FMEA – Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse

English
Failure Mode and Effects Analysis

Die FMEA dient dazu, potentielle Fehler sowie deren Ursachen und Auswirkungen frühzeitig zu erkennen. Dadurch können die identifizierten Risiken bewertet und Maßnahmen zur Vermeidung erarbeitet werden. Die FMEA ist eine analytische Methode der präventiven Qualitätssicherung, die bei Produkt- und Prozessentwicklung sowie bei Entwicklung von Dienstleistungen eingesetzt wird.

FMEA

FMEA – Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse

English
Failure Mode and Effects Analysis

Die FMEA dient dazu, potentielle Fehler sowie deren Ursachen und Auswirkungen frühzeitig zu erkennen. Dadurch können die identifizierten Risiken bewertet und Maßnahmen zur Vermeidung erarbeitet werden. Die FMEA ist eine analytische Methode der präventiven Qualitätssicherung, die bei Produkt- und Prozessentwicklung sowie bei Entwicklung von Dienstleistungen eingesetzt wird.

FMEA

Einsatzmöglichkeiten

Die FMEA hat ihren Ursprung in der Entwicklung sicherheitskritischer Produkte und Prozesse. Speziell im Automotive-Bereich ist sie bereits weitgehend verpflichtender Bestandteil des Produktentstehungsprozesses (PEP). Darüber hinaus wird sie mittlerweile in vielen Branchen zur Risikobehandlung eingesetzt. Der systematische und strukturierte Aufbau einer FMEA ermöglicht ihren vielseitigen Einsatz entlang des PEP: Mit ihr können das erste Systemkonzept, das konkret ausgearbeitete Design und der Herstellungsprozess analysiert werden.

Ergebnisse
  • Liste bewerteter Fehler und Schwachstellen des Produkts / Prozesses
  • Beschlossene Maßnahmen zur Risikobehandlung
  • Nachweis der Zuverlässigkeit und Robustheit des Produkts / Prozesses gegenüber Fehlern
  • Verifizierung der im Lastenheft geforderten Merkmale und Funktionen
  • Dokumentation systematischer Fehlerzusammenhänge
Vorteile
Fehler und Schwachstellen werden in einer frühen Phase der Produktentwicklung aufgedeckt, so dass nur minimale Fehlerkosten entstehen.
Reklamationen und Rückrufaktionen können vermieden werden.
Entwicklungszeiten werden verkürzt und Qualitätskosten gesenkt.
Systematische Fehlerzusammenhänge bis auf Bauteilebene werden aufgedeckt und dokumentiert, so dass Fehlerursachen und nicht nur Symptome beseitigt werden können.
Die Kommunikation und Zusammenarbeit im Unternehmen sowie mit Kunden und Lieferanten wird verbessert.
Grenzen, Risiken, Nachteile
Eine detaillierte Ausarbeitung der FMEA ist zeitaufwendig.
Die Akzeptanz von FMEA kann bei manchen Stakeholdern niedrig sein, da diese sie als Qualitätsmanagementwerkzeug ansehen, das viel Aufwand, aber wenig Fortschritt bringt.
Voraussetzungen
  • Die Art der FMEA muss definiert sein: Vor Start einer FMEA muss klar sein, ob das Produkt oder der Herstellungsprozess untersucht werden soll.
  • Der Anwendungsumfang (ganzes System oder Teilbereich) muss geklärt sein: Um den Aufwand für eine FMEA zu begrenzen, ist es sinnvoll zu prüfen, welche Teilsysteme das höchste Risiko (Sicherheit, Haftung, Kosten) bergen. Im Sinne einer Konzentration auf das Wesentliche kann die FMEA auf diese Systembereiche eingeschränkt werden. Wenn diese Entscheidung vor Start schwierig ist, kann sie nach Schritt 1 oder spätestens nach Schritt 2 (siehe Durchführung) erfolgen.
  • Die Tiefe der Analyse muss festgelegt sein: Klären Sie im Voraus, mit welchem Detaillierungsgrad das System betrachtet werden soll. Ist die Schnittstelle zur Produktumgebung relevant, meist in der frühen Entwicklungsphase zur Überprüfung des Produktkonzepts (System-FMEA), oder sollen die einzelnen Komponenten eines bestehenden Designs betrachtet werden (Design-FMEA)?
  • Die Managementunterstützung muss gewährleistet sein: Das Management hat im Wesentlichen drei Aufgaben: Es muss dafür sorgen, dass die FMEA-Teammitglieder für die Aufgabe zur Verfügung stehen. Es muss Analysen z.B. zur Konzeptänderung genehmigen, die aufgrund eines hohen Risikos nötig werden. Nach Abschluss des FMEA-Projekts muss es die Weiterentwicklung des Produkts oder Prozesses basierend auf den Ergebnissen freigeben.
Qualifizierung

Die Methode benötigt einen Moderator, der die Gruppenarbeit leitet und das Team durch die einzelnen Schritte der FMEA führt. Der Moderator muss mit der Methode vertraut sein und bereits Erfahrungen mit ihrer Anwendung gesammelt haben. Zusätzlich benötigt er entsprechende Moderationserfahrung.

Jedes Teammitglied trägt mit der Produkt- / Prozesskompetenz seines Fachbereichs bei. Die Teammitglieder benötigen darüber hinaus keine weiteren Qualifikationen.

Benötigte Informationen
  • Alle bereits verfügbaren Dokumente zum Produkt bzw. Prozess (Lastenheft, Stücklisten, Konstruktionszeichnungen, Flussdiagramme usw.)
  • Bewertungsschema, anhand dessen die Risikobewertung durchgeführt wird (s. Durchführung, Schritt 4)
  • falls vorhanden: FMEA-Dokumentation des Vorgänger-Produkts oder -Prozesses
Benötigte Hilfsmittel
  • Tabellenkalkulationsprogramm oder spezielle FMEA-Software
  • Beamer und ggfs. Moderationskarten, Pinnwand, Flip-Chart
Herkunft

Die Methode geht zurück auf die 1949 in den USA veröffentlichte militärische Anweisung "MIL-P-1629 – Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis". In den sechziger Jahren wurde die FMEA in der Luft-und Raumfahrt sowie Kerntechnik angewandt, z.B. setzte die NASA die Methode bei den Apollo-Projekten ein. In den siebziger Jahren fand die Methode in der Automobilbranche breiten Einsatz. Heute findet die FMEA in sehr vielen Branchen Anwendung. Es gibt je nach Anwendungskontext vielfältige Richtlinien und Standards zur FMEA. Normiert ist die FMEA durch die zuletzt 2015 aktualisierte DIN EN 60812 "Fehlzustandsart- und -auswirkungsanalyse (FMEA)".

Durchführung: Schritt für Schritt

Die folgenden Schritte sind für alle Arten der FMEA identisch. Lediglich die Terminologie kann unterschiedlich sein. Z.B. entsprechen den "Systemelementen" einer Produkt-FMEA in einer Prozess-FMEA die "Prozessschritte". In dieser Beschreibung wird die Terminologie einer Produkt-FMEA verwendet. In der weiteren Beschreibung steht "Produkt" stellvertretend für "Produkt oder Dienstleistung".

FMEA-Team

Vor Start der FMEA muss das FMEA-Team definiert werden. Es besteht aus den Experten der am Produkt bzw. Prozess beteiligten Abteilungen (Entwicklung, Konstruktion, Test, Prozessplanung, Qualität usw.). Es können auch Vertreter der Kunden bzw. Lieferanten temporär mit im Team sitzen.

Für die Moderation der Teamarbeit können Sie die Methode "Moderation von Arbeitsgruppen" einsetzen.

Festlegung der Dokumentation und des Ablagesystems

Vor Start des FMEA-Projekts muss klar sein, mit welcher Software die Dokumentation durchgeführt wird. Soll die FMEA großflächig in einem Unternehmen eingeführt werden, ist spezielle FMEA-Software vorteilhaft. Diese ermöglicht z.B. einen einfachen Zugriff auf existierende Analysen von immer wieder verwendeten Untersystemen oder erlaubt eine Suche nach Fehlerursachen und Fehlerfolgen über Produkte hinweg. Bei einer eingeschränkten Anwendung von FMEA kann eine Software für Tabellenkalkulation ausreichen. Wichtig ist auf jeden Fall, dass sowohl die zusammengestellten Informationen als auch die Ergebnisse der FMEA nach einer einheitlichen Struktur und in standardisierten Formaten abgespeichert werden. Nur so sind zum einen die reibungsfreie Zusammenarbeit der verschiedenen Experten und zum anderen eine Weiterverwendung für weitere FMEA-Projekte möglich.

Vermerken Sie vor Start der FMEA alle relevanten Stammdaten im ausgewählten elektronischen Dokument. Dies sind u.a.: Art der FMEA, Projektname, Produktbezeichnung, untersuchtes Systemelement, Projektstart, Status des Dokuments, Teammitglieder, Moderator usw.

Aus Gründen der einfacheren Lesbarkeit wird im Folgenden nur noch die grammatikalisch männliche Form (Teilnehmer, Moderator) verwendet. Es sind dabei aber stets Personen jeden Geschlechts gemeint.

Schritt 1: Strukturieren Sie Ihr Produkt!

Jedes Produkt besteht aus einzelnen Elementen, die das Produktkonzept beschreiben und untergliedern. Ein Strukturbaum ordnet diese sogenannten Systemelemente in mehreren Ebenen hierarchisch an (Bilder 1a und 1b). Als einfaches Beispiel dient im Folgenden die FMEA eines Fahrrads mit LED-Scheinwerfer.

Führen Sie eine Strukturanalyse des Produkts bzw. des zu untersuchenden Teilbereichs durch. Die unterste Ebene geht bis in die einzelnen Komponenten mit ihren Merkmalen (z.B. LED eines bestimmten Typs und mit definierter Lichtmenge). Bild 1a zeigt den generellen Aufbau eines Strukturbaums; Bild 1b exemplarisch einen Auszug aus dem Strukturbaum für das Fahrrad mit Fokus auf der LED-Platine des LED-Scheinwerfers.

Bild 1a: schematischer Strukturbaum

Bild 1a: schematischer Strukturbaum


Bild 1b: stark vereinfachtes Beispiel eines  Strukturbaums für ein Fahrrad mit Fokus auf der LED-Platine des LED-Scheinwerfers

Bild 1b: stark vereinfachtes Beispiel eines Strukturbaums für ein Fahrrad mit Fokus auf der LED-Platine des LED-Scheinwerfers
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Achten Sie darauf, dass der Strukturbaum das Produkt eindeutig darstellt und jedes Systemelement nur einmal auftaucht. Ein Systemelement kann auch eine funktionale Untergruppe einer Baugruppe sein. Ziehen Sie bereits bestehende Unterlagen heran (z.B. Stücklisten), denn diese können die Strukturierung enorm erleichtern. Speichern Sie das Ergebnis im zugehörigen elektronischen Dokument.

Falls noch nicht im Vorfeld geschehen, versuchen Sie jetzt eine Entscheidung über den Umfang des FMEA-Projekts herbeizuführen. Eine Risikoanalyse kann die Selektion der Systemelemente, die das höchste Risiko (Sicherheit, Kosten) darstellen, erleichtern. Selektieren Sie die Hiererachiestufe und wählen Sie die relevanten Systemelemente darin aus, deren Fehlfunktionen untersucht werden sollen.

Schritt 2: Analysieren Sie die Funktionen der Systemelemente!

Ermitteln Sie nun für jedes (ausgewählte) Systemelement die Funktionen, die es zu erfüllen hat. Eine klare Abgrenzung zu den Funktionen der unter- und übergeordneten Systemelemente ist hier wichtig. Jedes Element benötigt Beiträge anderer Systemelemente. Aus dem Strukturbaum entsteht so eine Funktionsstruktur. Diese bildet die Basis für die anschließende Fehleranalyse. Bild 2a zeigt den generellen Aufbau einer Funktionsstruktur. In Bild 2b erkennen Sie die vereinfachte Funktionsstruktur für die LED-Platine des LED-Schweinwerfers.

Entscheiden Sie spätestens jetzt, welchen Umfang die FMEA umfassen soll. Speichern Sie das Ergebnis von Schritt 2 im zugehörigen elektronischen Dokument.

Bild 2a: Funktionsstruktur eines Systems

Bild 2a: Funktionsstruktur eines Systems


Bild 2b: Funktionsstruktur des LED-Scheinwerfers

Bild 2b: Funktionsstruktur des LED-Scheinwerfers
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Praxistipps ...

Varianten ...

Ergänzende Methoden

Moderation von Arbeitsgruppen

Führen Sie die Mitglieder Ihrer Arbeitsgruppe strukturiert vom Problem zur Lösung! Nutzen Sie die Kompetenzen der Teilnehmerinnen und Teilnehmer, um eine von allen akzeptierte Lösung zu erarbeiten!

Brainstorming

Sammeln Sie schnell eine große Anzahl an Ideen zu einem Thema! Ob im Team oder allein: Die freie Assoziation förder ungewöhnliche und neuartige Ideen zu Tage.

Risikomatrix

Visualisieren Sie intuitiv die Risikosituation Ihres Projekts. Erkennen Sie auf einen Blick, welche Risiken Sie unbedingt vermeiden oder reduzieren müssen. Kommunizieren Sie für alle Stakeholder leicht verständlich die Gefahren für den Erfolg Ihres Projekts.

Risikoidentifikation

Identifizieren ist besser als böse Überraschungen! Finden Sie alle möglichen Bedrohungen für Ihren Projekterfolg heraus und dokumentieren Sie diese zur weiteren Behandlung.

Risikoanalyse

Vorbeugen ist besser als Trouble-Shooting: Analysieren Sie die Risiken rechtzeitig, bevor sie den Erfolg Ihres Projekts gefährden können! Nur so können Sie sich auf alle Eventualitäten richtig vorbereiten.

Ishikawa-Diagramm

Identifizieren Sie die Ursache aller Ursachen eines Problems! Visualisieren Sie im Team den gemeinsamen Problemlösungsprozess mit dem Klassiker aus den "Sieben Qualitätswerkzeugen"!

Fachartikel zur Methode

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Die Stimme des Kunden verstehen
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Teil 1:
Qualitätssicherung? Das behindert nur unser Projekt!
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Guest

Vielen Dank für den interessanten Artikel über FMEA. Ich finde das Thema sehr spannend und habe im Internet auch schon einige gute Seiten gefunden. Eine davon ist diese hier: https://www.lean-fmea.de/fmea-moderator