ZASTOSOWANIE METODY FMEA DO POPRAWY KONSTRUKCJI MIESZALNIKA

ZASTOSOWANIE METODY FMEA DO POPRAWY KONSTRUKCJI MIESZALNIKA Dorota STADNICKA, Piotr JASTRZĘBSKI Streszczenie Metoda FMEA stosowana na etapie projektowania wyrobu pozwala na uniknięcie wad i problemów jakościowych, jakie mogą się pojawić w trakcie użytkowania wyrobu. Metoda FMEA stosowana jest głównie w branży motoryzacyjnej oraz lotniczej, ale i w innych branżach jest coraz lepiej znana. W artykule przedstawiono metodę analizy FMEA w zastosowaniu do projektu. Zidentyfikowano krytyczne elementy wyrobu i wskazano działania, które powinny być podjęte, aby zapobiec pojawieniu się wad w wyrobie. Słowa kluczowe FMEA wyrobu, zapobieganie wadom, problemy jakościowe Wprowadzenie W niniejszej pracy przedstawiony jest przypadek wyrobu produkowanego w firmie, gdzie realizowana jest produkcja jednostkowa. Wydawałoby się, że zastosowanie metody FMEA w sytuacji, gdy realizowana jest produkcja jednostkowa, nie ma sensu, ponieważ wyrób za każdym razem jest inny, ale tak naprawdę analizowany wyrób składa się z modułów, które różnią się zależnie od wymagań klientów. Z tego też względu analiza FMEA nabiera sensu, ponieważ rozpatrujemy modułową budowę wyrobu. Każde nowe zamówienie na mieszalnik inicjuje proces projektowania zupełnie nowego wyrobu, który ma spełnić specyficzne wymagania klienta. Obecnie jakość konstrukcji zapewniana jest poprzez wykorzystywanie doświadczenia konstruktora, które nabył on w realizacji podobnych projektów. Firma produkuje różne rodzaje wyrobów. W niniejszej pracy zajęto się reprezentantem rodziny wyrobów, jaką stanowią mieszalniki. Mieszalniki produkowane są na potrzeby procesów produkcyjnych realizowanych w różnych branżach przemysłowych. W niniejszej pracy zaproponowano zastosowanie metody FMEA do zapobiegania wadom w projektowanych ch. Głównym powodem wyboru właśnie, było pojawianie się reklamacji. W wyniku przeprowadzonej analizy zaproponowano zestaw wytycznych dla konstruktora projektującego mieszalnik. Charakterystyka metody FMEA Metoda FMEA jest metodą znaną od wielu lat i z powodzeniem stosowaną w różnych branżach przemysłu, jak np. w branży zbrojeniowej, motoryzacyjnej i in. [2, 3, 4]. Metoda FMEA została zaprezentowana w 1949 roku w dokumencie MIL-P 1629 Procedure for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis [5], jako metoda mająca za zadanie wspierać zarządzanie jakością poprzez identyfikowanie słabych punktów wyrobu. Później została opisana w podręczniku referencyjnym SAE J1739 Potential Failure Mode and Effects Analysis in Design (Design FMEA) and Potential Failure Mode and Effects Analysis in Manufacturing and Assembly Processes (Process FMEA). Zaprezentowana w podręczniku metoda rekomendowana jest do zastosowania w odniesieniu do wyrobów, procesów i maszyn. Liczne przykłady zastosowania metody FMEA przedstawione są w literaturze [6, 7, 8]. Metoda była również wzbogacana o aspekty środowiskowe, czy zastosowanie logiki rozmytej [9, 10, 11]. FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) oznacza analizę przyczyn i skutków wad, które mogą się pojawić np. w wyrobie. Metoda pozwala z jednej strony zidentyfikować potencjalne wady, a z drugiej ocenić ich skutki, identyfikując tym samym wady bardziej czy mniej zagrażające funkcjonowaniu wyrobu. Daje to możliwość wdrożenia działań zapobiegających pojawieniu się poważnych wad. Identyfikowane są również krytyczne elementy wyrobu, na które należy zwrócić szczególną uwagę w procesie produkcyjnym, bo wady w nich powstałe mogą być krytyczne dla funkcjonowania wyrobu. Etapy realizacji analizy FMEA wyrobu zostały przedstawione na rys. 1. Tabele 1, 2 i 3 przedstawiają natomiast kryteria doboru liczb priorytetowych (P, Z, W), które zostały przyjęte z uwzględnieniem wytycznych zaprezentowanych w SAE J1739 i pozwolą na obliczenie liczby priorytetowej ryzyka (R), wzór (1). R = Z x P x W (1) gdzie: Z znaczenie, P występowanie, W wykrywalność. 30

Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2015 Rys. 1. Etapy analizy FMEA wyrobu Fig. 1. Stages of product FMEA analysis Tabela 1. Znaczenie (Z) Table 1. Severity Znaczenie Znaczenie wady dla klienta Z Bardzo małe Klient nie zauważa wady. Wada nie ma wpływu na użytkowanie wyrobu. 1 Małe Wada powoduje nieznaczne utrudnienia. Może umiarkowanie spowodować pogorszenie właściwości wyrobu. 2 3 Przeciętne Wada powoduje ograniczone niezadowolenie klienta, nie zaspokaja jego potrzeb, 4 6 a klient zauważa mankamenty wyrobu. Duże Wada powoduje niezadowolenie klienta, który żąda naprawy. 7 8 Bardzo duże Wada powoduje duże niezadowolenie klienta i duże koszty naprawy. 9 Wyjątkowo duże Wada ma bardzo duże znaczenie dla klienta, zagraża jego bezpieczeństwu lub narusza przepisy 10 prawne. Tabela 2. Występowanie (P) Table 2. Probability of accurance (P) Występowanie Wada może wystąpić P Nieprawdopodobne Rzadziej jak 1 raz na rok 1 Bardzo rzadko występuje 1 raz na rok 2 Rzadko występuje 1 raz na pół roku 3 Przeciętnie często występuje 1 raz na kwartał 4 6 Często występuje 1 raz na miesiąc 7 8 Bardzo często występuje 1 raz na tydzień 9 10 31

Tabela 3. Wykrywalność (W) Table 3. Detection (W) Wykrywalność Prawdopodobieństwo wykrycia wady zanim dostanie się do klienta W Bardzo wysoka Bardzo małe prawdopodobieństwo niewykrycia wady. Wdrożona automatyczna 1 2 kontrola stu procent wyrobów i zabezpieczenia. Wysoka Istnieje małe prawdopodobieństwo niewykrycia wady. Wada jest dobrze widoczna. 3 4 Przeciętna Istnieje średnie prawdopodobieństwo niewykrycia wady. Kontrola jest utrudniona. 5 6 Niska Istnieje wysokie prawdopodobieństwo niewykrycia wady. Realizowana kontrola 7 8 jest subiektywną kontrolą pobranej próbki. Bardzo niska Istnieje bardzo wysokie prawdopodobieństwo niewykrycia wady. Wada jest niewidoczna, a jej występowanie nie jest 9 10 sprawdzane. Jedną z najtrudniejszych rzeczy w analizie FMEA jest dobór liczb priorytetowych. Dlatego też kryteria ich doboru powinny być odpowiednio określone, aby zespół przeprowadzający analizę FMEA nie miał problemów z ich doborem. Przedstawione kryteria doboru liczb priorytetowych zostały dostosowane do specyfiki przedsiębiorstwa. Dodatkowo sposób prezentacji wyników pozwala na zauważenie, co najbardziej wpływa na poziom ryzyka. Budowa zespół (2) napędzany motoreduktorem (3) poprzez zespół wału motoreduktora (4). Pomiędzy zbiornikiem wewnętrznym a zbiornikiem zewnętrznym (5) znajduje się wężownica (6), która może być wykorzystywana zarówno do podgrzewania, jak i do chłodzenia substancji mieszanej. Zbiornik jest ocieplony wełną mineralną (7), a odpowiedni poziom temperatury utrzymywany jest dzięki zastosowaniu czujnika temperatury. Mieszalnik ustawiany jest na nogach (8), które są regulowane. Analiza FMEA Rys. 2. Schemat Fig. 2. Scheme of the mixer Analizowany mieszalnik jest produkowany na potrzeby przemysłu kosmetycznego. Budowa przedstawiona jest na rys. 2. Komorę roboczą stanowi zbiornik wewnętrzny (1), w którym znajduje się Zaprezentowane urządzenie poddano analizie FMEA. Wyniki analizy wskazują na występowanie krytycznych elementów wyrobów. W tabeli 5 przedstawiono fragment analizy FMEA z przedstawionymi najistotniejszymi z punktu widzenia zapewnienia jakości i spełnienia wymagań klienta elementami wyrobu i potencjalnymi wadami, jakie mogą wystąpić. Największe problemy dotyczą zespołu. Dotychczasowe reklamacje dotyczące urwania się świadczą o niewłaściwym doborze do mieszanej substancji. W procesie projektowania należałoby więc wziąć pod uwagę współczynnik lepkości i gęstość substancji, która ma być mieszana u klienta w projektowanym mieszalniku. Dlatego też zaleca się przeprowadzanie symulacji komputerowych procesu mieszania określonej substancji w zamodelowanym mieszalniku. Poza tym należałoby w konstrukcji wyrobu zastosować zabezpieczenia, które nie pozwolą na rozpoczęcie procesu mieszania przed uzyskaniem odpowiedniej temperatury substancji mieszanej, której gęstość zależna jest od temperatury. Dodatkowo należałoby przygotować odpowiednią instrukcję użytkowania dla klienta i zapewnić odpowiednie przeszkolenie pracowników klienta, którzy będą urządzenie użytkować. Na podstawie przeprowadzonej analizy opracowano następujące wytyczne dla konstruktora : 1. Należy ustalić właściwości substancji, które będą mieszane w mieszalniku: zależność gęstości substancji od temperatury. 32

Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2015 Tabela 5. Analiza FMEA fragment Table 5. FMEA analysis for the mixer fragment Element Funkcja wyrobu Płaszcz wewnętrzny Wężownica Motoreduktor Zespół tworzy główne naczynie do magazynowania i mieszania substancji służy jako wymiennik ciepła pomiędzy urządzeniem a instalacją grzewczą/chłodząca klienta napędza mieszadło służy do mieszania zawartości Wada niewłaściwa powierzchnia wymiany ciepła awaria motoreduktora niewłaściwe wymiary zły typ mieszadeł Potencjalny skutek błędu nieszczelność nieszczelność wężownicy proces termiczny zbyt mała moc motoreduktora urwanie, uszkodzenie proces mieszania nieodpowiednia wytrzymałość elementu proces mieszania Stosowana kontrola badania penetracyjne pomiar spoin po spawaniu, próba ciśnieniowa Z P W R 9 1 7 63 9 3 5 135 brak 9 1 7 63 brak 8 1 7 56 kontrola wymiaru spoin 9 2 6 108 brak 8 2 7 112 brak 8 4 5 160 brak 8 2 5 80 2. Należy ustalić wartość temperatury substancji, przy której ma zostać rozpoczęty proces mieszania. 3. Należy zastosować zabezpieczenia uniemożliwiające rozpoczęcie procesu mieszania przed osiągnięciem przez substancję mieszaną odpowiedniej temperatury. 4. Należy przeprowadzić symulację komputerową procesu mieszania w celu oceny wytrzymałości oraz dla zapewnienia odpowiedniego efektu procesu mieszania. 5. Należy zaprojektować instrukcję użytkowania urządzenia z podaniem ograniczeń dla wykorzystywania urządzenia, aby zapobiec jego awarii u klienta. Podsumowanie Przeprowadzona analiza FMEA pozwoliła na wskazanie krytycznych elementów wyrobu, na które należy zwrócić uwagę na etapie realizacji procesu projektowania nowego. Wprowadzenie dodatkowych działań pozwoli zapobiec reklamacjom klientów, które nie tylko generują koszty dla przedsiębiorstwa, ale również zajmują czas pracownikom zaangażowanym w proces naprawy. Dodatkową trudnością jest fakt, że aby jak najmniej zakłócić proces produkcyjny u klienta, naprawa realizowana jest u klienta. Powoduje to konieczność oderwania pracowników od realizowanej pracy i oddelegowanie ich do dokonania naprawy u klienta. Główny zidentyfikowany podczas analizy FMEA problem dotyczy wszystkich mieszalników produkowanych w firmie. Dlatego też zaproponowane działania zapobiegawcze mogą być zastosowane do każdego kolejnego projektu. LITERATURA [1] Starzyńska B. 2013. Systematyka narzędzi doskonalenia procesów produkcyjnych dla organizacji uczących się. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej. [2] Huber Z. 2007. Kawa na ławę. Analiza FMEA procesu. Wydawca: Złote Myśli. [3] Folejewska A. 2011. Analiza FMEA zasady, komentarze, arkusze. Wydawnictwo Verlag Dashofer. [4] Stadnicka D. 2014. FMEA metoda, której nie umiemy stosować?. STAL Metale & Nowe Technologie (3 4) : 110 112. [5] http://sre.org/pubs/mil-std-1629a.pdf [6] Sąsiadek M. 2011. Wykorzystanie metody FMEA do usprawnienia montażu motoreduktora. Technologia i Automatyzacja Montażu (2) : 24 27. [7] Kolich M. 2014. Using Failure Mode and Effects Analysis to design a comfortable automotive driver seat. Applied Ergonomics (45) : 1087 1096. 33

[8] Hu-Chen Liu, Liu Long, Liu Nan. 2013. Risk evaluation approaches in failure mode and effects analysis: A literature review. Expert Systems with Applications (40) : 828 838. [9] Roszak M., M. Spilka, A. Kania. 2015. Environmental Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) a new approach to methodology. Metalurgija 54 (2) : 449 451. [10] Shishebori D., M.J. Akhgari, R. Noorossana, G.H. Khaleghi. 2015. An efficient integrated approach to reduce scraps of industrial manufacturing processes: a case study from gauge measurement tool production firm. International Journal of Advanced Manufacturing Technology 76 (5 8) : 831 855. [11] Chun-Yu Lin, Amy H. I. Lee, He-Yau Kang. 2015. An integrated new product development framework an application on green and low-carbon products. International Journal of Systems Science 46 (4) : 733 753. Dr inż. Dorota Stadnicka Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Katedra Odlewnictwa i Spawalnictwa, tel. 17 865 1452, e-mail: dorota. stadnicka@prz.edu.pl. Piotr Jastrzębski Metal Process Sp. z o.o., 35-105 Rzeszów, ul. Magazynowa 1. IMPLEMENTATION OF FMEA METHOD FOR A MIXER DESIGN IMPROVEMENT Abstract FMEA method used in the stage of a product design lets to avoid defects and problems with quality in the stage of product s use. FMEA method is mainly use in automotive and aviation industries but also in other industries is known better and better. In the paper the FMEA methodology is implemented in a mixer design. Critical elements of the mixer are identified and actions, which should be undertaken to prevent defects in the product are indicated. Keywords product FMEA, defects preventing, quality problems 34