Determining the reliability level by combining FMEA, FTA and DEMATEL tools

• Autorzy: Bujna, Marián , Prístavka, Miroslav , Lee, Chia Kuang , Strápeková, Zuzana , Kapela, Krzysztof , Malicevic, Zoran

Warianty tytułu

PL

Określanie poziomu niezawodności poprzez połączenie narzędzi FMEA, FTA I DEMATEL

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the paper was to determine the level of reliability of a carousel type device. Considering the improvement of reliability, we decided to use the basic tools of FMEA and FTA. Using FMEA, we identified the most critical part of the equipment, namely welding (RPN=320). The proposed measure only solved the improvement of detection. Based on the FMEA analysis, we chose the TOP event for FTA - bad weld. The detected probability of peak event failure by quantitative FTA analysis was at the level of 0.58%. We identified the basic events leading to the TOP event, i.e. an allowed sonotrode, incorrect position of the membrane during sampling, short welding time and insufficient weld depth. Subsequently, reliability indicators were quantified. We achieved almost 100% availability values. Despite this, the aim was to find out a more comprehensive level of reliability and follow up findings from FMEA. We used the DEMATEL model and our own proposed economic model. Using the DEMATEL model, we found out that short welding time and an insufficient weld depth are the causative modes, that means, they significantly influence other failure modes and do so with a high significance. The creation of an economic evaluation model based on the quantification of direct costs for failure modes with the consequences of a certain number of defective products contributed to the fact that we again determined that the failure modes short welding time and insufficient depth are the modes with the highest priority for solving the bad weld event. The costs incurred as a result of their occurrence and as a result of the occurrence of downtime were the highest with these regimes. These models create space for us to more effectively design measures to improve the level of reliability and production quality, what is a prerequisite for ensuring a reduction in downtime, an increase in production quality and reliability, and an overall cost reduction. This also leads to an increase in the reputation of manufacturers.

PL

Celem artykułu było określenie poziomu niezawodności urządzenia typu karuzela. Biorąc pod uwagę poprawę niezawodności, postanowiliśmy wykorzystać podstawowe narzędzia FMEA i FTA. Za pomocą FMEA zidentyfikowaliśmy najbardziej krytyczną część urządzenia, a mianowicie spawanie (RPN = 320). Proponowany środek rozwiązał jedynie problem poprawy wykrywania. Na podstawie analizy FMEA wybraliśmy zdarzenie TOP dla FTA - zły spaw. Wykryte prawdopodobieństwo awarii zdarzenia szczytowego za pomocą ilościowej analizy FTA wyniosło 0,58%. Zidentyfikowaliśmy podstawowe zdarzenia prowadzące do zdarzenia TOP, tj. dozwolona sonotroda, nieprawidłowe położenie membrany podczas pobierania próbek, krótki czas spawania i niewystarczająca głębokość spawania. Następnie dokonano ilościowej oceny wskaźników niezawodności. Odkryliśmy, że urządzenie jest bardzo niezawodne, ponieważ osiągnęliśmy prawie 100% wartości dostępności. Pomimo tego celem było znalezienie bardziej kompleksowego poziomu niezawodności i dalszych ustaleń z FMEA. Wykorzystaliśmy model DEMATEL i nasz własny proponowany model ekonomiczny. Korzystając z modelu DEMATEL, odkryliśmy, że krótki czas spawania i niewystarczająca głębokość spoiny są trybami przyczynowymi, co oznacza, że znacząco wpływają na inne tryby awarii i robią to z dużym znaczeniem. Stworzenie modelu oceny ekonomicznej opartego na kwantyfikacji bezpośrednich kosztów trybów awarii z konsekwencjami określonej liczby wadliwych produktów przyczyniło się do faktu, że ponownie ustaliliśmy, że tryby awarii krótki czas spawania i niewystarczająca głębokość są trybami o najwyższym priorytecie dla rozwiązania złego zdarzenia spawalniczego. Koszty poniesione w wyniku ich wystąpienia i w wyniku wystąpienia przestoju były najwyższe w tych reżimach. Modele te stwarzają nam przestrzeń do skuteczniejszego projektowania środków w celu poprawy poziomu niezawodności i jakości produkcji, co jest warunkiem wstępnym zapewnienia skrócenia przestojów, zwiększenia jakości i niezawodności produkcji oraz ogólnej redukcji kosztów. Prowadzi to również do wzrostu reputacji producentów.

Słowa kluczowe

PL

niezawodność; FMEA; FTA; DEMATEL; przestój; model ekonomiczny

EN

reliability; FMEA; FTA; DEMATEL; downtime; economic model

• Czasopismo: Agricultural Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 28, No. 1
• Strony: 251--276
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bujna, Marián

• Institute of Design and Engineering Technologies, Slovak University of Agriculture in Nitra, Slovakia,

autor

Prístavka, Miroslav

• Institute of Design and Engineering Technologies, Slovak University of Agriculture in Nitra, Slovakia,

autor

Lee, Chia Kuang

• Faculty of Industrial Management, University Malaysia Pahang Al-Sultan Abdullah,

autor

Strápeková, Zuzana

• Institute of Economic policy and Finance, Slovak University of Agriculture in Nitra, Slovakia,

autor

Kapela, Krzysztof

• University of Siedlce, Stanisława Konarskiego 2, 08-110 Siedlce, Poland,

autor

Malicevic, Zoran

• University of Banja Luka, Bulevar vojvode Petra Bojovica 1A, 78000, Banja Luka, Republic of Srpska,

Bibliografia

• Bloch, H., & Geitner, F. (1994). Machinery Failure Analysis and Troubleshooting: Practical Machinery ... - Heinz P. Bloch, Fred K. Geitner - (4th ed.). ButterworthHeinemann.
• Budiraharjo, R., Sarno, R., Wijaya, D. R., Prasetyo, H. N., & Waspada, I. (2023). IMARA: A New Approach to Multi-Attribute Risk Assessment Based on Event Data Weighting (Case Study in a Container Terminal). IEEE Access, 11, 62292-62306. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3287781.
• Bujna, M., Kotus, M., & Matušeková, E. (2018). Using the DEMATEL model for the FMEA risk analysis. Sciendo, 1(1), 550-557. https://doi.org/10.2478/czoto-2019-0070.
• Bujna, M., Lee, C. K., Kadnár, M., Korenko, M., & Baláži, J. (2023a). New Possibilities of Using DEMATEL and ERPN in the New PFMEA Hybrid Model. Applied Sciences 2023, Vol. 13, Page 3627, 13(6), 3627. https://doi.org/10.3390/APP13063627.
• Bujna, M., Prístavka, M., & Čičo, P. (2020). Spoľahlivosť technických systémov (1st ed.). SUA Nitra.
• Bujna, M., Prístavka, M., Lee, C. K., Borusiewicz, A., Samociuk, W., Beloev, I., MalagaToboła, U., Pahang, M., Abdullah, A.-S., Tun, P., Yaakob, K., Kuantan, D., & Makmur, M. (2023b). Reducing the Probability of Failure in Manufacturing Equipment by Quantitative FTA Analysis. Agricultural engineering, 27(1), 255-272. https://doi.org/10.2478/agriceng-2023-0019.
• Cheshmberah, M., Naderizadeh, A., Shafaghat, A., & Nokabadi, M. K. (2020). An integrated process model for root cause failure analysis based on reality charting, FMEA and dematel. International Journal of Data and Network Science, 4(2), 225-236. https://doi.org/10.5267/j.ijdns.2019.12.003.
• Cristea, G., & Constantinescu, D. M. (2017). A comparative critical study between FMEA and FTA risk analysis methods. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 252(1), 012046. https://doi.org/10.1088/1757-899X/252/1/012046.
• Fontela, E. ; G. (1976). The DEMATEL observer. Battelle Geneva Research Center, https://scholar.google.com/scholar?hl=sk&as_sdt=0%2C5&q=E+Fontela%2C+A+Ga bus+DEMATEL+1976&btnG.
• Held, M., & Brönnimann, R. (2016). Safe cell, safe battery? Battery fire investigation using FMEA, FTA and practical experiments. Microelectronics Reliability, 64, 705-710. https://doi.org/10.1016/J.MICROREL.2016.07.051.
• Hidayat, A. A., Kholil, M., Hendri, & Suhaeri. (2018). The Implementation of FTA (Fault Tree Analysis) and FMEA (Failure Mode And Effect Analysis) Methods to Improve the Quality of Jumbo Roll Products. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 453(1), 012019. https://doi.org/10.1088/1757-899X/453/1/012019.
• Hong, Z., & Binbin, L. (2009). Integrated analysis of software FMEA and FTA. Proceedings - 2009 International Conference on Information Technology and Computer Science, ITCS 2009, 2, 184-187. https://doi.org/10.1109/ITCS.2009.254.
• IEC 61025:2006 | Fault tree analysis (FTA). (2006). International Electrotechnical Commission Sign in | Create Account. https://webstore.iec.ch/publication/4311.
• Jaiswal, Y., & Kaushik, R. (2020). Optimization of Critical Factors of Northern Railway Network using TISM and DEMATEL. Article in International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 9, 2278-3075. https://doi.org/10.35940/ijitee. F3502.049620.
• Kuzu, A. C. (2023). Application of fuzzy DEMATEL approach in maritime transportation: A risk analysis of anchor loss. Ocean Engineering, 273, 113786. https://doi.org/10.1016/J.OCEANENG.2023.113786.
• Liu, C. T., Hwang, S. L., & Lin, I. K. (2013). Safety Analysis of Combined FMEA and FTA with Computer Software Assistance - Take Photovoltaic Plant for Example. IFAC Proceedings Volumes, 46(9), 2151-2155. https://doi.org/10.3182/20130619-3- RU-3018.00370.
• Luthra, S., Govindan, K., Kharb, R. K., & Mangla, S. K. (2016). Evaluating the enablers in solar power developments in the current scenario using fuzzy DEMATEL: An Indian perspective. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 63, 379-397. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2016.04.041.
• Mutlu, N. G., & Altuntas, S. (2019). Risk analysis for occupational safety and health in the textile industry: Integration of FMEA, FTA, and BIFPET methods. International Journal of Industrial Ergonomics, 72, 222-240. https://doi.org/10.1016/J.ERGON. 2019.05.013.
• Nguyen, T. L., Shu, M. H., & Hsu, B. M. (2016). Extended FMEA for sustainable manufacturing: An empirical study in the non-woven fabrics industry. Sustainability (Switzerland), 8(9). https://doi.org/10.3390/su8090939.
• Peeters, J. F. W., Basten, R. J. I., & Tinga, T. (2018). Improving failure analysis efficiency by combining FTA and FMEA in a recursive manner. Reliability Engineering & System Safety, 172, 36-44. https://doi.org/10.1016/J.RESS.2017.11.024.
• Renosori, P., Oemar, H., & Fauziah, S. R. (2023). Combination of FTA and FMEA methods to improve efficiency in the manufacturing company. Acta Logistica, 10(3), 487-495. https://doi.org/10.22306/AL.V10I3.422.
• Schenkelberg, F. (2015). Fourteen ways to learn reliability engineering. Proceedings - Annual Reliability and Maintainability Symposium, 2015-May. https://doi.org /10.1109/RAMS.2015.7105187.
• Strantzali, E., & Aravossis, K. (2016). Decision making in renewable energy investments: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 55, 885-898. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2015.11.021.
• Sulaman, S. M., Beer, A., Felderer, M., & Höst, M. (2019). Comparison of the FMEA and STPA safety analysis methods-a case study. Software Quality Journal, 27(1), 349-387. https://doi.org/10.1007/S11219-017-9396-0/TABLES/8.
• Takahashi, M., Anang, Y., & Watanabe, Y. (2021). A Safety Analysis Method for Control Software in Coordination with FMEA and FTA. Information 2021, Vol. 12, Page 79, 12(2), 79. https://doi.org/10.3390/INFO12020079.
• Tinga, T. (2013). Principles of loads and failure mechanisms. Applications in maintenance, reliability and design. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4917-0.
• Ullah, F., Sepasgozar, S. M. E., Jamaluddin Thaheem, M., Cynthia Wang, C., & Imran, M. (2021). It’s all about perceptions: A DEMATEL approach to exploring user perceptions of real estate online platforms. Ain Shams Engineering Journal, 12(4), 4297-4317. https://doi.org/10.1016/J.ASEJ.2021.04.023.
• Whiteley, M., Dunnett, S., & Jackson, L. (2016). Failure Mode and Effect Analysis, and Fault Tree Analysis of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells. International Journal of Hydrogen Energy, 41(2), 1187-1202. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE. 2015.11.007.
• Zhang, W., & Deng, Y. (2019). Combining conflicting evidence using the DEMATEL method. Soft Computing, 23(17), 8207-8216. https://doi.org/10.1007/S00500-018- 3455-8/TABLES/4.

Identyfikatory

DOI

10.2478/agriceng-2024-0016