Artikel 10 van 20: De FMEA / FMECA

Dit is artikel 10 van een serie van 20 artikelen, uitgegeven door Rik Plattel van het European Reliability Centre (ERC) B.V. Het volledige overzicht van artikelen is te vinden op www.ercbv.eu

De Failure Mode Effect Analysis (FMEA) vs. de Failure Mode Effect & Criticality Analysis (FMECA).

Dit onderwerp speelt bij veel productiebedrijven en heeft noodzakelijkerwijs meer aandacht nodig. Er worden structureel veel fouten gemaakt bij het beschrijven van storingsgedrag in een FME(C)A. Dit artikel is bedoeld om meer focus te leggen op de kwaliteit van deze belangrijke FME(C)A.

FME(C)A begint met twee letters: FM van Failure Mode. Dit is waarschijnlijk ook gelijk het moeilijkste van de FMEA en de FMECA. Let op het verschil op tussen Failure en Failure Mode (Storing en Storingsvorm).

In Artikel 2 zijn we ingegaan op de verschillen tussen Failure (storing) en Failure Mode (storingsvorm).

Geen alternatieve tekst opgegeven voor deze afbeelding

Deze Failure Mode is de oorzaak inclusief de achterliggende reden. Een Failure (storing) is een verzameling Failure Modes (storingsvormen). Professionele onderhoudsconcepten zijn altijd gebaseerd op Failure Modes. Je kunt nooit een lekke band voorkomen. Maar verkeerde montage moet je echt anders voorkómen dan lek door veroudering of lek door teveel kilometers. En het is toch allemaal onderhoud.

Veel voorkomende FME(C)A typen zijn:

  • Design-FME(C)A
  • Process-FMEA
  • Object-FME(C)A

Voor onderhoudsconcepten en onderhoudsplannen gebruiken we Process-FMEA of de Object-FME(C)A. Bij de Process-FMEA doorlopen we een andere route naar de Failure Mode dan bij de Object-FME(C)A. De Process-FMEA kost meer tijd, maar is ook veel completer, beter, gedetailleerder. Daarom wordt de Process-FMEA vooral geadviseerd bij hoog-kritische systemen en de Object-FME(C)A bij midden- en laag-kritische systemen.

Het verschil tussen FMEA en FMECA is de kritikaliteitsanalyse (C = Criticality). Hierbij wordt gebruik gemaakt van Risk Priority Numbering (RPN)-technieken. In een aantal situaties helpt het vroegtijdig een kritikaliteitsweging te doen. Maar bij gebruik van een verkeerde RPN-template gaat het ten koste van kwaliteit en verdedigbaarheid. De keuze van de RPN-template om de kritikaliteitsanalyse te doen is van groot belang. Zo groot, dat we er bij hoog-kritische systemen geen gebruik van willen maken. Als we hebben aangegeven dat een proces hoog-kritisch is, moet je niet nog eens een kritikaliteitsanalyse doen. Dan moet je zorgen dat je ALLE Failure-Modes in beeld krijgt die de effectiviteit van het systeem kunnen verstoren. Alsnog een kritikaliteitsanalyse doen bij hoog-kritische systemen is gevaarlijk. Je loopt het risico storingsvormen te missen. Reliability-centred Maintenance gebruikt een Proces-FMEA om het storingsgedrag te beschrijven en geen FMECA. Dat is niet voor niets:

Tijdens de ontwikkeling van RCM hadden Nowlan, Heap en Matteson die keuze wel. Want Boeing maakte in 1942 al gebruik van RPN-technieken en hun FMECA’s. Maar voor RCM is met opzet gekozen voor een FMEA, omdat RCM geschikt is om onderhoudsconcepten te ontwikkelen voor hoog-kritische systemen. Dat lijkt tegenstrijdig. Hoog-kritisch…? Dan zou je toch een kritikaliteitsanalyse juist kunnen gebruiken? Dat is een bekende valkuil: Als iets hoog-kritisch is, mag je oplossingen nooit stroomlijnen.

Kritikaliteitsanalyses worden vaak gebruikt om een weging te doen met bedrijfsmiddelen of storingsvormen. De Total RPN-Value geeft dan inzicht in welke bedrijfsmiddelen of storingsvormen hoog-, midden- of laag-kritisch zijn. Op het moment dat deze waarde wordt gebruikt, worden al keuzes gemaakt voordat effecten en gevolgen zijn geëvalueerd. Deze keuze is vaak te vroeg: Niet alle details zijn dan al bekend. Dit gaat ten koste van de kwaliteit. Om dat te voorkomen, maakt RCM géén gebruik van een FMECA, maar specifiek van een Process-FMEA. Voor midden- en laag-kritische systemen is het belang minder en helpt het juist om een FMECA te doen in plaats van een FMEA.

De Design-FME(C)A helpt bij het ontwikkelen van nieuwe industriële toepassingen. Het is bedoeld als een dynamische tool om de ontwikkelaar inzicht te geven om een toepassing te bedenken die aansluit bij de wensen en eisen van de klanten. De Design-FME(C)A wordt als “Nice to have” gebruikt. Maar vaak staan er storingsvormen in die al lang met gerealiseerde modificaties worden voorkomen. Die storingsvormen horen dan niet meer thuis in een analyse om onderhoudsconcepten te maken.

De Object-FME(C)A wordt als FMEA en als FMECA gebruikt. De Object-georiënteerde aanpak is er één die “lekker makkelijk”, behoorlijk snel, overzichtelijk is en weinig kennis van de FME(C)A-materie vereist. Een boomstructuur-lijstje met objecten, bedrijfsmiddelen, systemen, onderdelen of modules om mee te beginnen. Hiervan worden de Failure Modes beschreven die kunnen plaatsvinden op alle onderdelen van het lijstje. Van de Failure Modes worden dan Failure Effects beschreven. Hier zijn veel varianten van te vinden en sommigen werken tegenstrijdig. De Object-FME(C)A is goed in Excel te doen. Gebruikers passen zelf kolommen aan, waardoor er nog meer FME(C)A-varianten bijkomen. Soms gaat dat ten koste van de kwaliteit van de FME(C)A. Ook grote partijen maken zich daaraan schuldig, waardoor andere “volgers” er vanuit gaan dat de grote partijen het “wel weten”. Niets is minder waar. Het advies is om onderhoudsconcepten te ontwikkelen op basis van een zo volledig mogelijk overzicht van storingsvormen met storingseffecten. En hoe je daar aan komt is een tweede. Heb je niks en begin je “from scratch”, gebruik dan RCM, ODM en QM. Heb je al bestaande onderhoudsplannen die je wilt optimaliseren, gebruik QM. Een makkelijker tool is haast niet te vinden.

Voordat deze keuze gemaakt wordt of er wel of niet een onderhoudsconcept moet komen, moet eerst bepaald of het systeem grondig of oppervlakkig geanalyseerd moet worden. Het is verstandig het hele productieproces op te delen in hoofd- en sub- en evt. sub-subprocessen. Juist níet in assets- en bedrijfsmiddelen. De reden is dat productierendementen niet door machines maar door processen worden gerealiseerd. Processen hebben interacties met machines, procedures en mensen. Door te vroeg te focussen op machines, mis je misschien wel 70% van alle reëel mogelijke storingsvormen. Kortom: DENK NIET IN IJZER MAAR WEES WIJZER.

Bij het opdelen van processen, is handig deze processen werkwoorden mee te geven. Bij een spuitgietbedrijf zou dat kunnen zijn: inkleuren, plastificeren, vormen, uitnemen, transporteren, stapelen, …

DORA Software structuur indeling processen

Elk van deze processen in lijn 3 bevat bedrijfsmiddelen, kwaliteitseisen, bedieningsinstructies, procedures. Hier zijn heel goed systeemgrenzen omheen te trekken in een P&ID (procestekening). Dit is een goed niveau om een FME(C)A van te maken.

Van de subprocessen van lijn 3 zal eerst een kritikaliteitsanalyse gedaan worden, om vast te stellen welke processen hoog-, midden- of laag-kritisch zijn. Dat bepaalt welke analysemethodiek gebruikt wordt.

  • Reliability-centred Maintenance (RCM) voor hoog kritische systemen.
  • Object Driven Maintenance (ODM) voor midden kritische systemen.
  • Quick Maintenance (QM) voor laag kritische systemen.

Het voordeel van deze methodieken is dat ze alle drie gebruik maken van dezelfde terminologie en dat de analyses later altijd te up- en downgraden zijn.

De Process FMEA

De Process FMEA begint met een Operational Context. Zo wordt inzichtelijk hoe het proces moet functioneren en kunnen de functies worden beschreven. De stappen van de Process FMEA zijn:

  1. Functies beschrijven wat het proces moet doen in zijn huidige bedrijfsverband (Operational Context).
  2. Daarna wordt het omgekeerde van de Functie beschreven, het disfunctioneren, ofwel de Functionele Storing. (De Functionele Storing is een toestand die niet aan de functie voldoet. De functionele storing is ongelooflijk belangrijk. Het koppelt de kennis van productie aan de TD.).
  3. Deze toestanden hebben oorzaken die we Failure Modes (Storingsvormen) noemen. Iedere Failure Mode is een oorzaak die leidt tot functioneel falen. Failure Modes zijn het hart van iedere FMEA. Ze beschrijven het actuele storingsgedrag.
  4. Iedere Failure Mode heeft zijn eigen Failure Effects (Storingseffecten). Het Failure Effect is een verdieping van de Failure Mode en beschrijft:
  • Potentiële storingen met hun PF-intervallen
  • Combinatie van unieke bewijslast die alleen bij deze storingsvorm optreedt
  • Effect op produktie
  • Effect op VGM-regelgeving
  • Fysieke schade
  • Wat nodig is om de Failure Mode op te lossen.
  • Bij voorkeur ook nog informatie over MTBFM en storingspatronen.

De Process-FMEA kent vele technieken om valkuilen uit de weg te gaan en de meest volledige lijst met reëel mogelijke Failure Modes te beschrijven. Dit is vastgelegd in de methodiek-RCM.

De Object-FME(C)A

De Object-FMEA begint ook met een Operational Context, net als bij de Process-FMEA. Daarna is de Object-FME(C)A oppervlakkiger dan een Process-FMEA. Het beschreven storingsgedrag is sneller klaar omdat het minder volledig is en oppervlakkiger. Het werkt sneller. Door de mindere kwaliteit is hij echter niet toepasbaar voor hoog-kritische systemen, maar zeer goed in te zetten voor midden- en laag-kritische systemen.

Een goede FMEA aanpak van de Object FME(C)A doorloopt 4 stappen:

  1. Operational Context.
  2. Opsomming van alle bedrijfsmiddelen binnen de systeemgrenzen met of zonder onderhoudstaken met intervallen.
  3. Beschrijving van alle reëel mogelijke Failure Modes (Storingsvormen) die van toepassing zijn op de vorige stap.
  4. Beschrijving van de bij de Failure Modes horende Failure Effects (Storingseffecten), zoals dat ook bij RCM wordt beschreven.

Onafhankelijk of er een FMEA of FMECA wordt gebruikt, moet het ACTUELE storingsgedrag worden beschrijven. Tegenwoordig kunnen we de FME(C)A prima in software gebruiken om deze te koppelen met andere systemen. De FME(C)A is een tool die bij uitstek geschikt is om continu te verbeteren.

  • Uitstekend geschikt om onderhoudsconcepten te maken.
  • De storingsvormen in de FME(C)A kunnen gebruikt worden om storingen te melden. Als storingen zijn opgelost, kan de oploskennis geëvalueerd worden met de aanwezige informatie in het storingseffect. Hiermee wordt de FME(C)A steeds beter.
  • Leermodule voor iedereen die storingen moet melden. De FME(C)A beschrijft alle oorzaken van disfunctioneren inclusief alle effecten. Hoe beter de storingsmelder zijn proces kent, hoe beter hij storingen in het vervolgt kan voorkomen en de juiste storingen kan melden.
  • Koppeling met PLC- en PC-systemen.
  • Koppeling met PRS- en SCADA-systemen.
  • Koppeling met OEE-systemen.
  • Data Mining tools.
  • Process Mining Tools.
  • MPE (Maintenance Program Effectiveness)-rapportages.
  • Dynamische paretorapportages.
  • Input voor reservedelenstratgegie.

De FME(C)A is een veelzijdig in te zetten kennisbank die centraal in een organisatie alle kennis vergaart die nodig is bij iedereen die invloed heeft op productierendementen.

Er zijn bedrijven die hun storingsgedrag van 52.000 storingsminuten/jaar binnen zeven jaar terugbrachten naar 1.900 storingsminuten/jaar. Een ander was in staat de ‘kinderziekteperiode’ van een heel nieuw productieproces te minimaliseren tot 3,5 maanden, terwijl men gewend was dat nieuwe productieprocessen 12-18 maanden kostten om de ‘kinderziekten’ er uit te krijgen. Weer anderen konden drastische kostenverlagingen realiseren en weer anderen waren in staat doden te voorkomen. In alle gevallen gaat het over hetzelfde. Als je storingsgedrag onder controle krijgt, heeft dat een positief effect op kosten – veiligheid – milieu – kwaliteit – levering – beschikbaarheid – betrouwbaarheid.

DORA Software (www.dorasoftware.com) maakt sinds 2005 gebruik van beschreven methodieken. DORA Software is bij grote producenten in gebruik.

Dit artikel is een van de 20 artikelen die worden aangeboden door European Reliability Centre (ERC) B.V. ERC is gespecialiseerd in trainingen en software voor maintenance en reliability engineers. ERC richt zich vooral op productiebedrijven die het storingsgedrag van hun productieproces willen verbeteren, met als doel kosten te verlagen en beschikbaarheid, betrouwbaarheid en effectiviteit te vergroten.

Op www.ercbv.eu zijn alle artikelen te vinden en is informatie over alle trainingen beschikbaar.

Trainingen worden vanaf 6 deelnemers ook op locatie gegeven. Informeer naar de mogelijkheden.

European Reliability Centre (ERC) B.V.

Vlietskade 1011

4241 WD ARKEL

www.ercbv.eu / info@ercbv.eu / +31 (0)184600988