Failure Mode and Effect

MODUL 13

Failure Mode and Effect Analysis (FMEA)

1. Pendahuluan

Failure Mode and Effect Analysis adalah suatu penaksiran elemen per elemen

secara sistematis untuk menyoroti akibat-akibat dari kegagalan komponen, produk,

proses atau sistem dalam memenuhi keinginan dan spesifikasi konsumen. Hal ini

ditandai dengan nilai yang tinggi atas elemen dari komponen produk, proses, atau

sistem yang memerlukan prioritas penanganan untuk mengurangi kegagalan dengan

berbagai cara seperti desain ulang, perbaikan secara terus-menerus, pendukung

keamanan tinjauan perancangan dan lain-lain. Hal itu dapat dilaksanakan pada tahap

perancangan dan menggunakan pengalaman atau pertimbangan atau yang

digabungkan dengan reliabilitas data menggunakan pengetahuan tentang rata-rata

tingkat kegagalan untuk komponen dan produk yang ada saat ini.

Failure Mode and Effect Analysis dapat menjabarkan secara sistematik

kumpulan dari sebuah aktivitas dalam hal; mengetahui dan mengevaluasi kegagalan

potensial dari produk/proses dan efek dari kegagalan tersebut, mengidentifikasi aksi

yang harus dihilangkan atau dikurangi untuk mendapatkan peluang dari kegagalan

potensial dan sebagai dokumen dari semua proses. FMEA lebih berfokus terhadap

desaign baik untuk produk ataupun proses. Pada perkembangan dewasa ini FMEA

dapat dibedakan dalam dua tipe yaitu FMEA design dan FMEA proses.

Salah satu faktor yang penting dalam suksesnya penerapan FMEA adalah ‘time

liness’. Maksudnya adalah melakukannya sebelum proses berlangsung (before the

event) dan bukan melakukan sesudah terjadi (after the fact). Untuk mendapatkan hasil

yang bagus, FMEA harus dilakukan atau diterapkan sebelum potensial kegagalan dari

proses atau produk telah terjadi dalam produk atau proses tersebut.

Secara umun ada tiga jenis kasus dari FMEA, dimana masing-masing

mempunyai fokus yang berbeda:

1. Desain baru, teknologi baru atau proses baru. FMEA akan berfokus pada desain

lengkap, teknologi atau proses.

2. Modifikasi untuk memperbaiki desain atau proses yang memungkinkan adanya

interaksi antara modifikasi dan field history.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Herry Agung Prabowo M.Sc.

MANAJ. PEMELIHARAAN 1

3. Menggunakan desain atau proses yang ada dalam lingkungan., lokasi atau aplikasi

baru. FMEA akan berfokus terhadap imbas, terhadap lingkungan baru atau lokasi

terhadap desian atau proses yang ada.

2. FMEA Design

FMEA Design adalah sebuah teknik analisis berdasarkan design dari

engineering/team yang memuat modus kegagalan potensial penyebab kegagalan

mekanis yang muncul dalam proses tersebut. Masing-masing item dari semua system

yang ada, sub sistem dan semua komponen harus evaluasi. Secara sitematik

pendekatan dilakukan secara parallel, formal dan semua dokumen ynag terkait dengan

para engineer yang melalui beberapa desain proses.

Desain potensial FMEA mendukung proses lain dalam mengurangi resiko

kegagalan oleh:

Dapat membantu mengevaluasi secara objektif dari desain, termasuk

persyaratan fungsional dan desain alternative.

Evaluasi inisial desain untuk manufaktur, perakitan, service dan siklus

dari requirement.

Tambahkan probalitas dari modus kegagalan potensial dari efek dari

sistem selam proses pengembangan desain.

Sediakan informasi tambahan untuk membantu rencana desain yang

efisien, pengembangan dan validasi.

Rancang ranking dari modus kegagalan potensial berdasarkan efek

yang ditimbulkan pada konsumen.

Sediakan untuk menyerap isu-isu, untuk rekomendasi dan resikonya

untuk mengurangi aksi.

Sediakan referensi untuk masa depan untuk membantu analisis,

evaluasi perubahan desain dan pengembangan desain sudah final.

FMEA design disebut juga living dokumen dan awal untuk:

Dapat mengetahui sebelum atau saat konsep design sudah final.

Dapat melanjutkan updating terhadap perubahan atau penambahan

informasi yang terkandung dalam pengembangan produk.

Dapat melengkapi kekurangan sebelum gambar proses produksi dibuat.



FMEA desain juga tidak hanya menitik beratkan pada proses kontrol untuk

mengatasi kelemahan potensial dari desain, tetapi juga menganalisa pertimbangan

batasan teknik/fisisk dari proses produksi/perakitan, sebagai contoh;

Batasan dari finishing permukaan.

Suaian perakitan/akses untuk tooling.

Batasan tingkat kekerasan dari baja.

Toleransi.

Kemampuan proses atau performansi.

3. FMEA Proses

FMEA proses adalah sebuah teknik analisis proses manufacture atau perakitan

dimana didalamnya memuat modus kegagalan potensial dan penyebab kegagalan

mekanis yang muncul pada proses produksi tersebut. Masing-masing item dari semua

sistem yang ada, sub sistem dan semua komponen harus dievaluasi. Secara sistematik

pendekatan dilakukan secara paralel, formal dan semua dokumen yang terkait dengan

para engineering yang melalui beberapa desain proses.

FMEA proses berguna untuk:

Mengidentifikasi fungsi dari proses dan requirement,

Mengidentifikasi potensial produk dan hubungan antara proses dengan modus

kegagalan,

Menaksirkan efek kegagalan potensial pada konsumen,

Mengidentifikasi potensial dari proses produksi atau perakitan penyebab dan

mengidentifikasi variable proses yang berfokus pada mengurangi tingkat

occurrence atau deteksi dari kondisi gagal,

Mengidentifikasi variable proses yang mana berfokus pada proses kontrol,

Mengembangkan ranking dari modus kegagalan potensial yang didapat dari

prioritas dari system untuk pencegahan pertimbangan aksi yang diambil,

Dokumentasi dari hasil proses produksi atau proses perakitan.

FMEA proses adalah sebuah living dokumen dan sebagai awal untuk:

Sebelum atau saat tahap kelayakan proses,

Prioritas tooling untuk produksi,



Pengambilan laporan semua proses produksi, dari bentuk per part komponen

sampai proses perakitan.

Pada tahap awal dan analisis dari peninjauan kembali proses yang meningkatkan

proses, pemecahan ulang atau monitor potensial proses yang focus pada tahap rencana

proses produksi kedalam model baru atau komponen program. FMEA proses berasumsi

bahwa produk yang telah didesain merupakan bagian dari FMEA desain. Modus

kegagalan potensial dapat terjadi karena desain mempunyai kelemahan yang mungkin

masih terdapat didalam FMEA proses. Efek dari kegagalan dan pencegahannya sudah

dijabarkan dalam FMEA desain. FMEA proses tidak sepenuhnya percaya bahwa

perubahan desain produk dapat meng atasi kelemahan proses.

Salah satu tujuan dari FMEA adalah mengarahkan ketersediannya sumber

kearah kesempatan yang paling menjanjikan ( Pyzdek, Thomas, The Six Sigama Hand

Book, hal. 512 ). Menurut Peter S. Pande, langkah-langkah dalam pembuatan FMEA

adalah sebagai berikut:

1. Mengidentifikasi proses atau produk,

2. Membuat daftar masalah-masalah potensial yang akan muncul,

3. Memberiakan tingkatan pada masalah untuk severity, occurrence dan

detectability,

Pada tabel, untuk mendapat nilai occurrence terlebih dahulu kita harus

menentukan Ppk (Probability Process Control) melalui perhitungan statistik

sebagai berikut:

Dengan:

Atau

Ppk : Probability Process Control

Z : Distribusi normal



x : waktu terjadi

n : frekuensi kegagalan dalam satu tahun ( 12 bulan)

p : banyaknya kegagalan pertahun ( )

q : probabilitas yang gagal

σ : simpangan baku

η : nilai tengah

4. Menghitung risk priority number (RPN) dan menentukan prioritas tindakan

perbaikan,

5. Mengembangkan tindakan untuk mengurangi resiko,

6. Skala penilaian untuk perhitungan ini adalah 1-10. Penilaian tergantung dari

proses itu sendiri berada pada tingkat berapa bila diukur dari sisi severity,

occurrence dan detectability seperti terlihat pada tabel 2.2, 2.3., dan 2.4.

7. Penilaian severity (S), occurrence (O) dan detectability (D) terhadap proses ini

dilakukan secara subyektif , dengan cara berdiskusi dengan manajer mutu,

manajer teknis dan cutomer service,

8. Risk priority number (RPN) meupakan perkalian dari rating severity (S),

occurrence (O) dan detectability (D).

Tabel 2-1. Skala penilaian untuk severity



Rating Severity pada FMEA Preventive Maintenance

Ranking Akibat/Effect Kriteria Verbal Akibat pada Produksi

1 Tidak ada akibatTidak mengakibatkan apa-apa, tidak memerlukan penyesuaian.

Proses berada dalam kendali tanpa melakukan penyesuaian peralatan.

2 Akibat sangat ringan

Mesin tetap beroperasi dengan aman, hanya terjadi sedikit gangguan peralatan yang tidak berarti. Akibat hanya dapat diketahui oleh operator yang berpengalaman.

Proses berada dalam pengendalian , hanya membutuhkan sedikit penyesuaian.

3 Akibat ringan

Mesin tetap beroperasi dengan aman, hany ada sedikit gangguan. Akibat diketahui oleh rata-rata operator.

Proses telah berada diluar kendali, beberapa penyesuaian diperlukan.

4 Akibat minor

Mesin tetap beroperasi dengan aman, namun terdapat gangguan kecil. Akibat diketahui oleh semua operator.

Kurang dari 30 menit downtime atau tidak ada downtime sama sekali.

5 Akibat moderat

Mesin tetap beroperasi normal, namun telah menimbulkan beberapa kegagalan produk. Operator merasa tidak puas karena tingkat kinerja berkurang.

30-60 menit downtime

6 Akibat signifikan

Mesin tetap beroperasi dengan aman, tetap menimbulkan kegagalan produk. Operator merasa sangat tidak puas dengan kinerja mesin.

1-2 jam downtime.

7 Akibat major

Mesin tetap beroperasi dengan aman, tetapi tidak dapat dijalankan secara penuh. Operator merasa sangat tidak puas.

2-4 jam downtime.

8 Akibat ekstremMesin tidak dapat beroperasi dan telah kehilangan fungsi utamanya.

4-8 jam downtime.

9 Akibat seriusMesin gagal beroperasi, serta tidak sesuai dengan peraturan keselamatan kerja.

Lebih besar dari 8 jam downtime.

10 Akibat berbahaya

Mesin tidak layak dioperasikan, karena dapat menimbulkan kecelakaan secara tiba-tiba, dan hal ini bertentangan dengan peraturan keselamatan kerja..

Lebih besar dari 8 jam downtime.

Tabel 2-2. Skala penilaian untuk Occurrence



Rating Kejadian (Occurrence) pada FMEA Preventive Maintenance

Ranking Kejadian Kriteria VerbalTingkat Kejadian

KegagalanPpk

1Hampir tidak pernah

Kerusakan hampir tidak pernah terjadi.

Lebih dari 10.000 jam operasi mesin

< 0,55

2 Remote Kerusakan jarang terjadi.6001-10.000 jam operasi mesin

≥ 0,55

3 Sangat sedikitKerusakan yang terjadi sangat sedikit.

3001-6000 jam operasi mesin

≥ 0,78

4 Sedikit Kerusakan yang terjadi sedikit2001-3000 jam operasi mesin

≥ 0,86

5 RendahKerusakan yang terjadi pada tingkat rendah.


≥ 0,94

6 MediumKerusakan yang terjadi pada tingkat medium.


≥ 1,00

7 Agak tinggiKerusakan yang terjadi agak tinggi.


≥ 1,10

8 Tinggi Kerusakan yang terjadi tinggi. 11-100 jam operasi tinggi ≥ 1,20

9 Sangat tinggiKerusakan yang terjadi sangat tinggi.

2-10 jam operasi mesin ≥ 1,30

10 Hampir selalu Kerusakan selalu terjadi.Kurang dari 2 jam operasi mesin

≥ 1,67

Tabel 2-3. Skala penilaian untuk Detectability



Rating deteksi (detection) pada FMEA Preventive Maintenance

Ranking Akibat Kriteria verbal

1 Hampir pastiPerawatan preventif akan selalu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.

2 Sangat tinggiPerawatan preventif memiliki kemungkinan sangat tinggi untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.

3 TinggiPerawatan preventif memiliki kemungkinan tinggi untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.

4 Moderately highPerawatan preventif memiliki kemungkinan “moderately High” untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.

5 ModeratePerawatan preventif memiliki kemungkinan “moderate” untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.

6 RendahPerawatan preventif memiliki kemungkinana rendah untuk mampu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.

7 Sangat rendah Perawatan preventif memiliki kemungkinana sangat rendah untuk mampu mendateksi penyebab potensial kegagalan dan mode kegagalan.

8 RemotePerawatan preventif memiliki kemungkinan “remote” untuk mampu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.

9 Very remotePerawatan preventif memiliki kemungkinan “very remote” untuk mampu mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.

10 Tidak pastiPerawatan preventif akan selalu tidak mampu untuk mendeteksi penyebab potensial atau mekanisme kegagalan dan mode kegagalan.

Sebagai tambahan pemahaman dan bagaimana membuat bagan FMEA secara detail

silahkan baca artikel di bawah ini:



FAILURE MODES AND EFFECTS ANALYSIS (FMEA)

Kenneth Crow

DRM Associates

Introduction

Customers are placing increased demands on companies for high quality, reliable

products. The increasing capabilities and functionality of many products are making it

more difficult for manufacturers to maintain the quality and reliability. Traditionally,

reliability has been achieved through extensive testing and use of techniques such as

probabilistic reliability modeling. These are techniques done in the late stages of

development. The challenge is to design in quality and reliability early in the

development cycle.

Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) is methodology for analyzing potential

reliability problems early in the development cycle where it is easier to take actions to

overcome these issues, thereby enhancing reliability through design. FMEA is used to

identify potential failure modes, determine their effect on the operation of the product,

and identify actions to mitigate the failures. A crucial step is anticipating what might go

wrong with a product. While anticipating every failure mode is not possible, the

development team should formulate as extensive a list of potential failure modes as

possible.

The early and consistent use of FMEAs in the design process allows the engineer to

design out failures and produce reliable, safe, and customer pleasing products. FMEAs

also capture historical information for use in future product improvement.

Types of FMEA's

There are several types of FMEAs, some are used much more often than others. FMEAs

should always be done whenever failures would mean potential harm or injury to the

user of the end item being designed. The types of FMEA are:

System - focuses on global system functions

Design - focuses on components and subsystems



Process - focuses on manufacturing and assembly processes

Service - focuses on service functions

Software - focuses on software functions

FMEA Usage

Historically, engineers have done a good job of evaluating the functions and the form of

products and processes in the design phase. They have not always done so well at

designing in reliability and quality. Often the engineer uses safety factors as a way of

making sure that the design will work and protected the user against product or process

failure. As described in a recent article:

"A large safety factor does not necessarily translate into a reliable product.

Instead, it often leads to an overdesigned product with reliability problems."

Failure Analysis Beats Murphey's Law

Mechanical Engineering , September 1993

FMEA's provide the engineer with a tool that can assist in providing reliable, safe, and

customer pleasing products and processes. Since FMEA help the engineer identify

potential product or process failures, they can use it to:

Develop product or process requirements that minimize the likelihood of those

failures.

Evaluate the requirements obtained from the customer or other participants in the

design process to ensure that those requirements do not introduce potential

failures.

Identify design characteristics that contribute to failures and design them out of

the system or at least minimize the resulting effects.

Develop methods and procedures to develop and test the product/process to

ensure that the failures have been successfully eliminated.

Track and manage potential risks in the design. Tracking the risks contributes to

the development of corporate memory and the success of future products as

well.

Ensure that any failures that could occur will not injure or seriously impact the

customer of the product/process.

Benefits of FMEA



FMEA is designed to assist the engineer improve the quality and reliability of design.

Properly used the FMEA provides the engineer several benefits. Among others, these

benefits include:

Improve product/process reliability and quality

Increase customer satisfaction

Early identification and elimination of potential product/process failure modes

Prioritize product/process deficiencies

Capture engineering/organization knowledge

Emphasizes problem prevention

Documents risk and actions taken to reduce risk

Provide focus for improved testing and development

Minimizes late changes and associated cost

Catalyst for teamwork and idea exchange between functions

FMEA Timing

The FMEA is a living document. Throughout the product development cycle change and

updates are made to the product and process. These changes can and often do

introduce new failure modes. It is therefore important to review and/or update the FMEA

when:

A new product or process is being initiated (at the beginning of the cycle).

Changes are made to the operating conditions the product or process is

expected to function in.

A change is made to either the product or process design. The product and

process are inter-related. When the product design is changed the process is

impacted and vice-versa.

New regulations are instituted.

Customer feedback indicates problems in the product or process.

FMEA Procedure



The process for conducting an FMEA is straightforward. The basic steps are outlined

below:

1. Describe the product/process and its function. An understanding of the product or

process under consideration is important to have clearly articulated. This

understanding simplifies the process of analysis by helping the engineer identify

those product/process uses that fall within the intended function and which ones

fall outside. It is important to consider both intentional and unintentional uses

since product failure often ends in litigation, which can be costly and time

consuming.

2. Create a Block Diagram of the product or process. A block diagram of the

product/process should be developed. This diagram shows major components or

process steps as blocks connected together by lines that indicate how the

components or steps are related. The diagram shows the logical relationships of

components and establishes a structure around which the FMEA can be

developed. Establish a Coding System to identify system elements. The block

diagram should always be included with the FMEA form.

3. Complete the header on the FMEA Form worksheet: Product/System,

Subsys./Assy., Component, Design Lead, Prepared By, Date, Revision (letter or

number), and Revision Date. Modify these headings as needed.

4. Use the diagram prepared above to begin listing items or functions. If items are

components, list them in a logical manner under their subsystem/assembly

based on the block diagram.

5. Identify Failure Modes. A failure mode is defined as the manner in which a

component, subsystem, system, process, etc. could potentially fail to meet the

design intent. Examples of potential failure modes include:

Corrosion Hydrogen embrittlement Electrical Short or Open Torque Fatigue Deformation Cracking

6. A failure mode in one component can serve as the cause of a failure mode in

another component. Each failure should be listed in technical terms. Failure

modes should be listed for function of each component or process step. At this



point the failure mode should be identified whether or not the failure is likely to

occur. Looking at similar products or processes and the failures that have been

documented for them is an excellent starting point.

7. Describe the effects of those failure modes. For each failure mode identified the

engineer should determine what the ultimate effect will be. A failure effect is

defined as the result of a failure mode on the function of the product/process as

perceived by the customer. They should be described in terms of what the

customer might see or experience should the identified failure mode occur. Keep

in mind the internal as well as the external customer. Examples of failure effects

include:

Injury to the user Inoperability of the product or process Improper appearance of the product or process Odors Degraded performance Noise

Establish a numerical ranking for the severity of the effect. A common industry

standard scale uses 1 to represent no effect and 10 to indicate very severe with

failure affecting system operation and safety without warning. The intent of the

ranking is to help the analyst determine whether a failure would be a minor

nuisance or a catastrophic occurrence to the customer. This enables the

engineer to prioritize the failures and address the real big issues first.

8. Identify the causes for each failure mode. A failure cause is defined as a design

weakness that may result in a failure. The potential causes for each failure mode

should be identified and documented. The causes should be listed in technical

terms and not in terms of symptoms. Examples of potential causes include:

Improper torque applied Improper operating conditions Contamination Erroneous algorithms Improper alignment Excessive loading Excessive voltage

9. Enter the Probability factor. A numerical weight should be assigned to each

cause that indicates how likely that cause is (probability of the cause occurring).



A common industry standard scale uses 1 to represent not likely and 10 to

indicate inevitable.

10. Identify Current Controls (design or process). Current Controls (design or

process) are the mechanisms that prevent the cause of the failure mode from

occurring or which detect the failure before it reaches the Customer. The

engineer should now identify testing, analysis, monitoring, and other techniques

that can or have been used on the same or similar products/processes to detect

failures. Each of these controls should be assessed to determine how well it is

expected to identify or detect failure modes. After a new product or process has

been in use previously undetected or unidentified failure modes may appear. The

FMEA should then be updated and plans made to address those failures to

eliminate them from the product/process.

11. Determine the likelihood of Detection. Detection is an assessment of the

likelihood that the Current Controls (design and process) will detect the Cause of

the Failure Mode or the Failure Mode itself, thus preventing it from reaching the

Customer. Based on the Current Controls, consider the likelihood of Detection

using the following table for guidance.

12. Review Risk Priority Numbers (RPN). The Risk Priority Number is a

mathematical product of the numerical Severity, Probability, and Detection

ratings:

RPN = (Severity) x (Probability) x (Detection)

The RPN is used to prioritize items than require additional quality planning or

action.

13. Determine Recommended Action(s) to address potential failures that have a high

RPN. These actions could include specific inspection, testing or quality

procedures; selection of different components or materials; de-rating; limiting

environmental stresses or operating range; redesign of the item to avoid the

failure mode; monitoring mechanisms; performing preventative maintenance; and

inclusion of back-up systems or redundancy.



14. Assign Responsibility and a Target Completion Date for these actions. This

makes responsibility clear-cut and facilitates tracking.

15. Indicate Actions Taken. After these actions have been taken, re-assess the

severity, probability and detection and review the revised RPN's. Are any further

actions required?

16. Update the FMEA as the design or process changes, the assessment changes or

new information becomes known.



Failure Mode and Effect

Documents

Transcript of Failure Mode and Effect