Metodologia FEMA para melhorias no Processo de Produção em Processos de Fabricação., Notas de estudo de Engenharia Industrial

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Sumário

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1. Introdução

O FMEA, ou Failure Mode and Effects Analysis, é uma metodologia (estruturada) que visa identificar, priorizar e limitar os modos de falha antes que elas possam acontecer, reduzindo custos e aumentando tanto a confiabilidade como a satisfação dos clientes finais. Além disso, o FMEA também leva em consideração os efeitos potenciais das falhas no objetivo geral do processo, ajudando planejadores e gerentes a identificar e priorizar os modos de falha e revisar os resultados dos planos de ação implementados. É considerado uma ferramenta de qualidade e de melhoria contínua, que agrega valor ao produto ou serviço. Já quanto à filosofia Lean, essa relação se dá pelo fato de que o FMEA ataca diretamente um dos 7 desperdícios visuais: a redução de defeitos. O FMEA é formulado nas primeiras fases de um projeto ou processo. Até porque, na concepção de um projeto e na criação de processos, o FMEA é montado para antecipar as possíveis falhas. E, como previsto em algumas normas, o planejamento preventivo das falhas deve ser documentado Um exemplo de ferramenta que requer a formulação do FMEA em suas fases de Desenho, feitos depois do planejamento, é o APQP - Planejamento Avançado da Qualidade do Produto -, processo estruturado que visa garantir a satisfação do cliente com novos produtos e processos. Confira o esquema de um APQP na Figura 1.

Figura 1: Esquema de APQP

Ao realizar o FMEA nas fases iniciais é possível prever a eficácia das ações propostas, ainda que mais tarde a planilha deva ser revisada.

2. Objetivos

Os principais objetivos da FMEA são: ● Reconhecer e analisar as falhas potenciais no processo e produto; ● Elencar ações que possam eliminar ou minimizar a ocorrência da falha; FM2S Treinamento em Desenvolvimento Profissional e Gerencial LTDA - ME Av. Alan Turing, 345 - sala 06 - Edifício Vértice Cidade Universitária - Campinas - SP - CEP: 13083-

● Realizar estudos documentados para que no futuro possam ser utilizados para contribuir em revisões de projetos ou processos.

3. História

Diferentemente de outras ferramentas da qualidade, que contam com gurus e idealizadores (como é o caso de Deming, Juran e o PDCA), o FMEA teve algumas fases de aperfeiçoamento. A ferramenta surgiu em meados de 1949, na chamada 3ª Era da Qualidade, no período de pós-guerra. Após a 2ª Guerra Mundial a demanda de produtos aumentou e novos produtores surgem para suprir as necessidades básicas da população. Isso, porém, afetou a qualidade dos produtos ofertados. A partir daí, os estudiosos começaram a se questionar sobre melhores maneiras de garantir a qualidade e se destacarem da concorrência. Então surgiram as primeiras ferramentas de Controle Total da Qualidade (TQM), Programas Zero Defeitos e as técnicas de confiabilidade - incluindo o FMEA. O FMEA, assim como conhecemos hoje, começou como um procedimento de gerenciamento da NASA, nos EUA, na década de 1960. Mais tarde, na década de 1980, a gestão de qualidade de outras grandes empresas começaram a incorporar seu uso. Atualmente, o FMEA é amplamente utilizado em manufatura, bancos, centros de serviços e quase todos os setores de negócios. Hoje, muitas normas exigem ou recomendam o FMEA para a certificação de projetos e processos.

4. Tipos de FMEA

Uma grande confusão em relação ao FMEA refere-se aos seus tipos, que têm nomes diferentes. Na prática, são a mesma coisa e são preenchidos de maneira muito similar. Entretanto, para cada aplicação há um nome específico. A seguir vamos ver um pouco de cada um desses tipos e suas particularidades. São eles: ● FMECA; ● DFMEA; ● PFMEA; ● SeFMEA; ● SFMEA; ● HFMEA; ● FMEA Ambiental.

A primeira variação criada foi o FMECA (Failure Mode, Effects And Criticality Analysis – Análise dos Efeitos e Criticidade dos Modos de Falha), que consiste em uma metodologia para examinar todos os modos de falha de um sistema (produto, processo e serviço), o efeito potencial da falha sobre o desempenho, a segurança do sistema e a severidade desse efeito. A diferença entre FMEA e FMECA é que a primeira é uma técnica qualitativa utilizada na avaliação de um projeto/processo, enquanto a segunda é composta do FMEA e da Análise Crítica (CA).

No curso da FM2S, dois desses tipos serão abordados com mais profundidade: FMEA de Projeto (DFMEA) e FMEA de Processo (PFMEA).

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4.3. Outros tipos

FMEA de Serviços (SeFMEA) É uma derivação do PFMEA e tem como função identificar como um processo pode fracassar em atender os requisitos críticos dos clientes. O SeFMEA atua, portanto, recuperando esses processos com ações imediatas caso ocorram problemas na entrega do serviço e implantando as ações que devem ser tomadas para tornar o processo à prova de erros.

FMEA de Sistema (SFMEA) É uma derivação do DFMEA, usada para identificar possíveis falhas associadas a sistemas e subsistemas do projeto ainda na fase de sua concepção.

FMEA de Assistência Médica (HFMEA) É uma adaptação do PFMEA para a área médica, usada para identificar possíveis falhas e suas causas antes que serviços futuros sejam fornecidos, proporcionando oportunidades para melhorar os serviços atuais e mitigar problemas que poderiam resultar em riscos graves para o paciente.

FMEA Ambiental É uma adaptação do PFMEA, empregado para identificar os aspectos e impactos ambientais gerados pelo processo, analisando as causas mais críticas e mitigando riscos ao ambiente.

5. Por que e quando usar o FMEA

Um ponto a se considerar ao elaborar um FMEA é a obrigatoriedade, pois algumas normas exigem a realização do FMEA para tirar a certificação. A norma IATF 16949 exige o FMEA como requisito. Por outro lado, as normas ISO não exigem a elaboração de um FMEA apesar de ser recomendado. Um segundo ponto a favor da realização do FMEA é a confiabilidade. Isso porque a ferramenta serve para antever e minimizar falhas sistêmicas em produtos ou processos, assim como seu efeito sobre o conjunto, aumentando, portanto, sua confiabilidade. Além disso, a realização de um FMEA consiste na possibilidade de reduzir custos caso modificações sejam necessárias no futuro. Confira na Figura 2 um gráfico de custos por modificação. No exemplo da Figura 2, mostra que na fase de concepção a alteração do FMEA não apresenta impactos financeiros; porém, a partir da segunda fase, onde a engenharia já deu aprovação, começa-se a investir fortemente em ferramentas de melhoria de processo. Na terceira fase, a produção começa a utilizar maquinário e ferramental, assim os custos em melhoria aumentam também. A partir daí, tudo que esteja fora do Planejamento Avançado custará muito caro para ser modificado, o que as empresas em geral tentam evitar.

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Figura 2: Gráfica de modificações e custos

Por fim, ainda para explicar os motivos para se utilizar o FMEA, trazemos um estudo de caso que comprova que a realização dessa ferramenta nas fases iniciais de um projeto é sempre vantajosa. Em várias ocasiões em que a empresa investiu no planejamento do FMEA, a execução do projeto foi melhorada. Veja o estudo de caso a seguir:

5.1. Benefícios do FMEA

Na Tabela 1 abaixo encontram-se os principais benefícios do uso do FMEA de acordo com a área em que é aplicado

Tabela 1: Benefícios do FMEA nas diferentes áreas de atuação Sistema Projeto Processo Serviço

Ajuda a selecionar a melhor alternativa de projeto.

Estabelece uma prioridade de ações de melhoria de projeto.

Identifica as deficiências no processo e oferece um plano de ações corretivas.

Auxilia nas análises dos fluxos de trabalho.

Ajuda a determinar redundância.

Fornece informações para ajudar no FMEA através da verificação do projeto do produto e testes

Identifica as características críticas e/ou significativas do processo e ajuda a desenvolver planos de controle.

Auxilia nas análises dos sistemas e/ou processos e identifica as deficiências das tarefas.

Ajuda na definição da base para os procedimentos de diagnóstico em nível de sistema.

Ajuda a identificar as características críticas ou significativas das falhas.

Estabelece uma prioridade de ações corretivas.

Identifica as tarefas críticas ou significativas e ajuda no desenvolvimento dos planos de controle.

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O impacto financeiro foi acima de 1 bilhão de dólares e atraso de meses com a investigação e mitigação de novas falhas, porém o maior impacto foi o humano, com as mortes dos tripulantes.

6. Exemplo

PFMEA - Troca de um pneu furado Primeiramente, para começar um FMEA, é necessário entender as etapas do processo analisado. Em seguida, o documento do FMEA deve ser preenchido. A primeira coluna é a de Item, a segunda de etapa e função do processo e as demais colunas são de análise qualitativa. Por último são determinados os índices atribuídos aos itens de acordo com severidade, ocorrência e detecção. Ao final da análise de risco, o resultado do cálculo dos três indicadores será a priorização dos falhas, numericamente, e ver qual deve ser atacada primeiro. Confira abaixo na Figura 3 o processo descrito e, na Tabela 2, o FMEA já preenchido.

Figura 3: Diagrama do processo - Troca de um pneu furado

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Tabela 2: FMEA - Troca de um pneu furado

O preenchimento da planilha FMEA em linhas e colunas começa com a preparação do FMEA, selecionando os Itens (primeira linha) e suas Funções, sejam eles produtos ou processos. As análises de Modos de Falhas (4ª coluna) são feitas para cada Item, e não se deve iniciar a análise de um novo item sem ter encerrado a do anterior. Além disso vale ressaltar que o processo descrito no fluxograma irá se repetir caso uma falha não planejada for identificada.

7. Como elaborar um FMEA

A elaboração do FMEA segue uma sequência lógica que pode ser observada na Figura 4:

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Tabela 3: Roadmap FMEA

A elaboração do FMEA requer algumas entradas e tem saídas esperadas. A visão do SIPOC do FMEA é mostrada na Figura 5 e identifica as principais entradas e saídas:

Figura 5: SIPOC FMEA

As entradas esperadas pelo processo correspondem a: ● Definição do objetivo, escopo do produto ou processo; ● Definição do cliente; ● Identificação de funções, requisitos e especificações do projeto/processo; ● Identificação de modos de falha potenciais; ● Identificação dos efeitos potenciais de cada falha; ● Identificação das causas potenciais.

Já a saída tem as seguintes características: ● Identificação dos controles; ● Cálculo do risco: nº de prioridade de risco (RPN); ● Gestão dos maiores RPN’s e ações recomendadas;

O FMEA pode ser abordado de duas maneiras: Top Down e Bottom Up. A primeira começa com uma visão macro do processo que se afunila até “enxergar” cada

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componente; a abordagem Top Down é realizada geralmente na confecção de um projeto. Já a segunda abordagem, mais usada, trata-se de analisar um componente de

forma mais pontual até chegar em seu efeito no sistema. Na análise Bottom Up cada

componente no nível mais baixo é estudado e a análise estará concluída quando todos os

componentes forem considerados. Essa abordagem também é chamada de abordagem de

hardware. Em ambas as abordagens o preenchimento ocorre a mesma forma, sendo que

apenas o foco muda.

8. Definições

Antes de aprender sobre cada fase de elaboração de um FMEA, é importante esclarecer alguns de seus componentes e suas definições:

Função: Determinação das necessidades e expectativas. Ex: Funcionamento do motor; Falha: perda da função do objeto de estudo, quando ele é necessário. Ex: Desligamento repentino do motor; Modo de falha: é a maneira pela qual um sistema, processo ou produto pode falhar em atender a determinados requisitos. Ex: O motor apresenta falha e/ou desligamento sem aviso prévio; Efeito do modo de falha: diz respeito à(s) consequência(s) que essa falha traz para os processos e clientes. Ex: Risco de acidentes graves para os ocupantes; Causa: indicação de deficiência no projeto ou processo, que resulta no modo de falha, podendo ser proveniente de: ● Fatores ambientais; ● Erros humanos; ● Próprio componente ou componentes próximos. Cliente: no FMEA, são considerados clientes: ● Cliente final utilizador; ● Próxima operação de fabricação interno; ● Próximas operações na cadeia de fornecimento; ● Linha de montagem do fabricante; ● Regulamentações.

9. Fase 1 - Planejar e Preparar

Nesta primeira fase, serão detalhados os procedimentos para planejar uma reunião de FMEA. Essa fase é dividida em três etapas: A. Escolha do assunto a tratar; B. Organizar estudo; C. Reunir informações (difundir).

A. Escolha do Assunto a tratar Uma coisa muito importante a ser tratada na reunião de planejamento é sistematizar o FMEA. Sempre que houver riscos estimados ou medidos; inovações ou áreas mal dominadas ou mesmo desconhecidas; ou simplesmente apostas importantes

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Figura 7: documentos gerados nos diferentes tipos de FMEA

9.1. Ferramentas usadas na Fase 1

As ferramentas auxiliares de FMEA e que trabalham relacionadas a ele são descritas abaixo:

Histograma É um gráfico de frequência que tem como objetivo ilustrar como uma determinada amostra ou população de dados está distribuída. Ele contabiliza a ocorrência de determinado valor dentro dessa nossa distribuição de dados. É uma das sete ferramentas da qualidade, que nos ajudam a controlar processos tanto na indústria como no setor de serviços.

Fluxograma É uma das melhores ferramentas para se mapear um processo, pois proporciona uma melhor visualização facilitando sua observação. Esta imagem é feita por meio de uma representação gráfica de uma série de atividades que definem o processo e a sequência entre elas.

Diagrama de blocos Um DFMEA deve começar com um diagrama de blocos para o sistema, subsistema e/ou componente analisado. Essa ferramenta, por sua vez, indica o fluxo de informações, energia, força, fluido, etc. O objetivo é indicar claramente as entradas (inputs), o processo desenvolvido (função) e as saídas (outputs) dos blocos, ilustrando as relações primárias entre os itens cobertos na análise e estabelecendo uma ordem lógica para a análise.

P-Diagrama O P-Diagrama faz parte do trabalho de preparação para o preenchimento do formulário DFMEA. Os sinais de entrada do sistema/cliente e as funções ou saídas produzidas pelo item sob investigação são enumeradas no P-Diagrama. Além das

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funções "ideais" produzidas pelo Item, o P-Diagrama captura as saídas ou efeitos colaterais indesejados ou indesejáveis.

Matriz de interface A Matriz de interface é um gráfico com os subsistemas e/ou componentes (dependendo do escopo do FMEA) nos eixos vertical e horizontal, respectivamente. O gráfico mostra quais interfaces, e tipos de interfaces, devem ser consideradas na análise. Ela pode identificar as interfaces que foram perdidas no diagrama de blocos do FMEA, nesse caso, o diagrama de blocos pode ser atualizado.

O mapa estruturado dessa fase é ilustrado na Figura 8 e mostra a conexão entre as ferramentas para elaborar o FMEA:

Figura 8: Mapa de como reunir informações

9.2 Cabeçalho

A Fase 1 - Planejar, nos permite preencher o cabeçalho da planilha de FMEA com as informações básicas: tipo de FMEA, equipe e o nome do projeto. Confira um exemplo de cabeçalho na Figura 9 abaixo.

Figura 9: Cabeçalho FMEA

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Para os dois tipos, DFMEA e PFMEA, o preenchimento das colunas de itens e funções apresenta algumas diferenças, como mostrado na Tabela 4.

Tabela 4: Preenchimento itens e funções FMEA

DFMEA PFMEA

Quais são os principais objetivos? Qual o objetivo primário da operação?

O que o item deve ou não fazer? Qual a operação que se pretende ou não fazer?

Quais funções se relacionam? A função está escrita na forma: “faça esta (operação) com esta (peça ou conjunto) com esta (ferramenta)”?

Quais funções relacionadas à segurança são importantes para esse item?

Qual é o padrão de desempenho? Qual é a performance padrão dessa operação?

A colunas seguintes de Modo de Falha e Potenciais de Falha também são preenchidas de formas distintas para DFMEA e PFMEA, vide Tabela 5. Os efeitos potenciais de falha são denominados conforme a percepção do cliente, sendo este o processo subsequente, o revendedor ou o cliente final. Um modo de falha pode gerar mais que um efeito de falha e esses problemas podem ocorrer tanto dentro da organização, quanto com o cliente final.

Tabela 5: Preenchimento modos potenciais de falha FMEA DFMEA PFMEA

De que maneira o item pode falhar ao executar as funções pretendidas?

De que maneira a operação pode falhar ao executar a função pretendida?

De que maneira o item pode executar uma função não intencional?

De que maneira a operação pode executar uma função não intencional?

O que poderia dar errado com esse item? O que poderia dar errado nessa operação?

O que poderia dar errado nas interfaces? Por que uma peça seria rejeitada nessa operação?

Como o item pode ser mal utilizado? Quais características significativas do produto podem ser modos de falha em potencial?

A etapa de preenchimento da coluna Causas é uma das mais importantes do processo, pois é neste momento que se busca encontrar a raiz do problema. Além disso,

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o conhecimento da equipe é um ponto importante para gerar o resultado esperado. Em alguns casos, a causa pode ser uma deficiência no processo, passando assim a ser definida como modo de falha, que a princípio poderá ser corrigida ou monitorada. É possível que existam dificuldades para encontrar as causas no FMEA, tanto que em alguns casos são adicionadas causas que pouco contribuíram com o problema. Por isso é tão importante contar com uma equipe capacitada a identificar as causas básicas. Geralmente, essas causas contribuem em 80% dos modos de falha potencial, e com isso otimizar e assegurar a solução das falhas. Algumas ferramentas contribuem para identificar essas causas, como por exemplo o Diagrama Ishikawa e Brainstorming (tempestade de ideias), que podem ser muito úteis neste item, além das outras ferramentas de qualidade que podem ajudar a descobrir as causas. As diferenças de preenchimento entre os tipos são descritas abaixo, na Tabela 6:

Tabela 6: Preenchimento das causas FMEA DFMEA PFMEA

Como pode ocorrer a falha?

O que poderia causar a falha do item dessa maneira?

O que poderia causar a falha da operação dessa maneira?

Que circunstâncias podem levar o item a não desempenhar a função pretendida?

Que circunstâncias podem levar a operação a não desempenhar a função pretendida?

Por que poderia ocorrer a falha?

Qual é o mecanismo da falha?

O exemplo abaixo, na Figura 12, mostra o preenchimento de um DFMEA para dois itens. O preenchimento segue as características relevantes da análise técnica apresentadas nas Tabelas 3, 4 e 5. Confira:

Figura 12: Exemplo de DFMEA preenchido com parte da análise técnica

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