Strukturanalyse Fmea Beispiel Essay

Kathrin Jungwirth    Montag, 04. September 2017

Risikoanalyse mit der FMEA-Methode

Die Abkürzung FMEA steht für Failure Mode and Effects Analysis bzw. auf Deutsch Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse oder kurz Auswirkungsanalyse. Die FMEA-Methode ist also viel mehr als nur eine Methode der Risikomanagements. Sie ist eine viel umfassendere Zuverlässigkeitstechnik und kommt u.a. in Design- und Entwicklungsphasen neuer Produkte zum Einsatz. Im Projektmanagement wird dieses Tool vor allem in der Qualitätssicherung und im Risikomanagement angewandt.

Eine herausragende Eigenschaft dieser Technik ist die Berücksichtigung der Entdeckungswahrscheinlichkeit in Ergänzung zur Eintrittswahrscheinlichkeit und der Bedeutung aus Kundensicht.

Die FMEA-Ziele

Primäres Ziel der FMEA ist das rechtzeitige Erkennen und Verhindern von potentiellen Fehlern bei Produkten oder Prozessen. Jedoch können mit Hilfe der FMEA-Methode weitere vielfältige Ziele realisiert bzw. verfolgt werden:

  • Identifizierung von Prozessschwächen
  • Steigerung der Zuverlässigkeit und Effektivität von Prozessen
  • Identifizierung und Beurteilung von Risiken
  • Optimierung der Termintreue
  • Optimierung der Wirtschaftlichkeit

Diese Liste könnte noch weiter fortgeführt werden, da die FMEA-Methode für viele verschiedene Einsatzgebiete geeignet ist. Wir werden uns in diesem Beitrag ausschließlich auf den Einsatz dieser Technik im Risikomanagement von Projekten fokussieren.

Die verschiedenen FMEA-Arten

Grundsätzlich wird zwischen drei verschiedenen Arten der FMEA unterschieden.

  • System-FMEA: Qualitative Bewertung von Produktentwürfen oder Produkten, bezogen auf die im Pflichtenheft festgelegten Anforderungen.
  • Produkt-FMEA: Qualitative Bewertung einer Produktkonstruktion in Bezug auf feste Funktionen.
  • Prozess-FMEA: Qualitative Bewertung eines Prozesses, z.B. des Produkterstellungsprozesses.

Die Anwendung der FMEA im Projektmanagement lässt sich am besten der Prozess-FMEA zuordnen, da wir bei der Risikoanalyse primär den Projektprozess betrachten.

Die Vorgehensweise

Die FMEA-Methode basiert primär auf vier wichtigen Parametern: Eintrittswahrscheinlichkeit (A), Bedeutung aus Kundensicht (B), Entdeckungswahrscheinlichkeit und Risiko-Prioritätskennzahl (RPZ).

Um eine Risiko-Analyse anhand der FMEA-Methode durchzuführen, orientieren Sie sich an der folgenden Vorgehensweise:

1. Strukturanalyse

Im ersten Schritt verschaffen Sie sich einen Überblick zu den einzelnen Prozessschritten des Projektes. Hierfür ist es am einfachsten einen Gantt-Plan zu nutzen, um wichtige Vorgänge, Aufgaben und Meilensteine zu identifizieren.

2. Auswahl der Analyse-Elemente

Anschließend legen Sie fest, welche Elemente des Projektes sie in die FMEA einbeziehen möchten. Sollen alle Elemente betrachtet werden oder lediglich eine bestimmte Auswahl (z.B. nur Meilensteine)? Wenn es sich um ein sehr umfangreiches Projekt handelt, kann es ggf. sinnvoll sein nur die für den Projekterfolg ausschlaggebenden Elemente zu behandeln. Die ausgewählten Elemente halten Sie in einer Übersicht fest.

3. Fehleranalyse

Im nächsten Schritt analysieren Sie die vorher ausgewählten Elemente auf potentielle Fehler. Diese tragen Sie in Ihrer FMEA-Übersicht bei den entsprechenden Projekt-Elementen ein.

4. Risikobewertung

Die Risikobewertung im Rahmen der FMEA erfolgt auf Basis von drei Kennzahlen. Diese Kennzahlen werden für alle potentiellen Fehler ermittelt. Dabei wird jede Kennzahl anhand einer 10-stufigen Skala mit den Punkten von 1 bis 10 bewertet. Anschließend werden die Kennzahlen je Fehler miteinander multipliziert, um die Risiko-Prioritätskennzahl (RPZ) zu ermitteln (möglicher Wertebereich hier: 1-1000).

B: Bedeutung des Fehlers aus Kundensicht

Die Kennzahl B stellt die Konsequenzen des Fehlers aus Kundensicht dar. Hierbei kann es sich um einen internen Kunden (z.B. Change-Prozesse) oder um einen externen Kunden (z.B. Softwareentwicklungsprojekt) handeln. Der höchste Wert von 10 wird vergeben, wenn z.B. der Abschluss des Projektes ernsthaft gefährdet ist oder Gesetze verletzt werden würden. Dahingegen steht der niedrigste Wert von 1 für einen Fehler, der kaum erkennbare Auswirkungen aus Kundensicht hätte.

A: Eintrittswahrscheinlichkeit des Fehlers

Mit der Eintrittswahrscheinlichkeit des Fehlers versuchen Sie einzuschätzen mit welcher Wahrscheinlichkeit der potentielle Fehler eintreten wird – unabhängig von möglichen Präventionsmaßnahmen. Hier steht der höchste Wert von 10 für einen sehr wahrscheinlichen Eintritt des Fehlers, während der niedrigste Wert von 1 den Eintritt als sehr unwahrscheinlich charakterisiert.

E: Entdeckungswahrscheinlichkeit

Die Entdeckungswahrscheinlichkeit stellt dar, mit welcher Wahrscheinlichkeit die Fehlerursache erkannt werden wird. Eine 1 wird hier genutzt, wenn der Fehler mit großer Wahrscheinlichkeit während der Produktion (bei Produktentwicklungsprojekten) oder während des Projektablaufs aufgedeckt wird. Wohingegen die 10 genutzt wird, um anzugeben, dass der Fehler nicht erkannt wird, da der Bereich in dem der Fehler auftreten würde normalerweise nicht analysiert wird.  

Im Folgenden finden Sie ein Beispiel für die Bewertung der potentiellen Fehler anhand der Kennzahlen:

5. Maßnahmen zur Optimierung

Nachdem Sie alle Fehler nach dem oben beschriebenem Schema bewertet haben, können Sie die Priorität der Fehler anhand der RPZ einschätzen. Je höher der Wert der RPZ, desto dringender sollten Sie hinsichtlich des jeweiligen Fehlers eingreifen und präventive Maßnahmen entwickeln.

 

Fazit

Die FMEA-Methode ist viel mehr als nur ein Verfahren zur Risikoanalyse. Jedoch liefert Sie vor allem im Risikomanagement einen hohen Mehrwert, da auf Basis der RPZ ein sehr strukturiertes Vorgehen möglich ist. Diese Methode eignet sich vor allem für Produktentwicklungs- bzw. Softwareentwicklungsprojekte.

Hier können Sie sich eine Vorlage für die FMEA-Analyse herunterladen: FMEA-Template

 

 

Lesen Sie auch die anderen Beiträge der Blogreihe zum Risikomanagement in Projekten

Methoden - Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA)

Ursprünglich für Zulieferer erstellt, hat die Fehlermöglichkeits- und Einfluss-Analyse (FMEA) ihre Wurzeln in der US-amerikanischen Militärnorm MIL-P-1629. In den 60er Jahren wurde das FMEA-Konzept von der NASA für das Apollo Programm übernommen, danach von der Automobilindustrie. Zunächst bei der Ford Motor Company eingesetzt, verbreitete sich das Konzept schnell in der gesamten Branche. In den USA führte die Automotive Industry Action Group (AIAG) die „Failure Mode and Effects Analysis“ ein, in der deutschen Autoindustrie gilt die Richtlinie „VDA Band 4“.

Kontinuität der FMEA wichtiger als gewählte Norm

Heute gibt es mehrere Normen für FMEA. Hier sind zu nennen: die Deutsche Gesellschaft für Qualität DGQ Band 13-11, die SAE J1739 für die Automobilbranche und auch die International Electrotechnical Commission IEC 60812 für die Elektronikbranche. Trotz existierender Normen müssen einzelne Unternehmen nicht zwingend einer bestimmten Norm folgen. Viele Firmen entwerfen ihr eigenes FMEA-Formblatt und eigene Bewertungskriterien. In der Regel sollten diese Eigenlösungen ähnlich sein und vor allem kontinuierlich angewendet werden.

Grundprinzip einer FMEA

Es gibt grundsätzlich zwei Arten der FMEA. Die Design-FMEA (DFMEA), auch als Produkt-FMEA bezeichnet, und die Prozess-FMEA (PFMEA). Andere existierende Varianten leiten sich aus diesen beiden Arten ab. Die DFMEA wird für die Entwicklung eines neuen Produktes verwendet. Zum Beispiel für die Entwicklung eines Kühlschranks oder eines Motors. Die PFMEA analysiert den Herstellungsprozess. Zum Beispiel die Fertigung oder Montage eines Kühlschranks oder Motors. Werden ganze Produkt- oder Prozessstrukturen betrachtet, spricht man von einer System-FMEA.

Entwicklung einer spezifischen FMEA

Das Ziel der FMEA ist, mögliche Fehler zu vermeiden bevor sie auftreten können. Eine späte Erkennung von Fehlern im Entwicklungs- oder Herstellungsprozess führt in der Regel zu höheren Kosten und zu unzufriedenen Kunden.

  • Wo könnte ein Fehler auftreten?
  • Wie würde sich der Fehler äußern bzw. wie tritt der Fehler auf?
  • Was für eine Fehlerfolge könnte sich einstellen?
  • Warum kann der Fehler / die Fehlerfolge auftreten?

FMEA-Formblatt als Instrument

Um diese Fragen zu beantworten, dient das FMEA-Formblatt als Hilfsmittel. Jedoch kann das Formblatt nicht allein die Fragen beantworten. Dafür ist ein Team, bestehend aus einem Querschnitt der in die Aufgabenstellung einbezogenen Fachexperten, nötig. Das Team wird in der Regel von einem FMEA-Moderator begleitet. Dieser Moderator ist nicht der Fachexperte und auch nicht der Verantwortliche. Er sollte aber mit der FMEA-Methodik gut vertraut sein und sicherstellen, dass die einzelnen Schritte der Analyse von dem Team eingehalten und durchgeführt werden.

Das Erstellen einer FMEA ist keine einmalige Aktivität. Eine FMEA begleitet ständig die Entwicklung von Produkten oder die Gestaltung von Prozessen. Auch die FMEAs für laufende Produkte oder Prozesse sollten aktualisiert werden, um zum Beispiel bei Änderungen oder Kundenreklamationen frühzeitig mit Maßnahmen möglichen Fehlern entgegensteuern zu können.

Design-FMEA

Bei dem Ansatz der AIAG zur DFMEA sollte man zunächst die Systemgrenzen definieren. Diese Grenzen legen fest, was in der DFMEA zu betrachten und was auszuschließen ist. Zum Beispiel wird ein Getriebehersteller seine Getriebe in der DFMEA berücksichtigen aber nicht den Roboter des Kunden in dem das Getriebe eingesetzt wird. Für das Herausarbeiten der Grenzen gibt es Werkzeuge wie das Boundary-Diagramm und das Parameter-Diagramm (P-Diagramm). Weiterhin sind Technische Zeichnungen, Stücklisten und Flussdiagramme des zu betrachtenden Prozesses auch hier hilfreich und unterstützen diese Phase der FMEA.

FMEA erstellen in fünf Schritten

Der VDA Ansatz definiert fünf Schritte, um eine FMEA zu erstellen. Dabei stehen die ersten zwei Schritte für die Systemanalyse.

Schritt 1: Systemanalyse von Produkten und Prozessen

Der erste Schritt analysiert die Struktur eines Produktes oder eines Prozesses hinsichtlich seiner Systemgrenzen innerhalb und auch nach außen. Hierbei soll eine stücklistenartige Struktur für das Produkt aus funktioneller Sicht bzw. eine einem Flussdiagramm ähnliche Struktur der Prozessbereiche entstehen. Die Systemelemente dieser Struktur sind einander baumartig zugeordnet.

Zur Vorbereitung können hier die gleichen Werkzeuge wie beim Ansatz nach der AIAG Anwendung finden.

Schritt 2: Funktionsanalyse einzelner Prozess-Schritte

Der zweite Schritt ist die Funktionsanalyse. Hier werden die Funktionen der einzelnen Systemelemente definiert. Jedem Systemelement der Struktur ist mindestens eine Funktion zuzuordnen, mehrere sind durchaus möglich und die Regel.

Schritt 3: Risikoanalyse möglicher Fehler und Risiken

Die Risikoanalyse beginnt mit Schritt 3. Der Schritt 3 ist die eigentliche Fehleranalyse. Hier werden den Funktionen mögliche Fehler zugeordnet. Ein Fehler ist in der Regel ein Ausfall bzw. die Nichterfüllung einer Funktion; die Negation der Funktion im einfachsten Fall. Man spricht auch von einer Fehlfunktion.

Ursache und Wirkung

Die Fehler werden über die aus Systemelementen und Funktionen gebildete Struktur nach dem Ursache-Wirkung-Prinzip einander zugeordnet. Am oberen Ende der Fehlerkette (Systemgrenze) steht mindestens eine Fehlerfolge. Die unteren Enden der Kette werden jeweils von mindestens einer Fehlerursache abgeschlossen. (Grundstruktur wie in Abbildung "Fehlerbaum / Fehlerkettte" dargestellt) Die so erhaltene Struktur ist den Anforderungen entsprechend anpassbar. Die Auswirkungen geänderter Anforderungen auf das System sind darstell- und nachvollziehbar.

Schritt 4: Maßnahmenanalyse

Schritt vier ist die Maßnahmenanalyse. Als Grundlage für die Risikobewertung ist jeder Fehlerursache mindestens eine gegenwärtig aktuelle Maßnahme zur Vermeidung und Entdeckung zuzuordnen. Eine Bewertung des gegenwärtigen Standes der Risiken ist somit möglich.

Schritt 5: Definition optimierender Maßnahmen

Der letzte Schritt ist, in Abhängigkeit von der Risikoauswertung, die Definition verbessernder bzw. optimierender Maßnahmen. Eine Neubewertung auf dieser Basis verfolgt das Ziel, die RPZ und damit das Risiko zu senken.

Prozess-FMEA entwickeln

Auch die Erstellung einer PFMEA sollte grundsätzlich eine Teamaktivität sein. Das Team bildet sich beispielsweise aus dem Prozessverantwortlichen, dem Betriebsingenieur bzw. Produktionsingenieur. Da es jedoch in der Regel mehrere Schritte in einem Herstellungsprozess (Fertigungsabschnitte) gibt, sollten auch Mitglieder der betroffenen Abteilungen einbezogen sein. Diese unterstützen mit Fachkompetenz spezielle Themen der FMEA und sind im Sinne einer effizienten Analyse themenbezogen heranzuziehen.

Der strukturelle Aufbau der DFMEA ist dem Grundgedanken nach auch bei der PFMEA anwendbar (siehe Abschnitt Design-FMEA).

Für die Betrachtung einer PFMEA sind ebenso wie bei der DFMEA Systemgrenzen zu bilden. Diese beziehen sich jedoch im Prozess der Produktentstehung auf die zu betrachtenden Fertigungsabschnitte, die sich in ihrer höchsten Auflösung als Mensch, Maschine, Material und Mitwelt darstellen.

Als Vorbereitung ist ein Flussdiagramm hilfreich. Es löst in anschaulicher Form die Fertigungsabschnitte weiter in einzelne Prozessschritte auf, ggf. bis hin zu einzelnen Verrichtungen der Produktentstehung.

Prozess-Schritte definieren

Die möglichen Fehler (Fehlfunktionen) bilden hier die Abweichungen von den Zielen der Prozessschritte. Ein Beispiel: Im Fertigungsabschnitt „Wareneingangskontrolle“ mit dem Prozessschritt „Entdeckung defekter Bauteile“ ist nicht „Bauteil defekt“ der Fehler, sondern „defekte Bauteile werden nicht entdeckt“.

Als Grundlage für die Risikobewertung ist auch bei der PFMEA jeder Fehlerursache mindestens eine gegenwärtig aktuelle Maßnahme zur Vermeidung und Entdeckung zuzuordnen. In Abhängigkeit von der Auswertung werden verbessernde bzw. optimierende Maßnahmen festgelegt. Die Neubewertung auf dieser Basis verfolgt das Ziel, die RPZ zu berechnen und damit das Risiko zu senken.

Risiko-Prioritäts-Zahl (RPZ) für Produkte und Prozesse berechnen

Die Bewertung der Risiken möglicher Fehler erfolgt auf der Basis der drei Faktoren B, A und E.

  • B: Bedeutung, bezieht sich auf die Schwere der Fehlerfolge.
  • A: Auftretenswahrscheinlichkeit, bezieht sich auf die Wirksamkeit der Vermeidungsmaßnahme, das Auftreten der Fehlerursache zu verhindern.
  • E: Entdeckungswahrscheinlichkeit, bezieht sich auf die Wirksamkeit der Entdeckungsmaßnahme, die Fehlerursache zu entdecken.

Die Skalierung dieser Bewertung ist für alle drei Faktoren 1 bis 10, so dass das Produkt, die Risiko-Prioritäts-Zahl (RPZ), einen Wertumfang von 1 bis 1000 annehmen kann. Zur Anwendung dieser Skalierung sind möglichst eindeutige und immer gleich anzuwendende Kriterien zu definieren.

Autoren:

Matthew Barsalou, M.S. Wirtschaftsingenieurwesen, ist ASQ-zertifizierter Six Sigma Black Belt und erwirbt gegenwärtig im Rahmen eines Abschlussprojektes seine Lean Six Sigma Master Black Belt Zertifizierung.

Heinz Günter Kehl, Diplom-Ingenieur Maschinenbau, moderiert FMEA und erstellt eine im Unternehmen weltweit wirksame Methode der FMEA für die Entwicklung von Aufladesystemen.

United States Department of Defense. MIL-P-1629: Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis. USA: Department of Defense. 1949.

Apollo Reliability and Quality Assurance Office. Procedure for Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis (FMECA). Washington, D.C.: National Aeronatics and Space Administration 1966. Download 2013. [PDF] ,

Chrysler LLC, Ford Motor Company, General Motors. Potential Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) Reference Manual (4. Auflage). USA: Chrysler LLC, Ford Motor Company, General Motors, 2008.

Verband der Automobilindustrie e.V. (VDA). VDA Band 4. Qualitätsmanagement in der Automobilindustrie: Sicherung der Qualität vor Serieneinsatz, System FMEA. Frankfurt: August 2006

Deutsche Gesellschaft für Qualität. DGQ-Band 13-11: FMEA - Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (5. Auflage). Berlin: Beuth Verlag 2012. Download August 2014 [PDF] .

Society of Automotive Engineers. J1739: Potential Failure Mode and Effects Analysis in Design (Design FMEA) and Potential Failure Mode and Effects Analysis in Manufacturing and Assembly Processes (Process FMEA) and Effects Analysis for Machinery (Machinery FMEA) (4. Auflage). USA: SAE, 2009.

International Electrotechnical Commission. IEC 60812: Analysis techniques for system reliability —Procedure for failure mode and effects analysis (2. Auflage). Genf, Schweiz: IEC, 2006.

QZ-online.de „Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) nach QS-9000“ , Download 2013.

Thorsten Tietjen, André Decker, Dieter H. Müller. FMEA-Praxis: Das Komplettpaket für Training und Anwendung (3. Auflage). München: Hanser 2011.

Philipp Theden, Hubertus Colsman. Qualitätstechniken: Werkzeuge zur Problemlösung und ständigen Verbesserung (5. Auflage). München: Hanser 2013.

Chrysler LLC, Ford Motor Company, General Motors. Potential Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) Reference Manual (4. Auflage). USA: Chrysler LLC, Ford Motor Company, General Motors, 2008.

'FMEA ganz praktisch' lesen Sie in dem QM-Basic: “Formblatt zur Fehlermöglichkeits- und Einfluss-Analyse individuell erstellen“

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