FMEA

FMEA (, deutsch Fehlermöglichkeits- und EinflussanalyseQS-9000 oder kurz Auswirkungsanalyse) ist eine analytische Methode der Zuverlässigkeitstechnik, welche qualitative Aussagen liefert. Dabei werden mögliche Produktfehler nach ihrer Bedeutung für den Kunden, ihrer Auftretenswahrscheinlichkeit und ihrer Entdeckungswahrscheinlichkeit mit jeweils einer Kennzahl bewertet.

Die FMECA (engl. ) ist eine Ergänzung der FMEA hinsichtlich der Kritikalität und liefert quantitative Aussagen. Die Fehlerbaumanalyse betrachtet im Gegensatz zur FMEA das Zusammenspiel unterschiedlicher Ursachen (Ereigniskombinationen) und liefert ebenfalls quantitative Aussagen. Des Weiteren existiert die FMEDA (engl. ), welche ebenfalls quantitative Aussagen trifft und Mehrfachfehlerbetrachtungen beinhaltet.AIAG VDA FMEA Handbuch S. 17, abgerufen am 25. August 2021

Im Rahmen des Qualitätsmanagements bzw. Sicherheitsmanagements wird die FMEA zur Fehlervermeidung und Erhöhung der technischen Zuverlässigkeit vorbeugend eingesetzt. Die FMEA wird insbesondere in der Design- bzw. Entwicklungsphase neuer Produkte oder Prozesse angewandt. Weit verbreitet ist diese Methode in der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt, aber auch in anderen Industriezweigen ist eine sachgemäß durchgeführte FMEA häufig gefordert. Zu beachten ist grundsätzlich, dass verschiedene Industriezweige nach unterschiedlichen Methodenbeschreibungen arbeiten. Die DIN EN 60812 beschäftigt sich mit der Funktionsfähigkeit von Systemen unter der Bezeichnung Fehlzustandsart- und -auswirkungsanalyse (FMEA).DIN EN 60812:2006-11, abgerufen am 25. August 2021

Basis FMEA zielt darauf, Fehler von vornherein zu vermeiden, statt sie nachträglich zu entdecken und zu korrigieren. Bereits in der Entwurfsphase sollen potenzielle Fehlerursachen identifiziert und bewertet werden. Damit werden Kontroll- und Fehlerfolgekosten in der Produktion oder gar beim Kunden vermieden. Durch die dabei gewonnenen Erkenntnisse wird zudem die Wiederholung von Entwurfsmängeln bei neuen Produkten und Prozessen vermieden.

Die Methodik der FMEA soll schon in der frühen Phase der Produktentwicklung (Planung und Entwicklung) innerhalb des Produktlebenszyklus angewandt werden, da eine Kosten-/Nutzenoptimierung in der Entwicklungsphase am wirtschaftlichsten ist (präventive Fehlervermeidung). Je später ein Fehler entdeckt wird, desto schwieriger und kostenintensiver wird seine Korrektur.

Arten Die FMEA kann in mehrere Arten unterteilt werden:

Design-FMEA (D-FMEA)Die Design- oder Konstruktions-FMEA (auch K-FMEA) dient in der Entwicklung und Konstruktion dazu, die Fertigungs- und Montageeignung eines Produkts möglichst frühzeitig einzuschätzen. Die Betrachtung beinhaltet systematische Fehler während der Konstruktionsphase.

System-FMEA (S-FMEA) Die System-FMEA untersucht das Zusammenwirken von Teilsystemen in einem übergeordneten Systemverbund bzw. das Zusammenwirken mehrerer Komponenten in einem komplexen System. Sie zielt dabei auf die Identifikation potenzieller Schwachstellen, insbesondere auch an den Schnittstellen, die durch das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten oder die Interaktion des eigenen Systems mit der Umwelt entstehen könnten. Die Betrachtung beinhaltet zufällige und systematische Fehler während des Betriebes.

Hardware-FMEA Eine Hardware-FMEA hat zum Ziel, Risiken aus dem Bereich Hardware und Elektronik zu analysieren, zu bewerten und mit Maßnahmen abzustellen.

Software-FMEA Eine Software-FMEA leistet dieselbe Aufgabe für erzeugten Programmcode.

Prozess-FMEA Die Prozess-FMEA (auch P-FMEA) kann sich auf die Ergebnisse der Design-FMEA stützen, kann aber auch isoliert durchgeführt werden. Sie befasst sich mit möglichen Schwachstellen im Prozess zum Ziele der Qualitätssteigerung.

Dabei wurde durch den VDA 2007 die System-FMEA und die HW- / SW- / Konstruktions-FMEA zur sogenannten Produkt-FMEA zusammengefasst, da das zu betrachtende System meist nicht eindeutig aufgelöst werden kann. Dieses Regelwerk wurde wiederum 2019 vom AIAG-VDA-FMEA-Handbuch ersetzt.

Die System-FMEA wird innerhalb des Entwicklungsprozesses angewandt. Ihre Aufgabe ist es einerseits, das Produkt auf Erfüllung der im Pflichtenheft festgelegten Funktionen hin zu untersuchen, andererseits aber vor allem, Fehlermöglichkeiten, die zur Nichterfüllung der Anforderungen führen, zu sammeln und zu bewerten. Dabei sind für alle risikobehafteten Teile eines Produktes geeignete Maßnahmen zur Vermeidung oder Entdeckung der potenziellen Fehler zu planen.

Die System-FMEA auf Bauteilebene entspricht der bisherigen Definition der Konstruktions-FMEA. Sie dient zur Analyse aller Bauteilmerkmale, die zur Erfüllung der geforderten Bauteilfunktion notwendig sind.

Die System-FMEA Prozess wird noch innerhalb des Produktionsplanungsprozesses angewandt. Sie baut logisch auf den Ergebnissen der untergeordneten FMEA auf. Ein Fehler der System-FMEA Produkt, dessen Ursache im Herstellungsprozess liegt, wird folgerichtig als Fehler in die Prozess-FMEA übernommen. Aufgabe der System-FMEA Prozess ist es, den gesamten Herstellungsprozess eines Produktes auf die Eignung zur Herstellung des Produktes hin zu untersuchen. Dabei sind für alle Fehler, die bei der Herstellung des Produktes auftreten können, geeignete Maßnahmen zu deren Vermeidung und/oder Entdeckung zu planen.

Eine weitere Möglichkeit zur Einteilung der FMEA ergibt sich aus dem Zeitpunkt ihrer Durchführung:

Präventive FMEA

Eine präventive FMEA wird zur proaktiven bzw. möglichst frühen Identifikation und Beseitigung von Fehlern eingesetzt. Ca. 75 % der Fehler entstehen in der Definitions-, Entwicklungs- und zum Teil Produktions- und Planungsphase. Zugleich werden 80 % der Fehler üblicherweise in der Planungs-, Produktions-, Produktionsprüfungs- und Nutzungsphase entdeckt. Da die Kosten für die Behebung von Fehlern ab der Produktionsprüfungsphase immens ansteigen, kommt der präventiven FMEA und dem frühzeitigen Erkennen von Fehlern eine besonders große Bedeutung zu. Dabei wird am Anfang der Entwicklungsphase eines Produktes oder Prozesses ein Dokument erstellt, das das Produkt oder den Prozess über seine gesamte Lebenszeit begleitet und alle relevanten Entwicklungen und Parameter festhält.

Korrektive FMEA

Eine korrektive FMEA wird vorgenommen, um Fehler in den späteren Phasen der Lebenszyklen zu entdecken und ist daher meist deutlich aufwendiger als eine präventive FMEA. Sie beinhaltet eine Rückwärtsbetrachtung des gesamten Prozesses und Produktes und seiner Komponenten.

Reverse FMEA

Eine relativ neue und weniger verbreitete Variante ist die Reverse FMEA. Sie wird zur methodischen Überprüfung der PFMEA genutzt, wobei die Basis aus Erkenntnissen von vor Ort durchgeführten Audits und dokumentierten Fehlermöglichkeiten besteht.

MSR-FMEA

Monitoring und Systemreaktion. Diese FMEA-Art wird in der Automobilindustrie angewendet, um z. B. in der System-FMEA identifizierten Fehlerfolgen vorzubeugen. Das klassische Beispiel ist die zulassungsrelevante Emission. Bei aktuellen Diesel-Verbrennungsmotoren wird AdBlue zur Abgasnachbehandlung verwendet, um die Stickoxide zu reduzieren. Der Füllstand des AdBlue-Tanks wird überwacht (Monitoring). Bei niedrigem Füllstand erhält der Benutzer zuerst eine Aufforderung zum Nachfüllen. Sinkt der Füllstand weiter, wird der erneute Motorstart verhindert (Systemreaktion) und dadurch die Verletzung von gesetzlichen und behördlichen Anforderungen verhindert.

Anwendung Bei der Anwendung wird zunächst ein Team aus Mitarbeitern verschiedener Unternehmensfunktionen (interdisziplinäres Team) gebildet. Einzubeziehen sind insbesondere Konstruktion, Entwicklung, Versuch, Fertigungsplanung, Fertigungsausführung, Qualitätsmanagement etc. Der Analyseprozess selbst wird dann mit Hilfe von Formblättern (z. B. QS-9000, VDA-Formblatt, AIAG-Formblatt …) oder entsprechender Software in formalisierter Weise (VDA 4.2) durchgeführt.

Die FMEA enthält eine Eingrenzung des betrachteten Systems, eine Strukturierung des betrachteten Systems, Definitionen von Funktionen der Strukturelemente, eine Analyse auf potenzielle Fehlerursachen, Fehlerarten und Fehlerfolgen, die sich direkt (z. B. unter Anwendung der W-FragenThorsten Tietjen, Dieter H. Müller: FMEA-Praxis. Ausgabe 2. Hanser Verlag, 2003, ISBN 3-446-22322-3.) aus den Funktionen der Strukturelemente ableiten, eine Risikobeurteilung, Maßnahmen- bzw. Lösungsvorschläge zu priorisierten Risiken eine Verfolgung vereinbarter Vermeidungs- und Entdeckungsmaßnahmen und eine Restrisikobeurteilung bzw. -bewertung.

Potenzielle Fehler werden analysiert, indem der Fehlerort lokalisiert wird, die Fehlerart bestimmt, die Fehlerfolge beschrieben und anschließend die Fehlerursache ermittelt wird. Zur Ermittlung denkbarer Fehlerursachen kann ein sogenanntes Ursache-Wirkungs-Diagramm erstellt werden. Für jede erkannte mögliche Fehlerursache sollen Abstellmaßnahmen zur Vermeidung und/oder Entdeckung definiert und umgesetzt werden.

Die Kennzahlen B, A und E (im Englischen SOD) zur Bedeutung (der Fehlerfolge, engl. ), Auftretenswahrscheinlichkeit (der Fehlerursache, engl. ) und Entdeckungswahrscheinlichkeit (des Fehlers oder seiner Ursache; ggf. auch der Folge; engl. ) sind eine Grundlage zur Risikobeurteilung. Die Kennzahlen sind ganzzahlige Zahlenwerte zwischen 1 und 10 und werden unter Zuhilfenahme von Bewertungskatalogen vergeben.

Mit der Berechnung der Risiko-Prioritätszahl (RPZ) wird der Versuch gemacht, eine Rangfolge der Risiken zu erstellen. Die RPZ entsteht durch Multiplikation der B-, A- und E-Bewertungszahlen () und kann dementsprechend Werte zwischen 1 und 1000 annehmen. Es sollte der Anspruch bestehen, dass die RPZ, mindestens im Vergleich mit anderen RPZ der gleichen FMEA, eine Aussage im Sinne besser/schlechter erlaubt. Dies ist aber nach DIN EN 60812 allgemein nicht erfüllt.

Das Ziel der RPZ, die Bedeutung und den Rang eines Fehlers abzuschätzen, um hieraus Prioritäten für die zu ergreifenden Maßnahmen abzuleiten, wird immer wieder in Frage gestellt. Es gibt Versuche, zusätzlich oder alternativ mit der Kenngröße () zu arbeiten. Bei Design Review Based on Failure Mode (DRBFM, versagenserfassungsgestützte Konstruktionsänderung), der bei Toyota eingesetzten FMEA-Systematik, unterbleibt die Festlegung von Kennzahlen in Gänze. Maßnahmen werden dort ausschließlich von Fachleuten abgeschätzt bzw. als Ergebnis der Teamdiskussion festgelegt.

Ziele der FMEA Die Ziele der FMEA leiten sich aus den Unternehmenszielen ab. Gestiegene Qualitäts- und Risikoansprüche der Kunden wirken sich dabei ebenso aus, wie die erforderliche Kostenoptimierung der Produkte und Prozesse. Die Unternehmensziele werden zum Qualitäts- & Risikomanagement heruntergebrochen, also konkretisiert, dann sind es Handlungsziele. Unternehmensziele erreichen Sicherheitsnachweis Nachweis der Produkt-/System oder Anlagenperformance bzw. Verfügbarkeit (Availability) Steigerung der Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit von Produkten und Prozessen Entlastungsnachweis im Produkthaftungsfall zielgerechte Kommunikation in internen und externen Kunden- und Lieferantenbeziehungen Aufbau einer Wissensbasis Basis-FMEA Varianten – Projekt-FMEA Verständnis schaffen hinsichtlich funktionaler Zusammenhänge von Teilen, Baugruppen und Komponenten sowie von Prozessen und Teilprozessschritten Kosten einsparen durch Senkung von ungeplanten Anlaufkosten, Reduktion von Ausschuss in der Produktion, Vermeidung von 0-km-Reklamationen und Feldausfällen und den damit verbundenen Kosten Basis für Produktionslenkungspläne, Instandhaltungspläne … schaffen

Maßnahmen Es wird zwischen Vermeidungsmaßnahmen und Entdeckungsmaßnahmen unterschieden. Vermeidungsmaßnahmen dienen zur Begründung der Bewertungszahl für die Auftretenswahrscheinlichkeit (A) und Entdeckungsmaßnahmen zur Begründung der Bewertungszahl für die Entdeckungswahrscheinlichkeit (E). Im Zweifelsfall soll die Vermeidungs- der Entdeckungsmaßnahme vorgezogen werden.