Cos’è l’analisi FMEA e come adottarla per migliorare l’affidabilità di prodotti e sistemi

Categorie: Automotive
21 Luglio 2021

La ‘failure mode and effects analysis’ permette di identificare in anticipo le modalità di guasto di un prodotto, processo o sistema, e le cause che le generano, aiutando ad attuare le azioni correttive per i problemi più gravi. FMEA è però un metodo rigoroso, che richiede team di specialisti con conoscenze e competenze interdisciplinari 

Nella progettazione di applicazioni, processi, sistemi, l’adozione di rigorose tecniche di analisi della qualità e della sicurezza di funzionamento è importante per prevenire e correggere anomalie o avarie che possono determinare, a seconda dei casi, conseguenze anche gravi su oggetti o persone. Soprattutto quando i sistemi tecnologici sono molto complessi, in quanto costituiti da diversi componenti e sottosistemi, e quando sono “safety-critical”, come nel caso di quelli avionici o automotive, la verifica della sicurezza funzionale (functional safety) non può essere condotta in maniera frammentaria e disorganica.  

Ad esempio, nella progettazione di un sistema automotive ADAS (Advanced Driver Assistance System), definire con precisione le caratteristiche di ciò che si sta sviluppando, ed eseguire un’analisi metodica delle modalità di guasto che possono presentarsi, diventa un presupposto fondamentale per migliorare l’affidabilità intrinseca dell’intero sistema.  

Procedura FMEA, cos’è e perché è importante 

In contesti come quelli sopra accennati, una metodologia generalmente utilizzata è l’analisi FMEA (Failure Mode and Effects Analysis). FMEA costituisce un approccio strutturato per migliorare un progetto, e individuare, già nella fase di design, tutti i possibili guasti e malfunzionamenti che possono verificarsi in un prodotto, componente, sottosistema, sistema; o in un processo di produzione o assemblaggio.  

In aggiunta, l’analisi FMEA non si limita a identificare tutte le potenziali modalità di guasto, ma ne ricerca le cause, e valuta gli effetti di tali possibili anomalie e avarie sul sistema o sugli utenti finali, fornendo l’opportunità di studiare e implementare azioni correttive o strategie di mitigazione del rischio, adeguate a indirizzare i problemi più seri.    

Ciò è possibile grazie al fatto che la procedura FMEA, in qualità di strumento di analisi del rischio, consente di identificare e classificare i potenziali modi di guasto sulla base della loro gravità (entità delle conseguenze), probabilità di accadimento e livelli di rilevamento. In funzione di questi fattori, per ciascuna modalità di guasto viene calcolato un indice di priorità del rischio (risk priority number – RPN), che poi serve a orientare la strategia di mitigazione verso l’eliminazione o la riduzione dei modi di guasto che presentano un indice di priorità del rischio più elevato.   

Storia ed evoluzione di FMEA  

La metodologia FMEA viene inizialmente formalizzata nel 1949, quando le forze armate statunitensi introducono la procedura militare MIL-P-1629 (“Procedure for performing a failure mode effect and criticality analysis”), per valutare e documentare il potenziale impatto di ogni guasto hardware o funzionale sul successo della missione, sulla safety del sistema e del personale, sulle prestazioni, la manutenibilità e i requisiti di manutenzione del sistema.  

Negli anni Sessanta, l’approccio FMEA viene adottato dall’agenzia spaziale Nasa nel programma Apollo, per l’analisi e l’individuazione degli oggetti hardware in grado di contribuire maggiormente all’inaffidabilità del sistema e ai problemi di safety dell’equipaggio.  

Gli anni Settanta vedono l’adozione di FMEA nel settore automobilistico, mentre, nel 1982, con la fondazione di AIAG (Automotive Industry Action Group), la procedura FMEA inizia a essere implementata attraverso metodi più strutturati e standardizzati.  

Nel 2019, la collaborazione tra AIAG e VDA (German Association of the Automotive Industry) porta alla pubblicazione della prima guida internazionale sul metodo FMEA nel settore automotive. Il nuovo manuale (“AIAG & VDA FMEA Handbook”) incorpora e armonizza in un’unica, organica guida le best practice di entrambi i metodi (AIAG e VDA), contenute nei precedenti manuali FMEA regionali, promuovendo “l’utilità di una procedura process-oriented per aiutare i fornitori a soddisfare i requisiti di prestazioni del prodotto richiesti dai costruttori auto”. Nella guida, la più rilevante novità è il nuovo approccio in sette fasi (pianificazione e preparazione, analisi della struttura, analisi della funzione, analisi del guasto, analisi del rischio, ottimizzazione, documentazione dei risultati) per lo sviluppo della procedura FMEA nell’automotive; approccio che fornisce un insieme di regole per rendere più trasparente, e anticipare, calibrare, gestire in maniera più completa, il rischio di progettazione di un prodotto o processo.      

FMEA, uno strumento per prevenire guasti e ridurre i costi 

Prima un difetto o un’avaria vengono scoperti, prima si potrà intervenire per attuare le misure correttive necessarie e ridurre l’impatto, e i costi, delle conseguenze che si avrebbero se il medesimo difetto o avaria venissero identificati in uno stadio avanzato di sviluppo del prodotto/sistema.  

Purtroppo, non mancano casi in cui, in genere a causa di vincoli economici e di tempo, la procedura FMEA viene evitata, o non completata, nonostante la sua applicazione nei differenti stadi del ciclo di vita del prodotto o sistema (progettazione, sviluppo, fabbricazione, manutenzione) permetta di identificare in anticipo e risolvere, o mitigare a un livello accettabile, problemi potenzialmente critici. Eseguire un’attenta e approfondita analisi FMEA diventa cruciale, soprattutto, quando essa può contribuire ad evitare conseguenze disastrose in un sistema automotive o avionico molto complesso. Un esempio può essere il caso del malfunzionamento del sensore AoA, (angle of attack), alla base dei disastri aerei in cui sono stati coinvolti due Boeing 737 Max nel 2018 e nel 2019.  

Quali competenze selezionare in un’iniziativa FMEA 

L’uso della metodologia FMEA per il miglioramento di un prodotto o sistema non è un’attività che si può condurre da soli, o con team di persone incompleti, perché si finirebbe per ottenere solo risultati di bassa qualità, scrive in un articolo Carl S. Carlson, consulente e istruttore nell’area FMEA e nelle discipline legate all’ingegneria dell’affidabilità. Secondo Carlson, uno dei passi chiave, nella preparazione della procedura, è proprio la selezione del team corretto, perché FMEA è un’attività di squadra interfunzionale. Creare il team corretto significa ridurre al minimo gli errori legati ai limiti di visibilità che le singole persone manifestano, ma anche saper reperire gli specialisti giusti nella varietà di discipline in cui servono competenze, di volta in volta, specifiche per l’analisi appropriata di un determinato prodotto o sistema. In aggiunta, solo attraverso la collaborazione, il dialogo interdisciplinare, la sinergia tra esperti, il metodo FMEA può esprimere il massimo valore, identificando anomalie e problemi che passerebbero inosservati agli occhi di singoli individui.   

Ribadendo che ciascun team va costruito in modo specifico per l’obiettivo che la procedura FMEA deve raggiungere nell’analisi di un prodotto o sistema, all’interno della squadra possono tipicamente essere concentrate competenze che spaziano, dall’ingegneria della progettazione, all’ingegneria dei sistemi, all’ingegneria della produzione industriale, e in aree disciplinari come l’ingegneria del collaudo, la qualità, l’affidabilità dei sistemi. 

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