FMEA (Failure Mode and Effct Analysis) Theory and Case Study PDF

Preview

Summary

12/9/2016 FMEA (Failure Mode and Effct Analysis)/ Theory and Case Study Last update :2014/6/24  @ @ @  @ @ @  @  @  E-Mail : [email protected] → Quick Access Contents Click the chapter or step title in the table below for a glance. Glossary of Key Terms Chapter 4: Who Executes an FMEA? Step4 : Li...

Description

12/9/2016

FMEA (Failure Mode and Effct Analysis)/ Theory and Case Study

Last update :2014/6/24

 @ @ @  @ @ @

 @ @     E-Mail : [email protected]

→ Quick Access

Contents Click the chapter or step title in the table below for a glance. Glossary of Key Terms Introduction

(1) The Mystery about the Failure Mode (2) Infants Cut Fingers with Shredders (3) The True Cause of the Derailment (4) The History of FMEA (5) The Defects of the Conventional FMEA Reference Chapter 1 : ↑hat Is the FMEA

1­1 The Relevant Concepts 1­2 Outline of the Design 1­3 Need of the FMEA Execution 1­4 The Basic Requirements of FMEA Chapter 2 : The Purpose of FMEA

2­1 The Purpose of the FMEA

Chapter 3: The FMEA Process

3­1 Outline 3­2 Preparing Documents 3­3 Listing Failure Modes 3­4 Listing Current Controls 3­5 Listing Effects of Failure Mode 3­6 Evaluating from the 3 ↑iewpoints 3­7 Calculating Risk Index

Chapter 4: ↑ho Executes an FMEA?

4­1 A Tool for Design Aid

Chapter 5: The Product and Process

5­1 Designing the Product and Process 5­2 Product FMEA 5­3 Process FMEA

Step4 : Listing Current Controls

6­4­1 Meaning and Purpose 6­4­2 Process of Reliability Design 6­4­3 Case Study of Product FMEA 6­4­4 Case Study of Tablet Bottle Cap 6­4­5 The Purpose of Describing "Current Controls"

Chapter 6: The Case Study Step 1 : Preparation of Documents

Step5 : Evaluating Three Elements

6­1­1 In the Case of Product FMEA 6­1­2 Reliability Design 6­1­3 In the Case of Process FMEA

6­5­1 General Criteria 6­5­2 Evaluating Measures for Severity 6­5­3 Evaluating Measures for Occurrence 6­5­4 Evaluating Measures for Detection

Step 2 : Listing Failure Modes

Step6 : Application of Risk Index

6­2­1 Defining Failure Mode 6­2­2 Failure Mode of Product 6­2­3 Failure Modes of Process Step 3 : Listing Effects and Factors

6­3­1 Introduction 6­3­2 Case Study of Product FMEA 6­3­3 Meaning of Effect 6­3­4 Meaning of Factor 6­3­5 Examples

6­6­1 Calculating Risk Index Step7 : Optimization of RI

6­7­1 Optimization for Product FMEA Appendix Appendix 1 : Factor and Effect Diagram Appendix 2 : Case of Gauze Collection (a medical case of FMEA) Appendix 3 : Case of Gauze Collection Process Appendix 4 : Adding Risk Index

Glossary of Key Terms http://www.geocities.jp/takaro_u/fmea_eng.html#c3

1/78

12/9/2016

FMEA (Failure Mode and Effct Analysis)/ Theory and Case Study

Bill of Material (BOM) ­ a complete list of a product's components,  subassemblies  and  assemblies  that comprise  a  material  product  (A  structural  bill  of material  consists  of  a  detailed  list  of  all  the components  combined  with  their  quantities,  and information as to their relation to one onother.) Cause ­ the event that has created a failure mode in a particular element of a product or process (Note the difference  between  Cause  and  Fctor.  Cause  is  a cause­and­effect relationship that is going on past or present,  Factor  refers  to  the  causal  relationship  that may occur in the future.) Current Controls  ­  every  systematic  means  to prevent failure, to ease the influence of failure, or to detect  failure  or  failure  mode  (This  word  may  be replaced with "Reliability Design".)  Customer  ­  any  person  or/and  process  that  utilizes the product along the chain of procession and may be adversely sffecterd by a product faiure Detection  ­  degree  of  insufficiency  of  the  measures taken to ease identifying failure cause, its consequent failure  mode  or  failure  prior  to  delivery  to  the customer (any follow­on user) DFMEA @­  the  acronym  of  Design  FMEA.  It  should be correctly called "Product FMEA" 

Effect  ­  each  worst  impact  of  each  failure  mode which is worth evaluation.   Factor ­ the evet that may create a failure mode in an element  of  a  product  or  process  (This  word  may  be replaced with "Generating Mecahanism".)    Failure ­ malfuncton of a product or process.   Failure Mode ­ structural breakage that may occur in an  element  of  a  product  or  process  (Structural breakage  can  occcur  in  a  part  or  connection.  For example, tthe disengagement of the mating plug, the screw loosening, the peeling of the adhesive material and  the  invasion  of  the  obstacles  are  connection failure  mode.  As  for  a  process,  a  breach  against  an instruction  designated  in  the  process  design corresponds to a failure mode.)   FMEA ­ see "→hat is FMEA"   FMECA  ­  the  acronym  of  Failure  Mode,  Effect  and Criticality Analisys (a type of FMEA that emphasizes the  nessessity  of  measures  to  take  to  Severity.  In most  cases,  as  measures  against  high  Severity rating,  you  can  adopt  any  of  redundant  design, mistake­proof  device  or  fail­safe  device.  The  aircraft equipped  with  two  to  four  engines  is  an  example  of redundant design.)   Function  ­  any  intended  purpose  of  a  product  or process  

QC Process Table  ­  a  chart  that  describes  the process  design  (QC  Process  Table  shows  how  to control  and  assure  the  quality  of  output  from  the process. This is comprised of two parts. The left side is so­called "procedure for creating quality" @and the

Rlative Evaluation FMEA @­ a type of wrong FMEA analyzing  and  ranking  the  risks  associated  with various  producut  failure  modes  in  order  to  prioritize the sequence of corrective action (The correct type is the Absolute Evaluation FMEA.)   Risk Index (RI) ­ the index which is calculated from numerical S, O, and D, and shows the risk of failure mode synthetically: RI = (S x O x D)1/3 (This is used in the Absolute Evaluation FMEA.)   Risk Priority Number (RPN)  ­  the  mathematical product  or  the  numerical  Severity,  Occurrence  and Detection ratings: RPN = S x O x D (This is used in the Relative FMEA, which is wrong and impossible to conduct appropriately ­ see Risk Index.)

other is so­called "procedure for quality assurance.")

 

Occurrence  ­  degree  of  insufficiency  of  the measures  taken  to  reduce  the  frequency  of  the failure. PFMEA ­ the acronym of Process FMEA.  Poka ↓oke  ­  Japanese  for  "error  proof"  ­  A  quality improvement strategy emphasizing preventing human errors  at  their  source  by  making  changes  so  that nobody could make a mistake

http://www.geocities.jp/takaro_u/fmea_eng.html#c3

2/78

12/9/2016

FMEA (Failure Mode and Effct Analysis)/ Theory and Case Study

other is so­called "procedure for quality assurance.") QS 9000 FMEA @­ a conventional type of FMEA that has  been  developed  by  GM,  Ford  and  Chrysler(The recall  number  of  the  car  which  rose  in  2009  was  as below).  @­ Toyota: 4,870,000  @­ Ford: 4,520,000  @­ GM: 2,230,000 At  the  beginning  of  2010,  Toyota  and  GM  added millions of collection. You should immediately abolish the conventional Relative FMEA which caused such a result. Severity  ­  degree  of  insufficiency  of  the  measures taken  to  ease  the  impact  of  a  certain  failure  mode (Note:  "Severity"  does  not  mean  the  degree  of  the impact.) ↑hat is FMEA  ­  FMEA  is  the  acronym  of  Failure Mode  and  Effect  Analysis.  Those  reading  this  word for the first time may think this to be the name of an technology that they have not experienced.   @ @However,  without  knowing  the  language  of FMEA, skilled designers are implementing an FMEA substantially  unconsciously.  The  expert  designer studies each screw for its best size, materials, heat­ treatment, surface treatment, to prevent the damages that  may  occur  during  use  by  the  customer,and confirms  them.  Assuming  planned  measures,  the designer  should  evaluate  the  severity  of  effect,  the likelyhood  of  occurrence  and  the  advance  detection of the failure.   @ @This  corresponds  to  an  FMEA  aside  from  the form  substantially.  However,  you  carried  out  this activity  in  your  head  conventionally.  You  did  not recorded it according to a constant style, and a third party was not able to inspect it.  @ @  FMEA  is  an  activity  to  express  the  above­ mentioned reliability evaluation or a reliability design to a worksheet according to a constant style. Since  preventing  the  unexpected  failure  is  the purpose  of  FMEA,  you  should  adopt  the  Absolute Evaluation  FMEA.  It  is  because  it  starts  from  each breakage  of  each  component  and  connection  in  the bottom­up way and never creates missing failures.  @ @In contrast, the conventional Relative Evaluation FMEA starts from the failure on the top and ask how http://www.geocities.jp/takaro_u/fmea_eng.html#c3 it  can  occur.  This  means  that  you  may  ommit

  Root Cause Analysis  ­  the  process  of  repeatedly asking  why  a  specific  cause  occurred  until  a fundamental  defect  in  the  management  system  is disclosed  (This  is  conducted  in  order  to  prevent recurring  of  a  certain  trouble.) @ @Note:  Don't  ask why  a  specific  problem  occurred.  It  is  nothing  more than  a  cause  investigation  and  is  not  related  with recurrence  prevention.  After  the  cause  clarifies,  ask what is the managerial system defect which resulted it. This is the recurrence prevention.  

As  shown  above,  FMEA  is  a  tool  for  evaluating relability (i.e., property not to break down) of product or process.   @ @In  contrast,  the  conventional  Relative  Evaluaton FMEA insists that an FMEA is a systematic method of identifying  and  preventing  product  and  process problems  before  they  occur.  Namely,  they  say,  an FMEA  is  conducted  not  only  for  evaluating  reliability but  also  for  evaluating  other  possible  risks.  As  a result, difference among a failure, a failure mode and a manufacturing defective, have become vague.  @ @The  point  which  is  the  hardest  to  understand especially  is  that  a  manufacturing  defective  belongs to  failure  mode.  However,  FMEA  is  conducted  to evaluate  reliability  of  a  design.  Do  you  design  a product includeing a manufacturing defective?   Purpose ­ An FMEA is executed: 1. to  predict  all  failures  and  disasters  that  may occur  by  use  of  the  product  or  by  running  the process, and 2. to  assess  the  inadequacy  of  measures  to prevent each harmful failure mode.

The  kind  of  FMEA  suitable  for  this  purpose  is  the Absolute Evaluation FMEA, whitch leads to the most suitable reliability. And you can learn it at this home page.   @ @In contrast, the conventional Relative Evaluation FMEA insists that the FMEA team which consists of people  who  were  not  taking  charge  of  the  design should performs FMEA. If so, by what kind of method 3/78

12/9/2016

FMEA (Failure Mode and Effct Analysis)/ Theory and Case Study

it  can  occur.  This  means  that  you  may  ommit enumerating some failures which did not come up in mind  by  chance,  and  these  ommitted  failures  could become the unexpected failures.   Science  all  failures  should  be  predicted  with  FMEA and approppriate measures should be taken to every failure  modes,  there  must  not  exist  omission  or priority in the failure modes.    @ @In contrast, the conventional Relative Evaluation FMEA  rates  the  priority  of  failure  modes  and  take measures only against the priority failure modes and unimportant failure and disaster are disregarded. This is not approved by our society.    @ @It  is  necessary  to  become  clear  whether sufficient measures have been already taken against each  problem.  Moreover,  the  designer  has  to evaluate  the  reliability  of  his  own  design  during  the design process.

should performs FMEA. If so, by what kind of method should  the  designer  evaluate  reliability  in  the  design process?      The  image  below  shows  that  you  should  start  from each  failure  mode  in  bottom­up  way  as  in  the Absolute Evaluation FMEA, and should not start from failures  in  top­down  ways  as  in  the  Relative Evaluation FMEA.    @ @In contrast, in the case of the mistaken method, you will ask the cause of each failure and answer with three categories of cause;    @­  the  structural  breakage  of  each  part  or connnection,   (=malfunction)  of  each  sab­function,  @­  the  faiure  and    @­ the manufacturing defective.     However, only structural breakage is the right failure mode.  The  figure  below  shows  the  relation  between these concepts mentioned above.

Failure and Failufre Mode Failure  means  malfunction,  which  must  not  be confused with failure mode. A failure mode means a structural  breakage  of  an  element  consisting  a product  or  process. @A  function  is  realised  through many elements, and each element can have several manners of breakage (i.e., failure modes). Therefore, each  malfunction  can  be  caused  by  many  failure modes. In other words, any failure is a terminal of the analysis  and  any  failure  mode  is  the  starting  point. You have to enumerate all failure modes and you can reach all faiures without missing.  @ @In  contrast,  in  the  conventional  Relative  FMEA, they  enumerate  failures  first  and  ask  why  they occurs, and the answers are the failure modes. Then,

  ­  As  for  a  process,  each  breach  against  each @ instruction corresponds to a failure mode.   Any  manufacturing  defective  cannot  be  a  failure mode.It is because:  @­  there  are  no  manufactureing  defectives  in  the design as for an product FMEA.  @­  any  manufactureing  defective  is  the  results  of  a malfunction  of  the  manufacturing  process,  and  any manufacturing  defective  should  be  regarded  as  an effect of a certain failure mode included in the failed process.   →hy, do you think, manufacturing defectives are not failure  modes?  It  is  because  FMEA  evaluates  only

structural breakages of parts, failures of subfunctions

the  design  and  the  design  does  not  include 4/78

http://www.geocities.jp/takaro_u/fmea_eng.html#c3

12/9/2016

FMEA (Failure Mode and Effct Analysis)/ Theory and Case Study

structural breakages of parts, failures of subfunctions and  manufacturing  defectives  will  be  enumareted. However,  you  enumerate  what  come  up  by  chance and  there  will  be  left  some  enumeration  missing  in failures and factors as well. 

the  design  and  the  design  does  not  include defectives.   @ @In contrast, the conventional Relative Evaluation FMEA insists that:  @­  each  manufacturing  defective  can  be  a  failure mode of a product, since it causes a failure.  @­  each  manufacturing  defective  can  be  a  failure mode  of  a  process,  since  the  process  should  not produce it. This is a result of the mistaken failure mode concept.

Failure Mode Each breakage that occures in the structure of each system element is called a failure mode.  @­  As  for  a  product,  each  breakage  of  each  part  or interface correspond to a failure mode.

Moreover,  judgment  of  priority  is  very  difficult  and  is unrelated to judgment of yes­no, it is not helpful after all.  You  have  to  perform  independently  the  yes­no decision of the measure for each failure mode.    Process FMEA →hat  is  the  structure  of  a  process?   @In  a  product design,  you  define  a  required  function  and  design structure  to  achieve  the  function.  You  design structure  and  it  achieves  the  function.  You  cannot achieve  the  function  directly.  All  the  designed contents are structures. The above is completely the same also about a process.    Failure  modes  of  a  manufacturing  process  are breaches  of  instructions  shown  in  the  QC  process table.  You  should  abolish  the  old  type  of  FMEA  in which  manufacturing  defectives  or  other  accidents are treated as failure modes.

Evaluation In  the  reliabiity  design,  measures  are  taken  to  each failure mode. And you have to confirm the sufficiency. For the pirpose of confimation, you have to evaluate the  insufficiency  of  the  measures  taken  to  each failure mode from the three viewpoints, i.e., Severity (S), Occurrence (O) and Dtection (D).  @­ Severity(S) of effect that the customer (any follow­ on user) might receive.  @­ Occurrence(O): the frequency of the failure,  @­ Detection(D): difficulty of the sign of failure before reaching the customer. Evaluation point of these three will be integrated into a  single  index,  Risk  Index  (RI).  You  must  determine the  degree  of  insufficiency  of  reliability  measures  in accordance with the index. This decision will indicate the  insufficiency  of  the  measures  for  each  failure mode. Optimization of the design by evaluation on an absolute scale is the only useful method.  @ @In contrast, the conventional Relative Evaluation FMEA using RPN determines the priority among the failure  modes  listed.  And  the  boundary  line  which classifies  failure  modes  with  an  insufficient  measure and failure modes with a sufficient measure does not exist.

Quick Accsess to FMEA

 ¡

Introduction (1) A Mystery about the Failure Mode My First Encounter with the FMEA →hen  I  was  young,  in  1960s,  working  as  a  novice engineer  for  a  machine  manufacturing  company  in Japan,  I  happened  to  have  an  opportunity  to  read  a reference  book  of  the  FMEA  with  a  commentary http://www.geocities.jp/takaro_u/fmea_eng.html#c3

"Failure  modes"  are  the  manners  in  which  a product  or  process  failure  may  occur,  for example,  a  crack,  a  blockage,  inaccurate movement, and so on. "A  failure"  is  the  inability  of  the  product  or process to perform as it should. Look  at  the  following  table,  which  is  quoted  from  a 5/78

12/9/2016

FMEA (Failure Mode and Effct Analysis)/ Theory and Case Study

reference  book  of  the  FMEA  with  a  commentary about the meaning of failures mode and failures.

Line 1   7  

Look  at  the  following  table,  which  is  quoted  from  a certain book.

FMEA →orksheet for an Extinguisher

Component and function Hose;delivers extinguishing agent   Charge gauge;determine remaining volume of agent  

A Problem ↑as Found I could not reach a complete acceptance, however, at the  inconsistency  that  "Inaccurate  reading"  is  a functional  trouble,  i.e.,  a  failure,  whereas  "Cracks" belongs  to  structural  breakage.  Even  a  reference book written in Japanese, my mother tongue, did not improve my sense of satisfaction.

Potential Failure Mode Craks   Inacurate reading  

Potential Effect of Failure        

The Harder Study, the More Problems The portion of a FMEA worksheet shown below has been quoted from Professor (H. Makabe p.134), who had been one of the leaders of this field. The scope of the product covers "a brake subsystem" including a pedal assembly and a pressure oil pipe assembly.

[Note] Blue color and yelow boxes are added by us.

1. "Can't be pushed down" and "Doesn't return" are functional troubles, which belong to failure. →hy are they listed in the spaces for failure modes? 2. "A pedal crank broken" must be a failure mode, however, it is listed in the column of cause. The same applies to the remaining two. 3. "Joint  separations"  and  "cracks"  are  acceptable as failure modes, however, this conflicts with the contents in the place of (2). 4. It  is  wrong  to  consider  "an  incomplete  weld"  to be  a  failure  mode,  because  it  occurs  prior  to handing the product to the customer. And it is a problem  which  you  should  handle  in  a  process FMEA. Fail...