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1

Introdução a Engenharia da

Confiabilidade

Professor: Emerson Rigoni, Dr. rigoni@utfpr.edu.br

www.rigoni.com.br/et54c.htm

GERENCIA DA MANUTENÇÃO

2

2

Parte 1 – Análise dos Modos de Falha e seus Efeitos (FMEA).

Parte 2 – Análise por Árvore de Falhas (FTA).

Evolução dos Conceitos

3

3

Exercícios de fixação sobre os temas abordados:

08/05 – Entrega Parte 1 (FMEA).

15/05 – Entrega Parte 2 (FTA).

Métodos de Avaliação

Equipes – 2 Pessoas

4

4

Noção de Confiabilidade – Ideias Relacionadas

Durabilidade

Equipamento

Pronto para Operar

Operação

Sem Falhas

Q Q Q Q

Q Q Qualidade

Confiabilidade

5

5

Disponibilidade dos

Ativos Confiabilidade

Man

ten

ab

ilid

ad

e

Fonte - Documento Nacional - ABRAMAN

Dependabilidade Termo coletivo usado para descrever o desempenho da disponibilidade e seus fatores de influência: confiabilidade, mantenabilidade e suporte logístico de manutenção.

Capacidade de um item ser mantido ou recolocado em condições de executar

suas funções requeridas, sob condições de uso especificadas, quando a

manutenção é executada sob condições determinadas e mediante

procedimentos e meios prescritos.

Q Q Q Q

Q Q

Qualidade

Disponibilidade Confiabilidade + Mantenabilidade

6

6

NBR 5462 (1994) Confiabilidade é a capacidade de um item desempenhar uma

função requerida sob condições especificadas, durante um dado intervalo de tempo

Definições de Confiabilidade

Blanchard & Fabrycky Confiabilidade é uma

característica inerente ao projeto e pode ser

definida como a probabilidade na qual um sistema

ou produto irá operar de modo satisfatório em um

dado intervalo de tempo, quando utilizado restrito

às condições de operação específicas Wolter Fabrycky - Benjamin S. Blanchard

BLANCHARD, Benjamin S., FABRYCKY, Wolter J., Systems Engineering and Analysis, Prentice Hall International Series in Industrial & Systems Engineering, 1990, p.346-347.

7

7

Metodologia para analisar, de modo lógico e

estruturado:

• Os mecanismos da falha

• Identificar as causas raízes da falha

• Definir ações corretivas/mitigadoras

Aplicação:

• Processos Produtivos

• Manutenção

• Análise de Risco

• Segurança de Processos

• Etc...

Root Cause Analysis (RCA)

Análise das Causas Raízes das Falhas

Ishikawa

Pareto

FTA

PDCA

Brainstorm

RCA

Porquês

MASP

FMEA FMECA

5W2H

Matriz GUT

Status Report

RBD

FRACAS

FMEA: Failure Mode and Effect Analysis FMECA: Failure Modes, Effects and Criticality Analysis FRACAS: Failure Reporting, Analysis and Corrective Action System FTA: Fault Tree Analysis RBD: Reliability Block Diagram

8

8

Análise dos Modos de Falha e seus Efeitos - FMEA

FMEA Failure Mode and Effects Analysis (Análise dos Modos de Falha e seus Efeitos).

Utilizada em Engenharia de Qualidade e Confiabilidade Análise de Falhas em Sistemas.

Origem Departamento de defesa dos Estados Unidos, em 1949 MIL-P-1629 (Military

Procedure MIL-P-1629: Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality

Analysis).

Passou a ser utilizada pela indústria automobilística na década de 70.

Regulamentada pela ISO 9000 em 1988.

Quando a análise leva em conta a Criticidade da Falha FMECA (Failure Mode, Effects and

Criticality Analysis – Análise dos Modos de Falha seus Efeitos e sua Criticidade).

9

9

MIL-P-1629 / 1980 (Military Procedure MIL-P-1629) – Procedures for Performing a Failure

Mode, Effects and Criticality Analysis) http://www.weibull.com/knowledge/milhdbk.htm

SAE J1739 / 2009 – Potential Failure Mode and Effects Analysis in Design (Design FMEA),

Potential Failure Mode and Effects Analysis in Manufacturing and Assembly Processes (Process

FMEA) http://standards.sae.org/j1739_200901/

SAE ARP 5580 / 2001 “Recommended Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) Practices for

Non-Automobile Applications”

IEC 60812 / 2006 – Analysis Techniques for System Reliability – Procedure for Failure Mode

and Effects Analysis (FMEA)

BS 5760-5:1991 – British Standards Institution - Reliability of Systems, Equipment and

Components. Guide to Failure Modes, Effects and Criticality Analysis (FMEA and FMECA)

FMEA/FMECA Principais Normas

10

10

Objetivos da FMECA (SAE J1739 / 2009):

• Reconhecer e avaliar a falha de um produto ou processo e os efeitos dessa falha.

• Identificar ações que possam eliminar ou reduzir as chances de uma falha ocorrer.

• Documentar o processo de análise:

Estudos e desenvolvimentos futuros.

Comunicação e Treinamento.

• Permite rastrear a análise suas decisões e ações recomendadas.

FMEA/FMECA – Objetivos

Gestão do Conhecimento

11

11

Tipos de FMECA:

• Projeto Falhas durante a Fase de Projeto.

Foco: Dimensionamentos, Especificações, etc...

• Processo Falhas do Processo Produtivo.

Foco: Qualidade, Produtividade, etc...

• Sistema Falhas dos Sistemas e seus Componentes.

Foco: Operação e Manutenção Mão de Obra, Métodos, Materiais, etc...

• Serviço Desempenho do serviço, antes que sua falha atinja o cliente.

Foco: Recursos Humanos, Satisfação do Cliente, etc...

FMEA/FMECA – Tipos e Objetivos

• PALADY, Paul, FMEA - Análise dos Modos de Falha e Efeitos: Prevendo e Prevenindo Problemas Antes que Ocorram. Instituto IMAN, 2004.

• STAMATIS, D. H., Failure Mode and Effect Analysis – FMEA from Theory to Execution. Editora ASQC Quality Press, 1995.

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12

Formulário para Documentação da FMECA

13

13

Formulário para Documentação da FMECA

14

14

O consumo desta máquina está muito alto. Qual deverá ser a Causa?

De quais maneiras este componente poderia falhar? Como isso afetaria a máquina?

FTA

Efeitos

Causas

Análise T

op-D

ow

n

FMEA FMECA

Modo de Falha

Efeitos

Análise B

ott

om

-Up

FMEA/FMECA x FTA

15

15

Planta: Subestação

Sistema: Disjuntor

Subsistemas:

• Câmaras de Extinção

• Capacitores de Equalização

• Resistores de Pré-Inserção

• Cárter

• Coluna de Isolação / Suporte

• Unidade de Acionamento

• Unidade de Comando

FMEA/FMECA Nível da Análise

Estratificação do Sistema Exemplo

Nível Hierárquico Muito Profundo x Nível Hierárquico Muito Superficial

16

16

DJ141 Isolador

DJ142 Contato Fixo

DJ143 Contato Móvel

DJ1 Disjuntor FA4

DJ14 Câmara de Extinção

DJ17 Painel de Comando

DJ12 Resistor de

Pré-Inserção

DJ11 Capacitor de Equalização

DJ16 Unidade de

Acionamento

DJ13

Cárter

DJ15 Coluna de Isolação

DJ1421 Cesto de alumina

ativada

DJ1422 Suporte do contato fixo

DJ1423 Pinças do contato

fixo

DJ1424 Contato fixo de

arco

FMEA/FMECA Nível da Análise

Nível de Análise

Estratificação do Sistema

Exemplo:

Planta (Subestação) → Sistema (Disjuntor) → Subsistema (Câmara de

Extinção) → Componentes (Contato Fixo) → Itens (...)

Menor Nível de Mantenabilidade

17

17

FMEA/FMECA Função

Aquilo que se deseja que o equipamento/sistema/subsistema faça dentro de um padrão de

desempenho especificado.

Considerações Normatizadas e Bibliográficas:

SAE JA1011/1999 (Pg. 04 item 3.13) e SAE JA1012/2002 (Pg. 06 item 3.13) → Aquilo que o

proprietário ou usuário do ativo físico ou sistema deseja que o mesmo faça.

SAE J1739/2002 (Pg. 31 item 5.2.9) → A descrição da função deve levar em conta normas

aplicáveis de desempenho, de material, de processo, ambientais e de segurança.

Moubray, 2001 (Pg. 22 item 2.1) → A descrição da função deve consistir de um verbo, um

objeto e um padrão desejado de desempenho.

18

18

Priorizar (nesta ordem): 1) Segurança Pessoal dos Operadores e Usuários

2) Meio Ambiente

3) Operação da Instalação

4) Economia do Processo

5) Instrumentação e Controle

Primárias

ou

Secundárias

FMEA/FMECA Função

19

19

Função Primária Razão de existência do sistema Objetivo principal do sistema

Função Secundária Acrescenta objetivos ao sistema

Categorias: Integridade Ambiental: Regulamentos, leis, etc...

Segurança para os operadores e terceiros

Integridade estrutural: Suportar outros subsistemas

Controle: Regulação do desempenho

Contenção

Conforto

Aparência

Proteção

Economia / Eficiência

Funções supérfluas / desnecessárias

Funções

Secundárias

Environment (Meio Ambiente)

Safety (Segurança)

Control (Controle)

Appearance (Aparência)

Protection (Proteção)

Economy (Economia)

Superfluous (Supérfluo)

FMEA/FMECA Função

20

20

FMEA/FMECA Função Sugestões

• Use Verbo + Objeto + Padrão de Desempenho

• Considere todas as funções Primárias e Secundárias

• Inclua os padrões de desempenho sempre que possível

• Definir o que deve ser feito e não o que o sistema pode fazer

• Não combine funções

• Associe as funções a diagramas e descrições textuais

• Consulte: usuários, manuais, operadores, desenhos, técnicos, etc...

• Padronize um sistema de codificação

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21

Exemplo:

Câmara de Extinção (Disjuntor SF6) → Conter o SF6, em

uma faixa de pressão de 5,5 a 7 bar. Anel de Vedação “O-Ring” (Disjuntor SF6) → Manter o SF6

dentro dos níveis de pureza especificados pela IEC 60376.

Função

Falha Funcional

Pre

ssão d

o S

F6

FMEA/FMECA Função

22

22

FMEA/FMECA Falha Funcional

Estado que caracteriza a incapacidade de um equipamento/sistema/subsistema executar uma

função específica dentro dos padrões desejados de desempenho.

Considerações Normatizadas e Bibliográficas:

SAE JA1011/1999 (Pg. 04 item 3.14) e SAE JA1012/2002 (Pg. 06 item 3.14) → Um estado no

qual um ativo físico ou sistema é incapaz de desempenhar uma função específica com o

desejável nível de desempenho Equivalente ao conceito de “Pane” da NBR-5462.

Moubray, 2001 (Pg. 47 item 3.2) → Incapacidade de um ativo cumprir com a sua função com

um padrão de desempenho aceitável pelo usuário.

23

23

FMEA/FMECA Falha Funcional Conceitos Correlatos

• Categorias de Falha Funcional:

→ Evidente: Detectável pelo operador durante sua atividade normal.

→ Oculta: Não é detectável pelo operador durante sua atividade normal.

→ Múltipla: Combinação = Falha Oculta + Segunda Falha ou Evento que a torne evidente.

• Falha Potencial → Condição identificável e mensurável que indica uma Falha Funcional

pendente ou em processo de ocorrência.

• Defeito → Desvio, das características especificadas para um sistema, o qual é detectável e

não causa perda total da função requerida.

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24

Isolador de Porcelana da Câmara de Extinção Disjuntor SF6

Função:

• Conter o SF6, em uma faixa de pressão de 5,5 a 7 bar

Falha Funcional:

• Não consegue conter o SF6 Vazamento

• Faixa de pressão fora do limite aceitável (5,5 a 7 bar)

FMEA/FMECA Falha Funcional Exemplo

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25

FMEA/FMECA Falha Funcional Quem define ?

Consenso entre

Usuários (Operadores) e Manutentores

Definição clara do

Padrão de Desempenho

Tempo Falha Potencial Falha Funcional

26

26

FMEA/FMECA Modo de Falha

Modo, Maneira com que o sistema/componente deixa de executar a sua função ou desobedece

às especificações Evento ou fenômeno físico que provoca a transição do estado normal para

o estado anormal SAE JA1011 (item 3.12) e SAE JA1012 (itens 3.12 e 8).

Durante o preenchimento da planilha de FMECA a pergunta que se responde para o modo de

falha é “O quê causou a Falha Funcional?” (SAE JA1012, Pg. 14 - Moubray, 2001 Pg. 53).

Normalmente associado a

componentes do sistema

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27

FMEA/FMECA Modo de Falha

SAE JA1011/1999 (Pg. 06 item 5.3.5) e SAE JA1012/2002 (Pg. 18 item 8.5) Incluir:

Deterioração Erros de Projeto Falha Humana

SAE J1739/2002 (Pg. 31 item 5.2.10) Exemplos de Modo de Falha:

Empenado Torto Quebrado Curto-circuitado

Colado Aterrado Gasto Sujo

Deve ser ignorado a existência de redundâncias que possam reduzir suas consequências.

Listar todos os modos de falha “razoáveis” Que já aconteceram ou não.

Não combinar modos de falha.

Descrever o modo de falha com um nível de detalhamento suficiente para selecionar uma

tarefa de manutenção: Causalidade, Probabilidade, Consequência, Contexto Operacional,

etc...

28

28

Isolador de Porcelana da Câmara de Extinção Disjuntor SF6

Função: Conter o SF6, em uma faixa de pressão de 5,5 a 7 bar.

Falha Funcional: Não consegue conter o SF6

Modo de Falha:

• Trincas na porcelana

• Porosidade da porcelana

• Baixa aderência da cimentação entre os flanges e a porcelana

• Trincas na cimentação entre os flanges e a porcelana

• Porosidades na cimentação entre os flanges e a porcelana

FMEA/FMECA Modo de Falha Exemplo

Boa Prática: Identificar a que componente o Modo de Falha (MF) se refere Componente: MF

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29

FMEA/FMECA Causas do Modo de Falha

Causas descrevem por que o modo de falha do sistema/componente ocorreu, resultando

na falha funcional.

Durante o preenchimento da planilha de FMECA a pergunta que se responde para as

causas do modo de falha é “Por que o Modo de Falha ocorreu?”.

Considerações Normatizadas:

SAE J1739/2002 (Pg. 33 item 5.2.14) → É um indicativo de fragilidade de projeto ou de

processo que resulta no modo de falha.

Ferramentas RCA

30

30

Análise das Causas Raízes das Falhas

Fonte (Adaptado de Dias, Acires et all - SIC 2003)

Controle - Qualidade

Treinamento

Procedimentos

Sensores / Atuadores

Comunicação

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31

Isolador de Porcelana da Câmara de Extinção Disjuntor SF6

Função: Conter o SF6, em uma faixa de pressão de 5,5 a 7 bar.

Falha Funcional: Não consegue conter o SF6

Modo de Falha:

• Trincas na porcelana

Causas do Modo de Falha:

• Manuseio inadequado na montagem

• Defeito da fabricação

• Torque inadequado nos parafusos do flange

FMEA/FMECA Causas do Modo de Falha Exemplo

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32

FMEA/FMECA Efeito do Modo de Falha

São os resultados para o sistema / subsistemas decorrentes da presença de um modo de falha.

Enquanto o modo de falha ocorre internamente, nos componentes e subsistemas, o efeito

ocorre como uma degradação do sistema e seus subsistemas, sendo perceptível externamente.

Durante o preenchimento da planilha de

FMECA a pergunta que se responde para o

efeito do modo de falha é “O que acontece

(item/ativo/sistema) quando um modo de

falha se apresenta?”.

Local Sistema Planta

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33

FMEA/FMECA Efeito do Modo de Falha Exemplo

Hexafluoreto de Enxofre – SF6 Disjuntor SF6

Função: Isolar os contatos do disjuntor durante a abertura

Falha Funcional: Baixa rigidez dielétrica entre os contatos do disjuntor

Modo de Falha: Baixa Pressão do SF6

Efeitos do Modo de Falha:

Local:

→ Abertura de arco elétrico entre partes condutoras

Sistema:

→ Explosão do disjuntor

Planta:

→ Impossibilidade de operação do disjuntor/subestação

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34

Subestação de 500 kV em Linha de 150 km localizada em Eldorado próximo de Boulder City, Nevada.

Interruptor Seccionador Trifásico de Abertura Central com 2 câmaras de sopro de gás SF6 em série “Gas Puffer"

abrindo Reator de Compensação.

Observar: Arco na câmara não defeituosa.

O arco atingiu 30m de altura em relação a terra com baixa corrente (aproximadamente 100A).

Após curto Fase-Fase outro disjuntor da subestação (isolado a Óleo) abriu.

Falha: Perda de pressão do SF6 na câmara da chave.

MF: Baixa Pressão do SF6 Efeito: Arco Elétrico

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35

FMEA/FMECA Efeito do Modo de Falha

Descrição dos Efeitos Informação suficiente para avaliar os seguintes aspectos:

• Evidência da Falha Como é observado o efeito

• Impacto na Segurança Risco para as pessoas

• Impacto Ambiental Danos ao meio ambiente

• Reflexo Operacional Funcionalidades e produtividade do processo

• Resultados Econômicos Impacto financeiro

• Forma de Reparo Como retornar a função após a falha

• Características Compensatórias do Sistema Reduzir o impacto do efeito

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36

RIGONI, Emerson, METODOLOGIA PARA IMPLANTAÇÃO DA MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE: uma abordagem fundamentada em Sistemas Baseados em Conhecimento e Lógica Fuzzy. Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do título de Doutor em Engenharia, Florianópolis, 2009.

Matriz de

Criticidade ou

Matriz de Risco:

medida relativa das

consequências de

um modo de falha.

FMEA/FMECA Análise da Criticidade

Aceitabilidade do Risco

Definida pelos Gestores

Matriz de Risco MIL-STD-882D Standard Practice for System Safety

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37

O NPR (Número de Prioridade de Risco) pode ser utilizado para comparar a criticidade de

diferentes modos de falha e assim priorizar as ações corretivas para os casos mais críticos.

É o produto dos índices de Severidade (S), Ocorrência (O) e Detecção (D):

NPR = Severidade x Ocorrência x Detecção

FMEA/FMECA Análise da Criticidade

NPR (Número de Prioridade de Risco)

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38

FMEA Severidade (S) Avaliação SAE J1739 / 2002

Refere-se à gravidade ou o quão severo são os efeitos do modo de falha.

Considerações Normatizadas:

SAE J1739/2002 (Pg. 32 item 5.2.12) → Índice associado ao mais alto grau de

seriedade/gravidade dos efeitos do modo de falha.

FMEA/FMECA Análise da Criticidade

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39

FMEA Ocorrência (O) Avaliação SAE J1739 / 2002

Avalia as chances (probabilidade) da falha funcional ocorrer Refere-se à frequência com que

havendo a cadeia causal (causas modo de falha) tem-se os efeitos indesejados.

Considerações Normatizadas e Bibliográficas:

SAE J1739/2002 (Pg. 33 item 5.2.15) → Probabilidade de que a causa da falha ocorra em um

determinado período de tempo.

FMEA/FMECA Análise da Criticidade

40

40

FMEA Detecção (D)

Probabilidade das características de projeto e/ou os procedimentos de verificação (Controles

Atuais) detectarem as causas do modo de falha a tempo de prevenir uma falha funcional.

Controles Atuais: São as medidas preventivas e de detecção que já tenham sido tomadas

e/ou são regularmente utilizadas para evitar a ocorrência das causas do modo de falha.

Exemplo: Procedimento de Manutenção, Testes de Comissionamento, etc...

Considerações Normatizadas:

SAE J1739/2002 (Pg. 35 item 5.2.17) → É um índice associado ao melhor mecanismo de

detecção disponível na máquina/processo.

FMEA/FMECA Análise da Criticidade

41

41

FMEA Detecção (D) Avaliação SAE J1739 / 2002

FMEA/FMECA Análise da Criticidade

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42

FMEA/FMECA Planilha Exemplo

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43

FMEA/FMECA Planilha Exemplo

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44

FMECA Ações Preventivas e/ou Melhoria

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45

• Registrar as ações que devem ser conduzidas para bloqueio da causa da

falha ou diminuição da sua gravidade e/ou ocorrência.

• Indicar o responsável pela implementação da ação de bloqueio.

• Registrar essas ações de forma objetiva e concisa. Por exemplo:

- Redimensionamento do eixo;

- Modificação das tolerâncias.

• As ações recomendadas devem fazer parte de um plano de ação para o

estabelecimento das contramedidas adotadas Utilizar 5W2H.

FMEA/FMECA Ações Preventivas Recomendadas

46

46

• Anotar neste campo as medidas efetivamente adotadas e aplicadas.

• Lembrar que nem sempre as ações recomendadas são adotadas, por

razões de factibilidade e/ou custos Relatório das 3 Gerações.

• A reanálise da Criticidade (Novo NPR) deve ser preenchida somente após

a implantação das medidas recomendadas com o intuito de reavaliar as

falhas, esperando-se que os índices de Criticidade tenham seus valores

reduzidos.

FMEA/FMECA Ações Preventivas Adotadas

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47

Exercício

Desenvolvimento da FMEA/FMECA para um Sistema

FMEA/FMECA Exercício

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48

OBRIGADO PELA ATENÇÃO

FINAL PARTE 1 - DÚVIDAS E SUGESTÕES