DFMEA: Identificación proactiva de riesgos para prevenir fallas de sistemas

¿Qué es un modo de falla?

Un modo de falla es cualquier cosa que cause que el producto o proceso funcione fuera de los parámetros esperados. Puede variar desde un error muy menor que apenas se nota y no afecta el rendimiento de ninguna manera, hasta una falla mayor que resulta en retiradas de productos y una línea de producción cerrada. En los casos más graves, un modo de falla podría terminar causando lesiones a los usuarios finales o incluso resultar en demandas.

Explicando el Análisis de Modo de Falla y Efectos (AMFE)

Identificar el modo de falla es importante, pero es solo el primer paso en un análisis de modo de falla y efectos.

El propósito del AMFE es determinar por qué ocurrió la falla, qué tan importante es corregirla y luego tomar medidas para prevenir que la falla se repita en el futuro. Ya sea que esté analizando un proceso, un diseño o un sistema completo, el AMFE es un componente crítico para garantizar máximo tiempo de actividad, seguridad y satisfacción del usuario final.

Los 5 pasos clave del AMFE

En su aplicación más simple, hay 5 pasos básicos para realizar un AMFE.

1. Identificar fallas potenciales y efectos
2. Evaluar severidad de la falla
3. Predecir probabilidad de ocurrencia de la falla
4. Procesos de detección de fallas
5. Determinar prioridad de riesgo

¿Cuál es el propósito del DFMEA?

El propósito del DFMEA es identificar y resolver cualquier amenaza a la eficiencia de producción, calidad y seguridad. Al hacerlo, agilizará procesos, mejorará la seguridad de la planta, aumentará la rentabilidad, preservará la calidad del producto y aumentará la satisfacción del cliente.

Por eso el proceso DFMEA es una herramienta esencial de evaluación y mitigación de riesgos para una amplia variedad de industrias, incluyendo manufactura, salud, servicios públicos y construcción.

Beneficios del DFMEA en el desarrollo de productos

El DFMEA es una herramienta práctica para mejorar el diseño de productos y reducir costes a largo plazo. Los beneficios clave incluyen:

• Detectar fallos de diseño antes de la producción, una opción considerablemente menos costosa que arreglarlos más adelante.
• Abordar sistemáticamente los riesgos de diseño, lo que asegura productos más duraderos y consistentes.
• Facilitar la colaboración entre ingenieros, mantenimiento y equipos de calidad.
• Soporte para futuras auditorías e iteraciones mediante un registro creado por DFMEA de la lógica de diseño y estrategias de mitigación.

Reducir problemas relacionados con el diseño, resultando en mejores experiencias de usuario y menos reclamaciones de garantía.

Industrias que usan DFMEA

Existe la idea persistente de que el DFMEA se limita a las industrias aeroespacial o automotriz, pero en realidad tiene un alcance mucho mayor. Cualquier industria que diseñe productos o sistemas complejos puede beneficiarse de implementar DFMEA. En manufactura, por ejemplo, se usa comúnmente para evaluar componentes mecánicos, sistemas eléctricos y subensamblajes antes de que comience la producción. En electrónica, ayuda a los equipos a detectar fallos en diseños de circuitos. La industria de dispositivos médicos aplica regularmente DFMEA para identificar problemas de diseño específicos que podrían llevar a peligros de seguridad, evitando revisiones regulatorias más adelante.

En el sector de energía y servicios públicos, el DFMEA apoya el diseño de turbinas, transformadores y otra infraestructura. Las empresas de productos de consumo confían en él para mejorar la fiabilidad del producto y reducir reclamaciones de garantía. Incluso sectores como agricultura, defensa y maquinaria de construcción aplican principios de DFMEA para reducir el riesgo de falla y garantizar el rendimiento de activos a largo plazo.

¿Cómo funciona el DFMEA?

El análisis de modo de falla y efectos de diseño funciona reuniendo un grupo de personas con experiencia en el diseño que se está analizando. Juntos, estos profesionales hacen una lluvia de ideas sobre todas las formas en que el diseño puede fallar.

Los miembros del equipo pueden recordar experiencias pasadas y usar su conocimiento para pensar en cómo podrían ocurrir las fallas y cuáles serían los resultados de esas fallas. Para diseños existentes, el DFMEA puede usar datos pasados para ayudar a determinar las fallas y sus efectos.

Luego, el equipo decide colaborativamente soluciones proactivas a los problemas. Esto podría incluir hacer cambios en el diseño, piezas, materiales u otros elementos del proceso de diseño y producción. Herramientas como un sistema computarizado de gestión de mantenimiento (CMMS) pueden apoyar este proceso centralizando datos históricos de fallas y tendencias de rendimiento de activos, ayudando a los equipos a tomar decisiones de diseño mejor informadas.

Para una guía técnica más detallada sobre cómo equipos a gran escala usan este método, consulte el Manual de Ingeniería de Sistemas de la NASA sobre AMFE.

Ejemplo de DFMEA

Digamos que un ingeniero desarrolla un activo para usarse en el empaquetado de un producto final. Durante pruebas de prototipo, un DFMEA identifica una falla en el mecanismo del dispensador de cinta. Ocurre después de unas 100 horas de uso y causa que la cinta no se dispense como se necesita. A su vez, alrededor del 50% de los paquetes se sellan incorrectamente y, en algunos casos, el producto se derrama del empaquetado y se vuelve inutilizable.

Este es un problema mayor. Durante el DFMEA, el equipo clasifica la tasa de ocurrencia en 7, la severidad en 10 y la detección en 2. Esto resulta en un NPR de 140 y el equipo determina que el problema debe abordarse.

Tras el examen, el equipo descubre que el problema es causado por una falla en los rodamientos que permiten que el dispensador gire libremente. El equipo puede elegir abordar esto recomendando lubricación y mantenimiento regular, cambiando los materiales usados en el dispensador, o haciendo algún otro cambio para reducir la probabilidad de que el usuario final del activo experimente esta falla.

Delimitación de un DFMEA: Qué incluir

Antes de empezar a asignar puntuaciones de riesgo, debe definir el alcance de su DFMEA. ¿Qué partes del diseño está analizando? ¿Qué modos de falla están bajo su control?

Un DFMEA bien delimitado evita esfuerzo desperdiciado y mantiene el enfoque en los riesgos. Se asegura de no duplicar trabajo ya cubierto en un AMFE de proceso o análisis a nivel de sistema. Comience definiendo los límites del diseño, la función prevista y cualquier requisito específico del cliente. Luego, identifique interfaces donde las fallas son más probables.

El alcance afecta directamente la calidad y relevancia de sus resultados. Si el alcance es demasiado amplio, su equipo puede perderse en problemas de baja prioridad. Si su alcance es demasiado estrecho, podría perder interacciones importantes entre piezas.

¿Quién realizará el DFMEA?

El DFMEA funciona mejor cuando reúne a profesionales que entienden el diseño desde diferentes ángulos. Eso generalmente significa ingenieros de diseño, líderes de producción, especialistas en calidad, y quizás personal de mantenimiento o servicio de campo.

Errores comunes del DFMEA que debe evitar

El DFMEA funciona mejor cuando el proceso es consistente. Pero algunos errores comunes pueden obstaculizar su valor. Uno es esperar demasiado para realizar un DFMEA. Si solo comienza a analizar riesgos una vez que la producción está en marcha, ha perdido la oportunidad de hacer cambios impactantes. No involucrar un equipo multifuncional es otro escollo. Los ingenieros trabajando solos pueden perder perspectivas prácticas que mantenimiento, operaciones o equipos de calidad pueden aportar.

Algunos equipos también caen en la trampa de asignar puntuaciones de severidad, ocurrencia y detección sin definiciones claras. Si las valoraciones no se acuerdan de antemano, los NPR se vuelven menos fiables. Otros omiten documentar acciones recomendadas o no hacen seguimiento tras la implementación. Además, los DFMEA que nunca se revisitan pueden volverse obsoletos rápidamente. Este estudio revisado por pares subraya mejoras, citando más de 200 artículos de revistas, con técnicas para mejorar la detección, reducir la variabilidad y apoyar la fiabilidad del diseño.

¿Cuándo debe usar DFMEA?

El DFMEA es más valioso al principio de la fase de diseño, antes de que los prototipos se finalicen o se encargue el utillaje. Sin embargo, también es útil:

• Al introducir cambios mayores en un diseño preexistente
• Tras una falla significativa o problema en campo
• Durante proyectos de reducción de costes que afectan materiales o componentes
• Como parte de programas continuos de mejora de calidad

El objetivo es prevenir que problemas relacionados con el diseño se conviertan en problemas de producción, retiradas o problemas de seguridad.

DFMEA vs AMFE de proceso (PFMEA)

El análisis de modo de falla y efectos de proceso (PFMEA) y el DFMEA son ambas ramas del análisis de modo de falla y efectos más amplio, o AMFE.

El PFMEA examina todo el proceso e identifica fallas potenciales en el sistema. Por ejemplo, en manufactura, un PFMEA puede buscar fallas en procesos como pintura, ensamblaje o envío del producto.

Sin embargo, un análisis de modo de falla y efectos de diseño se enfoca en fallas en áreas específicas del diseño. En el lado del desarrollo de productos, el DFMEA investiga cómo el producto puede fallar, como cuando se usa de cierta manera o se expone a ciertas temperaturas. Los activos usados en la fabricación de estos productos también pueden someterse a un DFMEA para asegurar que los activos funcionen como se espera.

Cómo realizar un DFMEA

Realizar un DFMEA puede ser un proceso muy profundo y que consume tiempo, pero detectar errores de diseño y corregirlos antes de que resulten en problemas mayores es increíblemente importante. Aquí le mostramos cómo empezar:

1. Elija un diseño para analizar.

Una vez que haya integrado completamente el proceso DFMEA en su ciclo de vida del producto, lo usará con cada diseño. Pero por ahora, seleccione un diseño en cualquier etapa del proceso de desarrollo del producto: uno en desarrollo temprano, recién diseñado o ya en fase de producción.

2. Reúna un equipo multifuncional de expertos familiarizados con diferentes áreas del diseño.

Un equipo diverso y completo generará los resultados más exhaustivos. Idealmente, su equipo de análisis DFMEA incluirá ingenieros de calidad (calidad de producto, análisis de pruebas e ingenieros de materiales), junto con equipos de producción, servicio y logística.

Cada miembro del equipo puede identificar modos de falla potenciales en sus áreas específicas de enfoque. También pueden revisar los modos de falla descubiertos por otros equipos. El equipo completo debe evaluar las causas y consecuencias de cada modo de falla y evaluar clasificaciones de severidad, ocurrencia y detección.

3. Identifique todos los modos de falla posibles.

Al identificar modos de falla potenciales, es crítico entender que "falla" no siempre significa falla total. Las fallas potenciales incluyen:

• Fallas intermitentes: Modos de falla que son irregulares, intermitentes o de otro modo impredecibles
• Fallas funcionales: Modos de falla que pueden inhibir, pero no comprometen totalmente, la función principal de un activo
• Fallas totales: Modos de falla catastróficos del sistema que cesan las operaciones

Una amplia variedad de problemas puede llevar a cualquiera de estas fallas. Por eso su siguiente paso es determinar las causas raíz de todos los modos de falla potenciales.

4. Identifique la(s) causa(s) raíz de cada modo de falla.

Antes de saltar a soluciones, e incluso antes de priorizar los diversos modos de falla que su equipo descubre, debe entender las causas de la falla. Las causas raíz incluyen:

• Fallas de cálculo: Cálculos incorrectos durante el proceso de diseño pueden llevar a fallas en cascada a lo largo de la producción.
• Fallas ambientales: Variaciones en temperatura, humedad y otras condiciones ambientales pueden afectar decisiones de diseño.
• Fallas de material: La selección inadecuada de materiales puede llevar a riesgos potenciales y daños en cualquier etapa del proceso de fabricación y ensamblaje.
• Fallas de prueba: Pruebas insuficientes durante la etapa de diseño pueden desencadenar problemas en cualquier fase del ciclo de vida del producto, incluyendo fallas de seguridad y fiabilidad del producto.
• Fallas por degradación: El uso constante lleva a la degradación del activo, lo que puede resultar en modos de falla por degradación.
• Fallas no intencionales: Cuando un activo falla debido a la falla de otra pieza o activo, se considera una falla no intencional.

Una falla puede tener múltiples causas raíz. Por eso es esencial incluir a todo su equipo multifuncional en la revisión y evaluación de todos los modos de falla potenciales.

5. Determine las consecuencias de cada modo de falla.

Para una gestión de riesgos efectiva, es esencial realizar una evaluación completa de los efectos de la falla. Necesita entender desafíos menores así como problemas críticos, lo que le permite crear una estrategia integral de mitigación de riesgos.

Ejemplos de consecuencias potenciales incluyen daño a piezas, activos, productos, embalajes, instalaciones o seguridad de los trabajadores. Estas consecuencias pueden variar desde menores (como reparación o reemplazo económico) hasta severas (como daño catastrófico a la propiedad, lesiones graves o pérdida de vida).

Necesita un análisis exhaustivo de todas las consecuencias potenciales, porque usará esa información para clasificar modos de falla y priorizar soluciones.

6. Asigne clasificaciones de severidad, ocurrencia y detección a cada falla.

Comience con las clasificaciones de severidad. Si ocurre este modo de falla, ¿qué tan severas son las consecuencias? Considere factores incluyendo daño a equipos, daño a propiedad, pérdida financiera y preocupaciones de seguridad. Típicamente, lo calificará en una escala de 1–10. Una puntuación de severidad de 1 indica un problema menor, mientras que 10 es el más severo.

Luego, asigne una clasificación de ocurrencia. Esto mide la probabilidad de que cada modo de falla ocurra bajo circunstancias normales. En una escala de 1–10, 1 significa que la falla es muy improbable, mientras que 10 significa que la falla casi seguramente ocurrirá.

Finalmente, determine la clasificación de detección. Si ocurre esta falla, ¿es fácil de detectar? Asigne una clasificación de detección de 1 si la falla es fácil de detectar, 10 si es extremadamente difícil de detectar, o cualquier punto intermedio.

Para los resultados más precisos, recuerde involucrar a todo su equipo en el proceso de clasificación. Por ejemplo, un gerente de producto probablemente no entenderá la facilidad de detectar una falla de equipo. De igual manera, su gerente de almacén puede observar fallas de empaquetado pero puede no tener la experiencia en materiales o diseño para asignar una clasificación de ocurrencia.

7. Identifique el número de prioridad de riesgo (NPR).

Si hay 100 modos de falla potenciales en 27 productos, es difícil saber por dónde empezar. ¿Qué soluciones son más importantes, y cómo determina el orden de importancia?

La respuesta es su número de prioridad de riesgo (NPR). En lugar de apresurarse a calcular el equilibrio correcto de severidad, ocurrencia y detección al inicio de cada día laboral, asignará un solo NPR a cada modo de falla potencial.

Afortunadamente, una vez que ha asignado clasificaciones de severidad, ocurrencia y detección, es fácil convertir esas clasificaciones en su NPR.

NPR = Clasificación de Severidad x Clasificación de Ocurrencia x Clasificación de Detección

Sus fallas de alto riesgo tendrán los NPR más altos, mientras que sus fallas de menor riesgo tendrán un NPR más bajo. Con esta estrategia de evaluación de riesgos, los equipos de diseño comenzarán con el NPR más alto y trabajarán hacia abajo.

8. Implemente un enfoque sistemático con un plan de acción para reducir o eliminar el riesgo de falla.

Para cada modo de falla potencial, identifique un plan de acción apropiado con acciones correctivas concretas y medibles. Considere modificaciones a sus controles de prevención existentes (medios para prevenir fallas) y controles de detección (medios para detectar fallas), junto con nuevos pasos de acción y procesos de diseño para mejorar el NPR.

Puede necesitar herramientas y recursos adicionales para nuevos pasos de reducción de riesgo y acciones correctivas. Evalúe necesidades presupuestarias, procesos de adquisición y otros componentes esenciales del éxito de su plan de acción.

9. Tras la implementación, reevalúe el NPR y adopte un enfoque de mejora continua para el DFMEA.

El proceso DFMEA no es una solución única. Integrar análisis regular de fallas en su proceso de diseño y fabricación ayuda a asegurar eficiencia óptima, cumplimiento normativo con estándares de la industria, control de calidad, seguridad del producto y satisfacción del cliente.

Al identificar rutinariamente modos de falla e implementar un proceso sistemático para abordar cualquier problema, ayudará a reducir y prevenir fallas costosas. Cuando aborda el DFMEA como un proceso iterativo, cambia su enfoque de solución reactiva de problemas a mejora continua proactiva.

Un programa computarizado de gestión de mantenimiento (CMMS) puede ser la clave para aumentar la fiabilidad y mejorar las puntuaciones NPR. Al rastrear activos y recopilar datos de rendimiento, su equipo estará bien equipado para realizar análisis exhaustivos de equipos y mejorar el rendimiento con mantenimiento dirigido.