Introdução a análise do modo de falha, efeitos e criticidade (FMECA)
No final da década de 1940, os militares dos EUA estavam comprometidos a mudar de uma abordagem de “encontrar fracasso e consertá-lo” para “antecipar o fracasso e impedi-lo”. Os métodos desenvolvidos focaram na identificação de riscos qualitativos e quantitativos para prevenir falhas. A análise do modo de falha, efeitos e criticidade (FMECA) é um método que envolve análise quantitativa de falhas. O FMECA envolve a criação de uma série de ligações entre possíveis falhas (Modos de Falha), o impacto na missão (Efeitos) e as causas da falha (Causas e Mecanismos). Os métodos e técnicas associados ao FMECA foram publicados em uma série de Padrões Militares. O MIL-STD-1629A é o mais proeminente desses padrões e ainda está em uso hoje.
O que é análise do modo de falha, efeitos e criticidade (FMECA)?
A FMECA é uma abordagem de baixo para cima (Hardware) ou de cima para baixo (Funcional) para a avaliação de riscos. É indutivo, ou orientado por dados, ligando elementos de uma cadeia de falhas da seguinte forma: Efeito de falha, modo de falha e causas / mecanismos. Esses elementos se assemelham aos modernos 5 Por que a técnica na Análise de Causa Raiz (ACR)?. O efeito de falha duplica a experiência de um usuário / cliente e é então traduzido na descrição de falha técnica ou no modo de falha. A descrição da falha técnica responde à próxima pergunta “Por que?”, apresentando as causas que resultam no modo de falha. Cada modo de falha tem uma probabilidade atribuída e cada causa tem uma taxa de falha atribuída. Se os dados não estiverem disponíveis, a probabilidade de ocorrência é atribuída. A probabilidade depende dos documentos da fonte de dados de falha utilizados no FMECA. Diferentemente de 5 Por quês, o FMECA é executado antes de qualquer falha que realmente ocorra. FMECA analisa o risco, que é medido pela criticidade (a combinação de gravidade e probabilidade), para agir e, assim, proporcionar uma oportunidade para reduzir a possibilidade de falha. FMECA e Análise de Modo e Efeitos de Falha (FMEA) são ferramentas intimamente relacionadas. Cada ferramenta resolve identificar os modos de falha que podem causar uma falha no produto ou no processo. O FMEA é qualitativo, explorando “cenários hipotéticos”, onde o FMECA inclui um grau de entrada quantitativa extraído de uma fonte de taxas de falhas conhecidas. Uma fonte para tais dados é o Manual Militar 217 ou equivalente. Existem duas atividades para executar o FMECA:
- Criar o FMEA
- Executar a análise de criticidade
A criticalidade medida é a interseção da gravidade e causa classificações de probabilidade. Os resultados são representados em quatro zonas principais de criticalidade. A criticidade é usada para determinar os pontos fracos do projeto ou do processo. Existem duas opções quantitativas e uma qualitativa para a Criticalidade do FMECA, conforme identificado abaixo:
- Quantitativo
- Modo Criticalidade = Inabilidade do item x Modo Taxa de não confiabilidade x Probabilidade de perda x Tempo (vida)
- Criticalidade do Item = Soma do Modo de Criticalidades
- Qualitativo
- Comparar os modos de falha por meio de uma Matriz de Criticidade, que identifica a gravidade no eixo horizontal e a ocorrência no eixo vertical
Por que executar a análise do modo de falha, efeitos e criticidade (FMECA)?
A intenção da metodologia de análise do modo de falha, efeitos e criticidade (FMECA) é aumentar o conhecimento do risco e evitar falhas. Os benefícios tangíveis do FMECA são oferecidos nas seguintes categorias: Benefícios de Design e Desenvolvimento
- Maior confiabilidade
- Melhor qualidade
- Margens de segurança mais altas
- Diminuição do tempo de desenvolvimento e re-design
Benefícios de Operações
- Planos de controle mais eficazes
- Requisitos de teste de verificação e validação aprimorados
- Manutenção preventiva e preditiva otimizada
- Análise de crescimento da confiabilidade durante o desenvolvimento do produto
- Diminuição de desperdícios e operações sem valor agregado ( Lean )
Benefícios de custo
- Reconhecer antecipadamente os modos de falha (quando são menos onerosos para resolver)
- Custos de garantia minimizados
- Aumento das vendas da satisfação do cliente
Como executar a análise do modo de falha, efeitos e criticidade (FMECA)?
A suposição básica ao executar FMECA em vez de FMEA é o desejo de ter uma determinação de risco mais quantitativa. O FMEA utiliza uma equipe mais multifuncional usando diretrizes para definir Severidade e Ocorrência. O FMECA é executado primeiramente preenchendo uma planilha de processo de FMEA e depois preenchendo a Planilha de Criticalidade do FMECA.
Os passos gerais para o desenvolvimento do FMECA são os seguintes:
- Primeira parte: FMEA (veja nossa página de FMEA para mais detalhes)
- Definir o sistema
- Definir regras e suposições básicas para ajudar a impulsionar o design
- Elaborar diagramas de limites e diagramas de parâmetros do sistema de construção
- Identificar os modos de falha
- Analisar os efeitos da falha
- Determinar as causas dos modos de falha
- Alimentar os resultados de volta ao processo de design
- Segunda parte: FMECA
- Transferir informações do FMEA para o FMECA
- Classificar os efeitos de falha por gravidade
- Executar cálculos de criticalidade
- Classificar a criticalidade do modo de falha e determinar os itens de maior risco
- Tomar ações de mitigação e documentar o risco restante com justificativa
- Acompanhar a implementação / eficácia das ações corretivas
O FMECA muitas vezes pode se tornar demorado e, portanto, os recursos disponíveis e o interesse da equipe podem ser um problema à medida que o processo continua. Por isso adotamos o processo de FMECA abaixo para utilizar recursos de engenharia de forma eficaz e garantir que o FMECA tenha sido desenvolvido completamente.
Etapa 1: Executar o FMEA
O FMEA é um bom ponto de partida para a FMECA. O FMEA permite insumos qualitativos e, portanto, criativos, de uma equipe de engenharia multidisciplinar. O FMEA fornece as primeiras entradas na mudança de projeto e pode iniciar o processo de mitigação de risco. As informações do FMEA são transferidas para a planilha de criticidade do FMECA. Os dados transferidos da planilha do FMEA incluirão:
- Número de identificação do item
- Item / Função
- Função detalhada e / ou requisitos
- Modos de Falha e Causas com Mecanismos de Falha
- Fase de Missão ou Modo Operacional, frequentemente relacionado aos Efeitos de Falha
Etapa 2: Determinar o nível de severidade
Em seguida, atribua o nível de severidade de cada efeito de falha. Existem várias tabelas de gravidade para selecionar. A seguinte é usada em atividades médicas e algumas aeroespaciais. As descrições reais podem ser alteradas para se adequarem a qualquer projeto de produto ou processo. Geralmente, existem quatro classificações de nível de severidade, da seguinte maneira:
- Catastrófico: pode resultar em morte, invalidez permanente total, perda superior a R$ 1 milhão ou danos ambientais severos e irreversíveis que violem a lei ou a regulamentação;
- Alto impacto: incapacidade parcial permanente, ferimentos ou doença ocupacional resultando na hospitalização de 3 ou mais pessoas, perda superior a R$ 200K, mas inferior a R$ 1M, ou dano ambiental reversível que cause uma violação da lei ou regulamento;
- Impacto Menor: pode resultar em ferimentos ou doenças ocupacionais resultando em um ou mais dias perdidos, perda superior a R$ 10K, mas menor que R$ 200K, ou dano ambiental mitigável sem violação da lei ou regulamento onde atividades de restauração podem ser realizadas;
- Impacto baixo: resultar em ferimentos leves ou doenças que não resultam em perda de dias de trabalho, perda superior a R$ 2 mil, mas inferior a R$ 10 mil, ou dano ambiental mínimo.
Etapa 3: Probabilidade do efeito de falha
Em algumas aplicações do FMECA, um valor Beta é atribuído à probabilidade do efeito de falha. O analista do FMECA também pode usar o julgamento de engenharia para determinar o valor Beta. A Probabilidade Beta / Efeito é colocada na Planilha de Criticalidade do FMECA, onde:
- Perda Real / 1,00
- Perda provável /> 0,10 a <1,00
- Perda possível /> 0 a = 0,10
- Nenhum efeito / 0
Uma taxa de modo de falha é desenvolvida atribuindo uma proporção do modo de falha a cada causa. A acumulação de todos os valores de causa é igual a 1,00.
Etapa 4: Probabilidade de Ocorrência (Quantitativa)
Atribua valores de probabilidade para cada modo de falha, referenciando a fonte de dados selecionada. Dados de Probabilidade de Falha e Taxa de Falha podem ser encontrados em várias fontes:
- Handbook 217 é referenciado, mas qualquer fonte de dados de taxa de falha pode ser usada
- Bases de dados RAC, Concordia, etc.
Se a probabilidade do Modo de Falha estiver listada (abordagem funcional), várias colunas da Planilha de Criticalidade do FMECA podem ser ignoradas. A criticidade (Cr) pode ser calculada diretamente. Quando taxas de falhas para modos de falha e componentes contribuintes são desejadas, taxas de falhas detalhadas para cada componente são atribuídas.
Em seguida, devemos atribuir a taxa de falha de componente (lambda). As taxas de falha para cada componente são selecionadas no documento de origem da taxa de falha. Onde não há taxa de falha disponível, os valores qualitativos do FMEA são usados. O FMEA também pode ser um método alternativo em projetos novos ou inovadores.
O tempo de operação (t) representa a hora ou o ciclo em que o item ou componente será esperado. Isso está relacionado aos requisitos esperados do ciclo de trabalho.
Etapa 5: Calcular e traçar criticidade
No FMECA, a criticidade é calculada de duas maneiras:
- A criticidade modal (cada modo de falha todas as causas) = Cm
- A criticidade do item (todos os modos de falha resumidos) = Cr
As fórmulas de cada uma delas não são fornecidas nesta explicação, mas a essência dos elementos do cálculo é a seguinte:
- Cm = O produto do seguinte:
- Taxa de falha da peça (lambda)
- Taxa de falha do efeito (Beta)
- Taxa do modo de falha (alfa)
- Tempo de funcionamento (unidades de tempo ou ciclos)
- Cr = O somatório de todos os Cm
Passo 6: Feedback de Projeto e Mitigação de Risco
Mitigação de risco é uma disciplina necessária para reduzir possíveis falhas. O risco identificado na matriz de criticalidade é o substituto da falha e deve ser tratado no mesmo contexto que uma falha de teste ou componente ou item devolvido pelo cliente. O FMECA exige uma mudança nos níveis de risco / criticalidade após a mitigação. Um defeito / estratégia de detecção defeituosa, compatível com o nível de risco, pode ser necessário. A estratégia aceitável de gerenciamento de riscos inclui o seguinte:
- Ações de atenuação direcionadas às combinações de severidade e probabilidade mais altas
- Qualquer risco em que a mitigação foi mal sucedida é um candidato à prova de erros ou ao controle de qualidade, protegendo o cliente / consumidor da potencial falha
- Os métodos de detecção são escolhidos primeiro para os modos de falha e, se possível, para causas individuais que não permitem o envio ou aceitação
- Registros de ação e “registros de risco” com histórico de revisão são mantidos para acompanhamento e fechamento de cada risco indesejável
Outros exemplos de estratégias de mitigação do FMECA a considerar:
- Mudança de design. Tome uma nova direção na tecnologia de design, altere os componentes e / ou revise os ciclos de trabalho para desclassificação.
- Seleção de um componente com um menor lambda (taxa de falha). Isso pode ser caro, a menos que seja identificado no início do Desenvolvimento de Produto.
- Redundância física do componente. Esta opção coloca o componente redundante em uma configuração paralela. Ambos devem falhar simultaneamente para que o modo de falha ocorra. Se existir uma preocupação de segurança, esta opção pode exigir componentes não idênticos.
- Redundância de software. A adição de um circuito sensor que pode alterar o estado do produto. Essa opção geralmente reduz a gravidade do evento, protegendo os componentes por meio de alterações no ciclo de serviço e reduzindo as tensões de entrada.
- Sistema de alerta. Um cartaz e / ou campainha / luz. Isso requer ação de um operador ou analista para evitar uma falha ou o efeito da falha.
- Detecção e remoção da falha potencial através de testes ou inspeção. A eficácia da inspeção deve corresponder ao nível de severidade e criticidade.
Etapa 7: Executar a análise de sustentabilidade
A análise de sustentabilidade analisa os itens de maior risco e determina quais componentes falharão mais cedo. O custo e a disponibilidade de peças também são considerados. Essa análise pode afetar a localização dos componentes ou itens quando na fase de design. A consideração do design deve ser dada para acesso rápido quando a capacidade de manutenção é necessária com mais frequência.
- Painéis de acesso, fáceis de remover, permitem o serviço dos componentes e itens identificados. Isso pode limitar o tempo de máquinas importantes.
- Geralmente, uma lista de peças sobressalentes é criada a partir da análise de manutenção.
