Lesson 7

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
IMPIANTI INDUSTRIALI
Andrea Chiarini
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Andrea Chiarini
1
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
PARTE 7
TECNICHE AFFIDABILISTICHE FMEA ED FTA
(Lezioni tratte in parte dal testo:
‘Strumenti statistici avanzati per la qualità’, A. Chiarini, M. Vicenza, Ed. Franco Angeli )
Andrea Chiarini
2
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
PROGETTAZIONE E SVILUPPO DEL PRODOTTO E DEL PROCESSO
Analisi di
Fattibilità e
pianificazione
Progettazione e sviluppo del
prodotto
Progettazione e sviluppo del processo
Validazione del
prodotto e del
processo
Produzione
Feedback
Andrea Chiarini
3
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
F.M.E.A. (Failure Modes and Effect Analysis
Analisi sui modi e sugli effetti dei probabili guasti)
\qproject\fmea1.ppt
Andrea Chiarini
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
F.M.E.A. (Analisi sui modi di guasto e sui potenziali effetti)
APPLICAZIONI
1. FMEA di progetto (DFMEA)
2. FMEA di processo (PFMEA)
Fra le FMEA di processo vedremo la FMECA dei componenti
di un impianto a fini manutentivi (TPM)
Andrea Chiarini
\qproject\fmea5.ppt
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
F.M.E.A. (Analisi sui modi di guasto e sui potenziali effetti)
D-FMEA
Mette in discussione ogni sistema/componente facente parte di un
Impianto o prodotto che stiamo progettando. Un team sostanzialmente si
chiede:
- Come si può guastare?
- Quali sono le cause?
- Cosa può capitare all’utilizzatore finale dell’impianto o prodotto?
- Come possiamo rimuovere le cause?
La tecnica FMEA in generale è utilizzata in ambiti diversi e rientra nella
cosiddetta Risk Analysis o Risk Management.
Fondamentale il suo impiego per quanto riguarda l’analisi dei rischi nel
fascicolo tecnico CE
Andrea Chiarini
\qproject\fmea5.ppt
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
F.M.E.A. DI PROGETTO - DFMEA
QUANDO SI APPLICA
Effettuata per:
• progettazione nuovi impianti/prodotti/componenti;
• prodotti/impianti modificati;
• componenti esistenti, utilizzati per diversi impieghi
SIAMO SUL TAVOLO DELLA PROGETTAZIONE
E ABBIAMO APPENA INIZIATO A PROGETTARE !!
Andrea\qproject\fmea3b.ppt
Chiarini
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
F.M.E.A.
FATTORI DI SUCCESSO:
• Lavoro di GRUPPO
• sviluppata nei TEMPI e MODI corretti
• processo interattivo che non finisce con l’avvio della
produzione ma che deve essere ripetuto in occasione
di ogni modifica e soprattutto in caso di reclami dal
Cliente
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
F.M.E.A.
PREREQUISITI:
•
•
•
•
•
TEAM di lavoro opportunamente selezionato
sviluppare un sistema di classificazione
identificare un formato per la FMEA
identificare il Cliente e le sue aspettative (es. QFD)
identificare i requisiti di progetto e processo
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
F.M.E.A.
POTENZIALI FATTORI DI INSUCCESSO:
•
•
•
•
team di lavoro formato da una sola persona
sviluppata solo perché richiesta dal Cliente
sviluppata troppo tardi
non rivista e revisionata durante la vita del prodotto
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
F.M.E.A. DI PROGETTO - DFMEA
Intento di progettazione:
• La DFMEA inizia con la definizione dello scopo della
progettazione
• Utile lo sviluppo di un diagramma a blocchi che chiarisca:
- input del sistema in analisi
- la funzione del sistema in analisi
- gli output del sistema in analisi
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
Scopo della progettazione: progettare un insieme pignone-cremagliera ad alta
affidabilità, Tasso di guasto = 2.10-5 h; MTBF = 50.000 h
Il pignone- cremagliera è collegato ad un griglia che trasporta prodotti del peso max
di 1,5 Kg cadauno. Il tutto è inserito in un impianto di confezionamento, la griglia
avanza in continuo e non si deve mai fermare poiché trasporta i prodotti verso la parte
confezionatrice vera e propria
Noi progettiamo il pignone – cremagliera ma dobbiamo sapere qual è l’applicazione!
Andrea Chiarini
12
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
D-FMEA, DESIGN FMEA, FMEA DI PROGETTAZIONE PRODOTTO , STATO ATTUALE
Componente
Modi di
guasto
Effetti
Cause del
modo di
guasto
Misure di controllo
P
G
R
IPR
Descrizione tecnica di come si può guastare
Parte
Cosa può capitare
Cause (anche più di una) per ogni modo di guasto
dell’insieme
che progettiamo a chi conduce l’impianto o terzi
Quali tipi di controllo IN PROGETTAZIONE abbiamo
Andrea Chiarini
13
OGGI in essere per evitare la causa
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
FMEA
Prodotto : Impianto di
X Nuovo progetto  Miglioramento confezionamento Alfa
Codice : 012-61-00
Riferimenti :
Disegno 012-78-76
Emesso da : Rossi
Rev. : 0
Funzioni partecipanti :
Resp. FMEA : Rossi
PROD : Bianchi
Stato
Componenti
Modi
di
guasto
Effetti del
modo di
guasto
Cause del
modo di
guasto
Misure di
controllo
previste
P
r
o
b
a
b
i
G
r
a
v
i
t
à
R
i
l
e
v
a
b
Indice di
priorità
di
rischio
(IPR)
- Rottura
dentatura
- Bloccaggio
Griglia di
trasporto
- Eccessivo carico
applicato
- Test laboratorio
2
5
2
20
- Cricca del
materiale
- Test laboratorio
esterno
2
5
2
20
Sottodimensionamento
Nessuno
3
5
10
150
UR - Unità
rotante
- Insieme pignone
cremagliera
- Cuscinetto
attuale
- Blocco
- Bloccaggio
Griglia di
trasporto
Andrea Chiarini
U.A. Verdi
Azioni correttive/preve
n.
Azioni di
Responsabilità e
miglioramento
tempi per
raccomandate
l’attuazione
azioni
Introduzione di
una verifica di
progetto
Ufficio tecnico,
1 settimana
Data : 10/11/XY
Risultati azioni
Azioni
intraprese e
tempi di
realizzazione
P
r
o
b
a
b
G
r
a
v
i
t
à
R
i
l
e
v
a
b
Indice di
priorità
di
rischio
(IPR)
Ok
3
5
4
60
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
DESCRIZIONE DEI MODI DI GUASTO
Banditi termini generici es. ‘si guasta’, ‘smette di funzionare’, etc.
Occorre descrivere il modo di guasto in un linguaggio tipico ingegneristico, es. :
- Usura precoce;
- Deformazione;
- Grippaggio;
- Ammaccatura;
- Ossidazione;
- Mancato azionamento;
- Circuito aperto;
- Corto circuito;
- Alta resistenza elettrica;
- etc.
Andrea Chiarini
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
EFFETTI DEL MODO DI GUASTO – COSA AVVERTE IL CLIENTE/UTILIZZATORE
EFFETTI DEI MODI DI GUASTO
(AAvvvveerrttiittii ddaall cclliieennttee))
Arresto sistema
Vibrazioni
Funzionamento inatteso
Sforzi di azionamento
Perdite di prestazioni
Difficoltà di apertura/chiusura
Aumenti di consumi
Perdita di caratteristiche estetiche
Rumore
Folgorazione
Abrasioni pelle
Etc.
ATTENZIONE AGLI EFFETTI CHE PORTANO A RISCHI PER LA SALUTE E SICUREZZA
DELL’UTILIZZATORE O DI TERZI (dlgs 81/2008, Marcatura CE)
Andrea Chiarini
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
DESCRIZIONE DELLE CAUSE DEI GUASTI
Ancora terminologia tecnica
CAUSE DEL MODO DI GUASTO
(IInn ccoorrrriissppoonnddeennzzaa ddii ooggnnii m
mooddoo ddii gguuaassttoo))
Tolleranze non conformi
Errata viscosità cinematica SAE olio
Codice software errato
Errate specifiche compound
Componente sotto dimensionato
Errata resistenza elettrica
Temperatura di esercizio elevata
Mancanza di verifica progetto
Rugosità insufficiente
Etc.
Lubrificazione insufficiente
OCCORRE ANDARE ALLA RADICE DELLA CAUSA (ROOT-CAUSE) !
Andrea Chiarini
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
PROBABILITA’ CHE SI MANIFESTI LA CAUSA E QUINDI IL MODO DI GUASTO
PROBABILITÀ (ATTUALE) CHE IL GUASTO AVVENGA
Probabilità di guasto
Possibile frequenza di guasto
Punteggio
Molto alta
 1 su 2
10
(Guasto praticamente inevitabile)
1 su 3
9
Alta
1 su 8
8
(Guasti ripetitivi già rilevati su
progetti simili)
1 su 20
7
Moderata
1 su 80
6
(Guasti occasionali)
1 su 400
5
1 su 2.000
4
Bassa
1 su 50.000
3
(relativamente pochi guasti)
1 su 150.000
2
Remota
 1 su 1.500.000
1
Andrea Chiarini
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
PROBABILITA’ CHE SI MANIFESTI LA CAUSA E QUINDI IL MODO DI GUASTO
Le probabilita’ della tabella precedente sono calcolate in termini di numero di volte
che si è manifestato il guasto per prodotti immessi sul mercato e pertanto si
riferiscono a prodotti di largo consumo/utilizzo (es. cuscinetti, valvole, etc.).
Nel caso di impianti analogamente dal campo o dai data base affidabilistici si può
stimare il tasso di guasto del componente ed ottenere gli stessi punteggi, es.
Tasso di guasto di interruttore elettrico (non effettua il contatto) = 3.10-6 h ; P = 1
Tasso di guasto di un interruttore elettrico (non effettua il contatto) = 5.10-6 h ; P = 2
……………………..
Tasso di guasto di un interruttore elettrico (non effettua il contatto) = 3.10-3 h ; P = 10
Andrea Chiarini
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
VALUTAZIONE DELLA GRAVITA’
VVAALLU
UTTAAZZIIO
ON
NEE D
DEELLLLAA G
GRRAAVVIITTÀÀ
((IInn bbaassee aallll''eeffffeettttoo ssuu cclliieennttee))
VVAALLU
UTTAAZZIIO
ON
NEE DDEELLLLAA G
GRRAAVVIITTÀÀ
((IInn bbaassee aallll''eeffffeettttoo ssuu cclliieennttee))
Effetto del guasto
Gravità
Indice Effetto del guasto
Gravissimo, senza
preavviso
Guasto che blocca
10
completamente il sistema e/o
addirittura coinvolge la sicurezza
dell'utilizzatore, senza preavvisi
Basso
Sistema funzionante ma con
5
riduzione minore delle funzioni. I
clienti rimangono in ogni caso
non soddisfatti
Gravissimo con
preavviso
Guasto che blocca
9
completamente il sistema e/o
addirittura coinvolge la sicurezza
dell'utilizzatore. Quest'ulimo ha
comunque il tempo per reagire
Molto basso
Guasti di minore entità che non 4
coinvolgono le principali
funzioni del sistema. La maggior
parte dei clienti avverte il difetto
Minore
Guasti di minore entità che non
coinvolgono le principali
funzioni del sistema. Il cliente
medio avverte il difetto
3
Insignificante
Guasti di minore entità che non
coinvolgono le principali
funzioni del sistema. Alcuni
clienti, più attenti, avvertono il
difetto
2
Nessuno
Assenza di guasti o altri effetti
1
Molto grave
Sistema non funzionante con
perdita delle principali funzioni
Grave
Sistema funzionante ma con
7
riduzione notevole delle funzioni
prinicipali
Moderato
Sistema funzionante ma con
riduzione delle funzioni
principali. I clienti rimangono in
Andrea Chiarini
ogni caso non soddisfatti
8
6
Gravità
Indice
20
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
RRIILLEEVVAABBIILLIITTAA''
((Prima che il prodotto giunga al cliente)
VALUTAZIONE DELLA RILEVABILITA’
Rilevabilità
Impossibile
Molto
remota
Remota
Criterio di valutazione
I controlli esistenti non sono in grado di rilevare
potenziali cause o conseguenti modi di guasto;
oppure mancano controlli
Capacità molto remota dei controlli esistenti nel
rilevare potenziali cause o conseguenti modi di
guasto
Capacità remota dei controlli esistenti nel rilevare
potenziali cause o conseguenti modi di guasto
Indice
10
9
8
Molto bassa Capacità molto bassa dei controlli esistenti nel
rilevare potenziali cause o conseguenti modi di
guasto
7
Bassa
Capacità bassa dei controlli esistenti nel rilevare
potenziali cause o conseguenti modi di guasto
6
Media
Media capacità dei controlli esistenti nel rilevare
potenziali cause o conseguenti modi di guasto
5
Abbastanza Capacità abbastanza alta dei controlli esistenti nel 4
alta
rilevare potenziali cause o conseguenti modi di
guasto
Andrea Chiarini
Alta
Alta capacità dei controlli esistenti nel rilevare
potenziali cause o conseguenti modi di guasto
3
Molto alta
Capacità molto alta dei controlli esistenti nel
rilevare potenziali cause o conseguenti modi di
guasto
2
Certa
I controlli esistenti sicuramente rileveranno 21
potenziali cause o conseguenti modi di guasto
1
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
IPR – INDICE DI PRIORITA’ DI RISCHIO (RPN – RISK PRIORITY NUMBER)
 Fornisce la priorità di intervento sulle potenziali cause del modo di guasto
 IPR [1; 1000],
 Non esiste una soglia precisa al di sopra della quale intraprendere azioni correttive.
Solitamente sopra 75-100 si interviene. Un importante driver è comunque la gravità
‘G’, se questa vale 9-10 è comunque obbligatorio intervenire anche per valori
addirittura di 20 ! (es. P = 1; G = 10; R = 2)
 Dopo essere intervenuti con azioni correttive, occorre ricalcolare l’IPR, il quale
ovviamente deve essere minore
Andrea Chiarini
22
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
P-FMEA (FMEA DI PROCESSO)
 Serve per valutare quali possono essere i potenziali guasti o difetti generati dal
processo produttivo (impianti e lavorazioni manuali)
 Va fatta prima di lanciare la produzione, avendo in mano il ciclo preliminare di
processo o diagramma di flusso (vedere slide 3)
Tornitura Trasporto con
Fresatura
del grezzo transpallett in magazzino
Controllo
dimensionale
Rettifica Assemblaggio Magazzino
manuale
finiti
 Come la D-FMEA deve essere gestita da un team e non da un singolo (es.
Produzione, progettazione, manutenzione, qualità, logistica, etc.)
 Ogni processo è meglio scomporlo in operazioni elementari (es. Fresatura =
applicazione dell’utensile, fissaggio prodotto, lavorazione, scarico del pezzo) per
meglio indagare sulle cause dei guasti
Andrea Chiarini
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DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
PFMEA
Prodotto : Impianto di
X Nuovo prodotto  Miglioramento confezionamento Alfa
Codice : 012-61-00
Riferimenti :
Disegno 012-78-76
Emesso da : Rossi
Rev. : 0
Funzioni partecipanti :
Fase del processo
Modi
di
guasto
Resp. FMEA : Rossi
Effetti del
modo di
guasto
Cause del
modo di
guasto
Misure di
controllo
previste
P
r
o
b
a
b
i
Stato
attuale
G R
Indice di
r
i
priorità
a
l
di
v
e
rischio
i
v
(IPR)
t
a
à
b
Operatore non
ben addestrato
Collaudo avvio
impianto
3
5
5
75
Strumento di
misura
allineamento non
tarato
Collaudo avvio
impianto
2
5
5
50
3
5
10
150
PROCESSO DI
ASSEMBLAGGIO
- Assemblaggio
pignone
cremagliera
- Assemblaggio
Cuscinetto
- Assemblaggio
pignone non
perfettamente
allineato
Bloccaggio
Griglia di
trasporto
Grippaggio
cuscinetto
Bloccaggio
Griglia di
trasporto
Andrea Chiarini
PROD : Bianchi
Forniture
sbagliate
Nessuno
U.A. Verdi
Azioni correttive/preven.
Azioni di
Responsabilità e
miglioramento
tempi per
raccomandate
l’attuazione
azioni
Modifiche agli
ordini e collaudo
in accettazione
cuscinetti
Ufficio acquisto, 1
mese
Data : 10/11/XY
Azioni
intraprese e
tempi di
realizzazione
P
r
o
b
a
b
Risultati azioni
G
R
r
i
a
l
v
e
i
v
t
a
à
b
Ok
2
5
3
Indice di
priorità
di
rischio
(IPR)
30
24
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
ESERCITAZIONE
Una tubazione di condotta di ammoniaca per lavorazioni nel settore food presenta
alcune valvole di sicurezza che, arrivate ad una certa pressione, convogliano
l’ammoniaca verso un ricircolo di sicurezza. L’ammoniaca è un liquido pericoloso
anche se non mortale che può comunque portare, se inalata, a svenimenti.
Il componente sul quale si vogliono analizzare le cause di guasto è la valvola di
sicurezza. Questa può guastarsi per vari motivi: un sottodimensionamento rispetto
alle pressioni massime della condotta (già successo nel passato 2 volte su 600
progetti similari svolti) oppure a guasti con MTTF di 3.107 ore (probabilità bassa,
anche se potenzialmente migliorabile). Possono nascere dei problemi anche dovuti
alla successiva installazione della valvola. Nel passato una valvola è stata montata
male e pertanto durante il collaudo di avvio impianto non ha funzionato. Il
progettista della tubazione e il responsabile produzione hanno il compito di analizzare
la valvola con la DFMEA e PFMEA e pensare a come ridurre l’IPR
Andrea Chiarini
25
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
FMEA COME TECNICA DI RISK ANALYSIS
 Abbiamo visto come la FMEA può essere utilizzata per prevenire guasti sul prodotto
(DFMEA) o sul processo (PFMEA), così come analizzare i guasti di un impianto (TPM)
 L’FMEA è una delle tecniche che si possono utilizzare per analizzare i potenziali
guasti che possono causare danni all’utilizzatore di un prodotto/impianto. Questo è
un aspetto fondamentale della cosiddetta analisi dei rischi della direttiva macchine
(vedere slide 9)
 La FMEA può essere utilizzata anche in altri ambiti che noi non vedremo. Alcuni
esempi:
- Analizzare i rischi di infezione per un paziente durante il suo percorso dalla
sala operatoria al ricovero;
- Analizzare i rischi per la salute e sicurezza (Dlgs 81/2008) delle mansioni di un
operatore in officina;
- Analizzare i rischi di creare impatti ambientali di un intero processo
produttivo;
- Etc.
Andrea Chiarini
26
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
FMEA ED FTA
 FMEA è una tecnica affidabilistica di tipo ‘induttivo’, ovvero partendo dai guasti sui
componenti si arriva al guasto sul sistema/impianto
 Esistono tecniche di tipo ‘deduttivo’, ovvero dal guasto del sistema arrivo al guasto
dei singoli componenti
 La più utilizzata del tipo deduttivo è la FTA (Fault –Tree Analysis) o ‘albero dei guasti’
 Nella FTA si procede in maniera top-down prendendo in considerazione tutti i guasti
verificabili in un impianto/sistema cercando di verificare le possibili cause nei
componenti di gerarchia via via inferiore
 Oltre alla rimozione delle cause sui componenti è utile rispetto alla FMEA per
confrontare sistemi alternativi con la medesima funzionalità
Andrea Chiarini
27
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
FTA – FAULT TREE ANALYSIS
 Si inizia con la definizione dell’EVENTO TOP O INDESIDERATO che di solito è
combinazione di varie cause
 Esempio: Evento indesiderato, il motore elettrico M non parte
 Stesura del primo livello ed individuazione dei predecessori
Il motore elettrico
non parte
Interr. 1
Batteria
Andrea Chiarini
Interr. 2
M
28
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
FTA – FAULT -TREE ANALYSIS
 I predecessori sono collegati ai successori tramite operatori booleani AND – OR
 Situazione di funzionamento. Il motore parte se ENTRAMBI gli interr. sono chiusi
 Esempio di operatore AND. Il motore non parte (stato 0) perché almeno uno dei due
od entrambi gli interruttori non sono chiusi (quando chiusi stato 1)
Interr. 2
Interr.
1
Il motore
elettrico
non parte
Interruttore 1
può essere
aperto
Andrea Chiarini
I1
I2
Out
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
Interruttore 2
può essere
aperto
29
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
FTA – FAULT -TREE ANALYSIS
 I predecessori sono legati ai successori tramite operatori booleani AND – OR
 Esempio di legame con operatore OR. Il motore non parte (stato 1) perché almeno
uno degli stati (1) di guasto dei predecessori si conferma.
Il motore elettrico non parte
(1)
I1
I2
I3
Out
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
…………………………………………
0
L’interr.1 non
può essere
chiuso
Andrea Chiarini
Guasto secondario
all’impianto
0
0
0
L’interr.2 non
può essere
chiuso
30
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA
FTA – FAULT -TREE ANALYSIS – ESEMPIO
L'impianto non parte (1)
OR
Guasto primario del
motore elettrico
Blocco per sporco
Guasto pompa di
mandata
Guasto di
comando
OR
Guasto = 1
Guasti primario girante
Guasto = 1
AND
Sporco nel filtro
Andrea Chiarini
Filtro intasato
Guasto = 1
e devono capitare entrambi
31