Failure Mode and Effects Analysis (FMEA)

Inhaltsverzeichnis:

1. Zielsetzung der Hausarbeit

2. Definition

3. Herkunft der FMEA

4. ZielsetzungderFMEA

5. Grunde zur Einfuhrung einer FMEA
5.1. Externe Anforderungen
5.2. Interne Anforderungen

6. VariantenderFMEA
6.1. Konstruktions-und Prozess-FMEA nach VDA
6.2. System-FMEA nach DVA
6.3. FMECA
6.4. KV-FMEA
6.5. Human-FMEA

7. Durchfuhrung einer System-FMEA
7.1. VorbereitungderFMEA
7.2. Erstellung einer System-FMEA

8. AblaufplaneinerSystem-FMEA

9. Kosten/Nutzeneiner FMEA

10. Kritik an der FMEA

11. Aktuelle Situation und Fazit

12. Anhang
12.1. BeispieleinerSystem-FMEAProdukt
12.2. MaRnahmen-Formblatt nach VDA 4

1. Zielsetzung der Hausarbeit

Mit dieser Hausarbeit im Studienfach Qualitatsmanagement mochte ich auf das Thema FMEA eingehen. Diese Hausarbeit umfasst neben der Definition und den Ablaufschritten einer solchen FMEA auch praktische Beispiele und die Problematiken bei der Anwendung einer FMEA.^[1]

2. Definition

Der Begriff FMEA ist eine Abkurzung fur Failure Mode and Effects Analysis oder auf deutsch die Fehlermoglichkeits- und Einflussanalyse. Verkurzt wird in diesem Zusammenhang auch oftmals von der Auswirkungsanalyse gesprochen.

Die FMEA ist ein wichtiges Qualitatswerkzeug zur Erhohung der Zuverlassigkeit von Systemen innerhalb eines Unternehmens und lasst sich in der heutigen Form produkt- und branchenunabhangig einsetzen.

Die FMEA ist eine vorausschauende Analyse zur praventiven Qualitatssicherung. Wie diese im Detail aussieht und welche Varianten die Analyse hat, beschreibe ich im weiteren Verlauf der Hausarbeit.^[2]

3. Herkunft der FMEA

Ihren Ursprung hat die FMEA in der Raumfahrt in den sechziger Jahren. Dort begann die Entwicklung der Methodik, welche in den achtziger Jahren zunachst von der Ford Company und spater von der gesamten Automobilindustrie aufgegriffen wurde. Mittlerweile ist die FMEA nicht nur in dieser Branche eine unabdingbare Forderung an Lieferanten und an eigene Entwicklungsabteilungen geworden.

Seit 1980 ist die FMEA-Methodik in der DIN 25448 als Ausfalleffektanalyse aufgenommen, welche 2006 durch die DIN EN 60812 ersetzt wurde.^[3]

4. Zielsetzung der FMEA

Die FMEA ist die Umsetzung der Idee einer „vorsorgenden Fehlerverhutung anstelle einer nachsorgenden Fehlererkennung und -korrektur (Fehlerbewaltigung)."^[4] Dabei ist das Ziel, jeden moglichen Fehlzustand eines Systems und seiner Komponenten zu erkennen und welche Auswirkungen diese auf den Betrieb oder die Sicherheit haben. Fehlzustande sind zumeist die Folge eines Ausfalles und verursachen, dass ein System unfahig wird eine geforderte Funktion zu erfullen.

Ich habe ganz bewusst das Wort „vorsorgend" gewahlt. Der Grund dafur liegt in der folgenden Abbildung. Je fruher und je weiter vor dem Produktionsstart (SOP - start of production) die Fehler erkannt und korrigiert werden, desto geringer fallen die Kosten fur die Fehlerbehebung und Fehlerauswirkung aus.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die DIN EN 60812:2006 legt den Zweck der Analyse wie folgt fest:

- Es werden solche Ausfalle erkannt, welche unerwunschte Auswirkungen auf den Systembetrieb, eine signifikante Verschlechterung der Funktion oder eine Beeintrachtigung der Sicherheit der Mitarbeiter nachsichziehen.^[5]
- Die FMEA erfullt vertragliche Forderungen eines Kunden, falls diese vorhanden sind.5
- Verbesserungen der Systemfunktionsfahigkeit werden, bspw. durch Entwurfsmodifikationen oder QualitatssicherungsmaRnahmen, ermoglicht.5
- Die Instandhaltbarkeit des Systems wird u.a. durch das Aufzeigen von Bereichen, in denen keine Instandhaltbarkeit gegeben ist, verbessert.5

Die Ziele werden wie folgt definiert:

- Die FMEA soil ein umfassendes Erkennen und Beurteilen aller unerwunschten Auswirkungen innerhalb der festgelegten Analysegrenzen ermoglichen. Auch die Ereignisfolgen, die durch jede erkannte Ausfallart ausgelost werden, sollen erkannt werden.^[6]
- Die Bedeutung und die Dringlichkeit fur das Eingreifen bzw. das Entscharfen der erkannten Ausfallarten soll festgelegt werden. Dies geschieht auf Basis der erkannten Auswirkungen auf die Funktionen des analysierten Systems.6
- Entwurfsverbesserungsplane zur Verringerung von Ausfallarten werden entwickelt.3
- Die FMEA unterstutzt die Entwicklung eines wirksamen Instandhaltungsplans um die Wahrscheinlichkeit fur Ausfalle zu verringern.6

Des Weiteren ergeben sich aus den primaren Zielen folgende sekundare Ziele und Auswirkungen:

- Eine bessere Zusammenarbeit zwischen den Organisationseinheiten wird gefordert. Dies geschieht u.a. durch die Einbindung von Mitarbeitern aus verschiedenen Abteilungen in die FMEA-Teams.
- Durch die verbesserte Dokumentation der potentiellen Fehlerquellen und deren Folgen wird das Erfahrungswissen im Unternehmen erhoht.
- Die Kunden erhalten Produkte mit besserer Qualitat, hoherer Sicherheit und Zuverlassigkeit.

Daraus ergeben sich zwangsweise geringere Garantie- und Kulanzkosten.

- Die Fertigung wird wirtschaftlicher.
- Die hohere Produktqualitat sowie die mogliche Zertifizierung als Unternehmen, welches die FMEA nutzt, fuhrt zu einer hoheren Kundenzufriedenheit und einem verbesserten Firmenimage.

5. Grunde zur Einfuhrung der FMEA

5.1 Externe Anforderungen

Die Beweggrunde den Aufwand einzugehen und eine FMEA einzufuhren, liegen nicht selten in der Anforderung vom Kunden bzw. in der besseren AuRendarstellung des Unternehmens. Mittlerweile stellt die Anwendung der FMEA nicht mehr nur eine Pflichtanforderung an Lieferanten von Serienteilen in der Automobilbranche dar, sondern wird auch in anderen Industrien gefordert.

Die Anwendung der Fehlermoglichkeits- und Einflussanalyse wurde in die ISO/TS 16949 aufgenommen. TS steht dabei fur Technische Spezifikation. Diese Norm vereinigt allgemein existierende Anforderungen an Qualitatsmanagementsysteme der nordamerikanischen und europaischen Automobilindustrie. Die ISO/TS 16949 wurde von den Mitgliedern der IATF (International Automotive Task Force) entwickelt und basierend auf der EN ISO 9001 veroffentlicht.

Die ISO 9001 wurde somit um automotive Forderungen erweitert. Eine Zertifizierung, wie nach dieser ISO-Norm, wird je nach Branche von vielen Kunden gefordert oder bietet einen moglichen Wettbewerbsvorteil.^[7]

Derzeit sind 30% der uber 100 Automobilhersteller weltweit nach ISO/TS 16949 zertifiziert. Darunter Unternehmen wie BMW, Chrysler, Daimler, Fiat, Ford, General Motors, PSA, Renault und VW. Die meisten asiatischen Hersteller haben abweichende, eigene Qualitatsmanagementanforderungen.

Diese konnen jedoch ebenso die Anwendung der FMEA oder einer Abwandlung der Analyse beinhalten.7

Daneben wurde die FMEA als Ausfalleffektanalyse 1980 in der DIN 25448 definiert, welche 2006 durch die DIN EN 60812 ersetzt wurde. Diese beinhaltet u.a. Zweck, Ziele, Durchfuhrungsanweisung, Vorteile und Beispiele einer FMEA und ist nicht auf die Anforderungen der Automobilbranche spezialisiert.

Die FMEA wird in weiteren Gesetzen, Normen und Richtlinien empfohlen oder gefordert. Die bekanntesten und wichtigsten sind die Folgenden:7

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2 Interne Anforderungen

Doch nicht nur die Anforderungen von auRen uberzeugen Unternehmen vom Konzept der FMEA. Durch das Erkennen von Fehlern kann eine FMEA mittelfristig Zeit und Kosten sparen. Dies ist jedoch nur der Fall, wenn nach dem Aufdecken von potentiellen Fehlerquellen systematisch und konsequent GegenmaRnahmen eingeleitet und zu Ende gefuhrt werden. Die folgende Abbildung zeigt die moglichen Erfolge einer solchen Analyse auf.

Fur welches Unternehmen welche Art der FMEA sinnvoll ist, versuche ich spater im Punkt „Kosten/Nutzen der FMEA" festzulegen.

In der Entwicklungs- und Produktionsplanungsphase wird das Produkt mit einer hohen Fehlerquote im spateren Produktionsprozess oder die Prozesse an sich fehlerbehaftet entwickelt. Dieses Problem versucht die FMEA durch die Fruherkennung der potentiellen Fehlerquellen zu beheben. Ohne eine FMEA werden i.d.R. 80% der Fehler, welche zu einem GroRteil in der Produkt- bzw. Prozessentwicklung entstanden sind, erst wahrend der Fertigung oder der anschlieRenden Prufung behoben. Dieses ist mit wesentlich hoheren Fehlerbeseitigungskosten verbunden. Sei es durch den hohen Ausschuss oder die Reparatur der gefertigten Produkte.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb 2 - Fehlerentstehung /-kosten: Internetquelle: Proch, Micha - URL:http://www.micha-proch.de/resources/warum_FMEA.jpg

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb 3: Arten der FMEA (eigene Erstellung)

Grundsatzlich lassen sich die Arten der FMEA fur die Automobilbranche in zwei Bereiche gliedern, die ursprungliche FMEA nach VDA 86 und die uberarbeitete FMEA nach VDA 4.2. Die VDA 86 beinhaltet die Arten Konstruktions-und Prozess-FMEA, die VDA 4.2 die neue System-FMEA Produkt und Prozess.

In anderen Industriezweigen sowie im Dienstleistungsbereich haben sich derweil bereits weitere Abwandlungen dieser FMEA-Ursprunge entwickelt. Diese sind neben der FMECA auch die KV-FMEA und die Human-FMEA.

6.1 Konstruktions- und Prozess-FMEA nach VDA 86

Die ursprüngliche FMEA nach VDA 86 durchläuft die^[8] FMEA mit Hilfe eines Formblattes, welches s von dem Formblatt der erweiterten System-FMEA in einigen Punkten unterscheidet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4 - Formblatt VDA 86: Bert sc he, Bernd: Zuverlässigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau, Springer Verlag (2004), S.lll

Der Ablauf orientiert sich dabei an den vorgegebenen Spalten, welche von links nach rechts ausgefullt werden. Unterschieden wird dabei grundsatzlich in die Konstruktions- und die Prozess- FMEA. Der linke Bereich des Formblattes ist fur die Beschreibung der Bauelemente und ihrer Funktion vorgesehen. Der nachste Bereich behandelt die Risikoanalyse, die als wesentlicher Bearbeitungsteil anzusehen ist. Daran schlieRt sich die Risikobewertung an, um zu einer Rangfolge der oftmals sehr zahlreichen Ausfallarten zu kommen. Den Abschluss bildet eine Konzeptoptimierung, die aus einer Analyse der Risikobewertung abgeleitet wird.

Die Konstruktions-FMEA, auch Design-FMEA genannt, wird in der Konzeptions- und Konstruktionsphase des Produktlebenszyklus angewandt. Die Prozess-FMEA schlieRt daran an und wird vor und kurz nach dem Produktionsanlauf angewandt, kann aber auch nach Produktionsstart immer wieder erweitert oder erneuert werden. Die Konstruktions-FMEA pruft potentielle Schwachstellen des Produktes, die Prozess-FMEA geht darauf aufbauend von einem fehlerfreien Entwurf des Produktes aus und sucht nur nach potentiellen Fehlerursachen des Prozesses.

Auch in der veralteten Konstruktions- (Design-) bzw. Prozess-FMEA werden unter Umstanden schon Funktionsbaume zur systematischen Fehlerursachensuche und Risikoprioritatszahlen zur Risikobewertung genutzt, gehoren aber nicht zwangsweise zu dieser FMEA. Diese wurden in der, auf der FMEA nach VDA 86 aufbauenden, neuen System-FMEA nach VDA 4.2 ubernommen und ausgebaut. Im Folgenden werde ich diesen Bereich konkreter behandeln.^[9]

6.2 System-FMEA nach VDA 4.2

Mit der System-FMEA wurde die ursprungliche FMEA wesentlich erweitert. Durch den verstarkten Einsatz der FMEA wurden einigen Mangel erkannt und in der neuen FMEA behoben. Auch haben externe Einflussfaktoren wie gestiegene Qualitatsanspruche, Druck auf Kostenoptimierung durch Wettbewerbsverscharfungen und gesetzlich geforderte Produkthaftungen zu einer benotigten Uberarbeitung bzw. Erweiterung der ursprunglichen FMEAgefuhrt.

Die System-FMEA wird permanent angepasst und startet mit dem Beginn des Produktentstehungsprozesses. Die System-FMEA ist somit kein statisches Dokument.

[...]

^[1] Vgl.: Goebbels, Stefan/Jakob, Rudiger: Geschaftsprozess-FMEA: FMEA fur IT-gestutzte Geschaftsprozesse, Symposion (2004), S.6 ff.

^[2] Vgl.: Bertsche, Bernd: Zuverlassigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau, Springer Verlag (2004), S.106

^[3] Vgl.: VDA Buch 4: Qualitatsmanagement in der Automobilbranche - System FMEA (2006), S. 9

^[4] Zitat: Noe, Manfred: Projektbegleitendes Qualitatsmanagement, Publicis (2005), S. 247

^[5] Vgl.: DIN EN 60812:2006. S.8 ff., Stand: November 2006 Abb.1- RuleofTen: Internetquelle: Wikipedia, URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Rule-of-

^[6] Vgl.: DIN EN 60812:2006. S.8 ff., Stand: November 2006

^[7] Vgl.: Bertsche, Bernd: Zuverlassigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau, Springer Verlag (2004), S.106 ff.

^[8] Vgl.: Bertsche, Bernd: Zuverlassigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau, Springer Verlag (2004), S.106 ff.

^[9] Vgl.: Bertsche, Bernd: Zuverlassigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau, Springer Verlag (2004), S.106 ff.