ÍNDICE. Introdução. CAP. 1 Conceitos Básicos

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1 Introdução ÍNDICE CAP. 1 Conceitos Básicos I) Confiabilidade II) Mantenabilidade III) Disponibilidade IV) Qualidade de Serviço V) Eficácia VI) Eficiência VII) Efetividade VIII) Custo IX) Desempenho X) Defeito XI) Falha XII) Não Conformidade XIII) Manutenção XIV) Ação Corretiva e preventiva CAP. 2 - A FTA e FMEA Introdução Algumas situações aplicáveis da FMEA e FTA Técnicas de Análise (Objetivos) Técnicas de Análise (Conseqüências) Diferença entre FTA e FMEA CAP. 3 FTA 3.1 Definição Objetivos específicos da FTA Estrutura da árvore de falhas Exemplos de árvore de falhas Etapas da análise Implementação CAP. 4 FMEA 4.1 Definição Tipos de FMEA Objetivos específicos da FMEA Como um componente pode falhar Etapas da análise Implementação Preenchimento do Formulário CAP. Conclusão 5 Melhorias Continuidade FMEA e FTA CAP.6 Bibliografia

2 INTRODUÇÃO Até bem pouco tempo a Manutenção era definida como O Departamento responsável pela lubrificação e conserto das máquinas, bem como pela conservação dos equipamentos e edifícios (Machline,1987). Esta visão operacional, comum nos livros de Administração da Produção, considerava a Manutenção apenas como um agregado do setor produtivo. Até o começo dos anos 80 esta era a visão da Manutenção em nível mundial, e, em particular, no Brasil perdurou até esta década de 90. Nos últimos anos, no EUA, Europa e Japão a Função Manutenção passou a ter um destaque de fundamental importância, tornando-se uma atividade de caráter estratégico. Comprovadamente verificou-se que os custos anuais de Manutenção, na maioria das empresas e instituições, estimadas por um período plurianual de 5 anos, superavam os investimentos médios anuais destas empresas e instituições no período. Apesar disso a atenção dedicada a Manutenção pelos ocupantes de cargos gerenciais, bem como técnicos, de níveis superiores das empresas, era incrivelmente desproporcional. Isto acontecia por que a Manutenção era considerada como uma atividade operacional somente, onde o enfoque desta atividade se baseava no aspecto curativo, de curto prazo e os métodos empregados se direcionavam as atividades corretivas, também chamada de Manutenção catastrófica ou tradicional. Neste novo ambiente empresarial os Japoneses vieram mostrar para o Mundo que a Função Manutenção tem uma importância Vital e Estratégica para garantir a Produtividade da empresa e portanto torná-la competitiva no mercado globalizado. Através da garantia da Disponibilidade (Receita), Qualidade do Serviço e/ou Produto, e da redução dos custos de produção, a Função Manutenção deixa de ser uma atividade meramente operacional e passa a ser estratégica. "A necessidade de atender a disponibilidade dos equipamentos, a qualidade dos produtos, a segurança requerida pelas plantas industriais e controle de custos, fazem do gerenciamento da função manutenção uma das disciplinas que mais evoluíram nos últimos 15 anos" - Moubray, Diante dessas considerações e desejando também contribuir para catalisar este processo no País, em particular para o Nordeste, foi que a Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco buscou mais uma vez, através de pesquisa elaboradas no Departamento de Engenharia Elétrica, implementar o Grupo de Engenharia de Produção e Qualidade, que vem elaborando diversos trabalhos na área de Gestão de Manutenção. Fruto deste grupo já foi desenvolvido diversos cursos de extensão universitária nesta área, com material didático de apoio. Esta apostila é mais um fruto de trabalho e resumo de diversas bibliografias especificas do tema Análise de Falhas, que se constitui numa ferramenta essencial para melhoria da Confiabilidade e o gerenciamento otimizado do Ciclo de Vida de quaisquer Sistema, equipamento e/ou processo. Luis Cordeiro de Barros Filho, M.Sc. Coordenador do Grupo de Engenharia de Produção e Qualidade Aluno participante deste trabalho: Evandro Monteiro Simões 2 Recife, 18 de Fevereiro de 2000

3 1 - CONCEITOS BÁSICOS Todo processo sempre tem algum caráter probabilístico associado, traduzido por um teor de incerteza quanto à previsão de resultados. O universo da manutenção não poderia escapar a esta regra. Assim sendo, diversos conceitos, corriqueiros e essenciais da manutenção revelam sua essência probabilística a partir da própria definição. A descrição desses conceitos operacionais, relacionados com as atividades de manutenção, é apresentada, a partir de estados descritos pela cadeia de Markov simplificada, na figura 1.1, a seguir: P BB P FF P BF = 1- P BB BOM FALHA ( P B ) P FB = 1- P FF (P F = 1- P B ) EM OPERAÇÃO (B) EM CORRETIVA (F) Figura Cadeia de Markov para dois estados. Nesta cadeia de Markov estão representados dois estados, um em operação (Estado Bom - B) e outro em manutenção corretiva (Estado em Falha - F), com indicação das seguintes probabilidades associadas aos eventos : P B = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM OPERAÇÃO - BOM P F = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM CORRETIVA - FALHA P BB = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM OPERAÇÃO - BOM, e permanecer, no mesmo, durante um determinado intervalo de tempo. P BF = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM OPERAÇÃO - BOM, e mudar para o estado EM CORRETIVA - FALHA durante um determinado intervalo de tempo. P FF = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM CORRETIVA - FALHA e permanecer, no mesmo, durante um determinado intervalo de tempo. P FB = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM CORRETIVA - FALHA e mudar para o estado EM OPERAÇÃO - BOM durante um determinado intervalo de tempo I) CONFIABILIDADE, R(t): Em alguns casos é chamada de probabilidade de sobrevivência: É definida como a probabilidade de um equipamento ou sistema, em perfeito funcionamento no instante inicial de observação t o, não falhar dentro de um intervalo de tempo t. Entende-se por falha uma degradação que ocasiona uma paralisação no funcionamento do equipamento/sistema. A confiabilidade corresponde à probabilidade P BB identificada no gráfico de Markov anterior. Observa-se então que a confiabilidade corresponde à qualidade intrínseca do fornecimento do fabricante, sendo para o cliente/consumidor o investimento realizado, correspondendo ao Capital 3

4 empregado. A freqüência com que as falhas ocorrem é usada como parâmetro para a formulação matemática da confiabilidade R(t) e é chamada de taxa de falhas (λ). Esta é a probabilidade (instantânea) de falhas de um dado equipamento e corresponde às solicitações (ações) do sistema/equipamento à manutenção. Outro parâmetro empregado, para o caso de equipamentos reparáveis é o MTBF (Do inglês - Mean Time Between Failures), que, no modelo exponencial, corresponde ao inverso da taxa de falhas para um dado equipamento (MTBF = 1/ λ). Para o caso de equipamentos irreparáveis utiliza-se o parâmetro MTTF (Do inglês - Mean Time To Failure). A seguir apresenta-se gráficos das funções de densidade de probabilidade (f(t)) e Probabilidade acumulada (F(t) = f(t) dt) associada à variável TBF (Do inglês-time Between Failure). As figuras 1.2 e 1.3 mostram o valor da confiabilidade utilizando-se as funções de densidade de probabilidade, sendo dado pela área, e função de probabilidade acumulada, tendo como valor o intervalo considerado (1-A = R( t)). f(t) A 1-A = R( t) t tempo (TBF/TTF) Figura Função de densidade de falhas (TBF) F(t) R( t) A t tempo (TBF/TTF) Figura Função de distribuição acumuladas de falhas (TBF) II) MANTENABILIDADE, M(t): É definida como a probabilidade de que um equipamento ou sistema, que se encontra em falha no instante inicial de observação t o, ser reposto em perfeito estado de funcionamento dentro de um intervalo de tempo t. Corresponde à probabilidade P FB identificada no gráfico de Markov anterior. Observase então que a mantenabilidade corresponde ao atendimento das manutenções 4

5 corretivas ou aleatórias, estando associada à duração das falhas, sendo para o cliente/consumidor os gastos com apoio logístico, tecnológico, entre outros, e principalmente recursos humanos responsáveis pela execução desta atividade. Corresponde, portanto, ao Trabalho envolvido para garantir a disponibilidade especificada do sistema, ou seja, a capacidade de atender à demanda de falhas. A freqüência com que as falhas são eliminadas é usada como parâmetro para a formulação matemática da mantenabilidade M(t), sendo chamada de taxa de reparo (µ). Esta é a probabilidade (instantânea) de reposição de um dado equipamento/sistema e compreende às respostas (reações) da manutenção às solicitações do sistema/equipamento. Outro parâmetro empregado é o MTTR (Do inglês - Mean Time To Repair), que, no modelo exponencial, corresponde ao inverso da taxa de reparo para um dado equipamento/sistema (MTBF = 1/µ ). A seguir gráficos indicando o valor da mantenabilidade (M( t)) através das funções de densidade de probabilidade (f(t)) e Probabilidade acumulada (F(t) = f(t) dt) associada a variável TTR. f(t) A= M( t) t tempo (TTR) Figura Função de densidade de reparo (TTR) F(t) M( t ) t tempo (TTR) Figura Função de distribuição acumuladas de reparo (TTR) III) DISPONIBILIDADE, A(t): É definida como a probalidade de um equipamento ou sistema estar em condições de operar, dentro dos limites para o qual foi especificado, no instante em que for solicitado. Corresponde a probabilidade P B identificada no gráfico de Markov anterior. Observa-se então que a disponibilidade corresponde ao 5

6 estado em operação (B), sendo para o sistema produtivo o equivalente ao estado em que o equipamento/máquina estaria servindo/produzindo (Bom), correspondendo, portanto, à Receita do sistema. Como exemplo veja o caso dos sistemas telefônicos, no Brasil, onde a indisponibilidade de linha/serviços não permite a elevação da receita da empresa concessionária e mais ainda, deixa de agregar valor, pois em conseqüência as empresas que usariam esses serviços podem perder grandes negócios por que o cliente não conseguiu se comunicar com as mesmas. Se tiver uma variável aleatória X(t), que represente o estado do sistema e se, X(t) = 1 representar o sistema em operação (B) no instante t, e se X(t) = 0, o sistema não disponível (F),implica, pela definição que A(t) = P (X(t)=1). Conclui-se, naturalmente, que a disponibilidade é função da confiabilidade (P BB ) e mantenabilidade (P FB ), sendo, para o caso particular da cadeia de Markov simplificada anterior, dada por A = MTBF/ (MTBF + MTTR). Portanto no seu conceito define-se claramente a disponibilidade e evidencia-se esta como o elo de ligação entre a manutenção e a operação mostrando uma relação íntima e o objetivo comum entre estas duas funções. De uma maneira geral as avaliações de disponibilidade são de duas espécies: a)avaliação de Segurança: Relativa aos sistemas de produção, onde as falhas permanecem ocultas e só se revelam quando o sistema for testado (prevenção) ou acionado (solicitações). b)avaliação de Produção: Onde as falhas são reveladas em tempo real e resultam numa alteração da condição operacional. GOLDMAN/SLATTERY(1977) mostra que, para uma dada disponibilidade especificada, existe um compromisso entre a mantenabilidade (MTTR) e a confiabilidade (MTBF=1/λ), conforme pode-se ver no gráfico a seguir. Veja que podese gastar mais no investimento (Confiabilidade, Ponto A), ou, por outro lado, escolherse gastar mais em trabalho (Mantenabilidade, Ponto B), obtendo-se a mesma disponibilidade especificada. Neste caso 95% (noventa e cinco por cento). Mantenab. (MTTR) A 80% Disp. 90% Disp. 95% Disp B Confiabilidade -1 ( λ = 1/MTBF) Figura Compromisso entre Confiabilidade e Mantenabilidade. 6

7 Convém salientar que com a competitividade mundial e conseqüente busca pela qualidade total, hoje existentes, já se pode observar uma elevação da confiabilidade (melhoria da qualidade intrínseca) e equipamentos mais fáceis de manter, sem sensível elevação dos gastos, seja no investimento, seja na infra-estrutura de manutenção, principalmente no que concerne a industria eletrônica. IV) QUALIDADE DE SERVIÇO: É definida como a conformidade entre o grau de funcionamento e a capacidade do equipamento e/ou sistema, associada a degradação, quando o equipamento encontra-se em operação e não é produzido uma mudança nas características de funcionamento além do limite desejável para o qual o equipamento/sistema foi especificado e projetado. Para exemplificar cita-se 2(dois) exemplos em telecomunicações: Qualidade de serviço funcional: Está associada à qualidade intrínseca para o qual o equipamento/sistema foi projetado. Em telecomunicações, chamada de qualidade de transmissão, está associada à inteligibilidade, onde através de uma conversação telefônica se identifica perfeitamente com quem e o que se está falando, além da garantia de uma comunicação sem ruídos, interferências ou distorções. No caso de comunicações digitais consiste em garantir uma taxa de erro mínima especificada para o canal. É definida então como o critério de aceitabilidade (Conformidade) da qualidade intrínseca. Qualidade de serviço de capacidade: Está associada à capacidade máxima para o qual o equipamento/sistema foi projetado. Em telecomunicações, chamada de qualidade de tráfego, está associada com o estabelecimento de uma conexão entre dois pontos de comunicação. Está diretamente correlacionada com a receita. OBS.: Poderia-se estabelecer um novo estado, na cadeia de Markov anterior, que representaria o sistema em operação (disponível), porém com degradação da qualidade de serviço. V) EFICÁCIA: É definida como a obtenção dos resultados, é fazer aquilo que deve ser feito (o que), é fazer as coisas certas, alcançando-se assim os objetivos desejados. È medida pela relação resultados obtidos/resultados desejados. VI) EFICIÊNCIA: É fazer da melhor maneira possível, é fazer certas as coisas, significa fazer bem feito (como). È fazer com a maior relação resultados/insumos. VII) EFETIVIDADE: É fazer com a participação de todos os envolvidos, com o objetivo de incluir experiências de todas as partes. Estabelece desta forma uma relação adequada de interfaces organizacionais para melhoria do projeto e/ou processo. VIII) CUSTO: É função de pessoal, energia, reserva técnica, equipamentos de suporte e ferramental, apoio logístico e estrutura de gerenciamento e planejamento, bem como do investimento inicial do sistema, correspondendo assim ao LCC (do inglês, Life Cycle Cost), ou seja o custo do ciclo de vida útil do equipamento/sistema. 7

8 IX) DESEMPENHO: Significa obter um alto nível de disponibilidade e de qualidade de serviço, com eficácia e eficiência, a um custo otimizado. X) DEFEITO: É um desvio inaceitável da especificação de um atributo ou medida da qualidade, é uma característica indesejável de um produto ou serviço. Defeito não significa perda da capacidade funcional. Ex: Um automóvel 0 Km com teto amassado. Um veículo tem um algo que não satisfaz o consumidor (um defeito), porém a sua capacidade funcional e as suas características de confiabilidade permanecem inalteradas. O carro anda, para, os comandos estão funcionando satisfatoriamente, etc. XI) FALHA: É um defeito relacionado com a confiabilidade da performance, é a falta de capacidade funcional de uma unidade em realizar sua função quando requerida, é um estado inoperável no qual um item não desempenha ou não desempenharia suas funções como especificado. Ex: O freio não funciona, a luz não acende, etc. XII) NÃO CONFORMIDADE: Deficiência de ação, característica ou documento exigido por projeto ou norma técnica que torna a qualidade de um serviço ou material inaceitável ou indeterminada, exigindo disposição e ação corretiva. Ex: Falta de um certificado de matéria prima, teste ou ensaio; Uso de um instrumento de medição fora do prazo de calibração; Retrabalhos executados que não devolvem aos materiais suas características originais. XIII) MANUTENÇÃO: Inicialmente apresenta-se as definições clássicas normalizadas, para depois se fazer um breve comentário e colocando-se uma definição mais completa. AFNOR - Association Française de Normalisation (NF X ) Conjunto de ações que permitam manter ou restabelecer, a um sistema, o estado de funcionamento. ABNT - Associação Brasileira de Normalização Técnica (NBR ) Conjunto de ações destinadas a manter ou recolocar um item no estado no qual pode executar sua função requerida. Observa-se que estas definições esquecem o aspecto econômico, preocupando-se somente com atividades executivas. Existe uma lacuna preenchida pelo documento de introdução na AFNOR (X ),que comenta boa manutenção é assegurar essas operações a um custo global otimizado. Verifica-se, em geral, como já foi comentado, a cultura de que a manutenção é simplesmente uma atividade executiva. Estas 8

9 definições mostram uma visão preocupada somente com a função manutenção, não dando-se ênfase a primazia pelo sistema e/ou processo. Uma definição de Manutenção mais completa deveria ser: Um conjunto de atividades, gerenciais e executivas, que buscam garantir e melhorar a disponibilidade [f(confiabilidade, mantenabilidade)], a qualidade de serviço e eficiência dos trabalhos no setor produtivo e de escritório, com a finalidade de otimizar custos, contribuindo com a obtenção de eficácia e elevação da produtividade da empresa. Barros, Luis Cordeiro XIV)AÇÃO CORRETIVA E AÇÃO PREVENTIVA O fornecedor deve estabelecer e manter procedimentos documentados para implementação de ações corretivas e ações preventivas. Quaisquer ações corretivas ou ações preventivas tomadas para eliminar as causas de não-conformidades reais ou potenciais devem ser em grau apropriado à magnitude dos problemas e proporcionais aos riscos encontrados. O fornecedor deve implementar e registrar quaisquer alterações nos procedimentos documentados resultantes de ações corretivas e ações preventivas. Os procedimentos para ação corretiva devem incluir: a) o efetivo tratamento de reclamações de clientes e de relatórios de não-conformidades de produto; b) investigação da causa das não-conformidades relacionadas ao produto, processo e sistema da qualidade, e registro dos resultados da investigação (ver 4.16); c) determinação da ação corretiva necessária para eliminar a causa de nãoconformidades; d) aplicação de controles para assegurar que a ação corretiva está sendo tomada e é efetiva. Os procedimentos para ação preventiva devem incluir: a) o uso de fontes apropriadas de informação, tais como processos e operações de trabalho que afetem a qualidade do produto, concessões, resultados de auditoria, registros da qualidade, relatórios de serviço e reclamações de clientes, para detectar, analisar e eliminar causas potenciais de não-conformidades; b) determinação dos passos necessários para lidar com quaisquer problemas que requeiram ação preventiva; c) iniciação de ação preventiva e aplicação de controle para assegurar que a ação é efetiva; d) assegurar que informação relevante sobre as ações tomadas é submetida à análise crítica pela Administração. 9

10 CONTROLE DE REGISTROS DA QUALIDADE O fornecedor deve estabelecer e manter procedimentos documentados para identificar, coletar, indexar, acessar, arquivar, armazenar, manter e dispor os registros da qualidade. Os registros da qualidade devem ser mantidos para demonstrar conformidade com os requisitos especificados e a efetiva operação do sistema da qualidade. Registros da qualidade pertinentes oriundos de subcontratados devem ser considerados como parte destes dados. Todos os registros da qualidade devem ser legíveis e armazenados e mantidos de tal forma que sejam prontamente recuperáveis, em instalações que forneçam condições ambientais adequadas para prevenir danos, deterioração e perda. Os tempos de retenção dos registros da qualidade devem ser estabelecidos e registrados. Quando acordado em contrato, os registros da qualidade devem estar disponíveis para avaliação pelo cliente ou seu representante durante um período acordado. 2 - FTA E A FMEA - INTRODUÇÃO A FTA (Fault Tree Analisys Análise da Árvore de Falhas) e a FMEA (Failure Mode and effects Analisys Análise do Modo e Efeito das Falhas) são métodos de análise de produtos e processos que permitem uma avaliação sistemática e padronizada de possíveis falhas, estabelecendo suas conseqüências e orientando a adoção de medidas corretivas e preventivas. Estes métodos não são usados apenas como meios de prever falhas em produtos e processos, mas também como técnicas de solução de problemas e ferramentas auxiliares no processo de desdobramento da função qualidade. Esta dimensão da qualidade, a confiabilidade, tem se tornado cada vez mais importante para os consumidores, pois, a falha de um produto, mesmo que prontamente reparada pelo serviço de assistência técnica e totalmente coberta por termos de garantia, causa, no mínimo, uma insatisfação ao consumidor ao privá-lo do uso do produto por determinado tempo. Além disso, cada vez mais são lançados produtos em que determinados tipos de falhas podem ter consequências drásticas para o consumidor, tais como aviões e equipamentos hospitalares nos quais o mal funcionamento pode significar até mesmo um risco de vida ao usuário. O campo de aplicação destes métodos é bastante amplo, pois eles nos fornecem pistas para a execução de melhorias nos sistemas, mediante a descobertas de pontos problemáticos, com uma análise minuciosa dos elementos do sub-sistema e relaciona as possíveis falhas e suas conseqüências no sistema como um todo. 10

11 2.1 - ALGUMAS SITUAÇÕES APLICÁVEIS DA FMEA E FTA. Para aperfeiçoamento de um produto que já existe ou processo já em operação, a partir da identificação das causas das falhas ocorridas e seu posterior bloqueio. Na detecção e bloqueio das causas de falhas potenciais (antes que aconteçam) em produtos ou processos já em operação. Na detecção e bloqueio das causas de falhas potenciais (antes que aconteçam) em produtos ou processos, ainda na fase de projeto. Alterações nos projetos e/ou processos existentes. OBS: Deve-se destacar que a confiabilidade do produto ou processo aumenta quando as causas de falhas são bloqueadas à montante, ou seja, começando pelo bloqueio na etapa de projeto (condição ideal) e prosseguindo até a situação em que se tem a Rotina implantada. Na aplicação destes métodos é possível hierarquizar as causas das falhas, quanto a sua importância, risco e facilidade de detecção, e pode-se estabelecer parâmetros para se adotar medidas preventivas (se os problemas potenciais) ou corretivas (bloqueando as causas de falhas que já ocorreram). FMEA e FTA não são empregadas somente em processos industriais, freqüentemente são utilizadas na previsão ou constatação e bloqueio de erros em processos administrativos, como por exemplo a abertura de uma conta-corrente bancária ou a emissão de uma nota fiscal. Nesses casos, costuma-se falar de EMEA ( Error Modes and Effects Analisys). Na análise das falhas (problemas), deve-se chegar às causas fundamentais, que normalmente estão nos componentes de um dado sistema (produto ou processo), ou nas peças e componentes. Estas causas podem ser externas ao sistema (por exemplo: variações de voltagem, condições ambientais, vibrações, etc.). Tratando-se de materiais, peças, unidades, instalações, hardwares, softwares, elementos humanos sub-sistemas e sistemas considerado na forma mais ampla possível a questão fundamental é qual a parte objeto de análise que deve ser visada para detectar a causa fundamental de um problema (falha) TÉCNICAS DE ANÁLISE (OBJETIVOS) Garantia e melhoria da confiabilidade do produto, serviço, processo ou sistema Criar mentalidade preventiva Análise, identificação e bloqueio de falhas potenciais Identificação de pontos fracos Crescimento da capacitação Elevação da produtividade 11

12 2.3 - TÉCNICAS DE ANÁLISE (CONSEQUÊNCIAS) Relações interdepartamentais Melhoria da capacitação e motivação Organização da Documentação Conhecimento do sistema Visão sistêmica Melhoria da Eficiência DIFERENÇAS ENTRE FTA E FMEA A principal diferença entre FTA e FMEA é a forma de raciocinar para se chegar a solução das falhas, na FTA parte-se do efeito e chega-se a causa por outro lado, 12

13 pode-se examinar a possibilidade de falhas nas peças e componentes de nível mais elementar, e quais as suas conseqüências nos níveis hierárquicos superiores do sistema. Isso é o que faz a FMEA. Na FMEA o ponto problemático é enfocado a partir da causa, raciocinando na direção do efeito (falha-problema). Ambos os métodos estão orientados para adoção de medidas corretivas (contramedidas). As análises feitas via FMEA e FTA devem conduzir à elaboração de um plano de ação, para execução das ações corretivas ou preventivas recomendadas. Cabe ressaltar que a equipe responsável pela execução de FMEA ou FTA não necessariamente precisará conduzir a elaboração desse plano de ação, ou a sua implementação. Apesar da semelhança entre as duas técnicas, no que se refere a finalidade, existem várias diferenças entre elas quanto a aplicação e ao procedimento de análise. A tabela abaixo compara as duas técnicas apresentando suas principais diferenças. Objetivo Procedimento Aplicação FTA Identificação das causas primárias das falhas Elaboração de uma relação lógica entre falhas primárias e falha final do produto Identificação da falha que é detectada pelo usuário do produto Relacionar essa falha com falhas intermediárias e eventos mais básicos por meio de símbolos lógicos Melhor método para análise individual de uma falha específica O enfoque é dado à falha final do sistema FMEA Identificação das falhas críticas em cada componente, suas causas e conseqüências Hierarquizar as falhas Análise dos falhas em potencial de todos os elementos do sistema, e previsão das conseqüências Relação de ações corretivas (ou preventivas) a serem tomadas Pode ser utilizado na análise de falhas simultâneas ou correlacionadas Todos os componentes do sistema são passíveis de análise 13

14 FT A FMEA EFEITO CAUSA TOP DOWN CAUSA EFEITO BOTTON UP Análise Individual de Análise Simultâneas das falhas Falhas Específicas Enfoque a falha final do sistema Enfoque corretivo e descritivo Todos componentes do sistema sob análise Enfoque preventivo e prescritivo 3. - FTA 3.1 -DEFINIÇÃO A FTA é um método sistemático e padronizado, capaz de fornecer bases objetivas para funções diversas, tais como: a análise de modos comuns de falhas em sistemas, justificação de alterações em sistemas e demonstrações de atendimento a requisitos regulamentares e/ou contratuais, dentre outras. Sua utilização abrange aspectos diversos que vão desde projetos de máquinas e equipamentos até a análise de processos industriais ou administrativos. Seu emprego resulta particularmente útil para: Auxiliar o analista a identificar dedutivamente as falhas do sistema. Assinalar os aspectos do sistema mais relevantes em relação à uma falha em particular. Fornecer ao analista uma meio compreensão do comportamento do sistema. A análise das falhas pode ser feita do nível hierárquico superior do sistema para o nível inferior do sistema completo até seu componente mais simples. Esse é o método empregado pela FTA. Na FTA raciocina-se de cima para baixo( top down ). A falha do sistema é denominada de evento de topo (top event), e é decomposta a partir do nível superior para os inferiores, fazendo-se seqüências ou combinações de fatos capazes de conduzir ao tal evento. O evento de topo é um estado do sistema considerado anormal e pode ser obtido como conseqüência de fatos normais e/ou anormais do mesmo. 14

15 A árvore de falha é um modelo gráfico que permite mostrar de uma maneira simples, o encadeamento dos diferentes eventos que podem dar por resultado o evento de topo. Uma vez que o conjunto de eventos que constituem o limite da árvore e identificadas as denominadas causas básicas, deverá ser elaborado um plano de ação visando ao bloqueio das mesmas. Eventualmente as estruturas completas das árvores de falha podem combinarse com informações probabilísticas a fim de estabelecer o grau de criticidade das diferentes falhas do sistema. Caso estas informações não se encontrem disponíveis, a lógica inerente ao método permanece válida para uma análise qualitativa, visando ao estabelecimento das causas fundamentais do evento de topo. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS DA FTA A FTA tem por finalidade : 1. Estabelecer um método padronizado de análise de falhas ou problemas, verificando como ocorrem em um equipamento ou processo. 2. Análise da confiabilidade de um produto ou processo 3. Compreensão dos modos de falha de um sistema usando uma maneira dedutiva. 4. Priorização das ações corretivas que serão tomadas. 5. Análise e projeto de sistemas de segurança ou sistemas alternativos em equipamentos. 6. Compilação de informações para manutenção de sistemas e elaboração de procedimentos de manutenção. 7. Indicação clara e precisa de componentes mais críticos ou condições críticas de operação. 8. Compilação de informações para treinamento na operação de equipamentos. 9. Compilação de informações para planejamento de testes e inspeção. 10. Simplificação e otimização de equipamentos. 11. Os eventos são representados por símbolos e unidos mediante pontos de união denominados portas lógicas. 15

16 3.3 - ESTRUTURA DA ÁRVORE DE FALHAS: A estrutura da árvore de falhas é apresentada na figura abaixo, nela pode-se observar que o evento indesejado aparece no topo, ligado a eventos mais básicos por meio de símbolos de eventos e portas lógicas. A árvore finaliza nos seus eventos considerados como causas fundamentais ou causas básicas. FALHA DO SISTEMA (EVENTO DE TOPO) A ÁRVORE DE FALHAS CONSTA DE UMA SEQUÊNCIA DE EVENTOS QUE PODEM CONDUZIR AO EVENTO DE TOPO EVENTOS QUE TEM UMA CAUSA MAIS BÁSICA SÃO COLOCADOS EM RETÂNGULOS CONTENDO A DESCRIÇÃO DOS MESMOS OS EVENTOS QUE COMPÕEM A SEQUÊNCIA ESTÃO LIGADOS POR MEIO DE PORTAS LÓGICAS E, OU OU OUTRAS A SEQUÊNCIA FINALIZA NAS CAUSAS BÁSICAS INDICADAS EM CÍRCULOS A ELIMINAÇÃO DAS CAUSAS BÁSICAS TEM COMO CONSEQUÊNCIA A ELIMINAÇÃO DO EVENTO DE TOPO EXEMPLOS DE ÁRVORE DE FALHAS. Exemplo 1: Neste exemplo analisamos a árvore de falhas de um carro simplesmente até um ponto ainda superficial, por isso temos que nos aprofundar e fazer uma árvore de falhas para cada componente em particular, chegando aos seus componentes mais elementares que podem ser as causas potenciais de falha. 16

17 1º Nível O carro pifou S istem a a elétrico M ooto tor r Su Susp spensão FFreio ss FFusív eis eis Rádio A lternador C arb arburad oor r R ad adiado rr M oolas las A m oorteced oor r Pastilhas D isco 2º Nível MOT OR NÃO DÁ PART I DA POR PROBLEMA ELÉT RI CO EVENT O DE T OPO VELAS COM FAÍ SCA FRACA FALT A ELET RI CI DADE DEFEI T O NA ALT A T ENSÃO VELAS QUEI MADAS BAT ERI A EM CURT O OU DESCARREGADA CHAVE DEFEI T UOSA MAU CONT AT O NOS CABOS DA BAT ERI A BAT ERI A FRACA FALHA DI ST RI BUI DOR CABOS E CONT AT OS DEFEI T UOSOS FALHA NA BOBI NA I GNI ÇÃO COM DEFEI T O Exemplo 2: Analisemos no exemplo abaixo uma árvore de falha de um Motor, o evento de topo é evidenciado acima, pois é justamente a falha do sistema, abaixo temos em 17

18 retângulos as causas principais e fazendo combinações de eventos chegamos as causas básicas representadas em círculos. É possível adicionar ao diagrama elementos lógicos, tais como e e ou, para melhor caracterizar os relacionamentos entre as falhas. Dessa forma é possível utilizar o diagrama para estimar a probabilidade de um falha acontecer a partir de eventos mais específicos. O exemplo abaixo mostra uma árvore aplicada ao problema de superaquecimento em um motor elétrico utilizando elementos lógicos. 18

19 3.5 - ETAPAS DA ANÁLISE IMPLEMENTAÇÃO Seqüência de procedimentos para elaboração da FMEA: Nomear a equipe responsável Selecionar o evento de topo para análise Coleta de Dados Definir as fronteiras do Sistema Análise do Sistema detalhada Montagem preliminar da árvore de falhas Revisão da árvore de falhas Análise de Recomendações Reflexão sobre o processo 4. -FMEA FMEA = FMA + FEA FMA: Failure Mode Analisys Estudo de um sistema e as interações funcionais de seus componentes sob várias condições preestabelecidas de operação (normais e anomais) de modo a determinar a localização de uma provável falha, tipo e mecanismo de ocorrência. A técnica FMA é utilizada normalmente na revisão de Projetos e/ou Processos de forma a evitar a reocorrência dos tipos de mecanismo de falhas. FEA: Failure Effects Analisys Estuda das falhas potenciais que podem ocorrer em alguma parte do sistema, objetivando determinar a severidade de cada falha em termos de riscos relacionados a segurança ou perdas inaceitáveis de performance, operação ou disponibilidade do sistema 4.1 DEFINIÇÃO A FMEA Análise dos Modos e Efeitos das Falhas - é um método de análise de projetos (de produtos ou processos, industriais e/ou administrativos) usado para identificar todos os possíveis modos potenciais de falha e determinar o efeito de cada uma sobre o desempenho do sistema (produto ou processo), mediante um raciocínio basicamente dedutivo. A metodologia de Análise do Tipo e Efeito de Falha, FMEA, é uma ferramenta que busca, em princípio, evitar, por meio da análise das falhas potenciais e propostas de ações de melhoria, que ocorram falhas no projeto do produto 19

20 ou do processo. Este é o objetivo básico desta técnica, ou seja, detectar falhas antes que se produza uma peça e/ou produto. Pode-se dizer que, com sua utilização, se está diminuindo as chances do produto ou processo falhar, ou seja, estamos buscando aumentar sua confiabilidade. Apesar de ter sido desenvolvida com um enfoque no projeto de novos produtos e processos, a metodologia FMEA, pela sua grande utilidade, passou a ser aplicada de diversas maneiras. Assim, ela atualmente é utilizada para diminuir as falhas de produtos e processos existentes e para diminuir a probabilidade de falha em processos administrativos. Tem sido empregada também em aplicações específicas tais como análises de fontes de risco em engenharia de segurança e na indústria de alimentos. É portanto um método analítico padronizado para detectar e eliminar problemas potenciais de forma sistemática e completa. Como seu desenvolvimento é formalmente documentado, permite: Padronizar procedimentos. Fazer um registro histórico de análise de falhas, que poderá posteriormente ser usado em outras revisões de produtos ou processos, e no encaminhamento de ações corretivas em produtos similares. Selecionar e priorizar projetos de melhoria que deverão ser conduzidos TIPOS DE FMEA Esta metodologia pode ser aplicada tanto no desenvolvimento do projeto do produto como do processo. As etapas e a maneira de realização da análise são as mesmas, ambas diferenciando-se somente quanto ao objetivo. Assim as análises FMEA s são classificadas em dois tipos: FMEA DE PRODUTO: na qual são consideradas as falhas que poderão ocorrer com o produto dentro das especificações do projeto. O objetivo desta análise é evitar falhas no produto ou no processo decorrentes do projeto. É comumente denominada também de FMEA de projeto. FMEA DE PROCESSO: são consideradas as falhas no planejamento e execução do processo, ou seja, o objetivo desta análise é evitar falhas do processo, tendo como base as não conformidades do produto com as especificações do projeto. Há ainda um terceiro tipo, menos comum, que é o FMEA de procedimentos administrativos. Nele analisa-se as falhas potenciais de cada etapa do processo com o mesmo objetivo que as análises anteriores, ou seja, diminuir os riscos de falha. 4.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS DA FMEA A aplicação da FMEA padronizada traz diversos benefícios para a empresa, tais como: 20

21 A integração de diversos órgãos da empresa pela identificação e análise conjunta dos tipos de falhas em potencial e proposição de alternativas que minimizem os riscos envolvidos; Perfeita compreensão e registro dos critérios utilizados na revisão de um Projeto ou Processo; Prevenção ao invés de detecção e consequentemente redução dos custos da qualidade; para diminuir a probabilidade da ocorrência de falhas em projetos de novos produtos ou processos; para diminuir a probabilidade de falhas potenciais (ou seja, que ainda não tenham ocorrido) em produtos/processos já em operação; para aumentar a confiabilidade de produtos ou processos já em operação por meio da análise das falhas que já ocorreram; para diminuir os riscos de erros e aumentar a qualidade em procedimentos administrativos. Comprovação da execução das atividades preventivas para a qualidade de um produto ou serviço relacionados com: Responsabilidade Civil do Fabricante (Liabity), o Código de Defesa do Consumidor e as Normas ISO Série 9000 Uma vez completada, a FMEA acaba sendo uma referência para análise de outros produtos ou processos similares. Isso permite diminuir os custos do trabalho, uma vez que serão amortizados na análise de vários produtos. Na FMEA raciocina-se de baixo para cima : procura-se determinar modos de falha dos componentes mais simples, as suas causas e de que maneira eles afetam os níveis superiores do sistema. 4.4 COMO UM COMPONENTE PODE FALHAR? Para se fazer uma análise via FMEA é necessário que se faça algumas perguntas básicas, tais como: 1. Que tipo de falhas são observadas? 2. Que parte do sistema são afetadas? 3. Quais são os efeitos da falha sobre o sistema? 4. Qual e a importância da falha? 5. Como preveni-la? Esta análise é basicamente dedutiva, e não necessita de cálculos mais sofisticados. Os resultados da FMEA são registrados em um formulário padronizado. 21

22 4.5 ETAPAS DA ANÁLISE - IMPLEMENTAÇÃO Seqüência de procedimentos para elaboração da FMEA: 1. Definir a equipe responsável pela execução. 2. Definir os itens do sistema que serão considerados. 3. Preparação previa: Coleta de Dados. 4. Analise preliminar. 5. Identificação dos tipos de falhas e seus efeitos. 6. Identificação das causas das falhas. 7. Identificação dos controles atuais. 8. Analise das falhas para determinação de índices. 9. Analise das recomendações. 10. Revisão dos procedimentos. 11. Preenchimentos dos formulários da FMEA. 12. Reflexão sobre o processo PREENCHIMENTO DO FORMULÁRIO (ver a seguir) CAMPO 1:Identificação da FMEA: Produto ou Processo Este campo é usado para definir o tipo da FMEA (Produto ou Processo), pois esta distinção é muito importante para nortear a análise que será conduzida. Por exemplo se considerarmos uma FMEA de projeto, as causas de falhas serão aquelas pertinentes a problemas no projeto. Registre se trata-se da primeira análise que está sendo feita, e se o produto ou processo ainda estão em fase de elaboração (projetos), ou se trata-se de uma revisão de produtos em produção e/ou processo em operação. CAMPO 2: Dados de Registro Deve-se colocar as informações básicas que podem facilitar a posterior identificação do produto/processo e da FMEA realizada. Tem de ser incluído por exemplo: Nome do produto e número de série Identificação da etapa do processo, se for o caso Data da liberação do projeto Data da revisão Data da confecção da FMEA 22

23 Número da versão da FMEA Data da versão anterior, se existir Setores responsáveis pela execução Coordenador e responsáveis Estabeleça um procedimento operacional para registrar esses dados. CAMPO 3: ITEM Numere os itens considerados. Dependendo da extensão, coloque um item por formulário. CAMPO 4: Nome do componente ou etapa do processo Identificar o elemento ou etapa do processo de forma clara e concisa. Utilize a nomenclatura usada internamente na empresa, mesmo que não seja tecnicamente mais correta. CAMPO 5: Função do componente ou processo Descreva de maneira sucinta a função que o item (componente, subsistema ou etapa do processo) deve desempenhar. Pergunte-se qual o propósito desta peça (operação)? A resposta definirá a função principal da peça (ou operação). Por exemplo: Item: Carcaça do eixo traseiro. Função: suportar o conjunto do eixo. É muito importante que a função do item examinado, saiba que as falhas serão sempre uma inadequação a essa função, ou seja, uma redução do nível de desempenho esperado. CAMPO 6: Modo (tipo) da Falha Entende-se por modo de falha os eventos que levam associados a eles uma diminuição parcial ou total da função do produto e de suas metas de desempenho. Pergunte-se de que maneira este processo pode fracassar na sua função estabelecida? Que poderia impedir que esta peça atenda as especificações? Quais fatos poderiam ser considerados inconvenientes pelo cliente? Descreva a maneira pela qual o componente falha, em termos físicos e objetivos. Por exemplo: eixo fraturado, cabo cortado, nota fiscal emitida em atraso. O esforço deve concentrar-se na forma como o processo pode falhar e não se falhará ou não falhará. As falhas devem ser encaradas sob a óptica dos elementos básicos que compõem a Qualidade Total de um sistema, particularmente qualidade intrínseca, custo, segurança etc. 23

24 Evitar descrições genéricas, que não acrescentam nenhuma informação aos técnicos envolvidos na análise ou não possibilitem identificar o tipo de falha. CAMPO 7: Efeito da falha Entende-se por efeitos das falhas as formas como os modos de falha afetam o desempenho do sistema, do ponto de vista do cliente. É o que o cliente observa. Pergunte-se o que acontecerá se ocorrer o tipo de falha descrito? Quais conseqüências poderá sofrer o cliente? Descreva qual é a conseqüência da ocorrência da falha, percebida ou não pelo cliente. Tomar cuidado para não confundir o efeito com o modo da falha. Um modo de falha poderá ter mais de um efeito, por isso temos que relacionar todas eles. CAMPO 8: Causa da falha Causa de falhas são os eventos que geram (provocam, induzem) o aparecimento do modo da falha. Pergunte-se quais variáveis do processo pode provocar este modo de falha? Descreva de maneira simples e concisa o fator, embora potencial, que é origem da falha. As causas das falhas devem ser escritas de maneira que possam ser propostas ações preventivas (contra-medidas) ou corretivas. CAMPO 9: Controles atuais Registre as medidas de controle implementadas entre a elaboração do projeto ou no acompanhamento do processo que objetivem: - Prevenir a ocorrência de falhas. - Detectar falhas ocorridas e impedir que cheguem ao cliente. Os índices relacionados nos campos 10 a 13 fornecem elementos para a priorização das falhas, mediante o estabelecimento de notas(pesos) de acordo com critérios específicos. CAMPO 10: Índice de ocorrência É uma estimativa das probabilidades combinadas de ocorrência de uma causa de falha, e dela resultar o tipo de falha no produto/processo. Sempre que possível, estabeleça um índice de ocorrência (nota) para cada causa de falha. A atribuição desse índice dependerá do momento em que se está conduzindo a FMEA. Por ocasião do projeto do produto ou processo, não se dispõe de dados estatísticos, uma vez que o produto ou processo ainda não existe. Baseie sua análise em: 24

25 - Dados estatísticos ou relatórios de falhas de componentes similares ou etapas similares de um processo. - Dados obtidos de fornecedores. - Dados da literatura técnica. E caso a FMEA esteja sendo feita por ocasião de uma revisão do projeto ou produto ou processo, então poderão ser utilizados: - Relatórios de falhas (internos ou de assistências técnicas autorizada) - Históricos de manutenção, quando for o caso. - Gráficos de controle. - Outros dados obtidos do controle estatísticos do processo. - Dados obtidos de fornecedores. - Dados obtidos de literatura técnica. CAMPO 11: Índice de Gravidade É o índice que deve refletir a gravidade do efeito da falha sobre o cliente, assumindo que o tipo de falha ocorra. A atribuição do índice de gravidade deve ser feita olhando para o efeito da falha, e avaliando o quanto ele pode incomodar o cliente. Uma falha poderá ser tantos índices de gravidade quanto forem os seus efeitos. CAMPO 12: Índice de Detecção É o índice que avalia a probabilidade de a falha ser detectada antes que o produto chegue ao cliente. O índice de detecção deve ser atribuído olhando-se para o conjunto modo de falha efeito e para os controles atuais exercidos. CAMPO 13: Índice de Risco Registra o produto dos três índices anteriores, ou seja: Índice de risco = gravidade x ocorrência x detecção. As falhas com maior índices de risco deverão ser tratadas prioritariamente, e sobre elas deve ser feito um plano de ação para o estabelecimento de novas medidas. O índice de risco é a maneira mais precisa de hierarquizar as falhas. Uma falha pode ocorrer freqüentemente, mas ter pequena importância e ser facilmente detectável: nesse caso não apresentará grande problemas (baixos riscos). E também pode existir uma falha com baixa probabilidade de ocorrência, mas que seja extremamente grave CAMPO 14: Ações Preventivas Recomendadas Registre as ações que devem ser conduzidas para bloqueio da causas da falha ou diminuição da sua gravidade ou ocorrência. Registre estas ações de forma simples e concisa. As ações recomendadas devem fazer parte de um plano de ação para o estabelecimento das contramedidas adotadas. 25

26 CAMPO 15: Ações Preventivas Adotadas Anote neste campo as medidas efetivamente adotadas e aplicadas. Os campos seguintes (16 a 19) deverão ser preenchidos após ter siso concluída a análise via FMEA e implementadas as ações preventivas recomendadas. Eles serão uma maneira de reavaliar as falhas, a partir dessas medidas. Espera-se que os índices de criticidade das falhas ocorrência, gravidade e detecção tenham seus valores reduzidos. AVALIAÇÃO DOS RISCOS / ÍNDICES Nesta fase são definidos pelo grupo os índices de gravidade (G), ocorrência (O) e detecção (D) para cada causa de falha, de acordo com critérios previamente definidos (um exemplo de critérios que podem ser utilizados é apresentado nas tabelas abaixo, mas o ideal é que a empresa tenha os seus próprios critérios adaptados a sua realidade específica). Depois são calculados os coeficientes de prioridade de risco (R), por meio da multiplicação dos outros três índices. GRAVIDADE Índice Gravidade Critério 1 Mínima O cliente mal percebe que a falha ocorre 2 Ligeira deterioração no desempenho com leve Pequena 3 descontentamento do cliente 4 Deterioração significativa no desempenho de um sistema com 5 Moderada descontentamento do cliente 6 7 Sistema deixa de funcionar e grande descontentamento do Alta 8 cliente 9 Muito Alta Idem ao anterior porém afeta a segurança 10 OCORRÊNCIA Índice Ocorrência Proporção 1 Remota 1: : Pequena 3 1: Moderada 1:1000 1:400 1:80 7 1:40 Alta 8 1: Muito Alta 1:8 1:2 26

27 DETECÇÃO Índice Detecção Critério 1 2 Muito grande Certamente será detectado 3 4 Grande Grande probabilidade de ser detectado 5 6 Moderada Provavelmente será detectado 7 8 Pequena Provavelmente não será detectado 9 10 Muito pequena Certamente não será detectado Observações Importantes: quando o grupo estiver avaliando um índice, os demais não podem ser levados em conta, ou seja, a avaliação de cada índice é independente. Por exemplo, se estamos avaliando o índice de severidade de uma determinada causa cujo efeito é significativo, não podemos colocar um valor mais baixo para este índice somente porque a probabilidade de detecção seja alta. 5 - MELHORIA Nesta fase o grupo, utilizando os conhecimentos, criatividade e até mesmo outras técnicas, lista todas as ações que podem ser realizadas para diminuir os riscos. Estas medidas podem ser: medidas de prevenção total ao tipo de falha; medidas de prevenção total de uma causa de falha; medidas que dificultam a ocorrência de falhas; medidas que limitem o efeito do tipo de falha; medidas que aumentam a probabilidade de detecção do tipo ou da causa de falha; Estas medidas são analisadas quanto a sua viabilidade, sendo então definidas as que serão implantadas. Uma forma de se fazer o controle do resultado destas medidas é pelo próprio formulário FMEA por meio de colunas que onde ficam registradas as medidas recomendadas pelo grupo, nome do responsável e prazo, medidas que foram realmente tomadas e a nova avaliação dos riscos. 27

28 5.1 CONTINUIDADE O formulário FMEA é um documento vivo, ou seja, uma vez realizada uma análise para um produto/processo qualquer, esta deve ser revisada sempre que ocorrerem alterações neste produto/processo específico. Além disso, mesmo que não haja alterações deve-se regularmente revisar a análise confrontando as falhas potenciais imaginadas pelo grupo com as que realmente vem ocorrendo no dia-a-dia do processo e uso do produto, de forma a permitir a incorporação de falhas não previstas, bem como a reavaliação, com base em dados objetivos, das falhas já previstas pelo grupo O USO CONJUNTO DA FTA E A FMEA. Como os dois métodos são para previsão de falhas(problemas) em processos e produtos, e podem ser empregadas também na solução dos problemas que já apareceram. A experiência tem demonstrado que existe diversas formas de aliar estas poderosas ferramentas. A FTA, ao estabelecer de maneira lógica o encadeamento das falhas de um sistema, facilita a elaboração da FMEA. Cada um dos eventos básicos da FTA(que em princípio não podem ser mais expandidos) pode ser representado como um item da FMEA. Aí então as falhas serão hierarquizadas por meio dos índices de risco. Além disso, a FTA pode ser encarada como uma maneira alternativa de elaboração de diagramas de confiabilidade, que são usados na confecção da FMEA. Por outro lado é possível inverter os papeis: a FMEA pode servir como uma consolidação das listas de verificação dos modos de falhas, suas causas e seus efeitos, e servirá como uma análise preliminar para elaboração da FTA. A própria confecção do formulário FMEA poderá conduzir a obtenção de falhas mais básicas que as relacionadas na árvore. 28