen odborníkem). Navrhnou se opatření k nápravě (změna či úprava konstrukčního řešení, návrhu výrobního postupu apod.) s vymezením termínů a odpovědností. Po realizaci opatření k nápravě se provede opakovaně analýza podle 2. bodu postupu včetně hodnocení rizikovým číslem MR/P zlepšeného stavu.

Kritéria a jejich ohodnocení Kritérium klasifikace výskytu poruchy (vady) Odhad četnosti Třída Není pravděpodobné, že porucha (vada) nastane 1 Velmi malá: Jedná se o proces s ojedinělým výskytem poruchy (vady) 1/5000 1/2000 1/1000 1/500 2 3 4 5 Střední: Odpovídá procesům, kde obvykle dochází k náhodným poruchám (vadám), ale v menší míře 1/200 6 Vysoká: Odpovídá výrobním procesům s častými poruchami (vadami) 1/100 1/50 7 8 Velmi vysoká: z hlediska uživatele je téměř jistý výskyt poruchy (vady) 1/20 1/10 9 10

Kritéria a jejich ohodnocení - pokrač. Kritérium klasifikace významu poruchy (vady) Třída Zanedbatelná: podstata poruchy (vady) je taková, že neovlivní schopnosti systému - výrobku, tj. uživatel pravděpodobně nezaznamená její výskyt 1 Nízká: porucha (vada) vyvolá uživateli pouze potíže, nepozorují se poškozené funkce objektu – výrobku 2 3 Střední: porucha (vada) vyvolá obtíže uživateli snížením pohodlí při užívání - porucha (vada) obtěžuje při ovládání, manipulaci. Uživatel zaznamená určité zhoršení vlastnosti výrobku. 4 5 6 Vysoká: porucha (vada) vyvolá značné obtíže uživateli, resp. způsobí vážné poškození, špatné vlastnosti výrobku; neovlivňuje však bezpečnost výrobků 7 8 Velmi vysoká: porucha (vada) ovlivňuje bezpečnost výrobků, jeho nezpůsobilost k provozu z hlediska zákonných předpisů 9 10

Kritéria a jejich ohodnocení - pokrač. Kritérium klasifikace odhalitelnosti poruchy (vady) „Průchod“ poruchy (vady) k uživateli [%] Třída Velmi vysoká: pravděpodobnost, že porucha (vada) by byla detekována kontrolou nebo při montáži 0 až 5 1 Vysoká: pravděpodobnost, že porucha (vada) se dostane k uživateli bez detekce - podle pravděpodobnosti průchodu poruchy k uživateli 6 až 15 16 až 25 2 3 Střední: pravděpodobnost, že porucha (vada) se dostane k uživateli bez detekce - podle pravděpodobnosti průchodu poruchy (vady) k uživateli 26 až 35 36 až 45 46 až 55 4 5 6 Nízká: pravděpodobnost, že porucha (vada) se dostane k uživateli bez detekce - podle pravděpodobnosti průchodu poruchy (vady) k uživateli 56 až 65 65 až 75 7 8 Velmi vysoká: pravděpodobnost, že porucha (vada) se dostane k uživateli bez detekce - podle pravděpodobnosti průchodu poruchy (vady) k uživateli 76 až 85 86 až 100 9 10

Kritičnost poruchy Hodnocení kritičnosti poruchy k ohodnocení závažnosti důsledků dané poruchy při uvažování její četnosti Může být dále funkcí snadnosti detekce poruchy, rychlosti reakce na poruchu a pod.

Vytvoření pracovního formuláře Podoba pracovního formuláře je přizpůsobena účelu analýzy a má za cíl stanovit rizikové číslo RN pro jednotlivé předvídané poruchy. Pomocí rizikového čísla je možno zjistit komponenty, které zásadním způsobem ovlivňují bezporuchovost celého systému. Pracovní formulář obsahuje následující informace: název komponenty podle blokového schématu, popis funkce příslušné komponenty, předvídané poruchy, které mohou způsobit nesprávnou funkci komponenty, důsledek poruchy na činnost celého systému, rizikové faktory (i více než 3), např. F1, F2, F3, F4 výsledné rizikové číslo RN.

Vytvoření pracovního formuláře - pokrač. Jednotlivé faktory F1, F2, F3, F4 mají následující význam: F1 - faktor, vyjadřující míru pravděpodobnosti vzniku poruchy, F2 - faktor, vyjadřující míru závažnosti poruchy na celý systém, F3 - faktor, vyjadřující míru obtížnosti detekce poruchy ve výrobním procesu, F4 - faktor, vyjadřující míru obtížnosti detekce poruchy v systému (latentní – skrytá porucha, neodhalená autodiagnostikou) RN - rizikové číslo, tvořené součinem všech čtyř rizikových faktorů.

Vytvoření pracovního formuláře - pokrač. Za nebezpečné jsou považovány všechny ty poruchy, jejichž rizikové číslo je větší než střední hodnota uvažovaných rizikových čísel, přičemž jsou pro kvalifikovaný odhad kritické hodnoty rizikového čísla brány v úvahu také zkušenosti z výroby a provozu stávající, resp. analogické techniky. Hodnota kritéria vyjádřená slovně F1 Zanedbatelná velikost intenzity výskytu poruch (vznik dané poruchy je velmi nepravděpodobný). 1 Nízká hodnota intenzity výskytu poruch (vznik dané poruchy je možný s malou pravděpodobností). 2  3 Střední hodnota intenzity výskytu poruch (vznik dané poruchy je pravděpodobný). 4  6 Vysoká hodnota intenzity výskytu poruch (vznik dané poruchy je velmi pravděpodobný). 7  8 Velmi vysoká hodnota intenzity poruch (vznik dané poruchy je téměř jistý). 9  10

Vytvoření pracovního formuláře - pokrač. Hodnota kritéria vyjádřená slovně F2 Porucha nemá pro zákazníka pozorovatelný důsledek, zákazník ji pravděpodobně ani vůbec nezjistí, zanedbatelná závažnost. 1 Porucha vyvolá jen lehké obtíže, nejsou pozorovány významnější změny v chování objektu. 2  3 Porucha vyvolá znatelné obtíže, je pozorováno určité zhoršení vlastností objektu, nejsou dotčeny základní funkce. 4  6 Porucha vyvolá značné obtíže, ale nedochází k ohrožení bezpečnosti provozu, objekt neplní základní funkce, vysoká závažnost poruchy. 7  8 Porucha způsobuje neplnění požadavků přepisů, je možné ohrožení bezpečnosti provozu, velmi vysoká závažnost poruchy. 9  10

Vytvoření pracovního formuláře - pokrač. Hodnota kritéria vyjádřená slovně F3 Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je zanedbatelná, porucha se k zákazníkovi téměř jistě nedostane, porucha je zjevná bez dalšího zkoušení. 1 Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je nízká a pravděpodobnost expedice vadného výrobku malá. 2  3 Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je střední a pravděpodobnost expedice vadného výrobku střední. 4  6 Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je velká a pravděpodobnost expedice vadného výrobku vysoká. 7  8 Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude odhalen při kontrolách, montáži nebo zkouškách je velmi velká a pravděpodobnost expedice vadného výrobku velmi vysoká. 9  10

Vytvoření pracovního formuláře - pokrač. Hodnota kritéria vyjádřená slovně F4 Pravděpodobnost, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen, porucha je zjevná bez dalšího zkoušení. 1 P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je velmi nízká (6%  15%). 2 Pst, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je nízká (16%  25%). 3 P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je střední (26%  35%). 4 P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je střední (36%  45%). 5 P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je vyšší (46%  55%). 6 P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je vysoká (56%  65%). 7 P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je vysoká (66%  75%). 8 P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je velmi vysoká (76%  85%). 9 P-st, že vznik poruchy nebude autodiagnostikou odhalen je velmi vysoká (86%  100%). 10 Procentuální rozdělení odpovídá úspěšnosti detekce poruchy (úspěšnost pokrytí autodiagnostickým testem).

Dokumentace FMECA/FMECA Dokumentování analýzy Dokumentace FMECA/FMECA slouží pro přehlednost a další využitelnost dat – uspořádání do pracovních formulářů uspořádání formuláře odpovídá specifickým cílům analýzy formulář by měl umožnit zaznamenat především identifikační číslo analyzovaného prvku musí zajistit jednoznačnou identifikaci prvku v systému (např. pozice dle výkresu sestavy) název analyzovaného prvku měl by korespondovat s názvem použitým ve výrobní dokumentaci popis funkce prvku součástí je i definování podmínek prostředí a požadavků předpisů příklad: čerpadlo – dodává kapalinu v požadovaném množství a tlaku če

Dokumentace FMEA / FMECA - pokrač. způsob poruchy jev, prostřednictvím něhož je porucha na prvku identifikována příklad: porucha celistvosti mechanické omezení nebo zaseknutí vibrace neotevírá, nezavírá,... do analýzy vstupují všechny předpověditelné a reálně možné způsoby poruch příčina poruchy kvůli možnému odhadnutí zdroje výskytu poruch a jeho sekundárních následků a následné možnosti doporučit soubor nápravných opatření způsob poruchy může mít více než jednu příčinu příklad pro způsob poruchy vibrace: opotřebení ložiska nevyváženost spojky poškození oběžného kola

Dokumentace FMEA / FMECA - pokrač. důsledky poruchy zaznamenání důsledků na stav vlastního prvku (lokální důsledek) i na všechny vyšší úrovně systému jako celku (konečný důsledek) zahřátí ložiska, výpadek čerpadla, odstavení jednotky metody zjišťování poruch způsoby detekce poruch (palubní diagnostika, operátor provozu,...) významnost poruchy příklad kategorizace poruch dle důsledků Minor, Major, Critical, Catastrophic

Dokumentace FMEA / FMECA - pokrač. rozšíření pro metodu FMECA pravděpodobnost poruchy prvku (pravděpodobnost výskytu každého předpokládaného způsobu poruchy) z výsledků sledování provozní spolehlivosti prvku na základě provedených zkoušek spolehlivosti s využitím výsledků sledování provozní spolehlivosti konstrukčně podobných prvků expertním odhadem s využitím znalostních databází (katalogy spolehlivosti) ...

Příklad aplikace FMEA konstrukční – kompaktní svítidlo sporáku Název zař. Funkce Ident. číslo Předvídané poruchy Důsledek poruchy 1.Keramický plášť Nosný díl všech prvků svítidla 1234-K1 Nevhodná tl. stěny dna Nesprávný tvar a rozměr otvoru pro kontakty Nesoulad rozměrů výstupků pro zajištění skla Nevhodné rozměry pro upevňovací sponu Nevhodné větrací otvory Praskání, vyštipování Praskání při ohýbání kontaktů Uvolňování skleněné krytky Upev. spona v nevhodné poloze Přehřátí žárovky 2.Žárovka Osvětlení pečící trouby 25W/240V, T300 Žárovka není typovaná na požadované parametry (T300) Snížení životnosti 3.Upevňovací spona Element upev. svítidla v panelu 1234-R2 Nevhodná volba materiálu (tvrdost,tloušťka) Chybný rozměr pro upevnění na plášť Chybné rozměry pro upevnění v panelu Špatná fixace v panelu Obtížná montáž, nedrží na plášti Nelze zajistit mont. a demont. 4.Podložka Pružný element pod skl. krytkou 1234-R3 Uvolnění skleněné krytky Nemožnost zafixování skleněné krytky 5.Skleněná krytka Krytka svítidla 1234-B4 Nevhodná volba materiálu – čirost, ekologická nezávadnost Větší absorpce světla, styk s potravinami 6.Připojovací konektory a kontakty objímky Vytváří styk v objímce. Slouží pro připojení vodičů 1234-R5,R6 Nevhodná volba materiálu (pružnost,pevnost) Otřepy a ostré hrany Nesprávný návrh rozměrů kontaktů a závitového kroužku Nedokonalý styk,nefunkční Velké násuvné síly dutinky Zadrhnutí žárovky při vyšroubování Nevyhoví na kalibry a správnou funkci 7.Závitový kroužek Element upev. žárovky 1233-T3 Nevhodný materiál Praskliny na závitě Nevyhovuje na kalibr

FMECA - elektromotor chlazený vodou

Poděkování Tento text pro výuku byl vytvořen s podporou ESF v rámci projektu: „Inovace a realizace bakalářského oboru Informatika a logistika v souladu s požadavky průmyslu a veřejné správy“, číslo projektu CZ.04.1.03/3.2.15.3/0442.

Děkuji Vám za pozornost.