Desarrollar un nuevo producto o mejorar uno existente empieza con una idea. Pero pasar de la idea a la realidad implica una serie de procesos, pruebas y resolución de problemas. Uno de esos procesos es someter el producto a un análisis del modo de fallo y efecto del diseño (DFMEA).
Los DFMEA también pueden realizarse en los activos que crean estos productos y en el proceso de diseño de los mismos. A continuación explicaremos cómo se relacionan el análisis modal de fallos y efectos (AMFE) y el AMFE-D, por qué es importante el AMFE-D y cómo realizarlo.
Many businesses use a computerized maintenance management system (CMMS) to manage and track data central to DFMEA. A CMMS centralizes maintenance data, monitors equipment performance, and keeps scheduling and tracking as accurate as possible.
What Is DFMEA? Design Failure Mode and Effects Analysis
DFMEA son las siglas en inglés de "Análisis Modal de Fallos y Efectos del Diseño". Se trata de un método para determinar cómo puede fallar un producto durante la fase de diseño y cuáles son las posibles consecuencias del fallo. La idea es detectar los problemas antes de que abandonen la fase de diseño y pasen a la de producción.
DFMEA es el proceso de examinar todos los fallos potenciales que podrían producirse al diseñar un nuevo producto. Desde la fabricación de moldes hasta la soldadura de las conexiones finales, muchas cosas pueden salir mal al construir prototipos, por eso es importante tener en cuenta todos los fallos posibles antes de iniciar la producción a gran escala.
Durante el DFMEA, a cada fallo y sus resultados se les asigna un índice de gravedad, un índice de ocurrencia y un índice de detección. Estas tres cifras se multiplican y dan lugar a un número de prioridad de riesgo (RPN):
RPN = Severity x Occurrence x Detection
Los fallos con los RPN más altos son más graves. Saber esto puede ayudar a los equipos a mitigar los fallos más críticos, reduciendo o eliminando su probabilidad durante la producción.
Lo ideal es que las empresas realicen DFMEA antes de lanzar su producto. Aunque puede que no eliminen todos los fallos potenciales, un DFMEA satisfactorio se traducirá en un mejor diseño del producto y usuarios finales más satisfechos.
¿Qué es un modo de fallo?
Un modo de fallo es todo aquello que hace que el producto o proceso funcione fuera de los parámetros esperados. Puede ir desde un error muy leve que apenas se note y no afecte al rendimiento en modo alguno, hasta un fallo grave que provoque la retirada de productos y el cierre de la cadena de producción. En los casos más graves, un modo de fallo puede acabar causando lesiones a los usuarios finales o incluso dar lugar a demandas judiciales.
Explicación del análisis modal de fallos y efectos (AMFE)
Identificar el modo de fallo es importante, pero es sólo el primer paso de un análisis modal de fallos y efectos.
El propósito del AMFE es determinar por qué se ha producido el fallo, la importancia de corregirlo y, a continuación, tomar medidas para evitar que se repita en el futuro. Ya se trate de un proceso, un diseño o un sistema completo, el AMFE es un componente esencial para garantizar el máximo tiempo de actividad, seguridad y satisfacción del usuario final.
Los 5 pasos clave del AMFE
En su aplicación más sencilla, existen 5 pasos básicos para llevar a cabo un AMFE.
- Identificación de posibles fallos y efectos
- Evaluación de la gravedad del fallo
- Predicción de la probabilidad de fallo
- Procesos de detección de fallos
- Determinación de la prioridad de los riesgos
What Is the Purpose of DFMEA?
The purpose of DFMEA is to identify and resolve any threats to production efficiency, quality, and safety. By doing so, you’ll streamline processes, improve plant safety, increase cost-effectiveness, preserve product quality, and boost customer satisfaction.
That’s why the DFMEA process is an essential risk assessment and risk mitigation tool for a wide variety of industries, including manufacturing, healthcare, utilities, and construction.
Beneficios del DFMEA en el desarrollo de productos
DFMEA es una herramienta práctica para mejorar el diseño de productos y reducir los costes a largo plazo. Los Beneficios incluyen:
- Detectar los fallos de diseño antes de la producción es mucho menos costoso que corregirlos más adelante.
- Abordar sistemáticamente los riesgos de diseño, lo que garantiza productos más duraderos y coherentes.
- Facilitar la colaboración entre los equipos de ingenieros, mantenimiento y calidad.
- Soporte para futuras auditorías e iteraciones a través de un registro creado por DFMEA de la lógica de diseño y las estrategias de mitigación.
Reducing design-related problems, resulting in better user experiences and fewer warranty claims.Industries That Use DFMEA
There’s a lingering idea that DFMEA is limited to the aerospace or automotive industries, but in reality, it has a much larger reach. Any industry that designs complex products or systems can benefit from implementing DFMEA. In manufacturing, for instance, it’s commonly used to evaluate mechanical components, electrical systems, and subassemblies before production begins. In electronics, it helps teams spot flaws in circuit layouts. The medical device industry regularly applies DFMEA to identify specific design issues that could lead to safety hazards, avoiding regulatory review further down the line.
In the energy and utilities sector, DFMEA supports the design of turbines, transformers, and other infrastructure. Consumer products companies rely on it to improve product reliability and reduce warranty claims. Even sectors like agriculture, defense, and construction machinery apply DFMEA principles to reduce failure risk and ensure long-term asset performance.
¿Cómo funciona el DFMEA?
El análisis del modo de fallo y efecto del diseño consiste en reunir a un grupo de personas expertas en el diseño que se está analizando. Juntas, estas personas realizan una lluvia de ideas sobre todas las formas en que puede fallar el diseño.
Los miembros del equipo pueden recordar experiencias pasadas y utilizar sus conocimientos para pensar cómo podrían producirse los fallos y cuáles podrían ser sus resultados. En el caso de diseños existentes, el DFMEA puede utilizar datos anteriores para ayudar a determinar los fallos y sus efectos.
Then, the team collaboratively decides on proactive solutions to problems. This could include making changes to the design, parts, materials, or other elements of the design and production process. Tools like a computerized maintenance management system (CMMS)can support this process by centralizing historical failure data and asset performance trends, helping teams reach better-informed design decisions.
For more technical guidance on how large-scale teams use this method, see NASA’s Systems Engineering Handbook on FMEA.
Ejemplo de DFMEA
Supongamos que un ingeniero desarrolla un activo que se utilizará en el embalaje de un producto final. Durante las pruebas del prototipo, un DFMEA identifica un fallo en el mecanismo dispensador de cinta. Se produce después de unas 100 horas de uso y hace que la cinta no se dispense como es necesario. A su vez, alrededor del 50% de los envases se cierran incorrectamente y, en algunos casos, el producto se derrama fuera del envase y queda inutilizable.
Se trata de un problema importante. Durante el DFMEA, el equipo clasifica el índice de ocurrencia en 7, la gravedad en 10 y la detección en 2. Esto da como resultado un RPN de 140 y el equipo determina que el problema debe abordarse.
After examination, the team discovers that the issue is caused by a fault in the bearings which allow the dispenser to spin freely. The team may choose to address this by recommending regular lubrication and maintenance, changing the materials used in the dispenser, or making some other change to reduce the likelihood that the end user of the asset experiences this failure.Scoping a DFMEA: What To Include
Antes de empezar a asignar puntuaciones de riesgo, debe definir el alcance de su DFMEA. ¿Qué partes del diseño va a analizar? ¿Qué modos de fallo están bajo su control?
Un DFMEA bien planificado evita esfuerzos inútiles y se centra en los riesgos. De este modo, se asegura de no duplicar el trabajo ya realizado en un análisis PFMEA o a nivel de sistemas. Empiece por definir los límites del diseño, la función prevista y los requisitos específicos del cliente. A continuación, identifique las interfaces en las que es más probable que se produzcan fallos.
El alcance afecta directamente a la calidad y pertinencia de los resultados. Si el alcance es demasiado amplio, su equipo puede perderse en cuestiones de baja prioridad. Si el alcance es demasiado estrecho, puede pasar por alto interacciones importantes entre las partes.
Who Will Conduct DFMEA?
El DFMEA funciona mejor cuando se reúne a profesionales que entienden el diseño desde distintos ángulos. Suele tratarse de ingenieros de diseño, jefes de producción, especialistas en calidad y, tal vez, personal de mantenimiento o servicio externo.
Errores comunes del DFMEA que hay que evitar
DFMEA funciona mejor cuando el proceso es coherente. Pero algunos errores comunes pueden obstaculizar su valor. Uno de ellos es esperar demasiado para realizar un DFMEA. Si no se empiezan a analizar los riesgos hasta que la producción está en marcha, se pierde la oportunidad de hacer cambios importantes. Otro escollo es no implicar a un equipo multifuncional. Los ingenieros que trabajan solos pueden perder la perspectiva práctica que pueden aportar los equipos de mantenimiento, operaciones o calidad.
Some teams also stumble into the trap of assigning severity, occurrence, and detection scores without clear definitions. If ratings aren’t agreed upon in advance, the RPNs become less reliable. Others skip documenting recommended actions or fail to follow up after implementation. Also, DFMEAs that are never revisited can quickly become outdated. This peer-reviewed study underlines improvements, citing over 200 journal articles, with techniques to enhance detection, reduce variability and support design reliability.
¿Cuándo utilizar el DFMEA?
El DFMEA es más valioso al principio de la fase de diseño, antes de finalizar los prototipos o encargar las herramientas. Pero también es útil:
- Al introducir cambios importantes en un diseño preexistente
- Tras un fallo importante o un problema de campo
- En proyectos de reducción de costes que afecten a materiales o componentes
- Como parte de los programas de mejora continua de la calidad
El objetivo es evitar que los problemas relacionados con el diseño se conviertan en problemas de producción, retirada de productos o seguridad.
DFMEA vs PFMEA
Process failure mode and effect analysis (PFMEA) and DFMEA are both branches of the broader failure mode and effects analysis, or FMEA.
El PFMEA examina todo el proceso e identifica posibles fallos en el sistema. Por ejemplo, en la fabricación, un PFMEA puede buscar fallos en procesos como la pintura, el montaje o el envío del producto.
Sin embargo, un análisis del modo de fallo y efecto del diseño se centra en los fallos en áreas específicas del diseño. En el desarrollo de productos, el DFMEA investiga cómo puede fallar el producto, por ejemplo cuando se utiliza de una determinada manera o se expone a ciertas temperaturas. Los activos utilizados en la fabricación de estos productos también pueden someterse a un DFMEA para garantizar que funcionan como se espera de ellos.
Cómo realizar el DFMEA
Performing a DFMEA can be a highly in-depth and time-consuming process, but catching design errors and fixing them before they result in major issues is incredibly important. Here’s how to get started:
1. Choose a design to analyze.
Once you’ve fully integrated the DFMEA process into your product life cycle, you’ll use it with every design. But for now, select a design at any stage in the product development process: one that’s in early development, newly designed, or already in the production phase.
2. Assemble a cross-functional team of experts familiar with different areas of the design.
A well-rounded, diverse team will generate the most comprehensive results. Ideally, your DFMEA analysis team will include quality engineers (product quality, testing analysis, and material engineers), along with teams from production, service, and logistics.
Each team member can identify potential failure modes in their specific areas of focus. They can also review the failure modes discovered by other teams. The full team should assess the causes and consequences of each failure mode and evaluate severity rankings, occurrence rankings, and detection rankings.
3. Identify all possible failure modes.
When identifying potential failure modes, it’s critical to understand that “failure” doesn’t always mean total failure. Potential failures include:
- Intermittent failures: Failure modes that are irregular, intermittent, or otherwise unpredictable
- Functional failures: Failure modes that may inhibit, but don’t fully compromise, an asset’s primary function
- Full failures: Catastrophic system failure modes that cease operations
A wide variety of issues can lead to any one of these failures. That’s why your next step is to determine the root causes of all potential failure modes.
4. Identify the root cause(s) of each failure mode.
Before jumping to solutions, and even before prioritizing the various failure modes your team uncovers, you must understand the failure causes. Root causes include:
- Calculation failures: Incorrect calculations during the design process can lead to cascading failures throughout production.
- Environmental failures: Variations in temperature, humidity, and other environmental conditions can affect design decisions.
- Material failures: Improper material selection can lead to potential risks and damage at any stage of the manufacturing and assembly process.
- Testing failures: Insufficient testing during the design stage can trigger issues at any phase of the product life cycle, including product safety and product reliability failures.
- Degraded failures: Consistent use leads to asset degradation, which can result in degraded failure modes.
- Unintentional failures: When an asset fails due to the failure of another part or asset, it’s considered an unintentional failure.
One failure may have multiple root causes. That’s why it’s essential to include your full cross-functional team in the review and assessment of all potential failure modes.
5. Determine the consequences of each failure mode.
For effective risk management, it’s essential to conduct a full assessment of failure effects. You need to understand minor challenges as well as critical issues, which enables you to create a comprehensive risk mitigation strategy.
Examples of potential consequences include damage to parts, assets, products, packaging, facilities, or worker safety. These consequences can range from minor (such as inexpensive repair or replacement) to severe (such as catastrophic property damage, severe injury, or loss of life).
You need a comprehensive analysis of all potential consequences, because you’ll use that information to rank failure modes and prioritize solutions.
6. Assign severity, occurrence, and detection rankings to each failure.
Start with severity rankings. If this failure mode occurs, how severe are the consequences? Consider factors including equipment damage, property damage, financial loss, and safety concerns. Typically, you’ll rate this on a scale of 1–10. A severity score of 1 indicates a minor issue, while 10 is the most severe.
Next, assign an occurrence rating. This measures the likelihood of each failure mode occurring under normal circumstances. On a scale of 1–10, 1 means the failure is very unlikely to occur, while 10 means the failure will almost certainly occur.
Finally, determine the detection rating. If this failure occurs, is it easy to detect? Assign a detection rating of 1 if the failure is easy to detect, 10 if it’s extremely difficult to detect, or anywhere in between.
For the most accurate results, remember to involve your entire team in the ranking process. For example, a product manager probably won’t understand the ease of detecting an equipment failure. Similarly, your warehouse manager may observe packaging failures but may not have the material or design expertise to assign an occurrence rating.
7. Identify the risk priority number (RPN).
If there are 100 potential failure modes across 27 products, it’s difficult to know where to start. Which solutions are most important, and how do you determine the order of importance?
The answer is your risk priority number (RPN). Instead of scrambling to calculate the right balance of severity, occurrence, and detection at the start of each workday, you’ll assign a single RPN to each potential failure mode.
Thankfully, once you’ve assigned ratings for severity, occurrence, and detection, it’s easy to convert those ratings to your RPN.
RPN = Severity Rating x Occurrence Rating x Detection Rating
Your high-risk failures will have the highest RPNs, while your lower-risk failures will have a lower RPN. With this risk assessment strategy, design teams will start with the highest RPN and work their way down.
8. Implement a systematic approach with an action plan to reduce or eliminate failure risk.
For each potential failure mode, identify an appropriate action plan with concrete, measurable corrective actions. Consider modifications to your existing prevention controls (means of preventing failure) and detection controls (means of detecting failure), along with new action steps and design processes to improve RPN.
You may need additional tools and resources for new risk reduction and corrective action steps. Evaluate budgetary needs, procurement processes, and other essential components of success of your action plan.
9. After implementation, reassess RPN and adopt a continuous improvement approach to DFMEA.
The DFMEA process isn’t a one-time solution. Integrating regular failure analysis into your design and manufacturing process helps ensure optimal efficiency, regulatory compliance with industry standards, quality control, product safety, and customer satisfaction.
By routinely identifying failure modes and implementing a systematic process for addressing any issues, you’ll help reduce and prevent costly failures. When you approach DFMEA as an iterative process, you shift your approach from reactive troubleshooting to proactive, continuous improvement.
A computerized maintenance management program (CMMS) can be the key to increasing reliability and improving RPN scores. By tracking assets and gathering performance data, your team will be well-equipped to perform thorough equipment analyses and boost performance with targeted maintenance.