Università degli Studi di Ferrara Facoltà di Scienze MM.FF.NN

Università degli Studi di Ferrara

Facoltà di Scienze MM.FF.NN.

CdL in Tecnologie Fisiche Innovative

Sistemi di Qualità, collaudi e controlliProf. Eliana Grossi

Prof. Renato Barbieri

FMEA: un metodo di controllo

FMEA: significato e applicazione

Corso Sistemi di Qualità, collaudi e controlli – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

FMEA è un metodo di lavoro proposto da FORD ai suoi fornitori.

L’acronimo sta per Failure Mode & Effects Analysis.

Failure è un sostantivo di natura generale (dal verbo to fail), ad indicare qualsiasi tipo di fallimento, non riuscita, mancanza, blocco, guasto, errore di funzionamento, etc.

Qui di seguito si parlerà genericamente di guasto.

A seconda del campo applicativo si parla di:• Concept FMEA: progettazione di massima di un nuovo dispositivo• Design FMEA: progettazione prima del rilascio in produzione• Machinery FMEA: progettazione per piccoli volumi• Process FMEA: approntamento parti e montaggio

I concetti generali presentati sono validi per tutte le applicazioni, anche se le tabelle riportate si riferiscono a una Machinery FMEA.

FMEA: quali obiettivi


Gli obiettivi, a cui un fornitore pensa adottando la FMEA per un prodotto, dovrebbero essere:• la sicurezza nell’utilizzo• la sua affidabilità (disponibilità)• la sua robustezza (durata)• la riduzione dei rischi di ritardo nella consegna (prevenzione)• la riduzione dei costi globali

FMEA: come si fa


I passi da eseguire sono:• identificare tutti i potenziali guasti• identificare gli effetti indesiderati che possono presentarsi• stabilire la gravità di ogni effetto• in ordine di gravità, ipotizzare le cause• identificare i possibili controlli (progetto o utilizzo) che contrastano il presentarsi del guasto• studiare le azioni utili a prevenire un guasto, a mitigarne gli effetti o la frequenza, a consentire una diagnosi precoce della sua occorrenza• pianificare le azioni individuate e monitorare la loro realizzazione

La FMEA prevede l’utilizzo di una modulistica standard, ove tutti i campi sono rigorosamente predefiniti. Enfatizza, nella redazione, l’uso di espressioni semplici e non ambigue o generiche (concetto verb/noun).

FMEA: i guasti


Un guasto consiste in• non disponibilità (totale o parziale) del dispositivo• riduzione delle sue prestazioni• incapacità di fornire le qualità a specifica

Per progetto in corso di affinamento (analisi precoce), si può lavorare per funzione:• non si attiva quando sono presenti le condizioni previste per operare • non si disattiva al momento previsto• opera in modo intermittente• le sue prestazioni si deteriorano

Per progetto già dettagliato, si può lavorare per componente che può:• rompersi• deformarsi• corrodersi• etc.

FMEA: dati generali e identificazione oggetto


Una grande attenzione è riservata alle responsabilità dell’analisi e alle sue date (redazione e soprattutto successive revisioni).

L’identificazione dell’oggetto dell’analisi deve comprendere:• quali sono le prestazioni teoriche (progettuali) previste per l’oggetto• quali sono le condizioni ambientali previste per il suo funzionamento• quali sono le modalità operative previste per il suo utilizzo• quali servizi di manutenzione o regolazione vanno effettuati

Si insiste sulla introduzione di parametri numerici misurabili per fornire le informazioni qui indicate.

FMEA: gli effetti


Un guasto può avere come effetto• un fermo macchina• la necessità di messa a punto da parte di uno specialista• condizioni di stallo che richiedono un intervento umano• tempi di ciclo più elevati di quelli nominali• ripartenze difficoltose dopo ferie, week end, cambio turno• produzione difettosa• consumo eccessivo di utensili

Per ogni effetto va indicata la gravità (severity), espressa in scala 1 – 10, secondo la seguente priorità:• sicurezza dell’operatore (o contravvenzione a leggi e regolamenti)• fermo macchina oppure (a pari livello)• scarsa qualità del prodotto

FMEA: Severity Evaluation Criteria


Effect on Criteria: Severity of effect Rating

Hazardous - without warning Very high severity ranking - Affects operator, plant or maintenance personnel, safety and/or affects non-compliance with government regulations

10

Hazardous - with warning High severity ranking - Affects operator, plant or maintenance personnel, safety and/or affects non-compliance with government regulations

9

Very High Downtime or Defective Parts

Downtime of more than 8 hours or defective parts loss more than 4 hours of production

8

High Downtime or Defective Parts Downtime of 4 to 7 hours or defective parts loss of 2 to 4 hours of production

7

Moderate Downtime or Defective Parts

Downtime of 1 to 3 hours or defective parts loss of 1 to 2 hours of production

6

Low Downtime or Defective Parts Downtime of 30 minutes to 1 hour or defective parts loss of up to 1 hour of production

5

Very Low Downtime - No Defective Parts

Downtime up to 30 minutes - no defective parts 4

Minor Effect Process parameter variability exceeds Upper/Lower Control limits. Adjustment or other process controls need to be taken - no defective parts

3

Very Minor Effect Process parameter variability within Upper/Lower Control limits. Adjustment or other process controls need to be taken - no defective parts

2

No Effect Process parameter variability within Upper/Lower Control limits, adjustment or other process controls not needed or can be taken between shifts or at normal maintenance - no defective parts

1

FMEA: le cause


Gli effetti vanno ordinati in base alla loro gravità, quindi per ognuno si deve identificare la causa, che può riguardare• la fragilità del progetto (per esempio l’uso di materiale non adatto)• le condizioni operative che si possono correggere e controllare (per esempio una carenza di lubrificazione)

Per causa, si intende la causa diretta.Strumenti come il Diagramma Causa – Effetto aiutano ad individuare poi le cause prime.

FMEA: la probabilità dell’occorrenza


Per ogni effetto si deve indicare la probabilità della sua occorrenza.Tale probabilità è normalmente espressa tramite uno dei due indici di difettosità:• Failure Rate• MTBF

Per Failure Rate si intende il rapporto tra il numero di cicli produttivi con problemi e il numero complessivo di cicli.MTBF è l’acronimo per Mean Time Between Failure.

Per ogni effetto va indicata la probabilità di occorrenza (occurrence), espressa in scala 1 – 10.

FMEA: Occurrence Evaluation Criteria


Likelihood of Occurrence

Criteria: Possible Failure Rates/Mean Time Between Failure (MTBF) Rating

Very High Intermittent operation resulting in 1 failure in 10 or MTBF of less than 1 hour 10

Very High Intermittent operation resulting in 1 failure in 100 production pieces or MTBF of 2 to 10 hours

9

High Intermittent operation resulting in 1 failure in 1000 production pieces or MTBF of 11 to 100 hours

8

High Intermittent operation resulting in 1 failure in 10,000 production pieces or MTBF of 101 to 400 hours

7

Moderate MTBF of 401 to 1000 hours 6



Low MTBF of 3001 to 6000 hours 3

Low MTBF of 6001 to 10,000 hours 2

Remote MTBF greater than 10,000 hours 1

FMEA: i controlli


Per ogni effetto si può indicare un controllo, da eseguire sul Progetto oppure sul Processo, per• prevenire l’occorrenza• ridurre la frequenza• raccogliere informazioni per determinare cause e intraprendere azioni• riuscire a capire il momento dell’occorrenza (diagnostica)

Esempi di controlli sul Progetto sono:• studio dei margini di sicurezza• studio delle tolleranze• derating (minore sfruttamento delle potenzialità)

Esempi di controlli sul Processo sono:• misurazione dei parametri di lavoro (temperatura, pressione, etc.)• utilizzo di proximity sensor• manutenzione programmata (preventiva e predittiva)


1. Il Controllo di Processo non deve supplire alle fragilità del Progetto.

2. Il Progetto dovrebbe essere così robusto da minimizzare i costi dei Controlli.

3. Anche una Diagnostica eccellente non riduce la criticità del Progetto.

Per ogni controllo deve essere valutata la capacità di diagnosticare (detection) il presentarsi dell’effetto indesiderato, espressa in scala 1 – 10.

FMEA: i controlli (continua)

FMEA: Detection Evaluation Criteria


Detection Criteria: Likelihood of Detection by Design or Machinery Controls Rating

Absolute Uncertainty

Machinery Controls CANNOT detect a potential cause and subsequent failure or there is no Design or Machinery Control

10

Very Remote Very remote chance a Design/Machinery Control will detect a potential cause and subsequent failure mode

9

Remote Remote chance a Design/Machinery Control will detect a potential cause and subsequent failure mode and Machinery Control will provide indicator of imminent failure

8

Very Low Very low chance a Design/Machinery Control will detect a potential cause and subsequent failure mode and Machinery Control will prevent an imminent failure (e. g., stop machine)

7

Low Low chance a Design/Machinery Control will detect a potential cause and subsequent failure mode and Machinery Control will prevent an imminent failure (e. g., stop machine)

6

Moderate Moderate chance a Design/Machinery Control will detect a potential cause and subsequent failure mode and Machinery Control will prevent an imminent failure (e. g., stop machine) and isolate the cause

5

Moderately High Moderately high chance a Design/Machinery Control will detect a potential cause and subsequent failure mode and Machinery Control will prevent an imminent failure (e. g., stop machine) and isolate the cause. Machinery Control MAY be required.

4

High High chance a Design/Machinery Control will detect a potential cause and subsequent failure mode and Machinery Control will prevent an imminent failure (e. g., stop machine) and isolate the cause. Machinery Control MAY be required.

3

Very High Very high chance a Design Control will detect a potential cause and subsequent failure mode. Machinery Control NOT required.

2

Almost Certain Design Control will almost certainly detect a potential cause and subsequent failure mode. Machinery Control NOT required.

1

FMEA: Risk Priority Number (RPN)


RPN (Numero per la Priorità del Rischio) è un indice dell’ordine che va seguito, nel determinare quali azioni intraprendere, per eliminare o limitare i rischi di guasto.RPN si calcola come prodotto di S(everity) x O(ccurence) x D(etection).Valori più elevati di RPN indicano gli effetti sui quali intervenire prima.

Mentre un controllo è un’operazione che va ripetuta sempre durante il processo, un’azione è un intervento singolo, che va pianificato con delle esplicite responsabilità e con data prevista per il suo completamento.

Il documento FMEA richiede che, a fronte di ogni azione pianificata, ci sia il riscontro di quale azione sia stata effettivamente compiuta e della data di completamento.A seguito di un’azione deve essere ricalcolato RPN, che ci si attende inferiore a quello precedente.

Documents

Università degli Studi di Ferrara Facoltà di Scienze MM.FF.NN