DFMEA: La guía para principiantes sobre el análisis de efectos y modos de falla en el diseño

¿Es la primera vez que utiliza Design Failure Mode and Effects Analysis (DFMEA)? Esta guía paso a paso le proporcionará consejos útiles para realizar su primer DFMEA, incluidos algunos errores comunes a los que debe prestar atención.

En los últimos años, este subconjunto de FMEA ha ganado popularidad discretamente en entornos corporativos. ¿Por qué? Porque permite a los ingenieros identificar los factores de riesgo asociados con el diseño de productos antes de que las empresas inviertan dinero en materiales, procesos y equipos de fabricación ineficaces.

¿Qué significa DFMEA?

Empecemos por responder a la pregunta más básica: ¿qué es DFMEA?

DFMEA son las siglas de «Design Failure Mode and Effect Analysis». Los ingenieros ejecutan el DFMEA para evitar problemas innecesarios en el desarrollo de productos. Es un proceso analítico que las empresas utilizan para identificar, mitigar y eliminar los riesgos de diseño de los productos. De hecho, Capgemini explica que «la eficiencia desde el diseño puede contribuir a aumentar la productividad al ayudar en áreas como la utilización de los activos y el costo de los defectos. También tendrá un impacto positivo en áreas como la rotación de la cartera de productos y el tiempo de comercialización, lo que se traducirá en una mejora de la cuota de mercado».

¿Cuál es el propósito de DFMEA?

DFMEA es una herramienta indispensable de ingeniería de productos para garantizar que las empresas produzcan productos y servicios confiables que satisfagan a los clientes en el competitivo panorama empresarial actual.

Como se mencionó anteriormente, las empresas utilizan DFMEA para reducir la cantidad de defectos de diseño. Lo ideal es que el proceso ayude a las empresas a evitar que se produzcan problemas relacionados con el diseño. Cualquier cosa que impida que un producto funcione correctamente se considera un «defecto».

¿El resultado? La producción, la fabricación y la producción consistentes de productos de alta calidad. Las empresas que se dedican a los sectores de la fabricación, la tecnología de alta gama, la prestación de servicios y la construcción son las que tienen más probabilidades de utilizar el DFMEA.

Sin embargo, las organizaciones responsables de producir una variedad de productos y servicios también utilizan el método para la gestión de riesgos. Por estas razones, DFMEA es una parte vital de gestión total de la calidad procesos.

¿Cómo funciona DFMEA?

DFMEA analiza las posibles fallas de diseño desde todos los ángulos para determinar qué podría impedir que se cumpla la función prevista del producto. Se centra en cuatro áreas de análisis:

• Modo de fallo: Las formas en las que se puede producir un error relacionado con el diseño. Por ejemplo, la interfaz del portátil se bloquea cuando X número de programas permanecen abiertos durante X número de horas.
• Causa del fallo: La causa principal del modo de falla podría ser un defecto en el diseño, el sistema, la calidad o la aplicación de la pieza de un dispositivo.
• Efecto de fallo: Las consecuencias inmediatas del fracaso. Por ejemplo, la interfaz congelada genera una experiencia de usuario frustrante.
• Gravedad de la falla: La gravedad de la falla afecta a la productividad, la calidad y la seguridad. Los ingenieros de calidad suelen pensar en términos de los peores resultados posibles.

En esencia, DFMEA ayuda a determinar qué podría salir mal, qué tan dañinas serían las consecuencias y cómo mitigar los modos de falla antes de que ocurran.

DFMEA ha ayudado a muchas industrias, como la fabricación, el desarrollo de software, la atención médica y la producción de alimentos, a adoptar un enfoque proactivo de prevención y reducción de riesgos.

Diferencia entre DFMEA y FMEA

Análisis de modos y efectos de falla (FMEA) es simplemente una forma amplia de DFMEA. Básicamente, es la misma herramienta de evaluación de riesgos que se aplica a un ámbito más amplio de operaciones.

Los equipos multifuncionales utilizan FMEA para identificar posibles fallos en el diseño del producto, los procesos de producción y el tiempo de inactividad de los equipos. Aplican el método analítico a una miríada de aplicaciones, no solo a los modos de fallo relacionados con el diseño. Como resultado, las empresas dedican menos tiempo, dinero y recursos a la DFMEA en comparación con la FMEA.

Las organizaciones realizan DFMEA en los siguientes escenarios:

• Antes de lanzar un nuevo producto, proceso o servicio
• Antes de implementar estrategias o productos existentes en nuevas capacidades
• Antes de desarrollar planes de control del sistema para los procesos nuevos y existentes
• Al mismo tiempo que se realizan mejoras en los procesos, productos y servicios existentes
• Cuando los clientes se quejan habitualmente de una entrega

Como se mencionó anteriormente, el objetivo del FMEA es minimizar las principales fallas en los productos, procesos y servicios. Tanto la FMEA como la DFMEA buscan identificar posibles fallas, determinar la gravedad de las consecuencias de una falla y recomendar mejoras para mitigar ese riesgo.

Además, tanto la DFMEA como la FMEA se centran en reducir los costos operativos, mientras que la FMEA tiene como objetivo reducir los gastos relacionados con el mantenimiento de los equipos.

Ventajas de DFMEA

DFMEA es una potente herramienta de control de calidad que ofrece varios beneficios, entre los que se incluyen:

• Gestión eficaz de riesgos: Es casi imposible diseñar un producto o servicio sin algún tipo de supervisión. Cuanto más complejo mecánicamente sea el producto entregado, es más probable que sus procesos de producción contengan ineficiencias. La DFMEA facilita la identificación de posibles problemas que, de otro modo, pasarían desapercibidos hasta las fases de producción de prueba.
• Altos índices de satisfacción del cliente: Los problemas de diseño, por pequeños que sean, pueden causar graves inconvenientes a los clientes. La identificación de los posibles modos de falla durante la fase de diseño con DFMEA proporciona una red de seguridad para detectar el tipo de fallas que molestan a los usuarios. Las empresas que ofrecen experiencias de cliente impecables generan más seguidores leales que las que no lo hacen, lo que se traduce en un mayor reconocimiento de la marca, su longevidad y su rentabilidad.
• Costos de producción más bajos: Los productos problemáticos a menudo terminan siendo retirados del mercado. Esto no solo aumenta los costos de producción, sino que también retrasa el lanzamiento de los productos. DFMEA ayuda a prevenir estos problemas al apoyar la creación de soluciones realistas.
• Priorizar los elementos de acción: El DFMEA no solo es eficaz para identificar posibles fallos de diseño, sino que también es eficaz para priorizar las acciones de mitigación. La DFMEA clasifica los diferentes modos de falla en función de su gravedad, incidencia y capacidad para detectar las fallas.

Ahora que entiendes por qué los equipos de diseño practican DFMEA y qué implica el proceso, profundicemos en cómo lo hacen.

¿Cómo realizar DFMEA?

Debido a que DFMEA implica muchas variables y varios miembros del equipo, las cosas pueden complicarse un poco si no se cuenta con los sistemas adecuados. Por este motivo, respete las directrices estándar durante todo el proceso de planificación y ejecución.

A continuación se muestra un resumen paso a paso para realizar DFMEA:

Paso 1: Revisa el diseño

El primer paso consiste en reunir un equipo multidisciplinario para participar en el análisis. Los equipos de DFMEA suelen estar formados por un ingeniero de calidad del producto, un ingeniero de análisis de pruebas, un ingeniero de materiales y equipos de producción, servicio y logística.

Su equipo multifuncional evaluará todos los sistemas, subsistemas, interfaces y componentes para identificar los posibles modos de falla de su producto. Lo ideal es incluir representantes de cada punto de contacto del proceso de producción para evaluar los posibles modos de fallo desde todos los ángulos.

El objetivo en esta etapa es determinar qué tan bueno es el diseño del producto y ver las mejoras que pueden mejorarlo. Cada elemento se aísla y se investiga para que los ingenieros de calidad puedan identificar los modos de fallo de cada uno de ellos.

Paso 2: Identificar todos los modos de falla

Evalúe minuciosamente cada elemento e identifique todos los posibles modos de falla, incluidos:

• Fallos totales: Este tipo de modo de fallo paraliza el sistema o sus componentes. El sistema no puede funcionar hasta que la pieza defectuosa se sustituya por completo.
• Fallos parciales: Mientras el sistema o el producto siguen funcionando, el modo de fallo impide que funcione por completo. Esto se traduce en una reducción de la productividad.
• Fallos intermitentes: El mal funcionamiento es irregular e impredecible para este tipo de modo de fallo.
• Fallos degradados: Este tipo de modo de fallo es el resultado de la fatiga provocada por el uso frecuente. Con el tiempo, el sistema se debilita.
• Fallos involuntarios: En el caso de una falla involuntaria, la falla suele ser el resultado de una falla de otro elemento.

Es crucial reconocer que un solo sistema o componente puede experimentar más de un tipo de modo de falla. Documente cada modo de falla; ningún detalle es demasiado pequeño. También hay ciertas condiciones de operación, uso y operaciones de servicio que pueden afectar a los modos de falla.

Paso 3: Describa las consecuencias de cada modo de falla

Tras identificar todos los modos de fallo potenciales, el siguiente paso es identificar las consecuencias de cada modo de fallo. Los efectos pueden ser leves o graves.

Por ejemplo, una sobretensión eléctrica (modo de fallo) podría provocar la quema de bombillas (consecuencias menores) o un incendio (impacto grave).

Paso 4: Asignar una clasificación de gravedad a cada modo de falla

A continuación, determine la gravedad de cada modo de falla en el sistema, los subsistemas, los componentes, los usuarios y otras partes interesadas relevantes. El grado de gravedad variará para cada modo de falla, sistema y componente. Cuanto más alta sea la clasificación de gravedad, más grave será el modo de falla.

Clasifique los modos de fallo según los siguientes criterios:

• 9-10: Cualquier cosa que afecte a la seguridad y al cumplimiento normativo.
• 7-8: El modo de falla hace que el sistema o componente pierda o experimente una degradación de su función principal.
• 5 a 6: El sistema/componente solo pierde o degrada su función secundaria. El modo de fallo no afecta a la función principal.
• 2 a 4: El modo de fallo solo produce molestias, pero no afecta en absoluto a la funcionalidad del sistema/componente.

Paso 5: Identificar las causas fundamentales del fracaso

En algún momento, todas las organizaciones, sin importar cuán concienzudas sean, experimentan un error de diseño. ¡Es inevitable! Sin embargo, los procesos integrales de DFMEA pueden facilitar menos problemas después del lanzamiento.

Para resolver los modos de falla, primero debe identificar sus causas principales. Eso es lo que harás en esta etapa.

Paso 6: Evaluar los controles de diseño existentes

A continuación, evalúe los controles de diseño existentes para determinar la eficacia con la que pueden detectar y prevenir los errores que anteriormente había planteado en una lluvia de ideas. Los controles de diseño sólidos deberían poder prevenir, o al menos prever, los modos de falla. Hay dos tipos de controles de diseño:

• Controles de prevención: Estos controles ayudan a evitar que se produzcan errores. Incluyen los requisitos de diseño, materiales e ingeniería, así como la documentación. Los controles de prevención suelen servir como procedimientos operativos estándar (SOP) al emprender proyectos.
• Controles de detección: Confíe en los controles de detección para identificar las causas de las fallas y las fallas antes de que ocurran. Puede usar los controles de detección durante la creación de prototipos, las pruebas de confiabilidad, las pruebas funcionales y las simulaciones.

Recuerde: el objetivo principal de los controles de diseño es permitirle evitar incidentes antes del lanzamiento del producto final.

Paso 7: Asignar clasificaciones de ocurrencias a cada modo de falla

Utilice las clasificaciones de ocurrencias para determinar la probabilidad de que ocurra cada modo de falla. Los equipos de DFMEA suelen basarse en una escala de clasificación del 1 al 10. Los modos de error con una clasificación de ocurrencia más baja tienen probabilidades mínimas de ocurrir, mientras que aquellos con números más altos son casi seguros de que ocurran.

Paso 8: Asignar clasificaciones de detección a cada modo de falla

Al igual que con las clasificaciones de gravedad y ocurrencia, evalúe las clasificaciones de detección en una escala del 1 al 10. Solo que esta vez, pregúntese: ¿qué probabilidades hay de que detectemos cada uno de los modos de falla identificados antes de que ocurran?

El objetivo es determinar la eficacia de los controles de diseño existentes para detectar problemas antes de que ocurran. Las clasificaciones de detección más bajas significan que es muy probable que tu equipo descubra problemas. Como alternativa, cuanto más alta sea la clasificación de detección, menos plausible será prever que se produzca el modo de fallo.

Paso 9: Calcular los números de prioridad de riesgo (RPN)

Desafortunadamente, ¡solo hay un número limitado de horas en un día para dedicarlas al desarrollo de productos! Conocer tus RPN es clave para determinar qué problemas de diseño deben resolver primero los miembros del equipo.

Asigne la máxima prioridad a los modos de fallo con las RPN más altas. Una vez asignadas las clasificaciones, el RPN de cada problema se calcula multiplicando la gravedad por la incidencia por la detección

Fórmula numérica de prioridad de riesgo:

RPN = Ocurrencia × Gravedad × Detección

Paso 10: Establecer acciones correctivas

En esta etapa, es posible que haya descubierto información que sugiere la necesidad de modificar los procesos de diseño existentes. Establezca un RPN aceptable para los modos de falla y documente sus acciones correctivas. Además, identifique las herramientas que necesitará para reducir su RPN.

Paso 11: Implementar un plan de acción correctiva (recalcular los RPN)

Una vez que haya desarrollado su (s) plan (s) de acción, ¡es hora de ponerse a trabajar! Haga que todos participen e implemente su plan de acción para el diseño de sus productos. Al final del período de implementación, vuelve a calcular el RPN para evaluar el progreso mensurable.

¿Su equipo ha conseguido reducir su clasificación de incidencia y gravedad? ¿Aumentó la clasificación de detecciones? En lo que respecta al mantenimiento, la gestión de activos y la gestión del inventario de equipos, recomendamos utilizar un CMMS (sistema de gestión de mantenimiento computarizado) como MaintainX para realizar un seguimiento de su progreso.

Un CMMS fácil de usar agilizará la administración de datos, ahorrará tiempo con las listas de verificación de procedimientos digitales y proporcionará métricas significativas que respaldan la toma de decisiones de O&M efectivas.

Ejemplo práctico de DFMEA

¿Quieres ver cómo luce DFMEA en acción?

Mira este ejemplo de un DFMEA realizado para desarrollar una puerta de entrada de automóvil en una planta de fabricación compilado por ReliantSoft.

La siguiente sección destacará algunos de los errores más comunes que cometen las empresas al implementar análisis de modos y efectos de fallas generales y de diseño.

Errores comunes que se cometen con DFMEA

A continuación, se muestran algunos de los errores más comunes que cometen las organizaciones cuando intentan usar FMEA por primera vez:

1. No integre los tipos de FMEA

La falta de integración del FMEA es algo común en muchas organizaciones. No es inusual que los líderes gestionen varios proyectos del FMEA de forma aislada, a pesar de la importante superposición entre funciones y departamentos.

No se puede ejecutar DFMEA de forma eficaz mientras se ignora procesar FMEA (PMEA). La PFMEA se centra en evaluar los posibles contratiempos en los procesos operativos que interrumpen los resultados. Ayuda a los departamentos de mantenimiento a establecer prioridades mantenimiento preventivo (PM) proporcionando un método para medir las diversas consecuencias de las averías de los activos. El PFMEA también puede servir como catalizador para reducir los costos de producción, eliminar el desperdicio de producción y reducir el tiempo de inactividad.

2. Propiedad incorrecta de la FMEA

Otro error común de los principiantes es asignar a los departamentos de control de calidad la propiedad total de DFMEA. Este descuido es perjudicial porque los ingenieros de calidad no suelen ser los principales ejecutores de los procesos de diseño y producción que se están revisando.

Es posible que carezcan de conocimientos de primera mano sobre los detalles del sistema, los requisitos de diseño y la forma en que los cambios en el desarrollo de los productos afectarán en última instancia a los usuarios finales. Por este motivo, es aconsejable encargar el proyecto a los diseñadores de productos y asignar funciones de apoyo a otros miembros del departamento.

3. Grupos de trabajo incompletos

Además de la propiedad del FMEA, la composición del equipo del FMEA también suele ser un desafío importante para las organizaciones. Si seleccionas a las personas equivocadas para formar el equipo, acabarás con medidas de mitigación de riesgos ineficaces. De hecho, podrías terminar empeorando las cosas.

El equipo de la FMEA siempre debe estar formado por personas con conocimientos sobre el diseño y los requisitos del cliente y sobre cómo cumplirlos. El departamento principal del sistema debe estar incluido en el equipo.

4. Mal momento

Desafortunadamente, a veces es posible hacer todo bien pero en el momento equivocado. ¿Cómo se lleva a cabo el FMEA en el momento equivocado? ¡No piensan en la FMEA hasta que algo sale mal!

Esto puede llevar a que las organizaciones gestionen el FMEA solo para completar el papeleo. Se convierte en otro proceso que hay que cumplir en lugar de buscar de forma proactiva formas de mejorar sus sistemas y productos.

En lugar de convertir el DFMEA en una costosa idea de último momento, trate de completar el análisis durante la fase de diseño del producto. No puede iniciar primero el PFMEA y el FMEA del sistema y, posteriormente, completar el DFMEA. DFMEA es lo primero, seguido de los demás.

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