FMEA – A Análise dos Modos de Falha e seus Efeitos

A FMEA teve origem na FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis), desenvolvida nos anos 50 pela indústria aeroespacial e pelas forças armadas americanas para tratar e classificar as falhas de acordo como o seu impacto no sucesso das missões e nas questões críticas de segurança. Ela possui atualmente uma norma ou padrão militar específico

para sua aplicação, a MIL-STD-1629A7. Segundo Blanchard et al. (1995), a FMECA consiste de duas análises distintas: a FMEA e a Análise de Criticidade ou Criticalidade (CA). Sendo, portanto, um desdobramento da FMECA, a FMEA foi inicialmente utilizada de forma independente por engenheiros de confiabilidade nos anos 60 e 70, e especificamente desenvolvida pelos fabricantes de automóveis que desejavam avaliar os modos de falha potenciais de um componente e/ou processo e seus efeitos na performance do produto. Atualmente, existem um manual de referência8 e uma norma SAE 9 desenvolvidos respectivamente pelo Grupo de Ação da Indústria Automotiva (AIAG) e pelo Comitê de Melhoria do Processo e Qualidade Automotiva, formado pela Ford Motor Company, General Motors Corporation e DaimlerChrysler Corporation.

Tanto a FMEA quanto a FMECA são ferramentas de análise destinadas à identificação de deficiências potenciais de projeto, onde deve-se considerar todas as formas possíveis nas quais um componente pode falhar (os modos de falha), as causas possíveis para cada falha, os seus efeitos na operação do sistema (e em outros componentes), e as ações corretivas que podem ser iniciadas para prevenir (ou reduzir a probabilidade de) problemas potenciais que possam ocorrer no futuro. A FMECA considera ainda a criticidade do modo de falha de um componente avaliando a freqüência provável de sua ocorrência, o grau de severidade e a probabilidade de detecção do efeito do modo de falha, representando-a em um número apenas, o chamado “número de prioridade de risco” (RPN) o qual corresponde à

7 _{MIL-STD-1629A, Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis, Department of} Defense, Washington, DC, 1984.

8 _{FMEA-3, Potential Failure Mode and Effects Analysis (FMEA), Reference Manual, AIAG, 2001.}

9 _{SAE J1739, Potential Failure Mode and Effects Analysis in Design (Design FMEA) and Potential Failure} Mode and Effects Analysis in Manufacturing and Assembly Processes (Process FMEA) and Effects Analysis for Machinery (Machinery FMEA), Automotive Quality and Process Improvement Committee, 2002.

Sistema Selos Labirinto Identificação Data 14/01/02

Função Conter Vazamento de Gás Analistas A. Masi, M. Mugnaini Revisão

Modos de Falha Efeitos da Falha

Modo de Falha Causa Freqüência Ocorrência Efeitos Locais Efeitos Globais Método Detecção Grau de Severidade Probabilidade de Detecção RPN Expansão Térmica Temperatura 1 Vazamento de Gás Perda de Performance Inspeção 6 10 60 Quebra Vibração 3 Vazamento _{de Gás Performance} Perda de Inspeção 6 10 180

Quadro 2.1 - Exemplo de FMECA dos selos labirinto de um compressor centrífugo. Fonte: adaptado de TASSELI et al., 2002.

multiplicação dos valores quantitativos dos três elementos. No Quadro 2.1, um exemplo de formulário típico de FMECA de sistema aplicado a um componente de um compressor centrífugo.

Além dos benefícios mais evidentes como a identificação de ações ou modificações que podem eliminar ou reduzir a chance de falhas potenciais ocorrerem e avaliar os riscos envolvidos na pane de um sistema, a FMEA e FMECA aumentam o nível de conhecimento dos analistas e fornecem insights sobre seu comportamento esperado. Portanto, mais do que uma ferramenta de projeto, a FMEA se constitui num registro sobre os mecanismos e conseqüências de falhas que pode evitar que problemas passados venham a ocorrer novamente, buscando uma melhoria contínua e sendo um documento “vivo”, que deve ser atualizado para representar as últimas mudanças realizadas no produto. Na manutenção, ela auxilia na busca por soluções mais eficazes no tratamento das falhas, suas prevenções e conseqüências, podendo indicar pontos a serem melhorados no projeto do equipamento sob o ponto de vista da mantenabilidade e da confiabilidade.

A FMEA é um método padrão de análise de falhas utilizada no projeto de produtos e sistemas. Uma FMEA rigorosamente executada contém informações valiosas sobre os vários componentes e montagens de um produto, que podem ajudar na detecção antecipada de pontos fracos do seu projeto. Essa ferramenta, entretanto, é ainda considerada muito laboriosa e cara por muitas organizações (TUMER et al., 2003). Uma das maiores dificuldades encontradas é a baixa reusabilidade do conhecimento gerado devido a descrições redundantes e inconsistentes das funções dos componentes e sistemas e das suas falhas correspondentes. Isto se deve principalmente à falta de uma metodologia para se conduzir uma FMEA e ao uso de linguagem natural para descrever as informações relativas à análise. Tumer et al. (2003) propõem o uso de uma taxonomia para mapear funções e falhas de maneira inequívoca, baseando-se numa descrição física do mecanismo de falha, enquanto Xu et al. (2002) apresentam um método baseado na lógica difusa (fuzzy) para representar a linguagem natural tipicamente utilizada na FMEA e permitir o compartilhamento de informações entre especialistas de diversas áreas. Embora esse não seja o propósito deste trabalho, ambas as propostas podem ser tratadas por sistemas baseados em conhecimento (v. Capítulo 3).

A relação entre modo de falha e efeito, se bem compreendida, pode tornar-se numa fonte de conhecimento importante para a análise de confiabilidade e também para as sistemáticas de manutenção a serem adotadas. Entretanto, a dificuldade na determinação dessa

relação, normalmente, é grande, uma vez que diferentes modos de falha podem se manifestar da mesma maneira, ou seja, podem apresentar o mesmo efeito. Essa complexidade torna-se ainda mais evidente quando um item está associado a outro. Sakurada (2001) ilustra uma situação desse tipo:

Por exemplo, um eixo enquanto um elemento de máquina isolado pode ter modos de falha do tipo: fratura abrupta, fratura por fadiga, empenamento. Se associado ao mancal, e o eixo estiver girando, pode-se considerar, ainda, os modos de falha: eixo trancado e eixo desalinhado. Tanto o modo de falha “empenamento” quanto “eixo desalinhado” tem como efeito, quando o eixo gira, a vibração. Esse efeito pode ser produzido também por problemas específicos nos mancais que suportam o eixo ou por outros componentes que estão montados no eixo.

Outro aspecto importante a ser abordado na FMEA é a causa geradora do modo de falha. Embora muitos modos de falha sejam inerentes ao item sob análise, o estudo das causas permite aprofundar a relação entre o item e a função, e gerar procedimentos mais consistentes para tirar maior proveito dos efeitos nas suas primeiras manifestações, no sentido de tomar as providências necessárias antes da perda da função devido à ocorrência do modo de falha. Mais uma vez, a manutenção preditiva encontra apoio nas técnicas de análise discutidas neste trabalho, essa que é certamente a categoria de manutenção mais importante a ser aplicada em compressores de grande porte.

Modo de Falha Efeito Causa

O Problema As Causas do Problema da FMEA de Sistema As Causas do Problema da FMEA de Projeto FMEA de Sistema FMEA de Projeto FMEA de Processo O Mesmo Efeito da FMEA de Projeto As Causas Raízes Específicas dos Modos de Falha de Processo O Efeito da FMEA

de Sistema com uma Melhor Definição

As Novas Causas Raízes dos Modos de Falha de Projeto As Ramificações do

Problema

As Causas do Problema

Figura 2.17 - Relações entre as aplicações de FMEA na indústria automotiva. Fonte: adaptado de SMITH, 1998.

O processo de desenvolvimento da FMEA deve ser conduzido por uma equipe multidisciplinar que conheça o projeto, os modos de operação e as tarefas de manutenção utilizadas no produto ou sistema. Se possível, é útil incluir pessoas que conheçam o processo de fabricação dos componentes do sistema sob análise, assim como os eventuais instrumentos e dispositivos eletrônicos auxiliares que possuam relação direta com a função desempenhada pelo equipamento. Essas equipes podem e devem fazer uso de ferramentas como FTA, QFD e brainstorming. Como no processo de análise da MCC (v. seção B.1.4), toda a documentação disponível, relacionada ao sistema, deve ser analisada e considerada como fonte de conhecimento para o processo da FMEA. Na Figura 2.17 são ilustrados os relacionamentos entre as diferentes aplicações de FMEA na indústria automotiva, onde é possível visualizar a hierarquia das FMEA’s de sistema, projeto e processo. Essa é a forma de se mapear as causas raízes dos modos de falhas de um sistema ou componente numa indústria de manufatura.