DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA IMPIANTI INDUSTRIALI. Andrea Chiarini Andrea Chiarini 1

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1 IMPIANTI INDUSTRIALI Andrea Chiarini Andrea Chiarini 1

2 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

3 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

4 F.M.E.A. (Failure Modes and Effect Analysis Analisi sui modi e sugli effetti dei probabili guasti) Andrea Chiarini \qproject\fmea1.ppt

5 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

6 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 Andrea Chiarini \qproject\fmea5.ppt

7 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 Chiarini \qproject\fmea3b.ppt

8 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

9 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

10 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

11 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

12 Scopo della progettazione: progettare un insieme pignone-cremagliera ad alta affidabilità, Tasso di guasto = h; MTBF = 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

13 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 dell insieme Cosa può capitare Cause (anche più di una) per ogni modo di guasto che progettiamoa chi conduce l impianto o terzi Quali tipi di controllo IN PROGETTAZIONE abbiamo Andrea Chiarini 13 OGGI in essere per evitare la causa

14 FMEA X Nuovo progetto Miglioramento Prodotto : Impianto di confezionamento Alfa Codice : Riferimenti : Disegno Emesso da : Rossi Rev. : 0 Funzioni partecipanti : Resp. FMEA : Rossi PROD : Bianchi U.A. Verdi Data : 10/11/XY Componenti UR - Unità rotante - Insieme pignone cremagliera Modi di guasto - Rottura dentatura Effetti del modo di guasto - Bloccaggio Griglia di trasporto Cause del modo di guasto - Eccessivo carico applicato - Cricca del materiale Misure di controllo previste - Test laboratorio - Test laboratorio esterno P r o b a b i 2 2 Sta to attuale Azioni correttive/preven. Ris ultati azioni G R Indice di Azioni di Responsabilità e Azioni P G R r i priorità miglioramento tempi per intraprese e r r i a l di raccomandate l attuazione tempi di o a l v e rischio azioni realizzazione b v e i v (IPR) a i v t à 5 5 a b b t à a b Indice di priorità di rischio (IPR) - Cuscinetto - Blocco - Bloccaggio Griglia di trasporto Sottodimensionamento Nessuno Introduzione di una verifica di progetto Ufficio tecnico, 1 settimana Ok Andrea Chiarini 14

15 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 15

16 EFFETTI DEL MODO DI GUASTO COSA AVVERTE IL CLIENTE/UTILIZZATORE EFFETTII DEII MODII DII GUASTO (Avverrttiittii dall clliientte)) Arresto sistema Funzionamento inatteso Perdite di prestazioni Aumenti di consumi Vibrazioni Sforzi di azionamento Difficoltà di apertura/chiusura 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 16

17 DESCRIZIONE DELLE CAUSE DEI GUASTI Ancora terminologia tecnica CAUSE DEL MODO DII GUASTO (IIn corrrriispondenza dii ognii modo dii guastto)) Tolleranze non conformi Codice software errato Componente sotto dimensionato Temperatura di esercizio elevata Rugosità insufficiente Errata viscosità cinematica SAE olio Errate specifiche compound Errata resistenza elettrica Mancanza di verifica progetto Etc. Lubrificazione insufficiente OCCORRE ANDARE ALLA RADICE DELLA CAUSA (ROOT-CAUSE)! Andrea Chiarini 17

18 PROBABILITA CHE SI MANIFESTI LA CAUSA E QUINDI IL MODO DI GUASTO PROBABIILIITÀ (ATTUALE) CHE IIL 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 su Bassa 1 su (relativamente pochi guasti) 1 su Remota 1 su Andrea Chiarini 18

19 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) = h ; P = 1 Tasso di guasto di un interruttore elettrico (non effettua il contatto) = h ; P = 2.. Tasso di guasto di un interruttore elettrico (non effettua il contatto) = h ; P = 10 Andrea Chiarini 19

20 VALUTAZIONE DELLA GRAVITA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA VALUTAZIIONE DELLA GRAVIITÀ VALUTAZIIONE DELLA GRAVIITÀ ((IIn base all' 'effffetttto su clientte)) Effetto del guasto Gravità Indice Gravissimo, senza Guasto che blocca 10 preavviso completamente il sistema e/o addirittura coinvolge la sicurezza dell'utilizzatore, senza preavvisi Gravissimo con Guasto che blocca 9 preavviso completamente il sistema e/o addirittura coinvolge la sicurezza dell'utilizzatore. Quest'ulimo ha comunque il tempo per reagire Molto grave Sistema non funzionante con 8 perdita delle principali funzioni Grave Sistema funzionante ma con 7 riduzione notevole delle funzioni prinicipali Moderato Sistema funzionante ma con riduzione delle funzioni 6 principali. I clienti rimangono in ((IIn base all' 'effffetttto su clientte)) Effetto del guasto Gravità Indice Basso Sistema funzionante ma con 5 riduzione minore delle funzioni. I clienti rimangono in ogni caso non soddisfatti 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 3 coinvolgono le principali funzioni del sistema. Il cliente medio avverte il difetto Insignificante Guasti di minore entità che non coinvolgono le principali funzioni del sistema. Alcuni clienti, più attenti, avvertono il 2 difetto Andrea Chiarini 20 ogni caso non soddisfatti Nessuno Assenza di guasti o altri effetti 1

21 VALUTAZIONE DELLA RILEVABILITA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA RIILEVABIILIITA'' ((Prima che il prodotto giunga al cliente) Rilevabilità Criterio di valutazione Indice Impossibile Molto remota Remota 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 Molto bassa Capacità molto bassa dei controlli esistenti nel rilevare potenziali cause o conseguenti modi di guasto Bassa Media Abbastanza alta Alta Molto alta Capacità bassa dei controlli esistenti nel rilevare potenziali cause o conseguenti modi di guasto Media capacità dei controlli esistenti nel rilevare potenziali cause o conseguenti modi di guasto Capacità abbastanza alta dei controlli esistenti nel rilevare potenziali cause o conseguenti modi di guasto Alta capacità dei controlli esistenti nel rilevare potenziali cause o conseguenti modi di guasto Capacità molto alta dei controlli esistenti nel rilevare potenziali cause o conseguenti modi di guasto Andrea Chiarini Certa I controlli esistenti sicuramente rileveranno 21 potenziali cause o conseguenti modi di guasto

22 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 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

23 P-FMEA (FMEA DI PROCESSO) DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA 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 del grezzo Trasporto con Fresatura transpallett in magazzino Controllo dimensionale Rettifica Assemblaggio manuale Magazzino 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 23

24 PFMEA X Nuovo prodotto Miglioramento Prodotto : Impianto di confezionamento Alfa Codice : Riferimenti : Disegno Emesso da : Rossi Rev. : 0 Funzioni partecipanti : Resp. FMEA : Rossi PROD : Bianchi U.A. Verdi Data : 10/11/XY Fase del processo PROCESSO DI ASSEMBLAGGIO Modi di guasto Effetti del modo di guasto Cause del modo di guasto Misure di controllo previste P r o b a b i Sta to attuale Azioni correttive/preven. Ris ultati azioni G R Indice di Azioni di Responsabilità e Azioni P G R r i priorità miglioramento tempi per intraprese e r r i a l di raccomandate l attuazione tempi di o a l v e rischio azioni realizzazione b v e i v (IPR) a i v t à a b b t à a b Indice di priorità di rischio (IPR) - Assemblaggio pignone cremagliera - Assemblaggio pignone non perfettamente allineato Bloccaggio Griglia di trasporto Operatore non ben addestrato Strumento di misura allineamento non tarato Collaudo avvio impianto Collaudo avvio impianto Assemblaggio Cuscinetto Grippaggio cuscinetto Bloccaggio Griglia di trasporto Forniture sbagliate Nessuno Modifiche agli ordini e collaudo in accettazione cuscinetti Ufficio acquisto, 1 mese Ok Andrea Chiarini 24

25 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 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

26 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

27 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

28 FTA FAULT TREE ANALYSIS DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA 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 Interr. 2 Batteria M Andrea Chiarini 28

29 FTA FAULT -TREE ANALYSIS DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA 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. 1 Interr. 2 Il motore elettrico non parte I1 I2 Out Interruttore 1 può essere aperto Interruttore 2 può essere aperto Andrea Chiarini 29

30 FTA FAULT -TREE ANALYSIS DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA 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 L interr.1 non può essere chiuso Guasto secondario all impianto L interr.2 non può essere chiuso Andrea Chiarini 30

31 FTA FAULT -TREE ANALYSIS ESEMPIO L'impianto non parte (1) OR Guasto primario del motore elettrico Guasto pompa di mandata Guasto di comando Guasto = 1 Blocco per sporco OR Guasti primario girante Guasto = 1 AND Sporco nel filtro Filtro intasato Guasto = 1 e devono capitare entrambi Andrea Chiarini 31