O desenvolvimento de um novo produto ou a melhoria de um produto existente começa com uma ideia. Mas passar de uma ideia para a realidade envolve uma série de processos, testes e resolução de problemas. Um desses processos consiste em submeter o produto a uma análise dos efeitos e modos de falha do projeto (DFMEA).
As DFMEAs também podem ser realizadas nos activos que criam estes produtos e no processo de conceção dos mesmos. Aqui, explicaremos como uma análise de modo e efeitos de falha (FMEA) e uma DFMEA estão relacionadas, por que a DFMEA é importante e como realizá-la.
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 significa 'Design Failure Mode and Effects Analysis' (Análise dos efeitos e modos de falha do projeto). Trata-se de um método para identificar o modo como um produto pode potencialmente falhar durante a fase de conceção e quais as potenciais consequências da falha. A ideia é detetar os problemas antes de saírem da fase de desenho e entrarem na fase de produção.
A DFMEA é o processo de examinar todas as potenciais falhas que podem ocorrer aquando da conceção de um novo produto. Desde o fabrico de moldes até à soldadura das ligações finais, muita coisa pode correr mal durante a construção de protótipos - e é por isso que é importante ter em conta todas as falhas possíveis antes de iniciar a produção em grande escala.
Durante a DFMEA, a cada falha e aos seus resultados é atribuída uma classificação de gravidade, uma classificação de ocorrência e uma classificação de deteção. Esses três números são então multiplicados, o que equivale a um número de prioridade de risco (RPN):
RPN = Severity x Occurrence x Detection
As falhas com os RPNs mais elevados são mais graves. Saber isto pode ajudar as equipas a mitigar as falhas mais críticas, reduzindo ou eliminando a sua probabilidade durante a produção.
Idealmente, as empresas efectuam a DFMEA antes de lançarem o seu produto. Embora possa não eliminar todas as potenciais falhas, uma DFMEA bem sucedida resultará numa melhor conceção do produto e em utilizadores finais mais satisfeitos.
O que é um modo de falha?
Um modo de falha é qualquer coisa que faça com que o produto ou processo tenha um desempenho fora dos parâmetros esperados. Pode variar desde um erro muito ligeiro que é pouco percetível e não afecta o desempenho de forma alguma, até uma falha grave que resulta na recolha de produtos e no encerramento de uma linha de produção. Nos casos mais graves, um modo de falha pode acabar por causar lesões nos utilizadores finais ou mesmo resultar em processos judiciais.
Explicação da análise do efeito do modo de falha (FMEA)
Identificar o modo de falha é importante, mas é apenas o primeiro passo numa análise do efeito do modo de falha.
O objetivo da FMEA é determinar porque é que a falha ocorreu, qual a importância de a corrigir e, em seguida, tomar medidas para evitar que a falha se repita no futuro. Quer se trate de um processo, de uma conceção ou de um sistema completo, a FMEA é um componente crítico para garantir o máximo tempo de funcionamento, segurança e satisfação do utilizador final.
As 5 etapas principais da FMEA
Na sua aplicação mais simples, existem 5 passos básicos para a realização da FMEA.
- Identificação de potenciais falhas e efeitos
- Avaliação da gravidade da falha
- Previsão da probabilidade de ocorrência de falhas
- Processos de deteção de falhas
- Determinação da prioridade do risco
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.
Benefícios da DFMEA no desenvolvimento de produtos
A DFMEA é uma ferramenta prática para melhorar a conceção dos produtos e reduzir os custos a longo prazo. Os principais benefícios incluem:
- Detetar as falhas de conceção antes da produção é uma opção consideravelmente menos dispendiosa do que corrigi-las a posteriori.
- Abordar sistematicamente os riscos de conceção, o que garante produtos mais duradouros e consistentes.
- Facilitar a colaboração entre engenheiros, manutenção e equipas de qualidade.
- Apoio a futuras auditorias e iterações através de um registo criado pela DFMEA da lógica de conceção e das estratégias de atenuação.
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.
Como funciona o DFMEA?
A análise dos modos e efeitos de falha do projeto funciona através da reunião de um grupo de pessoas com conhecimentos especializados sobre o projeto que está a ser analisado. Em conjunto, estas pessoas fazem um brainstorming de todas as formas em que o projeto pode falhar.
Os membros da equipa podem recordar experiências passadas e utilizar os seus conhecimentos para pensar em como as falhas podem ocorrer e quais podem ser os resultados dessas falhas. Para os projectos existentes, o DFMEA pode utilizar dados anteriores para ajudar a determinar as falhas e os seus efeitos.
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.
Exemplo de DFMEA
Digamos que um engenheiro desenvolve um ativo para ser utilizado na embalagem de um produto final. Durante o teste do protótipo, uma DFMEA identifica uma falha no mecanismo do dispensador de fita. Esta ocorre após cerca de 100 horas de utilização e faz com que a fita não seja dispensada conforme necessário. Por sua vez, cerca de 50% das embalagens são seladas incorretamente e, em alguns casos, o produto sai da embalagem e torna-se inutilizável.
Este é um problema grave. Durante a DFMEA, a equipa classifica a taxa de ocorrência em 7, a gravidade em 10 e a deteção em 2. Isto resulta num RPN de 140 e a equipa determina que o problema tem de ser resolvido.
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 começar a atribuir pontuações de risco, deve definir o âmbito da sua DFMEA. Que partes do projeto estão a ser analisadas? Que modos de falha estão sob o seu controlo?
Uma DFMEA bem planeada evita o desperdício de esforços e mantém o foco nos riscos. Está a certificar-se de que não está a duplicar trabalho já coberto numa PFMEA ou numa análise ao nível dos sistemas. Comece por definir os limites do projeto, a função pretendida e quaisquer requisitos específicos do cliente. Em seguida, identifique as interfaces onde é mais provável que ocorram falhas.
A definição do âmbito afecta diretamente a qualidade e a relevância dos seus resultados. Se o âmbito for demasiado vasto, a sua equipa pode perder-se em questões de baixa prioridade. Se o âmbito for demasiado restrito, podem faltar interações importantes entre as partes.
Who Will Conduct DFMEA?
A DFMEA funciona melhor quando se reúnem profissionais que compreendem o projeto de diferentes ângulos. Normalmente, isso significa engenheiros de projeto, chefes de produção, especialistas em qualidade e, talvez, pessoal de manutenção ou de serviço no terreno.
Erros comuns de DFMEA a evitar
A DFMEA funciona melhor quando o processo é consistente. Mas alguns erros comuns podem prejudicar o seu valor. Um deles é esperar demasiado tempo para realizar uma DFMEA. Se só começar a analisar os riscos quando a produção estiver em curso, perde a oportunidade de fazer alterações com impacto. Não envolver uma equipa multifuncional é outra armadilha. Os engenheiros que trabalham sozinhos podem perder conhecimentos práticos que as equipas de manutenção, operações ou qualidade podem trazer para a mesa.
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.
Quando é que se deve utilizar a DFMEA?
A DFMEA é mais valiosa no início da fase de projeto, antes da finalização dos protótipos ou da colocação em funcionamento das ferramentas. No entanto, também é útil:
- Quando se introduzem alterações importantes num projeto pré-existente
- Após uma falha significativa ou um problema no terreno
- Durante projectos de redução de custos que afectem materiais ou componentes
- Como parte dos programas de melhoria contínua da qualidade
O objetivo é evitar que os problemas relacionados com a conceção se transformem em problemas de produção, recolhas de produtos ou questões de segurança.
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.
A PFMEA analisa todo o processo e identifica potenciais falhas no sistema. Por exemplo, no fabrico, uma PFMEA pode procurar falhas em processos como a pintura, a montagem ou a expedição do produto.
No entanto, uma análise dos modos e efeitos de falha do projeto centra-se nas falhas em áreas específicas do projeto. No que respeita ao desenvolvimento do produto, a DFMEA investiga a forma como o produto pode falhar, por exemplo, quando é utilizado de uma determinada forma ou exposto a determinadas temperaturas. Os activos utilizados no fabrico destes produtos também podem ser submetidos a uma DFMEA para garantir que os activos funcionam como esperado.
Como efetuar a 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.