FMEA на производстве: анализ видов и последствий отказов

В условиях высококонкурентного рынка для производственных предприятий становится актуальной задача снижения рисков появления дефектов и отказов на протяжении всего жизненного цикла продукции. Одним из эффективных инструментов по снижению рисков является FMEA анализ, который позволяет компаниям удовлетворять возрастающие требования к надежности и качественным характеристикам выпускаемой продукции в условиях постоянного усложнения технических систем.

Анализ видов и последствий отказов FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) представляет собой один из инструментов управления качеством, который используется для определения рисков и управления ими. Методика обеспечивает выявление потенциальных дефектов до факта их проявления и позволяет предотвратить их возникновение на всех стадиях жизненного цикла продукции.

Максимальный результат применение FMEA дает на ранних стадиях проектирования процесса или конструкции и при подготовке производства, поскольку именно на этих этапах возникает большинство критических ошибок. Кроме этого, анализ причин и последствий отказов может использоваться при модернизации существующего изделия или процесса, при изменении условий эксплуатации продукта или требований клиентов к его конструкции.

На производственных предприятиях анализ FMEA может использоваться как часть внутренней системы менеджмента качества, а также как инструмент повышения эффективности системы управления цепочками поставок, ориентированный на более полное удовлетворение ожиданий потребителей.

Метод FMEA-анализа является универсальным, поскольку может применяться в любых отраслях, к любым объектам и процессам. Наиболее важное значение он имеет для отраслей, в которых существуют особые требования к надежности и безопасности продукции. В качестве примера можно привести авиационную, космическую, атомную, автомобильную, оборонную, нефтегазовую промышленность, тяжелое машиностроение и т.д.

Применение FMEA-анализа закреплено на уровне многих отраслевых стандартов, а также может быть предусмотрено условиями договоров о сотрудничестве с клиентами или техническими заданиями. Кроме этого, некоторые предприятия внедряют эту методику по собственной инициативе для повышения конкурентоспособности и сокращения репутационных рисков.

Цель метода FMEA заключается в том, чтобы определить, классифицировать и устранить все возможные проблемы и риски, которые могут возникнуть в процессе производства и использования продукции.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

• определить слабые места в самой конструкции или процессе ее изготовления;
• получить сведения об уровне рисков отказов предложенной конструкции или процессов;
• доработать конструкцию или технологический процесс для снижения уровня риска до наиболее приемлемого.

Благодаря анализу рисков предприятие получает возможность сэкономить на проведении дорогостоящих экспериментов и предотвратить издержки на исправление дефектов, обнаруженных после запуска продукции в производство и в процессе эксплуатации.

Анализ видов и последствий отказов основывается на четырех принципах:

• Командная работа. FMEA подразумевает всеобъемлющий подход, который позволит рассмотреть все потенциально возможные риски, поэтому анализ проводится силами команды экспертов с разными специализациями и областями ответственности.
• Иерархичность. При проведении анализа продукции или процессов, характеризующихся технической сложностью, необходимо изучать не только объект в целом, но и отдельные его составляющие.
• Итеративность. Процедура оценки должна проводиться не только при проектировании, но и при последующих изменениях объекта анализа FMEA, которые могут повлечь за собой увеличение уровня риска возникновения дефектов и отказов.
• Фиксация результатов. Все результаты анализа необходимо отразить в отчетном документе, при этом потенциальные виды отказов должны быть описаны максимально полно, технически точно и конкретно.

В зависимости от объекта анализа, выделяют следующие виды FMEA:

• DFMEA — анализ рисков, связанных с продуктом. Он помогает идентифицировать возможные дефекты в конструкции и ее компонентах, проанализировать влияние свойств используемых материалов на характеристики изделия, выявить недочеты в проектировании, которые в дальнейшем повлияют на качество и работоспособность. Основная задача DFMEA — снизить риски у внешнего потребителя.
• PFMEA — анализ рисков, связанных с производственным процессом. Его целью является достижение конечных требований к качеству технологии производства и сборки продукции. FMEA-анализ процесса в первую очередь направлен на снижение рисков у внутреннего потребителя.

Для любого потенциального дефекта или отказа определяются три показателя:

• Значимость. Этот показатель определяется с точки зрения тяжести последствий идентифицированной угрозы. Он позволяет расставить приоритеты и в первую очередь разрабатывать мероприятия для ликвидации наиболее актуальных из потенциальных или уже возникших проблем.
• Вероятность появления. При определении этого показателя проводится анализ частоты возникновения дефекта и количественная оценка возможной доли продукции с идентифицированным несоответствием данного вида.
• Возможность обнаружения. Этот показатель оценивает вероятность обнаружения дефекта с учетом применяемых на производстве методов контроля качества и диагностики.

На основании этих показателей определяется приоритетное число рисков для каждого из возможных отказов, позволяющее выяснить, какие дефекты несут наибольшую угрозу для предприятия и его клиентов.

Первый этап проведения FMEA-анализа включает определение объекта и границ анализа. Выбирается конкретный продукт, процесс или их часть, определяются четкие цели. От вида проводимого FMEA будет зависеть состав рабочей группы, используемые понятия и документация, сопровождающая процедуру.

Для работы над проектом создается коллектив из специалистов разного профиля. Поскольку анализ проводится методом мозгового штурма, члены группы должны иметь не только высокую квалификацию и практический опыт, но и уметь работать в команде, объективно оценивать информацию без предубеждений и эмоциональной сопричастности.

На этом этапе группа изучает требования к функционированию процесса или продукта, а также детально рассматривает каждый этап и операцию, задействованные устройства и механизмы. Затем проводится анализ, направленный на выявление потенциальных дефектов и ошибок, из-за которых конструкция или процесс могут не соответствовать установленным требованиям.

На этом этапе группа оценивает сценарии, что может произойти, если несоответствующий продукт достигнет конечного потребителя, как ошибка повлияет на следующий этап процесса и т.д. Далее последствия отказов ранжируются по степени серьезности от 1 (дефект не будет иметь эффекта) до 10 (очень серьезные последствия).

Далее группа исследует возможные механизмы возникновения отказов, анализирует причинно-следственные связи и выявляет причины отказов. Эта работа может не проводиться в отношении дефектов, которые не влияют на функционирование продукта или процесса или имеют очень незначительные последствия. Для остальных отказов причины должны быть описаны максимально точно и конкретно, без использования расплывчатых формулировок.

Для новых конструкций и процессов частота отказов может оцениваться на основе данных об аналогичных продуктах или процессах с определенной долей погрешности. Для оценки также используется 10-балльная шкала, где 1 означает маловероятное событие, а 10 — наиболее часто возникающий дефект.

На этом этапе эксперты сначала изучают процессы и методы контроля качества, после чего для каждого отказа определяют вероятность выявления от 1 (диагностика точная, дефект очевиден) до 10 (скрытый дефект, который невозможно выявить).

Приоритет уровня риска рассчитывается для каждого идентифицированного дефекта путем умножения показателей его значимости, вероятности проявления и обнаружения. Лучший показатель приоритета уровня риска равен 1, худший равен 1000.

Для дефектов, показатель приоритета уровня риска которых превышает заранее установленную критическую границу, группа предлагает рекомендации по их предотвращению или смягчению. Они могут предусматривать доработку продукта или процесса, введение новых методов контроля и т.д.

После внедрения рекомендаций все показатели FMEA рассчитываются заново. Полученный результат сравнивается с предыдущими показателями, оценивается эффективность проведенной работы.

Для производственного предприятия использование FMEA дает ряд преимуществ:

• сокращение производственных расходов;
• снижение себестоимости выпускаемой продукции;
• улучшение производственных процессов;
• минимизация выпуска дефектных изделий;
• повышение конкурентоспособности;
• повышение удовлетворенности потребителей;
• улучшение репутации предприятия.

FMEA-анализ позволяет избежать критических ошибок на стадии проектирования изделий и процессов, но на результат деятельности предприятия оказывает влияние и то, насколько оптимально организовано производство продукции. В этом случае необходим современный инструмент для повышения эффективности производственного планирования, который позволит сократить риски для предприятия в виде ненужных издержек, потерь времени, срыва сроков выполнения заказов и т.д.

Adeptik APS — система для автоматизации производственного планирования, основанная на технологиях искусственного интеллекта. Решение позволяет:

• повысить согласованность процессов продаж, производства и закупок;
• значительно сократить время, затрачиваемое на планирование производственных операций;
• снизить риск возникновения ошибок, связанных с человеческим фактором;
• обеспечить эффективность использования оборудования, материальных и трудовых ресурсов;
• определить оптимальный вариант хода производственного процесса при наличии множества критериев;
• сократить производственный цикл, увеличить скорость выполнения заказов.