MODELAGEM DA CONFIABILIDADE A PARTIR DE INFORMAÇÕES QUALITATIVAS OBTIDAS JUNTO À EQUIPE FMEA

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1 XXX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Maturidade e desafios da Engenharia de Produção: competitividade das empresas, condições de trabalho, meio ambiente. São Carlos, SP, Brasil, 12 a15 de outubro de MODELAGEM DA CONFIABILIDADE A PARTIR DE INFORMAÇÕES QUALITATIVAS OBTIDAS JUNTO À EQUIPE FMEA Paola Dazevedo Sica (UFRGS) paolasica@gmail.com Bibiana Severo de Oliveira (UFRGS) bibiana_so@hotmail.com Este trabalho apresenta a aplicação de um método para modelagem quantitativa da confiabilidade de um produto em desenvolvimento a partir de informações qualitativas obtidas através de entrevistas junto à equipe de FMEA de projeto do mesmo. O objetivo foi conhecer os componentes que possuem maior taxa de falha (risco) e desta forma, analisar a influência dos mesmos sobre o sistema. Para tal, foi calculada a confiabilidade destes componentes e do sistema, bem como suas curvas de confiabilidade. A importância do estudo é evidenciada pela necessidade do produto desempenhar sua função com o mínimo possível de falhas e que possa vir a contribuir para a construção de um produto confiável. O trabalho realizado revelou que a confiabilidade do sistema possui grande variabilidade ao longo do período analisado, uma vez que sofre grande influência dos componentes críticos e estes se alteram a cada fase de vida do produto. Evidenciou-se a necessidade de revisão nos procedimentos de inspeção da matéria recebida, bem como nos de montagem, além da necessidade de manutenção e substituição de componentes periodicamente. Palavras-chaves: FMEA, taxa de falha, confiabilidade

2 1. Introdução Com o avanço da tecnologia, aumento da competitividade entre as empresas e contínua necessidade de obtenção de lucro, o controle efetivo de qualidade nos produtos e serviços tornou-se um elemento essencial. Como Crosby (1986) define, ter qualidade é ser capaz de atender as especificações sem que ocorram defeitos. Por outro ângulo, Garvin (1992) identifica que para avaliar de forma abrangente a qualidade de um produto, oito dimensões devem ser analisadas, dentre elas desempenho, durabilidade, confiabilidade e qualidade percebida. O presente estudo foi realizado em uma empresa de pesquisa e desenvolvimento de produtos médicos. O trabalho foi impulsionado pela necessidade de serem desenvolvidos produtos capazes de desempenhar sua função sem que falhas inesperadas ocorram, de forma que a imagem de produto confiável seja associada aos mesmos. Para que um estudo de confiabilidade possa ser efetuado é necessário que dados referentes ao desempenho do produto estejam disponíveis. Como o produto escolhido para estudo encontrase em desenvolvimento, neste momento a maioria dos dados disponíveis são de natureza qualitativa. Assim, o objetivo do estudo é modelar quantitativamente a confiabilidade de um desfibrilador cardíaco, a partir do estudo de FMEA de projeto do mesmo. A FMEA permite identificar os componentes que oferecem maior risco e possuem maior taxa de falha. Uma vez que os componentes principais tenham sido evidenciados, avaliam-se os possíveis tempos de falha destes pela equipe técnica responsável pelo desenvolvimento do produto e, assim, obtêm-se as curvas de confiabilidade associadas aos componentes e ao sistema. Como complemento, por se tratar de um equipamento de suporte a vida, onde qualquer falha durante sua operação pode levar à morte do paciente ou causar danos para sua vida, deve apresentar elevada confiabilidade e os responsáveis pelo projeto devem conhecê-la da maneira mais exata possível (ABNT NBR IEC : 2006). Além disso, são os dados de confiabilidade do sistema que permitem dimensionar os prazos de garantia do produto, implicando em melhor avaliação de custos com manutenção e reposição de peças. A importância deste estudo é evidenciada quando se relaciona a confiabilidade do produto com a imagem da empresa frente a seus clientes, a chamada qualidade percebida. Este artigo propõe uma seqüência de ações para modelar quantitativamente a confiabilidade de um desfibrilador cardíaco. Essas ações contemplam: (i) revisão bibliográfica; (ii) cálculo preliminar das taxas de falhas; (iii) identificação dos componentes principais do sistema, baseado no risco e nas taxas de falhas indicadas na FMEA; (iv) desenho do diagrama de blocos do produto, contendo os componentes principais; (v) obtenção de dados qualitativos referentes às falhas prematuras e às falhas por desgaste; (vi) modelagem quantitativa da confiabilidade do produto, utilizando-se das curvas de confiabilidade; (vii) identificação dos componentes críticos, baseada na análise quantitativa de confiabilidade; (viii) recomendações de melhoria no produto. As sessões que seguem explicam as etapas acima citadas, além de apresentadas as conclusões a respeito da modelagem executada e dos resultados obtidos. 2. Referencial Teórico Esta seção tem como objetivo apresentar conceitos básicos de confiabilidade e de uma de suas principais ferramentas, a FMEA. Para tal, serão estudadas as curvas de confiabilidade e 2

3 análise de sistemas série e paralelo. Em seguida será feita uma análise da ferramenta qualitativa FMEA, esclarecendo modo, efeito e causa de falha, bem como função e métodos para detecção e avaliação de risco. 2.1 Confiabilidade Segundo Lafraia (2001), confiabilidade é a probabilidade de um componente ou sistema desempenhar as funções especificadas, sob condições pré-estabelecidas, durante um período de tempo limitado. A partir deste conceito, quando o componente/sistema deixa de exercer a função pretendida é indicativo de que ocorreu uma falha. Os limites de funcionalidade, como tempo e condições de uso, devem ser claramente definidos para que situações de falha possam ser facilmente identificadas (FOGLIATTO; RIBEIRO, 2009). Associadas à confiabilidade, as principais funções utilizadas para a realização do estudo são: função de risco ou taxa de falha, função confiabilidade, função densidade de falhas e função acumulada de falhas. - Função de Risco ou Taxa de Falha A função de risco ou taxa de falha indica a probabilidade de que um componente ou sistema venha a falhar num intervalo de tempo t a t + dt, uma vez que a unidade não tenha falhado no tempo t (ELSAYED, 1996 apud GUZZON, 2009). Esta função é modelada pela curva da banheira, a qual demonstra o comportamento da taxa de falha de uma população de unidades ao longo tempo. As falhas são classificadas em prematuras, aleatórias e por desgaste, de acordo com o período em que se manifestam. - Função Densidade de Falha e Função Acumulada de Falha A função densidade de falhas representa a variação do número de falhas ao longo de determinado período de tempo. O período considerado não é necessariamente unidade de medida de tempo, podendo ser o número de acionamentos, número de rotações, entre outros (LAFRAIA, 2001). A função acumulada corresponde ao somatório do número de falhas ocorridas em período de tempo pré-estabelecido (FOGLIATTO; RIBEIRO, 2009). - Função de Confiabilidade A função confiabilidade indica a probabilidade do item não falhar em determinado período de tempo. Serve como complemento à função acumulada de falha, uma vez que, indica o número de itens que não falharam no mesmo período de tempo. 2.2 Sistemas Série e Paralelo Ao tratar de confiabilidade de um componente é possível afirmar que a mesma está associada diretamente à probabilidade do componente não falhar. Por outro lado, quando os componentes são agrupados de modo a formar um sistema, a probabilidade do conjunto dependerá diretamente de como esses componentes estão agrupados (LAFRAIA, 2001). Analisando o projeto de um produto é possível descrever o sistema como um conjunto de blocos interconectados a fim de exercer a função pretendida. Desta forma, definem-se duas maneiras básicas de conexão dos componentes: em série e paralelo (FOGLIATTO; RIBEIRO, 2009). Num sistema em série (Figura 1a) todos os componentes devem funcionar para que o sistema funcione. Isto ocorre devido ao fato de que os blocos são dispostos lado a lado, gerando total dependência entre eles. Nesse tipo de arranjo a confiabilidade do sistema é menor que a 3

4 confiabilidade de seu melhor componente (Equação 1). Já o sistema em paralelo (Figura 1b) proporciona ao sistema a chamada redundância, uma vez que a falha de um componente não implica na falha geral do sistema (Equação 2). Sistemas próximos de um limite ideal de confiabilidade deveriam possuir um número elevado de redundâncias, porém, estas implicam em análise de viabilidade econômica devido aos custos adicionais. (LAFRAIA, 2001; FOGLIATTO; RIBEIRO, 2009). Os sistemas podem ser descritos por uma associação mista dos arranjos citados acima. Desta forma, para calcular a confiabilidade devem ser desmembrados em arranjos em série e/ou paralelo.combinações paralelo-série (Figura 1c) e série-paralelo (Figura 1d) são exemplos de arranjos mistos (ELSAYED, 1996 apud GUZZON, 2009). R R Figura 1: Tipos de conexões em sistemas: a) série, b) paralelo, c) série-paralelo e d) paralelo-série P( 1) P(2) P(3)... P( n) P( ) (1) série x i i 1 n 1 P(1) 1 P(2)... 1 P( n) 1 1 P( ) 1 (2) paralelo x i i Análise de Modos e Efeitos de Falhas (FMEA) A Análise de Modos e Efeitos de Falha (FMEA Failure Mode and Effects Analysis) é uma ferramenta que tem como objetivo definir, identificar, antecipar e eliminar falhas conhecidas e/ou potenciais do sistema, projeto e serviço antes que estas cheguem ao usuário. Segundo a norma NBR 5462 (1994) da Associação Brasileira de Norma Técnicas (ABNT), a FMEA é um método qualitativo de análise de confiabilidade que envolve o estudo dos modos de falhas que podem existir para cada item, e a determinação dos efeitos de cada modo de falha sobre os outros itens e sobre a função específica do conjunto (LAFRAIA, 2001; ABNT, 1994). Apesar da FMEA ter sido desenvolvida para ser aplicada na fase de desenvolvimento de um produtos ou serviços, etapa na qual os mesmos são definidos e projetados. Porém, pela sua grande utilidade, passou a ser aplicada na fase de projeto, o que proporciona identificar, a priori, todos os modos de falhas catastróficos ou críticos, para que sejam eliminados ou minimizados no estágio inicial do desenvolvimento do sistema, reduzindo assim os custos decorrentes das mudanças e dos retrabalhos nos estágios posteriores, além de aumentar a confiabilidade do sistema (LAFRAIA, 2001; SIQUEIRA, 2005). Para que a utilização desta técnica seja efetiva, a FMEA deve ser atualizada constantemente, para isto, após cada aquisição de equipamentos ou modificações no sistema a FMEA deve ser novamente aplicada, tendo seu término quando o sistema, projeto e serviço é considerado completo e/ou descontínuo (SIQUEIRA, 2005) Processo de Condução da FMEA A metodologia para conduzir uma FMEA eficientemente é baseada em oito passos sistemáticos: (i) selecionar a equipe, que deve ser multidisciplinar e específica para cada projeto. A FMEA nunca deve ser conduzida por apenas um único indivíduo, pois pode levar a informações incompletas e avaliações tendenciosas; (ii) elaborar o diagrama funcional de n 4

5 blocos e/ou fluxograma de processo, para FMEA sistema/projeto, e FMEA processo/serviço, respectivamente; (iii) priorizar a priorização pode ser definida pelo cliente, pela gerência ou pela própria equipe; (iv) coletar dados, etapa na qual a equipe começa o preenchimento da tabela do FMEA; (v) analisar - pode ser quantitativa ou qualitativa; (vi) apresentar resultados, é baseada na análise dos dados e nesta etapa que é feita a quantificação da severidade, ocorrência e detecção; (vii) confirmar, avaliar e medir, avaliar se a situação está melhor, igual ou pior, comparada ao estado inicial; (viii) repetir o procedimento, tem como objetivo promover a melhoria contínua, eliminando ou minimizando todas as falhas (FOGLIATTO; RIBEIRO, 2009). O procedimento geral, que engloba os oitos passos mencionados acima, para realizar a FMEA, é normalmente realizado em duas fases. Na primeira fase, são aplicadas ferramentas como brainstorming a fim de coletar as informações funcionais do produto e/ou processo analisado, e diagrama de causa-e-efeito, que relaciona os modos de falhas com seus efeitos e suas causas. Posteriormente, os modos de falhas são priorizados através do cálculo do RPN (risk priority number), que é o produto da freqüência de ocorrência, severidade e detecção. A segunda fase é realizada quando o valor do RPN ultrapassa o valor desejado, então ações corretivas que previnam a ocorrência de falhas precisam ser identificadas (STAMATIS, 1995) Tipos de FMEA As análises de FMEA são classificadas em dois tipos: FMEA de Projeto e FMEA de Processo. Ambas são idênticas nas etapas e na maneira de realização da análise, portanto o que as diferencia é o objetivo de sua aplicação. A FMEA de Projeto, também denominada de FMEA de Produto, considera as falhas que poderão ocorrer com o produto dentro das especificações do projeto, tendo como objetivo focar em modos de falhas causados por deficiências no projeto. A FMEA de Processo considera as falhas no planejamento e execução do processo, ou seja, o objetivo desta análise é evitar modos de falhas causados por deficiências na manufatura ou montagem (TOLEDO; AMARAL, 1999) Formulário da FMEA O formulário FMEA possui uma estrutura padronizada, a ser preenchido com os conceitos abaixo explicados, para cada item do sistema analisado. - Função É o que o usuário deseja que o item ou sistema faça dentro de um padrão de performance especificado, descrevendo obrigatoriamente sua finalidade ou objetivo. Deve ser comunicada de modo que seja concisa, exata e fácil de entender, geralmente é expressa por um verbo ativo ou um verbo mais um nome. Um erro freqüente de descrição consiste em classificar um equipamento como se fosse uma função, equipamentos podem executar ou implementar funções, mas não são funções (SIQUEIRA, 1995). - Modos de Falhas É a maneira com que o item falha ou deixa de apresentar o resultado desejado ou esperado, eles são identificados a partir do estudo das saídas de cada uma das funções. O modo de falha é uma propriedade inerente a cada item, visto que cada item tem suas características particulares como função, ambiente de trabalho, materiais, fabricação e qualidade. Existem duas abordagens para levantar os modos de falha: Funcional e Estrutural, que posteriormente 5

6 são classificadas em três categorias: perda total da função, perda parcial da função e função errônea (SAKURADA, 2001). - Efeito de Falha É o que acontece quando um modo de falha se apresenta, isto é, são os resultados produzidos quando os modos de falhas vêm a ocorrer. Na identificação dos efeitos, deve-se perguntar: O que pode acontecer com o desenvolvimento deste modo de falha?. Após a identificação dos efeitos de falhas eles são classificados segundo seus níveis de severidade (SIQUEIRA, 2005; SAKURADA,2001). - Causa de Falha As causas do modo de falha são os motivos que levaram o modo de falha a ocorrer, podem estar nos componentes da vizinhança, fatores ambientais, erros humanos, ou no próprio componente. Deve responder a pergunta: De que maneira esse sistema pode falhar e continuar exercendo sua função requerida?. A probabilidade de ocorrência está associada com as causas de falhas, pois estimam quantas falhas podem ocorrer para uma determinada causa de falha (STAMATIS, 1995). - Métodos de Detecção de Falhas Diz respeito às atividades de validação, verificação e prevenção planejadas, as quais asseguram que as causas de um modo específico de falha sejam detectadas antes de sua ocorrência. Esses métodos são classificados em três tipos: utilização de detecção a prova de erro, inspeção com sistema de medição e inspeção visual. (BASTOS, 2006; FOGLIATTO; RIBEIRO, 2009) - Avaliação de Risco Nesta fase ocorre a priorização das falhas através do cálculo do RPN, cujo valor é obtido por meio da multiplicação dos três índices: severidade (S), ocorrência (O) e detecção (D). Falhas que obtiverem o valor do RPN maior que um valor estipulado devem ser analisadas, portanto ações de melhoria para reduzir o risco destes modos de falhas devem ser propostas (TOLEDO; AMARAL,1999). 3. Metodologia Esta seção apresenta o método desenvolvido para a análise da confiabilidade de um desfibrilador cardíaco em fase de desenvolvimento. A metodologia proposta tem como objetivo realizar uma análise quantitativa da confiabilidade através do estudo dos dados gerados da FMEA. O método para determinar a confiabilidade do sistema é dividido em três fases. A primeira fase consiste em revisar, junto à equipe de desenvolvimento do produto, a FMEA de projeto, já existente na empresa. A revisão contempla o aprimoramento dos conceitos que compõe o formulário FMEA, bem como a definição dos índices de severidade, ocorrência e detecção. Depois de concluída a análise, é possível identificar os componentes principais do sistema com base no risco e nas taxas de falhas indicadas na FMEA. A partir das informações obtidas nessas reuniões com a equipe de FMEA, é possível entender o sistema e seus componentes quanto às suas descrições e funções, possibilitando assim a elaboração do desenho do diagrama de blocos, contendo os componentes principais, que são aqueles cuja probabilidade de falha não é virtualmente nula. 6

7 Na segunda fase, são obtidos os dados quantitativos referentes às falhas prematuras e as falhas por desgaste dos componentes principais do sistema, identificados na fase anterior. Essas informações, que serão utilizadas para determinação dos parâmetros das curvas de confiabilidade na fase seguinte, são coletadas através de questionários aplicados à equipe técnica. Na última fase, é realizada a modelagem quantitativa da confiabilidade do produto. O modelo adotado é aquele proposto por Ribeiro (2008), capaz de representar as três fases da curva da banheira: taxa de falha decrescente, seguida de taxa de falha constante, seguida de taxa de falha crescente. Em decorrência disso, são obtidas as curvas de confiabilidade dos componentes críticos, bem como a curva de confiabilidade do sistema. A análise dessas curvas permite identificar os componentes críticos, ou seja, aqueles que devem ser aprimorados prioritariamente, pois exercem maior influência sobre a confiabilidade do sistema. 4. Desenvolvimento A primeira etapa do estudo consistiu em revisar a FMEA de projeto do desfibrilador, juntamente com a equipe técnica. Durante a revisão identificaram-se novos modos de falha, bem como efeitos e causas respectivas aos mesmos. Ainda, foram revisados os valores de severidade, ocorrência e detecção e, à medida que foram atualizados, obtiveram-se novos valores de RPN e respectivas taxas de falha. A revisão permitiu a identificação dos componentes principais do sistema, os quais oferecem maior risco ao sistema. A Tabela 1 contempla um exemplo da FMEA do desfibrilador. Item Modo de falha Efeito de falha Causa da falha Controle atual S O D RPN 1 Queima do módulo Não armazena energia no capacitor Erro de montagem; Energia elétrica fornecida acima do especificado; Componentes de baixa qualidade Procedimentos de montagem Especificação no manual Seleção de fornecedores Não coordena a entrega de energia Danos graves ao paciente Falha no processador; Falha no cabeamento; Inspeção 100% Inspeção 100% Tabela 1: FMEA do projeto Após a identificação dos componentes principais, foi necessário entender como os mesmos se relacionam entre si, uma vez que a confiabilidade do sistema depende diretamente desta associação. A partir das reuniões junto à equipe técnica foi elaborado o diagrama de blocos do sistema, apresentado na figura 2. 7

8 Bateria Fonte 4 Cabo Cabo Figura 2: Diagrama de blocos dos principais componentes do desfibrilador Concluída a análise da FMEA, deram-se início as entrevistas com a equipe técnica. O intuito foi conhecer quais componentes estão sujeitos a falhas prematuras, que são, na maior parte, associadas a falhas de montagem e inspeção, e quais estão sujeitos a falhas por desgaste. Foi elaborado um questionário composto pelas perguntas relacionadas abaixo e, foram aplicadas na ordem respectiva em que aparecem. 1. Ocorrem falhas prematuras, que não estão associadas a desgaste? 2. Qual o número de falhas prematuras no primeiro mês a cada 1000 unidades? 3. Qual número de falhas por ano, nos primeiros anos para 1000 unidades? 4. Em quanto tempo iniciam as primeiras falhas por desgaste? 5. Em quanto tempo se acumulam 500 falhas em uma amostra de 1000 unidades? A aplicação do questionário permitiu quantificar o número de falhas e o tempo associado à ocorrência das mesmas. Esses valores permitem que sejam calculados os valores dos parâmetros e, assim, a função de confibilidade de cada componente e do sistema. A Tabela 2 contém os valores obtidos com a aplicação do questionário. Componentes Falhas prematuras Número de falhas no 1º mês Número de falhas no 1º ano Número de falhas no 2º ano Início das falhas por desgaste(l) (anos) Tempo 50% de falha(t50) (anos) Modulo 1 Sim Modulo 2 Sim Modulo 3 Sim , Modulo 4 Sim 3 4 0, Sim ,5 6, Sim Cabo 1 Sim ,5 Cabo 2 Sim Bateria Sim Fonte Sim 3 3 0,5 11,5 17 Tabela 2: Dados de confiabilidade obtidos qualitativamente junto à equipe técnica A confiabilidade associada às três fases da curva da banheira, segundo o método proposto por Ribeiro (2008), é representada pelas equações abaixo relacionadas. 8

9 para t l (3) para t > l (4) As equações (3) e (4) dependem dos valores de θ, e L, onde θ é um parâmetro de dispersão (ou escala), define em quanto tempo as falhas acontecem; é um parâmetro de forma, define a forma da distribuição de falhas; L é um parâmetro de localização, define a partir de que tempo as falhas acontecem (ou aceleram). Estes parâmetros variam quando as fases da curva da banheira mudam. O parâmetro pode ser ajustado manualmente a fim de simplificar a análise. 1 reproduz o período de taxa decrescente, sendo ajustado em valores menores que 1. 2 possui valor constante igual a 1, pois representa a fase onde a taxa de falha é constante. Por fim, 3 reproduz a fase com taxa de falha crescente e, seu valor foi ajustado em 2. θ1, θ2 e θ3 são calculados, respectivamente para reproduzir as taxas de falhas no ano 1, nos anos 2 e 3 e no ano em que 50% de falhas se acumularam (t50). Inicialmente, θ 2 é calculado a partir da informação da falhas (aproximadamente constantes) observadas nos anos 2 e 3, conforme a equação (5): (5) A seguir, utilizando a equação (3), os valores de θ 1 foram ajustados manualmente de forma a reproduzir aproximadamente as falhas estimadas para o primeiro mês e primeiro ano (ver tabela 2). Por fim, θ 3 foi obtido a partir da equação (4) sendo t o tempo associado a 50% de falhas (t50), L é o tempo associado ao início das falhas por desgaste, 3 = 2 e R(t) = 0,5. A equação (6) apresenta o valor de θ 3 isolado a partir da equação (4). A Tabela 3 mostra os valores dos parâmetros θ, e L do sistema analisado. (6) Componentes 1 θ 1 2 L θ 3 Modulo 1 0,035 64, Modulo 2 0,09 65, Modulo 3 0,06 81, Modulo 4 0,07 332, Modulo 5 0,02 132, , ,09 159, Cabo 1 0,075 66, Cabo 2 0,09 79, Bateria 0,2 159,

10 Fonte 0,02 399, ,5 44 Tabela 3: Valores dos parâmetros calculados Vale observar que, conforme as informações repassadas pela equipe técnica (ver Tabela 2), o módulo 6, o cabo 1, o cabo 2 e a bateria não apresentam o período associado de taxa de falha constante, passando diretamente do período de falhas prematuras para o período de falhas por desgaste. Definidos os parâmetros, θ e L, é possível obter a confiabilidade dos componentes principais para qualquer período de tempo. Para tal, os valores são substituídos nas equações (3) e (4). A Tabela 4 contempla valores de confiabilidade dos componentes principais no período compreendido entre os anos 0 e 15. O diagrama de blocos mostra que a bateria e a fonte estão associadas em paralelo, desta forma sua confiabilidade é calculada através da equação 2. Os demais componentes estão associados em série, e a confiabilidade do conjunto é obtida utilizando a equação 1. A confiabilidade do sistema é o produto da confiabilidade da associação em paralelo com a associação em série. A Tabela 5 contempla valores de confiabilidade do sistema no período compreendido entre os anos 0 e 15. Componentes Modulo 1 1 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,97 0,97 0,97 0,94 0,82 0,61 Modulo 2 1 0,99 0,99 0,98 0,98 0,98 0,98 0,97 0,97 0,97 0,97 0,9 Modulo 3 1 0,99 0,99 0,99 0,99 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,91 Modulo ,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,92 Modulo 5 1 0,99 0,99 0,99 0,99 0,98 0,98 0,96 0,69 0,32 0,1 0, ,99 0,99 0,99 0,98 0,94 0,79 0,6 0,41 0,24 0,13 0,06 Cabo 1 1 0,99 0,99 0,99 0,95 0,86 0,58 0,3 0,12 0,03 0,01 0 Cabo 2 1 0,99 0,99 0,99 0,98 0,96 0,9 0,81 0,69 0,56 0,4 0,33 Bateria ,92 0,73 0,29 0,06 0, Fonte ,99 0,99 0,99 0,99 0,94 0,75 Bateria-Fonte ,99 0,99 0,99 0,94 0,75 Tabela 4: Valor da confiabilidade dos componentes Anos Confiabilidade Do Sistema 1 0,92 0,92 0,91 0,85 0,72 0,37 0,13 0, Tabela 5: Confiabilidade do Sistema Depois de calculada a confiabilidade dos componentes principais, bem como a do sistema, as curvas de confiabilidade dos mesmos foram geradas. Percebe-se que as curvas possuem comportamentos diferenciados, essa diferença se explica pelos seguintes fatores: pela variação 10

11 na incidência de falhas prematuras, pela existência ou não de um período de taxa de falha constante e pelo tempo em que as falhas por desgastes iniciam. A curva de confiabilidade do módulo 1 está apresentada na Figura 3. É possível observar que este componente possui um número elevado de falhas prematuras seguido de um período de confiabilidade aproximadamente constante e vem a apresentar falhas por desgaste a partir do ano 10. As curvas dos componentes módulo 2 e 3 possuem um comportamento semelhante ao do módulo 1. Ao contrário dos componentes citados, o módulo 6 apresenta pequena incidência de falhas prematuras e o início das falhas por desgaste é imediato, não apresentando um período de taxa de falha constante. A curva do mesmo pode ser visualizada na Figura 4. Figura 3: Curva de confiabilidade do módulo 1 Figura 4: Curva de confiabilidade do módulo 6 A modelagem quantitativa da confiabilidade permite identificar os componentes críticos do produto, valores destacados na Tabela 5. Estes se alteram à medida que o período de análise muda, durante o primeiro ano, o módulo 1 é o componente crítico, mas após o segundo ano, o cabo 1 passa a ser o componente crítico. Logo, a análise da confiabilidade depende do tempo de interesse. A confiabilidade, quando avaliada componente a componente, é relativamente elevada, porém, quando se trata de sistema a confiabilidade resultante é relativamente baixa. Pode-se notar que, durante o primeiro ano, o sistema, Figura 5, possui 8% de probabilidade de falha. Considerando a função do produto é um valor muito alto. Este número poderia ser reduzido através de seleção dos fornecedores, inspeção da matéria recebida e procedimentos de montagem mais eficazes. Ainda, o período de burn in, que é o teste de vida feito na fábrica, antes da expedição, poderia ser ampliado, aumentando a chance de detecção de falhas prematuras. O período de garantia do produto é de um ano. Com os valores estimados neste estudo, a empresa teria custos elevados com manutenção e substituição de módulos. Além da perda futura gerada pela percepção de baixa qualidade do produto. Analisando o sistema ao longo dos anos, pode-se prever a necessidade de calibrações e substituição de alguns componentes, como cabo 1, cabo 2 e bateria. Considerando a confiabilidade atual desses componentes, o cabo 1 deveria ser substituído anualmente, o cabo 2 deveria ser substituído a cada 2 anos e a bateria deveria ser substituída a cada 3 anos. A substituição planejada permite um aumento da confiabilidade do sistema após alguns anos de 11

12 uso. Outra alternativa seria substituir os cabos 1 e 2 por cabos produzidos com outro material, mais confiável. Vale observar que a modelagem feita neste estudo pode ser atualizada à medida que os responsáveis pelo projeto tenham dados numéricos do comportamento dos componentes. O suporte de dados numéricos de falhas irá assegurar maior precisão às estimativas. 5. Conclusão Figura 5: Curva de confiabilidade do sistema Este artigo propõe a modelagem quantitativa da confiabilidade através de dados obtidos da FMEA de projeto, que é uma técnica qualitativa, de um novo produto de uma empresa de pesquisa e desenvolvimento de produtos médicos. O objetivo é analisar a confiabilidade dos componentes principais e do sistema, além de propor melhorias no produto, a fim de aumentar a confiabilidade do mesmo. O método foi dividido em três fases, sendo respectivamente, revisão da FMEA e seleção dos principais componentes do sistema; aplicação do questionário junto à equipe de desenvolvimento do produto para a quantificação das falhas e o tempo em que as mesmas ocorrem; por fim, determinação dos parâmetros da distribuição e cálculo da confiabilidade dos componentes principais e do sistema. Evidenciou-se a necessidade de revisão nos procedimentos de inspeção da matéria recebida, bem como nos de montagem, além da necessidade de manutenção e substituição de componentes periodicamente. Considerando a confiabilidade atual dos componentes, o cabo 1 deveria ser substituído anualmente, o cabo 2 deveria ser substituído a cada 2 anos e a bateria deveria ser substituída a cada 3 anos. A substituição planejada permite um aumento da confiabilidade do sistema após alguns anos de uso. O modelo proposto foi aplicado em um sistema novo, o qual se encontra ainda na fase de desenvolvimento e por isso muitos dados são imprecisos. Entretanto, a metodologia desenvolvida pode ser atualizada assim que o produto vier a ser produzido e comercializado, substituindo os dados sobre as falhas prematuras e por desgaste por valores obtidos em campo, portanto mais precisos. Referências 12

13 BASTOS, A. L. A. FMEA como ferramenta de prevenção da qualidade em produtos e processos: uma avaliação da aplicação em um processo produtivo de usinagem de engrenagem. In: XXVI ENEGEP, Fortaleza, out FOGLIATTO, F. S. ; RIBEIRO, José Luis Duarte. Confiabilidade e Manutenção Industrial. 1. ed. São Paulo: Campus-Elsevier, v p. GARVIN, D.A. Gerenciando a qualidade. Rio de Janeiro: Qualitym GUZZON, S.O. Proposta de Análise quantitativa de confiabilidade a partir de dados qualitativos provenientes da FMEA. Porto Alegre, LAFRAIA, J. R. B. Manual de confiabilidade, mantenabilidade e disponibilidade. Rio de Janeiro: Qualitymark, RIBEIRO, J. L. D. Definição de parâmetros das distribuições Weibull para componentes elétricos e mecânicos. Notas de Aula, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, UFRGS, Porto Alegre, abr SAKURADA, E. Y. As técnicas de Análise dos Modos de Falhas e seus Efeitos e Análise da Árvore de Falhas no desenvolvimento e na avaliação de produtos. Florianópolis, SIQUEIRA, I. P. Manutenção centrada na confiabilidade: manual de implementação. Rio de Janeiro: Qualitymark, STAMATIS, D. H. Failure mode and effect analysis: FMEA from theory to execution. Wisconsin: ASQC, TOLEDO, J.C; AMARAL, D.C. FMEA - Análise do Tipo e Efeito de Falha. São Carlos,