Задача 5.2.4_1 - Чувашский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова»
АНАЛИЗ ВИДОВ И ПОСЛЕДСТВИЙ
ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЙ
(FMЕA КОНСТРУКЦИИ)
Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам
«Основы конструирования», «Промышленный менеджмент
машиностроительных производств», «Инженерные методы
обеспечения качества и конкурентоспособности продукции»
Чебоксары 2013
УДК 658.56
Составители: канд.техн.наук, профессор В.А. Гартфельдер
доцент
Л.С. Секлетина
Отв. редактор: канд.экон.наук, профессор И.М. Кортунов
Анализ видов и последствий потенциальных дефектов
конструкции изделий: Методические указания к лабораторным
работам
по
дисциплинам
«Основы
конструирования»,
«Промышленный менеджмент машиностроительных производств»,
«Инженерные методы обеспечения качества и конкурентоспособности
продукции»/Чув. ун-т; Сост. В.А. Гартфельдер, Л.С. Секлетина.
Чебоксары, 2013.
Составлены в соответствии с рабочей программой дисциплин
«Основы
конструирования»,
«Промышленный
менеджмент
машиностроительных
производств»,
«Инженерные
методы
обеспечения качества и конкурентоспособности продукции».
Содержат описание методик и критерии оценки возможных дефектов
конструкции проектируемого изделия и влияние этих дефектов на
потенциальные последствия. Показана последовательность проведения
превентивного анализа возможных несовершенств, разработки
корректирующих мероприятий и оценка их действенности. Результаты
предлагаемых действий переводятся в численную форму, удобную для
сравнения и подсчета эффективности конструкторских решений.
Приведены поясняющие примеры и таблицы критериев, порядок
выполнения
работы,
задания,
контрольные
вопросы
для
самоподготовки и список рекомендуемой литературы.
Предназначены для студентов всех видов обучения направлений
150700 «Машиностроение», 151000 «Технологические машины и
оборудование»,
151900
«Конструкторско-технологическое
обеспечение
машиностроительных
производств»
и
200503
«Стандартизация и метрология». Могут быть полезными для студентов
выпускных курсов других специальностей, магистров, аспирантов и
инженерно-технических работников предприятий, занимающихся
проектированием изделий, обеспечением качества выпускаемой
продукции и анализом результатов производства.
Утверждено Методическим Советом университета.
2
Оглавление
Требования к составлению отчета
Цели работы
Анализ видов и последствий потенциальных дефектов
Различные виды FMЕA
Применение методики FMEA в конструкторских разработках
Порядок выполнения работы
Типовая шкала значимости последствий ………….дефектов (S)
Типовые значения балла возникновения …………. дефектов (О)
Типовые значения балла обнаружения …………… дефектов (D)
Алгоритм проведения работ по методике FMEA - конструкции
Пример
Содержание отчета
Рекомендуемая форма заключительного протокола
Контрольные вопросы для самоподготовки
Список рекомендуемой литературы
3
4
4
4
5
6
7
8
9
9
11
12
15
16
17
17
Требования к оформлению отчета
Лабораторная работа выполняется индивидуально или бригадой
из 3-4 студентов. Результаты работы сводятся в отчет.
Отчет должен оформляться аккуратно, иметь титульный лист с
указанием названия вуза, кафедры, дисциплины, темы работы, шифра
группы, фамилий студентов и преподавателей.
В отчет включаются следующие разделы:
1. Цель работы.
2. Описание каждого этапа работы с расчетами, эскизами, схемами,
выводами. Графический материал представляется в виде чертежей,
выполненных чертежными инструментами (графическим ПО) или
эскизов, выполненных от руки (при защите работы в день
выполнения).
3. Перечень предлагаемых корректирующих мероприятий.
4. Оценка эффективности предлагаемых мероприятий.
5. Окончательный вывод, сформулированный на основе анализа
лабораторной работы.
Отчет выполняется на стандартных листах формата А4, чертежи
и схемы допускается выполнять на масштабной бумаге.
Цели работы:
1. Изучить особенности проведения FMЕA анализа.
2. Выполнить чертеж (эскиз) анализируемой конструкции с
указанием посадок соединений и технических требований.
3. Изучить конструкцию и условия работы анализируемого изделия.
4. Методом «мозгового штурма» определить потенциальные дефекты
конструкции.
5. Оценить значимость каждого фактора риска.
6. Разработать корректирующие действия.
7. Оценить эффективность предлагаемых изменений.
8. Сформулировать вывод по результатам проведенного анализа.
Анализ видов и последствий потенциальных дефектов
Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов
(FMEA - -Failure Mode and Effects Analysis) — это инструмент
повышения качества разрабатываемых технических объектов,
4
направленный на предотвращение дефектов или снижение негативных
последствий от них. Повышение качества достигается благодаря
предвидению дефектов и (или) отказов и их анализу, проводимому на
этапах проектирования конструкции. Метод может быть также
использован для доработки и улучшения конструкций, запущенных в
производство изделий.
Метод FMEA позволяет проанализировать потенциальные
дефекты, их причины и последствия, оценить риски их появления и
необнаружения на предприятии и принять меры для устранения или
снижения вероятности и ущерба от их появления. Это один из
наиболее эффективных методов доработки конструкции технических
объектов и процессов их изготовления на таких важнейших стадиях
жизненного цикла продукции, как ее разработка и подготовка к
производству. Таким образом, FMEA является систематизированным
комплексом действий в следующих ситуациях:
1) распознавание
и
оценка
потенциальных
от к а зов
п ро д ук ц ии/ пр оц есс ов и и х пос лед ст в ий;
2) определение действий, которые могли бы устранить или снизить
шансы возникновения потенциальных отказов;
3) документирование проведенных изменений.
Метод FMEA рекомендуется применять при изменении условий
эксплуатации технического объекта, требований заказчика, при
модернизации конструкций и т.п.
В экономически обоснованных случаях метод FMEA может
применяться при выработке решений в отношении несоответствующей
продукции (материалов, деталей, комплектующих изделий), а также
может быть использован при разработке и анализе любых других
процессов (продажи, обслуживание, маркетинг и т.д.).
Различные виды FMEA
В случаях, когда разрабатываемый технический объект
предполагает сначала разработку конструкции этого объекта, а затем
разработку процессов его производства, метод FMEA может быть
разделен на два этапа: 1) отработка конструкции (FMEA конструкции)
и
2)
отработка
производственного
процесса
(FMEA
процесса/технологии).
5
Применение методики FMEA в конструкторских разработках
FMЕA конструкции – это дополнение к процессу проектирования
для принятия правильного решения о том, что в конструкции следует
изменить для удовлетворения запросов потребителя.
Перед утверждением разработанной, а также при доработке или
улучшении имеющейся конструкции технического объекта метод
FMEA решают следующие задачи:
- определение «слабых» мест конструкции и их устранение;
 получение сведений о риске отказов предложенного и
альтернативных вариантов конструкции;
 доработка конструкции до наиболее приемлемой с точки зрения
технологичности, удобства обслуживания, надежности и т. д.;
 сокращение дорогостоящих испытаний и экспериментов.
FMEA конструкции (DFMEA) - это процедура анализа видов и
последствий дефектов первоначально предложенной конструкции
технического объекта и доработки её в ходе обсуждения членами
FMEA-команды. DFMEA проводят на этапе разработки конструкции
технического объекта
Благодаря предупреждению возникающих проблем можно
добиться:
 уменьшения себестоимости продукта (услуги) при одновременном
улучшении его качественных характеристик;
 существенного сокращения затрат, связанных с доработками
продукта на стадии массового производства, в том числе
многократная минимизация риска их появления;
 сокращения времени на выполнение заказа (требований)
потребителя или на создание нового продукта;
 увеличения удовлетворенности заказчика.
Методология анализа видов, причин и последствий дефектов
предполагает организацию межфункциональной FMEA-команды,
состоящей из разных специалистов, знания которых необходимы при
анализе и доработке конструкции объекта и (или) производственного
процесса. Алгоритм работы FMEA-команды представлен на рис 1.
6
Порядок выполнения работы
1. Изучить методику проведения FMEA-анализа конструкции,
требования к составу и способу работы FMEA-команды, правила
заполнения протокола и выбрать ведущего, которым может быть
любой из членов команды, признаваемый остальными как лидер в
рассматриваемых вопросах.
2. Изучить конструкцию изделия, по которому необходимо провести
анализ конструкции, направленный на предотвращение дефектов
или снижение негативных последствий от них (по заданию
преподавателя).
3. Составить перечень потенциальных дефектов конструкции и дать
их описание в технических или физических терминах. Для всех
описанных видов потенциальных дефектов определить их
последствия на основе опыта и знаний FMEA-команды. Для
каждого вида дефектов может быть несколько потенциальных
последствий. Описание каждого вида дефекта занести в протокол
анализа видов, причин и последствий потенциальных дефектов,
составленный в виде таблицы. Рекомендуемая форма протокола
приведена в приложении.
4. Для каждого дефекта определить (экспертно) возможные
последствия и балл их значимости S*. Балл значимости изменяется
от 1 (для наименее значимых по ущербу дефектов) до 10 (для
наиболее значимых по ущербу дефектов). Типовые значения
баллов значимости приведены в таблице 1.
5. Для каждого дефекта определить (экспертно) возможные
потенциальные причины и балл частоты его возникновения О. Для
одного дефекта может быть выявлено несколько потенциальных
причин, все они должны быть по возможности полно описаны и
рассмотрены отдельно. Типовые значения баллов частоты
возникновения дефектов приведены в таблице 2.
Примеры описания причин (механизмов) дефектов: использован
несоответствующий материал, неверные данные для расчета,
механическая перегрузка, недостаточные свойства смазки,
неполные инструкции по обслуживанию, плохая защита от
неблагоприятных условий среды, нестабильность свойств
материала, износ, усталость, коррозия и т.п.
7
Таблица 1 – Типовая шкала значимости последствий потенциальных
дефектов (S) для FMEA конструкции
Последствие
Критерий значимости последствия
Очень высокий ранг значимости, потенциальный
Опасное без дефект ухудшает безопасность работы изделия или
предупреждения вызывает несоответствие обязательным требованиям
безопасности и экологичности без предупреждения
Весьма высокий ранг значимости, потенциальный
Опасное с
дефект ухудшает безопасность работы изделия или
предупреждением вызывает несоответствие обязательным требованиям
безопасности и экологичности с предупреждением
Изделие/узел неработоспособно с потерей основной
Очень важное
функции
Изделие/узел работоспособно, но снижен уровень
Важное
эффективности. Потребитель неудовлетворен
Изделие/узел работоспособно, но отдельные его
Умеренное
системы неработоспособны. Потребитель
испытывает неудобства (дискомфорт).
Изделие/узел работоспособно, но отдельные его
Слабое
системы работают малоэффективно. Потребитель
испытывает некоторое неудовлетворение
Отделка и шумность (или др. показатели качества)
Очень слабое изделия не соответствуют ожиданиям потребителя.
Дефект замечает большинство потребителей
Отделка и шумность (или др. показатели качества)
Незначительное изделия не соответствуют ожиданиям потребителя.
Дефект замечает средний потребитель
Отделка и шумность (или др. показатели качества)
Очень
изделия не соответствуют ожиданиям потребителя.
незначительное
Дефект замечают придирчивые потребители
Отсутствует Нет последствия
Балл
S
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
* Важно - в дальнейшем при выставлении величины приоритетного
риска (ВПР) используют один максимальный балл значимости S
из всех последствий данного дефекта.
8
Таблица 2 – Типовые значения балла возникновения потенциальных
дефектов (О) для FMEA конструкции
Вероятность дефекта
Очень высокая: дефект почти неизбежен
Высокая: повторяющиеся дефекты
Умеренная: случайные дефекты
Низкая: относительно мало дефектов
Малая: дефект маловероятен
Возможные частоты
дефектов
Более 1 из 2
Более 1 из 3
Более 1 из 8
Более 1 из 20
Более 1 из 80
Более 1 из 400
Более 1 из 2 000
Более 1 из 15 000
Более 1 из 150 000
Более 1 из 1 500 000
Балл
О
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
6. Для данного дефекта и каждой отдельной причины определить
балл обнаружения (D) данного дефекта в ходе изготовления.
Рекомендуемые значения баллов обнаружения (D) приведены в
таблице 3. Балл обнаружения оценивается от 10 для практически
не обнаруживаемых дефектов (или причин) до 1 – для практически
достоверно обнаруживаемых дефектов (причин).
Таблица 3 – Типовые значения балла обнаружения потенциальных
дефектов (D) для FMEA конструкции
Обнаружение
Вероятность обнаружения при проектируемом
контроле
Проектируемый контроль не обнаружит и (или) не
может обнаружить потенциальные причины /
механизм и последующий вид дефекта, или
контроль не предусмотрен
Очень плохие шансы обнаружения потенциальных
причин/механизма и последующего вида дефекта
при предполагаемом контроле
Плохие шансы обнаружения потенциальных
причин/механизма и последующего вида дефекта
при предполагаемом контроле
Балл
D
Очень слабое
Очень ограниченные шансы обнаружения ……….
7
Слабое
Ограниченные шансы обнаружения ………………
6
Умеренное
Умеренные шансы обнаружения ………………….
5
Абсолютная
неопределенность
Очень плохое
Плохое
9
10
9
8
Умеренно
хорошее
Умеренно высокие шансы обнаружения ………….
4
Хорошее
Высокие шансы обнаружения ….………………….
3
Очень хорошее Очень высокие шансы обнаружения ……………….
Почти
Проектируемый контроль почти наверняка
наверняка
обнаруживает потенциальную причину/механизм и
последующий вид дефекта
2
1
7. Вычислить комплексный показатель величина приоритетности
риска (ВПР) после получения экспертных оценок по всем
потенциальным дефектам и по всем возможным причинам, как
произведение трех оценок.
ВПР = значимость  возникновение  обнаружение = SOD
8.
9.
10.
11.
12.
Для дефектов, имеющих несколько причин, соответственно
определяется несколько ВПР.
Установить для величины приоритетности риска (ВПР)
критическую границу ВПРгр, в пределах от 100 до 125. В
отдельных случаях (по усмотрению службы маркетинга или других
служб) для некоторых возможных дефектов значение ВПРгр может
устанавливаться менее 100. Это соответствует ужесточению
требований и помогает созданию более высококачественных
изделий, но требует больших усилий и затрат.
Составить перечень дефектов/причин, для которых значение ВПР
превышает ВПРгр. Именно для них и следует вести дальнейшую
доработку конструкции.
Составить для каждого случая перечень корректирующих
действий, призванных снизить значение ВПР до приемлемого
уровня или устранить риск появления дефекта полностью.
Оценить эффективность нового, доработанного варианта изделия и
записать балльные оценки значимости S, возникновения O и
обнаружения D, условно считая, что корректирующие действия
внедрены. Подсчитать ВПР для нового варианта изделия, и
принять решение о дальнейшем совершенствовании или
прекращении действий.
Сделать вывод по работе.
10
Алгоритм проведения работ по методике FMEA - конструкции
1.Создание FMEA-команды. Выбор ведущего
2.Изучение предложенных проектов конструкций
3.Экспертное определение потенциальных дефектов данной конструкции
4.Составление перечня дефектов с последствиями и причинами
причина 1
причина 2
последствие 1
Дефект
причина m
последствие 2
последствие k
5.Оценка комплексного риска каждого дефекта по критериям: S, O, D
 Выбор «наихудшего» последствия с максимальным баллом S
 Оценка для данного дефекта/причины баллов O и D
 Вычисление величины приоритетного риска для данного дефекта/причины
ВПР=S×O×D
9.Следующий
дефект/причина
Нет
ВПР>=ВПРг
р
ВПР<ВПРгр
8.Последний по
списку
дефект/причина
Да
6.Сравнение
ВПР с ВПРгр
7.Доработка
конструкции по
коллективной идее
FMEA-команды
10.Решение: конструкция удовлетворительна
11.Составление окончательного протокола по результатам работы
FMEA-команды и его подписание *
Рисунок 1 Алгоритм работы FMEA-команды
* Окончательные результаты работы команды для FMEA –
конструкции протоколируются и утверждаются главным
конструктором или главным инженером.
11
Пример
FMEA – команда работает над совершенствованием
конструкции соединения шланга гидроусилителя с насосом в системе
рулевого управления автомобиля. Первоначальная конструкция
соединения предполагала контакт шланга с седлом штуцера двойной
конической формы и с затяжкой накидной гайкой (рис. 2).
Потенциальные недостатки конструкции определены из опыта
эксплуатации подобных изделий командой FMEA – экспертов.
Рисунок 2 Исходная конструкция узла
В табл. 4 приведен фрагмент протокола анализа видов, причин
и последствий потенциальных дефектов по первоначальному варианту
(указан только 1 возможный дефект конструкции).
12
В результате доработки первоначальных конструкторских
решений и рассмотрения альтернативных конструкций было выбрано
соединение шланга с насосом при помощи торцового уплотнения с
применением прокладки в виде отожженных медных шайб, удлинен
штуцер для облегчения доступа к соединению при заводской сборке и
ремонте, предусмотрена уплотняющая торцовая канавка (рис. 3) и ряд
других усовершенствований.
Рисунок 3 Измененная конструкция узла
13
3. Снижение
удобства
эксплуатации
1. Разрушение
поверхности седла
соединения
8
2. Отклонение
геометрических
параметров трубки,
шланга или седла от
заданных чертёжом
7
3. Затруднен доступ к
накидной гайке при
сборке и ремонте
8
7
9
Визуально
ВПР
Изначально
предложенные меры
обнаружения
дефекта
Балл D
Потенциальная
причина дефекта
1. Снижение
эффективности
рулевого
10
управления
Течь в 2. Загрязнение
соедине- окружающей
среды
нии
Балл O
Вид
потен- Последствия
циаль- потенциального
ного
дефекта
дефекта
Балл S
Таблица 4.
9
720
Специальные
измерители 6
420
Динамометрический
7
ключ
630
1. Снижение
эффективности
рулевого
управления
Течь в
соединении
10
Потенциальная
причина дефекта
1. Отклонение
геометрии или
плоскостности
торцового
соединения
2. Загрязнение
окружающей
среды
8
2. Недостаточный
момент затяжки
3. Снижение
удобства
эксплуатации
7
3. Недостаточный
отжиг медных
шайб
14
3
Изначально
предложенные
меры обнаружения дефекта
Визуально +
приспособление
(шаблон)
Балл D
Последствия
потенциального
дефекта
Балл O
Вид
потенциального
дефекта
Балл S
В таблице 5 приведен фрагмент протокола анализа видов,
причин и последствий потенциальных дефектов по новому варианту и
с новыми значениями баллов.
Таблица 5.
ВПР
3
90
2
Динамометрический ключ
3
60
3
Выборочно на
приспособлении
3
90
Технический результат: соединение стало более простым в
исполнении и надежным; облегчен доступ для монтажа и ремонта;
стоимость нового соединения не выше стоимости первоначально
предложенного соединения.
Формальный результат: максимальное значение величины
приоритетного риска ВПР снизилось с 720 до 90 и стало ниже ВПРгр,
определенного для данной проблемы = 110.
Вывод – проблема решена успешно и эффективно.
Для сохранения и передачи логики проведенного анализа,
выработанных рекомендаций, состава FMEA – команды и других
сведений в заключительной фазе работы FMEA – команды
составляется, подписывается и сдается в архив заключительный
протокол (рекомендуемая форма протокола приведена на рис. 4).
Содержание отчета
1. Название работы.
2. Описание конструкции.
3. Анализ причин и потенциальных последствий обнаруженных или
предполагаемых дефектов.
4. Расчет балльной оценки значимости, возможности возникновения
и обнаружения исследуемых дефектов.
5. Выводы.
6. Разработка корректирующих действий (мероприятий).
7. Балльная оценка предлагаемых действий.
8. Выводы.
15
Руководитель группы _________
Изготовитель конечной продукции ___ начало _____________ окончание _________________
Изделие
или
функция
Вид
потенциального
дефекта
Последствие
потенциально
го
дефекта
Потенцииальная
причина
или
механизм
дефекта
Первоначально
предложен
ные меры
по
обнаружению
дефекта
(причины)
Члены команды:
Область применения FMEA:
Проектирование конструкции □ Проектирование технологии □
Управление несоответствующей продукцией □
Рекомендуемое
изменение
Ответствен
ность и
намеченная дата
Предпринятые
действия
(изменения)
16
S
O
D
Новые значения
баллов
Результат работы
Ремонт оборудования □ Совершенствование □
Действительные сроки проведения FMEA: начало _____________ окончание ____________
Стр. _________ из
Код/номер протокола FMEA ____
Вид изделия, год выпуска __________ Планируемые сроки проведения FMEA ____________
____________
Объект анализа _________________ Служба, ответственная за проведение FMEA ________
Форма протокола (рекомендуемая) анализа видов, причин и последствий потенциальных дефектов
ВПР
Балл D
ВПР
Балл O
Балл S
Рисунок 4 Рекомендуемая форма заключительного протокола
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Контрольные вопросы для самоподготовки
Каковы правила подбора FMEA – команды?
Как организационно обеспечивается соблюдение интересов
временной FMEA – команды и интересы подразделений, в
которых постоянно работают члены FMEA – команды?
Как производится вычисление величины приоритетности
риска?
Как определяется граничная величина приоритетности риска?
Для чего необходимо протоколирование хода и результатов
анализа, окончательных выводов и рекомендаций?
Какой из нескольких баллов значимости (S) принимается для
дальнейших расчетов?
Какой из нескольких баллов возникновения (О) принимается
для дальнейших расчетов?
Какой из нескольких баллов обнаружения (D) принимается для
дальнейших расчетов?
Для чего определяются и как учитываются другие значения
баллов значимости (S)?
Как определяются численные значения баллов значимости (S),
возникновения (О) и обнаружения (D)?
Как организуется выдвижение и обсуждение причин,
последствий и разработка корректирующих мероприятий?
Кто является обязательным и желательным членом FMEA –
команды?
Список рекомендуемой литературы
1. ГОСТ Р 51814.2 – 2001. Системы качества в автомобилестроении.
Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов. –
М.: Издательство стандартов, 2001. – 19 с.
2. FMEA
«Анализ
видов
и
последствий
потенциальных
отказов»/Крайслер Корп., Форд Мотор Компании, Дженерал
Моторс Корп. 3-е издание, 1998.
3. Управление качеством: Том 1.Основы обеспечения качества / Под
ред. Азарова В.Н. – М.: МГИЭМ, 1999. – 326 с.
4. «The Six Sigma Memory JoggerTMII»: Карман. Справ. По
инструментам и методам для команд совершенствования Шести
Сигм: Пер. с англ./М.Брассард, Л.Финн, Д.Джинн, Д.Риттер. – К.:
[Укр. Ассоц. качества], 2003. – 264 с.
17
Учебно-теоретическое издание
Гартфельдер Виктор Адольфович
Секлетина Лариса Станиславовна
АНАЛИЗ ВИДОВ И ПОСЛЕДСТВИЙ
ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЙ
(FMЕA КОНСТРУКЦИИ)
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплинам «Основы конструирования», «Промышленный
менеджмент машиностроительных производств», «Инженерные
методы обеспечения качества и конкурентоспособности продукции»
Редактор Н.А. Романова
Подписано в печать . .13. Формат 6084/16.
Бумага газетная. Печать оперативная. Гарнитура Times.
Усл.печ.л. . Уч.-изд.л. . Тираж экз.
Заказ № .
Издательство Чувашского университета
Типография университета
428015 Чебоксары, Московский просп., 15
18