DESENVOLVIMENTO DE UM MÓDULO DE FMEA NUM SISTEMA COMERCIAL DE CAPP Cristiano B. M. de Oliveira, Eng. Depto. Eng. Mecânica - EESC/USP - Av. Dr. Carlos Botelho 1465 - CEP 13560-250 - São Carlos - SP Fone: (016) 2749251-2749293; Fax: (016) 2749280; E-mail: cbmo@bigfoot.com Prof. Tit. Henrique Rozenfeld, Dr. - Ing. Depto. Eng. Mecânica - EESC/USP - Av. Dr. Carlos Botelho 1465 - CEP 13560-250 - São Carlos - SP Fone: (016) 2749251-2749293; Fax: (016) 2749280; E-mail: roz@sc.usp.br Abstract The quality guides, that conduce the relations between the auto industries and their suppliers, have been standardizing to the PPAP (Production Parts Approval Process), and the process FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) is one of its requirements. On the FMEA construction, the potential risks to the product/process characteristics on each operation are identified. These operations are stored on the process plan. The developed module extracts, from the CAPP (Computer Aided Process Planning) data base, the necessary information to made process FMEA (operation number, operation description and machine). These information are transferred to the FMEA standard sheet, where it is fill out. This integration between CAPP and FMEA sheet guarantees the information accuracy and completeness, decreasing the time spent on recuperation and typing, beyond to enable future integration between CAPP and PPAP systems. Keywords: FMEA (Failure Mode and Effect Analysis), CAPP (Computer Aided Process Planning), manufacturing integration. 1. Introdução As três maiores montadoras americanas vêm desenvolvendo conjuntamente uma série de requisitos para os sistemas de qualidade de seus fornecedores e respectivos subcontratados, denominada QS 9000. O objetivo é promover a melhoria continua, enfatizando a prevenção de defeitos e a redução de variações e perdas na cadeia de fornecedores, garantindo assim a satisfação do cliente. Um dos componentes da QS 9000 é o Processo de Aprovação de Peças de produção (PAPP), sendo o FMEA (Failure Mode and Effect Analysis - Análise do Modo e Efeito da Falha Potencial) de processo um dos documentos exigidos por ele, Figura 1. A FMEA é uma técnica cujo objetivo é a prevenção de problemas no projeto e no processo de fabricação de um produto. Ë importante ressaltar que a FMEA é uma técnica bem anterior à QS 9000, porém a sua exigência enfatiza a necessidade do uso dessa técnica.
Montadoras PAPP (Processo de Aprovação de Peças de Produção) FMEA Autopeças Figura 1: Novas relações entre Montadoras e Autopeças Atualmente, a crescente utilização de soluções informatizadas, como meio de aumentar a competitividade das empresas na economia globalizada, exige a integração da FMEA com as demais ferramentas presentes nos Ambientes Integrados de Manufatura, como por exemplo o CAPP (Computer Aided Process Planning - Planejamento de Processo Assistido por Computador). 2. Revisão dos conceitos envolvidos Antes da discussão do tema proposto é necessário rever os conceitos de FMEA e CAPP, uma vez que esses são a base para o entendimento do sistema desenvolvido. CAPP O planejamento de processo é a atividade responsável por converter os dados de projeto em instruções de trabalho necessárias para fabricação do produto. O planejamento de processo é uma das atividades mais importantes dentro da Engenharia de Fabricação, sendo responsável por gerar informações que serão utilizadas pelos principais departamentos da empresa. PCP utilização de máquinas programação correta controle da produção Produção garantia da qualidade apoio ao operador/preparador redução de custos Qualidade padrões inspeção procedimentos (ISO9000) Plano de Processo Organização da Produção fluxo lay-out células mini-fábricas Contabilidade cálculo de custo comparação-custo análise de custos Planej. Estratégico necessidades/investimentos programação de expansão política de pessoal Figura 2: Atividades realizadas a partir das informações do plano de processo [ROZ92a]
O plano de processo é o documento que contém essas informações, Figura 2, as quais podem ser divididas em dois grandes grupos (podendo haver variações, dependendo do grau de detalhamento estabelecido) : plano macro: seqüência, operações, máquinas e tempos de fabricação; detalhamento: ferramentas, dispositivos, plano de inspeção e qualidade, croquis, programa CNC, instruções de pre-set, set-up, etc. Uma consideração importante é que cada operação do plano macro está associada a uma estação de trabalho, por exemplo, uma máquina [ROZ92b]. Porém, apesar dessa importância, muito tempo é perdido com tarefas que não agregam valor ao produto, apenas 8% do tempo é gasto com análise e concepção, Figura 3. Recuperar Informações 8% Calcular 21% Análisar e Conceber 8% Escrever e Detalhar 63% Figura 3: Divisão de tempo do processista [ROZ92a] Devido a essa posição estratégica como elo de ligação entre as diversas áreas da empresa e à grande parcela de tempo envolvida em atividades que não agragam valor ao produto, o Planejamento de Processo Auxiliado por Computador torna-se uma peça chave nos Ambientes Integrados de Manufatura. FMEA Apesar de sempre terem sido realizadas análises semelhantes a FMEA nos projetos e processos de manufatura, a primeira aplicação formal da FMEA foi uma inovação da indústria aeroespacial em meados dos anos 60. A FMEA pode ser descrita como um grupo de atividades sistêmicas com o objetivo de [ANF95] : reconhecer e avaliar a falha potencial de um produto/processo e seus efeitos, identificar ações que podem eliminar ou reduzir a chance do modo de falha potencial vir a ocorrer, documentar o processo de análise. A FMEA segue a filosofia de que só a solução de problemas não é suficiente para as atividades de Engenharia, é necessária a prevenção desses problemas [CLA95]. Agindo dessa forma o tempo e o custo para o desenvolvimento dessas atividades é consideravelmente diminuído, uma vez que o risco de alteração e correções tardias é minimizado. Com isso aumenta-se a garantia de satisfação do cliente. Uma FMEA do processo é uma técnica analítica utilizada pelo Grupo/Responsável pelo processo com a finalidade de assegurar que, na extensão possível, os modos de falha
potenciais e suas causas/mecanismos foram avaliados. É também um resumo dos pensamentos do grupo durante o desenvolvimento de um processo e inclui a análise de itens que podem falhar baseados na experiência e nos problemas passados. Esta abordagem sistemática acompanha, formaliza e documenta a linha de pensamento que é normalmente percorrida durante o desenvolvimento de um processo. A FMEA de processo [AIA95] : Identifica os modos de falhas potenciais do processo relacionadas ao produto. Avalia os efeitos potenciais da falha no cliente Identifica as causas potenciais de falhas do processo e as variáveis que deverão ser controladas para redução da ocorrência ou melhoria da eficácia da detecção das falhas. Classifica modos de falha potenciais, estabelecendo assim um sistema de priorização para a tomada das medidas preventivas. Documenta os resultados do processo. Uma abordagem recomendada para a análise de processos críticos é a FMEA Estruturada Figura 4, onde o processo é descrito na forma de uma estrutura onde são representadas suas etapas. A FMEA é aplicada para cada operação do plano macro, para tanto, é necessário que se extraia desse último a seqüência, a máquina e a descrição de cada operação. São analisadas.as falhas potenciais associadas a cada operação baseadas no modo, efeito e causa de sua ocorrência. É então estabelecido o controle necessário para prevenir essa falha potencial. Para quantificar os riscos na falha potencial, são utilizados três índices que mensuram cada um dos aspectos envolvidos. Esses índices são a Ocorrência (probabilidade da falha ocorrer), Severidade (conseqüências para o cliente) e Detecção (probabilidade de detectar a falha antes da peça deixar a fábrica). São atribuídos valores crescentes para cada um deles de acordo com suas implicações negativas sobre a falha potencial. O valor desses índices é multiplicado e o resultado comparado com um Índice Base preestabelecido. No caso de um resultado maior, são tomadas ações corretivas para garantir a melhoria contínua do processo e redução do risco da falha. Um exemplo de aplicação de FMEA é apresentado na Figura 4. A operação é a soldagem de um anel de engate e uma engrenagem de uma transmissão. Inicialmente são extraídas do plano macro as informações necessárias (seq: 70, máquina: Solda e descrição: Soldar Anel de Engate / Engrenagem). O modo de ocorrência da falha é a deformação do anel de engate, tendo como efeito a dificuldade de engate, causada pelo excesso de solda. Essa falha potencial é controlada através da medição de 2,5% do lote com freqüência de 1 a cada 40, através de uma relógio comparador e um entre pontos. Nesse exemplo os índices assumem valores de 1 a 5 e o Índice Base é 24. A ocorrência envolve a capacidade do processo, isto é, com que freqüência a máquina consegue produzir peças dentro da especificação. A severidade indica os riscos envolvidos para o cliente, uma vez que ocorrida a falha (insatisfação, acidentes, risco de vida, etc.). Por fim, a detecção dependerá da adequação do controle de qualidade para identificar essa falha (no início da fabricação, no final, no cliente, etc.).
Uma vez que o resultado obtido foi superior a 24, devem-se tomar ações corretivas. Como a detecção obteve o maior valor, esse item foi atacado com a especificação da faixa de profundidade de solda adequada. Então, os índices são reavaliados, obtendo-se agora um valor final menor que o Índice Base (18 < 24 OK! ). Item: Conjunto engrenagem / anel de engate FMEA de Processo Responsável: Fulano, Ciclano e Beltrano Produto: Transmissão Data: 17/03/97 Índice Base: 24 Seq Máq Op Falhas Potenciais Controle Índices Ações Índices Resp Modo Efeito Causa O S D IB O S D IB 70 Solda Soldar Anel de engate / engrenage m Deformaç ão do anel Dificulda de de engate Profundid ade excessiva de solda Entre pontos / relógio comparad or (1 cada 40) 3 3 4 36 Especif icar prof min e max 3 3 2 18 Fulano (Eng. de Projeto) 3. Concepção do sistema Figura 4: Exemplo de FMEA Estruturado A forte ligação entre a FMEA e o planejamento de processo torna a integração dessas atividades uma necessidade nos Ambientes Integrados de Manufatura. A FMEA de processo utiliza as informações do plano macro, além de ser uma ferramenta de melhoria contínua para as operações pertencentes ao último. A utilização de uma base de dados comum é a viabilizadora dessa integração, Figura 5, uma vez que reduz o tempo gasto com a recuperação de informações e a digitação, bem como garante a uniformidade, confiabilidade e consistência dessas informações. A partir dessa idéia de integração, o sistema foi desenvolvido utilizando-se a metodologia que é descrita a seguir. Seq. Máq. Op. Base de Dados Comum Seq. Máq. Op. t FMEA de Processo Plano Macro Figura 5: Integração CAPP / FMEA
A metodologia utilizada para o desenvolvimento do sistema de FMEA seguiu basicamente as fases sugeridas pela maioria das teorias de engenharia de software: uma completa especificação de requisitos, seguida de uma modelagem apurada dos dados, do fluxo de informações e da interface, e por fim a implementação de fato [PRE94]. Na fase de especificação de requisitos, enfatizou-se o estudo relacionado com a funcionalidade a que o sistema se dispunha a proporcionar. Dever-se-ia: Aproveitar todos os dados que fossem relevantes e que já estivessem disponíveis em um outro sistema (neste caso, o CAPP), para que, em primeiro lugar, garantir a consistência na documentação dos processos, e em segundo lugar, para que não se perdesse tempo cadastrando-os novamente; Organizar os dados de modo que o processista pudesse ter rápido acesso à FMEA de qualquer operação a partir do plano de processo correspondente, e dentro deste plano, pudesse cadastrar ou verificar os dados das operações seqüencialmente, mas mantendo uma boa noção de em qual ponto ele se encontra. Manter na interface um padrão ao qual o processista já esteja ambientado, para que se evitasse ao máximo perdas de tempo para fins de aprendizagem de utilização do sistema. Em relação a este requisito, decidiu-se que uma das funcionalidades do sistema seria a de salvar um determinado plano de processo escolhido no formato de uma planilha do Microsoft Excel, com a finalidade de aumentar-se a integração num ambiente em que esta ferramenta já estivesse sendo utilizada. Na fase de modelagem dos dados, analisou-se quais eram e onde estavam armazenados os dados cadastrados no sistema de CAPP, e quais seriam os novos dados que deveriam ser armazenados para atender aos requisitos do sistema de FMEA. Em seguida, verificou-se como todos estes dados deveriam interagir, e qual deveria ser a interface ideal. Na implementação, utilizou-se o PowerBuilder 4.0, uma ferramenta com suporte para desenvolvimento de interfaces gráficas (GUI - Graphical User Interface), conectada a um SGBD (Sistema de Gerenciamento de Bases de Dados) Oracle. O sistema implementado permite que sejam abertos vários planos de uma vez, tanto a partir da base de dados como a partir de um arquivo no formato de planilha do Microsoft Excel (gerada de acordo com um certo padrão). A partir deste plano, pode-se cadastrar os modos, as causas, efeitos e controles para cada operação, e cadastrar valores para os índices de severidade, ocorrência e detecção. O resultado da multiplicação destes índices é comparado com um valor base (que pode ser alterado), e o sistema pode então requisitar que sejam cadastradas ações corretivas caso o mesmo o ultrapasse. O sistema verifica ainda os casos em que o plano em que se baseiam FMEA s cadastradas é alterado, alertando o processista para o fato de que os mesmos podem ter sido invalidados com a modificação. Na Figura 6é apresentado um exemplo de aplicação do sistema
Figura 6: Exemplo de FMEA no Sistema Desenvolvido 4. Conclusões e trabalhos futuros A integração da FMEA com o CAPP preenche uma lacuna presente nos Ambientes Integrados de Manufatura na área de engenharia. Essa integração entre CAPP e a FMEA estruturada garante a uniformidade e confiabilidade das informações, reduz o tempo gasto com a recuperação de informações e digitação, além de possibilitar uma futura integração entre sistemas CAPP e PAPP. A idéia desse trabalho também pode despertar interesse para a integração da FMEA de projeto com os de mais sistemas relacionados a essa atividade, adicionando a ela os mesmos ganhos obtidos pela integração descrita na área de processos. No futuro pretende-se colocar um pouco mais de inteligência no sistema de FMEA e mesmo integrá-lo de forma mais consistente com um sistema CAPP comercial, onde outros aspectos da integração fossem atendidos, como o controle das ações corretivas.
Bibliografia [ANF95] Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores (Anfavea). Comissão de Qualidade. Processo de Aprovação de Peças de Produção. São Paulo, 1995. [AIA95] Automotive Industry Action Group (AIAG). Quality System Requirements QS 9000. 2.ed. Estados Unidos, s.ed., 1995. [CLA94] CLAUSING, D. Total Quality Development: A Step-By-Step Guide to Worldclass Concurrent Engineering. 2.ed. Nova Iorque, ASME Press, 1994. Cap.3, p.60-73. Cap:5, p.182-184. [PRE94] PRESSMAN, R. S. Software Engineering: a practitioner's approach. 3.ed. Londres, s.ed., 1994. [ROZ92a] ROZENFELD, H. Implantação Distribuída do Planejamento de Processo Assistido por Computador na Manufatura Integrada. São Carlos, 1992. Tese (Livre Docência) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. [ROZ92b] ROZENFELD, H. Planejamento do Processo Assistido por Computador (CAPP). São Carlos, 1990. Apostila do Curso de Pós-graduação - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.