Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.1 INTRODUÇÃO Objetivo: Apresentar os fundamentos da FMEA, enfocando sua aplicação a diferentes áreas de aplicação incluindo a elaboração e avaliação de planos e políticas de manutenção, expor os conceitos de MCC e o papel da FMEA nestas técnicas. A “FMEA” é um método que analisa sistematicamente todos as possíveis modos potenciais de falha de um sistema, assim como, identifica o efeito resultante de tais falhas sobre o sistema. Em alguns casos, a FMEA também contém uma estimativa da freqüência de todas os modos de falha. Obviamente, a FMEA, pode ser de imenso valor na predição da confiabilidade e manutenabilidade. A "FMECA" consiste de uma metodologia para examinar todos os modos de falha de um sistema (produto, processo e serviço), o efeito potencial da falha sobre o desempenho e segurança do sistema e a severidade desse efeito. A “FMEA” foi pela primeira vez utilizada, nos idos de 1950, no projeto e desenvolvimento de sistemas de controle de vôo. Desde então a técnica tem sido largamente utilizada na indústria. A diferença entre “FMEA” e “FMECA” é que a primeira é uma técnica qualitativa utilizada na avaliação de um projeto, enquanto a segunda é composta do FMEA e da Análise Crítica (CA). A Análise Crítica é basicamente um método quantitativo o qual é usado para classificar os modos e efeitos de falhas críticas levando em consideração sua probabilidade de ocorrência. Algumas considerações: • O método pode auxiliar na predição da confiabilidade, como uma análise de apoio para a criticidade de alguns modos de falha específicos, que não tenham sido conduzidos quando da predição inicial da confiabilidade do sistema. Em particular, a FMEA/FMECA indicará os possíveis modos de falha que acarretam riscos para o pessoal de operação e/ou manutenção. • O método pode auxiliar na descoberta de modos de falha, que provocam falhas secundárias em outros pontos do sistema. Quando há possibilidade da ocorrência de falhas secundárias, o tempo para reparação pode aumentar consideravelmente, caso o pessoal de manutenção não esteja familiarizado com o equipamento e treinado para o atendimento de tais ocorrências. A FMEA/FMECA auxiliará na identificação e determinação da freqüência de ocorrência destas falhas. IV.1 - DESCRIÇÃO DA TÉCNICA DE ANÁLISE DE MODOS DE FALHA E SEUS EFEITOS E CRITICIDADE, SEUS RESULTADOS E APLICAÇÕES. Esta é uma das mais utilizadas técnicas da Engenharia da Confiabilidade, ou seja, constitui ao lado de uma série de outras técnicas uma poderosa aplicação de lógica matemática e da estatística com vistas a redução da ocorrência de falhas em sistemas. Os resultados podem ir desde o aumento de produção e redução de custos através da redução da freqüência de ocorrência de falhas e da duração de reparos, redução dos ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.2 custos de manutenção até a redução da freqüência de ocorrência de acidentes e impactos ambientais. A análise de modos de falhas e seus efeitos são fundamentais em projetos desde o conceitual até o de detalhamento, sendo aplicável também na fase operacional de sistemas industriais fornecendo subsídios à operação. É fundamental no planejamento de manutenção e desenvolvimento de sistemas de apoio logístico na área industrial. A análise se propõe a identificar os modos de falha em componentes de interesse do sistema e avaliar seus efeitos. Esta metodologia que surgiu para aprimorar projetos em termos de confiabilidade e manutenibilidade, não foi imediatamente usada na área de manutenção, apesar de ser explicitamente indicada em um de seus primeiros documentos específicos, a norma militar norte americana MIL-STD–1629A, que trata da aplicação da mesma à área de manutenção. Este processo levou um razoável tempo de maturação, que só foi totalmente resolvido e organizado através da Manutenção Centrada em Confiabilidade alguns anos após o uso intensivo desta metodologia em projetos. Esta técnica é mais conhecida pela sigla em inglês FMEA, que significa Failure Mode and Effects Analysis, a variante FMECA, que significa Failure Mode, Effects and Criticality Analysis, incorpora uma classificação de freqüência de ocorrência de modos de falha e uma classificação da severidade das conseqüências a partir do que se pode obter uma avaliação de quão crítico é determinado modo de falha. Quando estas classificações de freqüência e severidade são obtidas através de modelos ou cálculos podemos obter uma informação de criticidade em termos absolutos ,em particular, a unidade “moeda / tempo” é muito utilizada. Por exemplo, podemos obter a criticidade de determinado modo de falha, como sendo US$ 10,000.00/ano, que significa que o modo de falha em questão ocasiona uma perda financeira que tem um valor médio de US$ 10,000.00 a cada ano. Podemos assim avaliar a relação custo- benefício de medidas para a melhoria do sistema ou da manutenção envolvida com este determinado modo de falha. Quando as classificações de freqüência e de ocorrência de modos de falha e sua severidade são obtidas baseadas em julgamentos de especialistas podemos obter informações relativas sobre a criticidade dos modos de falha das recomendações de ações referentes aos mesmos em função de sua criticidade, já que temos identificado quais são os modos de falha mais críticos podemos priorizar a utilização dos recursos de manutenção. A FMEA deve ser realizada por uma equipe multidisciplinar na qual deverão estar presentes representantes da manutenção, produção e projeto, das disciplinas envolvidas com o sistema a ser analisado, esta equipe deve ser coordenada por um profissional com experiência na realização de análises deste tipo. Qualquer modificação efetuada no sistema deverá ser acompanhada de uma revisão da FMEA. A FMEA é um relatório simples na forma tabular. O relatório é preenchido para todos os possíveis componentes do sistema que podem falhar e para todos os possíveis modos de falha para cada componente. Também contempla uma curta explicação dos pontos mais fracos do projeto, que foram descobertos como resultado da “FMEA”. ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.3 PRINCIPAIS PASSOS QUANDO DO DESENVOLVIMENTO DA “FMEA” A análise deve ser utilizada para se acessar os itens de alto risco e as atividades a serem desenvolvidas para providenciar ações corretivas. A FMEA deve também ser utilizada para definir considerações especiais de teste, pontos de inspeção de qualidade, ações de manutenção preventiva, restrições operacionais, vida útil e outras informações pertinentes e atividades necessárias para minimizar o risco de falha. Todas as ações recomendadas que resultem de uma análise FMEA devem ser avaliadas e sugeridas formalmente para implementação. A menos que especificado de outra forma, devido a alguma particularidade de caso específico, os seguintes passos devem ser seguidos na realização da FMEA. Passo 1 - DEFINIR E SUBDIVIDIR O SISTEMA A SER ANALISADO A definição do sistema deve caracterizar as funções do sistema e suas interfaces. Esta definição pode ser feita de várias formas, tanto se utilizando apenas um texto, como ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - AbramanPág: IV.4 diagramas e esquemáticos, o importante é se deixar claro o que será analisado e o que não será e ainda quais são as condições de operação que caracterizam o sucesso da operação do sistema, ou seja a(s) função (ões) do sistema. É neste passo que se define o sistema. Para se estabelecer uma boa definição do sistema nem sempre é uma tarefa fácil. O analista geralmente tem que estabelecer sua própria definição do sistema com a ajuda de especificações, planos de desenvolvimento do sistema, desenhos, ... . • Estabelecer os objetivos operacionais (primários e secundários). • Estabelecer os limites dos esforços ambientais e operacionais. • Delinear as fases operacionais. • Estabelecer o nível para análise. Para cada produto ou processo, é importante indicar não somente o desejado, mas também os resultados não desejados. Todas os fatores relevantes de desempenho e eficiência devem ser indicados. Exemplo de definição de sistema. O sistema a ser analisado é o de controle do motor elétrico de um conjunto moto- bomba. Não serão analisados nem o motor nem a bomba, conforme indicado nos esquemáticos abaixo, onde o sistema a ser analisado é representado por uma envoltória azul. Função do sistema Este sistema deve prover comando de partida e parada tanto local como remotamente, deve ainda prover comando de parada automática para o conjunto moto-bomba nas seguintes situações: • Caso o reservatório de onde é succionado o produto esteja com nível baixo; • quando o reservatório para onde o produto é bombeado esteja com o nível alto; e • deve ainda dar comando de partida para o conjunto moto-bomba quando o reservatório para onde o produto é bombeado estiver com nível baixo desde que o reservatório de onde é succionado o produto esteja com um nível acima do mínimo. ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.5 SISTEMA DE CONTROLE DO CONJUNTO MOTO-BOMBA Esquemático 1 Esquemático 2 A M FU L1 A NB2 D1 D2 NB1 NA PT A M B MOTOR M BOMBA Reservatório B NB1 NB2 NA 380 Volts - Trifásico ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.6 Exemplo de Hierarquização de Sistemas Passo 2 - CONSTRUÇÃO DE DIAGRAMAS DE BLOCOS E DESCRIÇÕES FUNCIONAIS • Decompor o sistema em blocos principais e definir suas funções. • Definir as interfaces entre os blocos. Isto envolve a definição do sistema em termos funcionais. A funcionalidade do sistema é claramente delineada usando uma representação simbólica tal como um "Diagrama de Fluxo Funcional". Funções Operacionais ⇒ referem-se as atividades que são desempenhadas em resposta direta para obtenção dos requisitos operacionais. Isto pode incluir uma descrição das múltiplas fases operacionais e dos modos de operação e utilização do sistema. As funções de um sistema de manutenção são desenvolvidas a partir das funções operacionais e são apresentadas sob o ponto de vista do conceito da manutenção. Os diagramas funcionais são utilizados para descrever as atividades para cada nível de manutenção especificada no sistema conceitual da manutenção. As funções de manutenção identificadas neste estágio devem refletir a manutenabilidade e suportabilidade (sustentabilidade) dos requisitos delineados no nível de sistema. No futuro, essas funções serão indicadores para a natureza e quantidade do apoio logístico necessário durante a fase de utilização do sistema. SISTEMA DE CONTROLE DO CONJUNTO MOTO-BOMBA CONTROLE LOCAL CONTROLE REMOTO COMPONENTES INSTALADOS NO MOTOR E RESERVATÓRIOS PAINEL DE CONTROLE LOCAL PAINEL REMOTO SENSORES DE NÍVEL E PROTEÇÃO TÉRMICA DO MOTOR PROTEÇÃO TÉRMICA SENSOR DE NÍVEL NA SENSOR DE NÍVEL NB1 SENSOR DE NÍVEL NB2 10 Nível de Desdobramento 20 Nível de Desdobramento 30 Nível de Desdobramento 40 Nível de Desdobramento Sistema Subsistemas Itens Componentes ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.7 Diagrama de Bloco Funcional Sistema de Comunicação de uma Aeronave Comercial Diagramas de blocos funcionais e de confiabilidade ilustrando a operação, as interrelações e interdependências de entidades funcionais devem ser obtidas ou elaboradas para cada configuração do item envolvido no uso do sistema. Todas as interfaces do sistema devem ser indicadas. Descrições funcionais do sistema devem incluir descrições detalhadas de cada forma de operação do sistema em termos de funções que identifiquem as atividades a serem realizadas para o sucesso de uma dada forma de operação. As descrições devem indicar as condições ambientais, tempos esperados para realizar as missões e a utilização de equipamentos e das funções e saídas de cada um dos itens considerados. B Checar Subsistema de Comunicacão Testar Saída da Fonte de Energia Testar Comunicação de Voz (Alta Freqüência) Testar Comunicação de Voz (Baixa Freqüência) Isolar a Falha da Unidade "A" Remover a Unidade do Sistema - Substituir por um Sobressalente Transportar Unidade em Falha para Manutenção Intermediária Isolar o Conjunto com Mal Funcionamento F B B F F F OU Remover Conjunto em Falha e Substituir por Sobressalente Reparar Conjunto em Falha no Local Verificar a Unidade Reparada através de Testes Retornar Unidade Reparada para o Almoxarifado F B B (BOM) F (FALHA) ... ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.8 Exemplo de Diagramas Funcionais Em Blocos e de Descrições Funcionais O painel de controle local recebe alimentação de energia elétrica em 24 Volts corrente alternada, envia energia elétrica para o painel remoto e para os sensores de nível dos dois reservatórios e para a proteção térmica do motor. Recebe sinais referentes a nível alto e baixa do reservatório A e referente a nível baixo do reservatório B e ainda referente a alta temperatura no motor. Baseado nos sinais recebidos o painel de controle local comando a partida e a parada do motor. Passo 3 - EFETUAR ALOCAÇÃO DOS RECURSOS Esta é uma quebra "Top-Down" dos níveis do sistema requeridos para cada entidade funcional do sistema (produto ou processo) na hierarquia funcional do sistema. É muito importante identificar o desempenho aplicável, eficiência, entradas e saídas, rendimento, velocidade e outros fatores para cada bloco funcional. Passo 4 - IDENTIFICAÇÃO DOS MODOS DE FALHA POTENCIAIS O modo pelo qual os elementos do sistema falham para realizar sua função. Por exemplo: chave falha ao abrir, ruptura da tubulação, trincas devido ao esforço, .... . O analista deve ser específico quando da descrição do modo de falha para evitar confusão na determinação das causas, isto é, evitar descrições do tipo "desempenho degradado". Todos os modos de falhas potenciais tanto em itens como em interfaces devem ser identificados e devem ser descritos seus efeitos no item ou na função imediata do sistema e na operação do sistema. 40 NÍVEL DE DESDOBRAMENTO PAINEL DE CONTROLE ELÉTRICO PAINEL REMOTO 24 Volts - CA Sinais dePartida e Parada Energia Elétrica SENSORES DE NÍVELE PROTEÇÃO TÉRMICA DO MOTOR Sinal Referente ao Nível do Reservatório A Sinal Referente ao Nível Baixo do Reservatório B Sinal Referente a Alta Temperatura do Motor Energia Elétrica Comando de Partida e Parada do Motor ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.9 Exemplos: Falha em partir; Falha em parar; Falha em abrir; Falha em fechar; Perda de pressão. Passo 5 - DETERMINAÇÃO DAS CAUSAS DE FALHA Isto envolve a análise do processo ou produto de modo a delinear a(s) causa(s) responsáveis pela ocorrência de qualquer falha particular. Algumas técnicas podem ser utilizadas, tal como o "Diagrama de Ishikawa - Diagrama de Causa e Efeito" podem ser altamente efetivos, no delineamento das causas potenciais responsáveis por uma falha. Passo 6 - DETERMINAÇÃO DO EFEITO DAS FALHAS A falhas, freqüentemente em modos múltiplos, afetam não somente o desempenho e eficiência do elemento funcional associado mas também todo o sistema. Quando da condução da FMECA, é importante considerar o efeito da falha sobre a entidade funcional do nível mais alto (superior) e considerar os possíveis impactos sobre o sistema global. Por outro lado, enquanto se analisa um processo é importante considerar o efeito da falha sobre os processos subsequentes, assim como, para o cliente ou consumidor final. Passo 7 - IDENTIFICAÇÃO DOS MEIOS PARA DETECTAR UMA FALHA No contexto da FMECA, isto se refere ao controle do processo ora em uso, o qual pode detectar a ocorrência de falhas ou defeitos. Entretanto, quando a FMECA está dirigida para o projeto, isto refere-se a existência de qualquer característica de projeto, indicadores, equipamentos de medição ou procedimentos de verificação que irão resultar na detecção de modos potenciais de falha. Passo 8 - TAXA DE SEVERIDADE DE UM MODO DE FALHA Severidade, no contexto desta análise, refere-se a seriedade do efeito ou impacto de um modo particular de falha. A MIL-STD-1629A, propõe a classificação do efeito da falha, dentro de quatro classes: Catastrófica: uma falha que pode resultar na perda de vidas humanas e/ou na perda completa do sistema. Críticas: uma falha que pode potencialmente causar sérios ferimentos em pessoas e/ou provocar grandes danos ao sistema e perda da funcionalidade do sistema. Marginal: uma falha que pode resultar em pequenos ferimentos para as pessoas, pequenos danos para o sistema e/ou degradar a funcionalidade do sistema. ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.10 Negligentes: uma falha não severa o bastante para causar qualquer ferimentos em pessoas ou danos para o sistema, mas que resultam na necessidade de manutenção corretiva. A severidade pode ser classificada numa escala de 1 - 10, baseada nos critérios da indústria automobilística. Passo 9 - TAXA DE FREQÜÊNCIA DA OCORRÊNCIA DE UM MODO DE FALHA Dado que uma função ou um componente físico dentro de um sistema tem uma certa probabilidade de falhar de diversos modos (modos múltiplos de falha), este passo indica a freqüência da ocorrência de cada modo individual de falha. FREQÜÊNCIA DE OCORRÊNCIA DOS MODOS DE FALHA Taxa Probabilidade de Falha Remota Falhas são Improváveis 1 < 1 em 10 6 Baixa Relativamente poucas Falhas 2 3 1 em 20.000 1 em 4000 Moderada Falhas Ocasionais 4 5 6 1 em 1000 1 em 400 1 em 80 Alta Falhas Repetitivas 7 8 1 em 40 1 em 20 Muito Alta Falhas Quase Inevitáveis 9 10 1 em 8 1 em 2 Passo 10 - TAXA DE DETECÇÃO DE UM MODO DE FALHA Refere-se a probabilidade que as características de projeto e os procedimentos de verificação irão detectar modos potenciais de falha a tempo de prevenir uma falha a nível de sistema. Quando esta análise está orientada para o processo, refere-se a SEVERIDADE DOS EFEITOS Taxa Negligente Este modo de falha não tem qualquer efeito sobre o sistema. O usuário provavelmente nem irá notar a falha. 1 Baixa Este modo de falha somente tem um leve efeito sobre o sistema. O cliente/usuário somente irá notar uma leve deterioração do desempenho do sistema. 2 3 Moderada Este modo de falha irá provocar uma certa insatisfação do usuário/cliente. 4 5 6 Alta Este modo de falha irá provocar uma alta insatisfação do cliente, como por exemplo, um sistema inoperante. Sem, entretanto, violar a segurança ou normas regulamentares do governo. 7 8 Muito Alta Este modo de falha afeta a função segurança do sistema ou não cumpre as normas regulamentares do governo. 9 10 ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.11 probabilidade de que um conjunto de controles de processo tem condições de detectar e isolar uma falha antes que esta transfira-se para o processo subsequente ou para o cliente/consumidor final. PROBABILIDADE DE DETECÇÃO Taxa Muito Alta: Procedimentos de verificação (PV) do projeto ou controle do processo (CP) em uso irão certamente detectar o modo potencial de falha. 1 2 Alta: PV ou CP tem uma boa chance de detectar um modo potencial de falha. 3 4 Moderada: PV ou CP pode detectar um modo potencial de falha 5 6 Baixa: PV ou CP provavelmente não irá detectar um modo potencial de falha. 7 8 Muito Baixa: PV ou CP tem uma probabilidade muito baixa de detectar um modo potencial de falha 9 Certeza Absoluta de Não Detecção: PV ou CP não irá detectar um possível modo potencial de falha. 10 Passo 11 - ANÁLISE DA CRITICIDADE DE UM MODO DE FALHA O objetivo deste passo é consolidar as informações geradas dos aspectos mais críticos do projeto do sistema. Criticidade no contexto desta análise é uma função da ocorrência de um modo de falha, de sua severidade e da probabilidade que será detectada a tempo para evitar seu impacto sobre o sistema. A métrica RPN (Risk Priority Number), utilizado na indústria automobilística, é dada por: RPN = Taxa de Severidade x Taxa de Freqüência x Taxa de Detecção O RPN reflete a criticidade de um modo de falha. É óbvio, que um modo de falha com uma alta freqüência de ocorrência, com significante impacto sobre o desempenho do sistema e com uma baixa probabilidade de detecção do modo de falha terá um alto valor de RPN, isto é, uma alta criticidade para o sistema. Os valores de RPN, podem ser muito bem visualizado e comparado através de um diagrama de Pareto, isto é, através da análise dos modos de falha e das causas de falha pelo diagrama de Pareto. Cada um dos modos de falha identificados deve ser avaliado em termos da pior conseqüência potencial que possa resultar em uma classificação em termos de categoria de severidade. Ou seja, um determinado modo de falha pode ter várias conseqüências, e o mesmo deverá ser classificado pela classificação da conseqüência mais crítica de todas. Cada um dos modos de falha identificados deve ser avaliado em termos de possíveis alterações de projeto, ou de outras ações que possam eliminar a falha ou pelo menos controlar o risco decorrente da mesma, através de redução de sua freqüência de ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.12 ocorrênciaou de redução dos efeitos sobre o funcionamento do sistema quando de sua ocorrência. Efeitos de Ações Corretivas. Cada uma das ações corretiva propostas deve ser avaliada em relação aos demais atributos do sistema, tais como requisitos de apoio logístico. Documentação. A análise deve ser documentada, os problemas que não puderam ser corrigidos quando da realização da análise devem ser explicitados, assim como os controles sugeridos para redução de risco de falha. IV.2 - DEFINIÇÃO DOS TERMOS UTILIZADOS NA FMEA Diagramas de Blocos Funcionais Um diagrama funcional em blocos ilustra a operação do sistema e as interrelações entre as entidades funcionais de um sistema tendo por base dados de engenharia e esquemáticos. Um diagrama funcional em blocos irá fornecer a seqüência do fluxo de funcionamento para o sistema em cada um de seus níveis de desdobramento podendo ser utilizada tanto na abordagem física como na abordagem funcional da FMEA. Os diagramas funcionais em blocos são constituídos de blocos (um para cada item físico do sistema) e linhas orientadas que os interligam, representando o fluxo de funcionamento do sistema, cabe destacar que todas as entradas e saídas de cada item devem ser representadas. Modos de Falha e Causas Todos os modos de falha identificados em cada nível de desdobramento analisados devem ser identificados e descritos. Os potenciais modos de falha devem ser determinados pelo exame das saídas do item representados no diagrama funcional em blocos, dados de engenharia e esquemáticos. Os modos de falha das diversas funções devem ser estabelecidos com base nos requisitos de operação constantes na descrição narrativa do sistema e nos critérios de falha estabelecidos. As causas mais prováveis associadas com os modos de falha identificados devem ser descritas. Desde que um determinado modo de falha pode ter mais de uma causa, todas as causas independentes para um dado modo de falha devem ser indicadas e descritas. As causas das falhas nos níveis adjacentes devem ser consideradas. Por exemplo, causas de falha no terceiro nível de desdobramento devem ser consideradas quando da análise do segundo nível de desdobramento. Quando as funções mostradas em um diagrama funcional em blocos são realizadas por um módulo substituível em um sistema, uma FMEA separada deve ser realizada para as funções internas do módulo, considerando o módulo como um sistema. Os efeitos dos possíveis modos de falha nas entradas e saídas do módulo descrevem os modos de falha quando o mesmo é visto como um item dentro do sistema. Para garantir que uma análise completa seja realizada, cada modo de falha e saída ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.13 funcional deve no mínimo ser examinada com relação as seguintes condições típicas de falha: a - Operação prematura; b - Falha em operar por um determinado tempo; c - Operação intermitente; d - Falha em interromper a operação em um determinado tempo; e - Perda de saída ou falha durante a operação; f - degradação da saída da capacidade operacional nominal do sistema; g - Outras condições únicas de falha, conforme aplicável, baseadas nas características do sistema e requisitos operacionais ou restrições. Níveis de Desdobramento Os níveis de desdobramento são utilizados para garantir a organização da análise e rastreabilidade do processo, o primeiro nível de desdobramento considera o sistema como um todo, a partir daí vai-se subdividindo o sistema em porções cada vez menores até que se chegue ao menor nível a ser considerado na análise. Modo de Falha Descreve a maneira pela qual a falha é observada. Geralmente descreve a forma pela qual a falha ocorre ou seu impacto na operação do equipamento. Causa da Falha O processo físico ou químico, defeito de projeto, deficiência de qualidade, má utilização de componentes, ou outros processos que sejam as razões básicas para a falha ou que iniciem o processo físico que leve à deterioração que origina a falha. Efeito da Falha As conseqüências que um modo de falha tem na operação ou funcionamento de um determinado item. Efeitos da falha são classificados como efeito local, no nível de desdobramento imediatamente superior e efeito final. Efeito Local As conseqüências que um determinado modo de falha tem na operação ou funcionamento do item específico em análise. Efeito no Nível Imediatamente Superior As conseqüências que um determinado modo de falha tem na operação ou funcionamento nos itens do nível de desdobramento imediatamente superior ao nível de desdobramento em análise. ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.14 Efeito Final As conseqüências que um determinado modo de falha tem na operação ou funcionamento no nível de desdobramento mais alto da análise. Severidade A severidade de um modo de falha é uma classificação atribuída em função da mais críticas entre as possíveis conseqüências de um modo de falha. Esta classificação varia de caso para caso, porém sempre considera o nível de prejuízo envolvido, danos à propriedade ou danos ao sistema que podem ocorrer em última análise. Provisões Compensatórias São ações que estejam disponíveis ou que possam ser tomadas por um operador para eliminar ou amenizar o efeito de uma falha em um sistema. Ações Corretivas São modificações documentadas em projeto, procedimento ou materiais válidos para corrigir causas de falhas ou deficiências de projeto. Mecanismo de Detecção São meios ou métodos pelos quais uma falha pode ser detectada por um operador durante a operação normal do sistema ou pode ser detectada pelo pessoal de manutenção através de ações de diagnóstico. Classificação de Severidade A classificação de severidade é determinada para fornecer uma medida qualitativa da pior conseqüência potencial resultante de erro de projeto ou falha do item. Uma classificação de severidade deve ser escolhida para identificar cada modo de falha e cada item analisado de acordo com um critério estabelecido, o estabelecimento de critérios similares aos abaixo indicados considerando perda de entradas do sistema ou saídas devem ser desenvolvidos e incluídos nas premissas consideradas para a FMEA. A seguir é indicado um critério para a realização desta classificação: a. Categoria I - Catastrófica. Uma falha que possa causar morte ou perda de sistema de segurança. b. Categoria II - Crítica. Uma falha que possa causar dano à propriedade, ou dano maior ao sistema que possa resultar em perda da missão. ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.15 c - Categoria III - Marginal. Uma falha que possa causar dano à propriedade ou dano menor ao sistema que pode resultar em atraso ou perda de indisponibilidade ou degradação da missão. d - Categoria IV - Menor. Uma falha que não é séria o suficiente para causar dano à propriedade ou ao sistema, mas que possa resultar em manutenção corretiva ou pequeno reparo. IV.3 - EXEMPLO DE RELATÓRIO DE FMEA Sistema : Compressos de Ar Data: Folha: Nível de Desdobramento: 1° Desenho de Referência: Compilado por: Aprovado por: ANÁLISE DOS MODOS DE FALHA E SEUS EFEITOS IV.4 - EXEMPLO DE APLICAÇÃO. A técnica da análise de modos defalha e seus efeitos serão expostos através de aplicação a um exemplo. 1° Passo - Subdivisão do Sistema O primeiro passo é a divisão do sistema / equipamento a ser analisado em subsistemas e componentes / peças através de sucessivos níveis de desdobramentos. Esta subdivisão deve ser representada por diagramas funcionais em blocos para cada nível de desdobramento. SISTEMA DE COMPRESSÃO DE GÁS DE FAZENDA BÁLSAMO SUBSISTEMA 01 COMPRESSOR Folha: 2 de 3 Função: 01.01 Comprimir todo o Gás Natural Produzido Falha Funcional: 01.01.01 Parada Total de Compressão Componente Modo de Falha Causa da Falha Efeitos das Falhas Severidade Válvula de Sucção do Cilindro do 10 Estágio 01. Falta de Estanqueidade 02. Quebra da Válvula 01. Desgaste nos Elementos de Vedação 02. Fadiga das Molas 01. Fadiga do Material (Local) Aquecimento do Cilindro (Planta) Perda de Eficiência (Local) Danos no Cilindro (Planta) Perda de Eficiência IV II Data: 10/11/1999 ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.16 Exemplo: 2° Passo - Descrição Funcional do Sistema e Elaboração de Diagramas Funcionais em Blocos A preocupação básica no cumprimento deste passo deve ser de se explicitar as condições operacionais que atendam aos requisitos estabelecidos para o sistema. Primeiro Nível de Desdobramento Descrição Funcional O compressor de ar de alta pressão (4.500 Psi) é usado a bordo de submarinos para fornecer o ar de alta pressão necessário a todas as operações em que seja requerido. Três compressores idênticos instalados em diferentes posições são usados em cada submarino e apenas um compressor é capaz de suprir ar comprimido de alta pressão para todo o submarino, o procedimento normal de operação é manter os três em funcionamento. O objetivo desta análise é analisar apenas o compressor. Não será considerados o controlador do motor elétrico nem o tanque de suprimento de ar. O compressor é acionado por um motor elétrico vertical, dois cilindros, tipo pistão de quatro estágios, refrigeração em circuito fechado com água doce e lubrificação com selagem. Obs.: Cabe destacar que no 1º parágrafo da descrição se enfatizou o que seria e o que não seria considerado na análise, assim como o universo em que o sistema estava inserido. Já no segundo parágrafo foram destacadas algumas características técnicas do mesmo. SISTEMA COMPRESSOR Motor Monitoração eInstrumentação Refrigeração e Desumidificação Lubrificação Compressor Válvulas de Alívio e Leitura de Pressão da Água de Refrigeração Válvulas de Alívio e Leitura de Pressão e Sobrecarga 10 Nível de Desdobramento 20 Nível de Desdobramento 30 Nível de Desdobramento ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.17 Diagrama Funcional em Blocos Segundo Nível de Desdobramento Descrição Funcional Subsistema - Monitoração e Instrumentação É constituído de vários sensores de pressão, válvula de segurança, chaves de pressão, monitoração de temperatura e dispositivos de alarme como indicado a seguir: Diagrama Funcional em Blocos MONITORAÇÃO E INSTRUMENTAÇÃO Saída do Sensores da Temperatura e Pressão de Saída Leitura da Temperatura e Pressão CONTROLADOR ELÉTRICO Sinais de Parada Automática (Temperatura e Pressão de Óleo) MOTOR Tensão 440 V COMPRESSOR Torque Resfriador e Desumidicador Lubrificação Óleo Resfriado Óleo Ar de Alta Pressão Dessalinização da Água do Mar Ar Resfriado e Seco Água Doce Sinais de Temperatura e Pressão COMPRESSOR Leitura de Pressão e Temperatura Ar de Alta Pressão Saída dos Sensores de Temperatura e Pressão CONTROLADOR ELÉTRICO Sinais de Parada Automática (Temperatura e Pressão do Óleo) Tensão - 440 Volts Dessalinização da Água do Mar Água Doce ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.18 Terceiro Nível de Desdobramento Descrição Funcional Subsistema - Válvulas de Alívio e Leituras de Pressão de Ar e Descarga. Os indicadores são sensores, calibrados para monitorar o ar de saída. Diagrama Funcional em Blocos Quarto Nível de Desdobramento Descrição Funcional Sensor de Pressão de Descarga de 1º estágio - 0 à 100 Psi ajustado em 42 Psi. Diagrama Funcional em Blocos Para este nível, no caso particular deste subsistema não há necessidade de representação por diagrama funcional em blocos. Obs.: Aqui como o objetivo era exemplificar, só foram realizados descrições funcionais e diagramas funcionais em blocos para alguns itens e alguns níveis de desdobramento, porém na prática o que se recomenda é que sejam elaborados diagramas funcionais em blocos e descrições funcionais para todos os itens e todos os níveis de desdobramento. TEMPERATURA DO MONITOR Temperatura de Ar de Admissão Temperatura de Ar de Descarga Temperatura de Ar de Água Temperatura de Ar de Óleo PRESSÃO DO ÓLEO Pressão de Óleo PRESSÃO DA ÁGUA PRESSÃO DO AR Pressão da Água Pressão do Ar Leituras de Temperatura Desligamentos Automáticos Alarme Leitura de Pressão do Óleo Desligamento por Baixa Pressão do Óleo Leitura de Pressão da Água Alívio de Pressão da Água (Segurança) Alívio de Pressão de Ar (Estágios: 1,2, 3 e 4) Alívio de Sobrepressão de Ar (Segurança) (Estágios: 1,2, 3 e 4) ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.19 3º Passo - Elaboração do Relatório de FMEA O terceiro passo consiste em uma análise sistemática de todos os itens do sistema, de forma estruturada e uniforme, registrando os resultados da análise em um formulário padronizado. Este passo também deve ser aplicado a todos os itens do sistema em análise. Aqui serão geradas e registradas de forma ordenada todas as informações referentes aos modos de falha envolvidos com os componentes do sistema em análise, cabe destacar que as colunas do relatório não são mandatórias devendo ser aplicadas conforme a necessidade específica do problema a ser resolvido. Nos níveis de desdobramento mais baixos é que normalmente serão identificadas as ações de manutenção pois estes são normalmente os níveis em que serão analisados os componentes constituintes do sistema. Sob o enfoque específico de manutenção devem ser previstas colunas no relatório de FMEA que reflitam este objetivo específico, tais como tempo de reparo dos modos de falha como um todo ou se houver interesse de forma discretizada em suas parcelas N om en cl at ur a N úm er o de Id en tif ic aç ão M od os d e Fa lh a e C au sa s Efeitos da Falha Efeitos Locais Efeitos Finais Pr ov is õe s C om pe ns at ór ia s Se ve rid ad e Pr ob ab ili da de O bs er va çõ es C om pr es sã o do A r 01 B ai xa p re ss ão d e ar d ev id o a fa lh a no E st ág io d e C om pr es sã o (V ál vu la ; C ili nd ro ) A r c om b ai xa p re ss ão é en vi ad o pa ra o u su ár io A r c om bai xa p re ss ão é en vi ad o pa ra o u su ár io N en hu m a 3 2 O bs er va r 2 0 N ív el d e D es do br am en to de 4 50 0 Ps i 39 00 - 41 00 13 5 C FH 02 A lta p re ss ão d e ar d ev id o a fa lh a no e st ág io d e co m pr es sã o (v ál vu la ) Ef ei to li m ita do p el a vá lv ul a de a lív io d e pr es sã o do a r Se m e fe ito s e a vá lv ul a de al ív io o pe ra r D an os li m ita do s pe la vá lv ul a de a lív io d e pr es sã o do a r 3 2 O bs er va r 2 0 N ív el d e D es do br am en to ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.20 constituintes, ou seja tempo de efetivo reparo, tempo de obtenção de sobressalentes, tempo de comunicação à manutenção, etc. É fundamental para o sucesso da aplicação da FMEA que esta seja elaborada de forma consonante com os objetivos que levaram a aplicação da mesma. 4° Passo - Elaboração da Matriz de Criticidade. O próximo passo visa a seleção das ações a serem empreendidas como resultado da aplicação da técnica. Esta seleção deverá considerar os aspectos fundamentais de severidade e freqüência de ocorrência. O que é feito através da chamada matriz de criticidade, que será apresentada a seguir. Cabe destacar que a função desta matriz é de se selecionar os modos de falha mais importantes, existem casos em que a mesma não é necessária, a saber: • Quando existem recursos para realizar todas as melhorias identificadas; • Quando existe uma diretriz que faça esta seleção, por exemplo “Todas as falhas únicas devem ser eliminadas”; e • Quando a priorização é óbvia. Dados de Confiabilidade A determinação dos modos de falha mais prováveis entre aqueles possíveis de ocorrer requer uma análise de dados de confiabilidade. Sempre é desejável utilizar dados de confiabilidade que resultem de experiência prévia em condições similares de uso, quando estes não estiverem disponíveis, as informações como taxa de falha e de reparo devem ser obtidas a partir de ensaios de confiabilidade sob condições similares àquelas que se espera sejam encontradas na utilização do sistema. Abordagem Qualitativa Aos modos de falha identificados na FMEA são atribuídos valores de probabilidade de ocorrência, porém quando não se dispõe de taxas de falha para os mesmos, podem ser estimadas faixas de valores de modo a possibilitar a seleção através de uma avaliação qualitativa. Indicaremos a seguir uma sugestão de faixas de valores a serem utilizados, porém caso a caso devem ser definidas as faixas mais adequadas. Nível A (FREQUENTE) - Uma alta probabilidade de ocorrência durante o tempo de operação do item. Alta probabilidade pode ser definida como um valor superior a 0,20. Nível B (RAZOAVELMENTE PROVÁVEL) - Uma probabilidade moderada durante o tempo de operação do item. Probabilidade moderada pode ser definida como aquela que possui um valor entre 0,10 e 0,20. Nível C (OCASIONAL) - Uma probabilidade de ocorrência durante o tempo de operação do item. Alta probabilidade pode ser definida como aquela que possui um valor entre 0,01 e 0,1. ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.21 Nível D (REMOTA) - Uma probabilidade remota de ocorrência durante o tempo de operação do item. Probabilidade remota pode ser definida como aquela que possui um valor entre 0,001 e 0,01. Nível E (EXTREMAMENTE IMPROVÁVEL) - Uma probabilidade extrema- mente improvável de ocorrência durante o tempo de operação do item. Probabilidade extremamente improvável pode ser definida como aquela que possui um valor inferior a 0,001. A matriz de criticidade é construída plotando-se cada modo de falha identificado pelo seu número de identificação. Uma coordenada representando a classificação de severidade do efeito do modo de falha e a outra para a classificação de probabilidade de ocorrência do modo de falha. A matriz resultante mostra a distribuição da criticidade dos modos de falha identificados e fornecem uma eficiente ferramenta para se priorizar as ações corretivas identificadas. Como indicado na figura abaixo, a criticidade dos modos de falha aumenta na direção indicada na diagonal. IV III II I SEVERIDADE A B C D MATRIZ DE CRITICIDADE Com a utilização da matriz de criticidade pode-se facilmente identificar a prioridade que deve ser dada a ações identificadas durante a análise, o que para sistemas complexos com uma série de ações possíveis de serem implementadas é um grande auxílio no estabelecimento e verificação de programas e políticas de manutenção. Devido ao fato dos recursos disponíveis para implantar melhorias na manutenção serem sempre limitados as medidas possíveis de serem implementadas devem ser priorizadas. A utilização da FMEA, permite através de um processo sistemático que esta priorização seja feita de forma racional e embasada. A ordenação gerada pela FMEA deve seguir um critério específico para cada análise ou seja o critério de severidade pode ser definido conforme for conveniente à solução do problema. ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Eduardo de Santana Seixas - Abraman Pág: IV.22 EXEMPLO DE APLICAÇÃO Construir uma FMEA para o sistema de aquecimento de água. O sistema opera do seguinte modo: A “válvula de gás” é acionada através de um “controlador”, o qual está ligado a um medidor de temperatura associado a um aparelho controlador. A “válvula de retenção” na linha de admissão de água evita o fluxo reverso devido a alta pressão no interior do vaso de aquecimento. A “válvula de alívio” abre, quando a pressão no interior do vaso fica acima de 100 Psi. Quando a temperatura da água está abaixo de 600C o aparelho comparador envia um sinal para que o controlador abra a válvula de gás e injete uma quantidade maior de gás para o bico queimador, caso contrário, se estiver acima de 850C, o controlador fecha a válvula de gás. Medidor de temperatura e Aparelho Comparador Controlador Entrada de Gás Válvula Queimador Ar Saída de Gases Válvula de Admissão e Retenção Água Fria Torneira de Água Quente Válvula de Alívio de Pressão ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE INDUSTRIAL IV – FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) QUALyTEK – Qualidade, Tecnologia e Sistemas Ltda. Pág: IV.23 Efeito sobre: Classificação da Criticidade Componente Modo de Falha Outros Componentes Todo o Sistema I II III IV Freqüência da Falha Método de Detecção Providências e Observações Válvula de Alívio de Retenção Válvula de Gás Medidor de Temperatura e Aparelho Comparador Continua ........ Emperrou Aberta Emperrou Fechada Emperrou Aberta Emperrou Fechada Não reage ao aumento da temperatura acima do nível especificado Não reage a redução da temperatura abaixo do nível especificado.Controlador tende a aumentar entrada de gás devido a perda de água quente. Nenhum. Queimador continua a operar. Válvula de pressão abre. Queimador para de operar. Controlador, válvula de gás, queimador continuam a operar. Válvula de alívio de pressão abre. Controlador, válvula de gás, queimador continuam a operar em baixa temperatura. Perda de água quente, maior entrada de água fria e maior consumo de gás. Nenhum Temperatura da água e a pressão aumentam. Água ⇒ Vapor Para de produzir água quente. Temperatura da água muito alta. Água ⇒ Vapor Temperatura da água muito baixa. n n n n n n Razoavelmen te provável. Provável Razoavelmen te provável. Remota Remota Remota Observar válvula de alívio da pressão. Teste manual. Água da torneira muito quente. Válvula de alívio da pressão abre. Observar saída na torneira. Observar saída na torneira. Observar saída na torneira. Fechar suprimento de água, reselar ou trocar a válvula de alívio. Nenhuma alteração com as falhas de outros componentes. Esta falha não tem conseqüências. Abrir torneira de água quente para aliviar a pressão. Fechar suprimento de gás. Compensar válvula de alívio de pressão. Nenhuma. Compensar válvula de alívio da pressão. Abrir torneira de água quente para aliviar a pressão. Fechar suprimento de gás. Nenhuma.
Compartilhar