Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse FMEA

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis:

Motivation

1. Zielsetzung

2. Die FMEA Methode
2.1. Geschichte
2.2. Grundbegriffe und Ziele der FMEA
2.3. Methodisches Vorgehen zur Erstellung der FMEA Analyse
2.3.1. Vorbereitung
2.3.2. Strukturanalyse
2.3.3. Funktionsanalyse
2.3.4. Fehleranalyse
2.3.5. Risikobewertung / Maßnahmenanalyse
2.3.6. Optimierung

3. Beispielhafte Umsetzung einer FMEA-Analyse
3.1. Vorbereitung zum Fallbeispiel Studienarbeit
3.2. Strukturanalyse zum Fallbeispiel Studienarbeit
3.3. Funktionsanalyse und Fehleranalyse zum Fallbeispiel Studienarbeit
3.4. Risikobewertung/Maßnahmenanalyse und Optimierung zum Fallbeispiel Studienarbeit

4. Kritische Auseinandersetzung

5. Ergebnisübersicht und Reflexion der eignen Arbeit

Literatur

Anhang 1 - Strukturbaum zum Fallbeispiel Studienarbeit
Anhang 2 - Funktions- und Fehleranalyse zum Fallbeispiel Studienarbeit
Anhang 3 - Risikobewertung / Maßnahmenanalyse und Optimierung zum Fallbeispiel Studienarbeit

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abbildung 1: Fehlerberhebungskosten, Zehnerregel

Abbildung 2: Strukturbaumanalyse

Abbildung 3: Funktions- und Fehlerliste

Tabelle 1: Formblatt

Tabelle 2: Fortsetzung Formblatt Tabelle 1

Abkürzungsverzeichnis:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Motivation

Fehler sind ungünstig - sie stehen einem aber meist im Wege. Durch gemachte Fehler werden Projekte verzögert und ungeplante Kosten verursacht. Darunter sind einige Fehler drastisch, die den Erfolg eines Projektes nicht nur verspäten, sondern gänzlich verhindern.

Dem Erfolg genauso wie dem Misserfolg als Endergebnis stehen stets Ereignisse in Form von Fehler- und Hindernisüberwindung im Voraus. Einige davon mag man als notwendige Lernprozesse abhacken andere werden als „Fehler mit erheblichen Folgen“ eingebucht. Die zweite Kategorie dieser Ereignisse ist sicherlich schädlicher und unnötig - folgerichtig in jedem Fall zu vermeiden.

Ganz im Sinne von Versuch und Irrtum geschieht ganz viel, wenn z. B. technische Entwicklungsprojekte stattfinden: angenommen, wenn ein neues Produkt entwickelt wird oder der Produktionsprozess dazu definiert wird.

Fehler können sich einschleichen und lange unentdeckt bleiben. Vielleicht erscheinen sie dann auch nur im Zusammenhang mit schwerwiegenden und schädlichen Folgen für Mensch, für Natur und auch für das Unternehmen. In solch einem Fall würde man von einem katastrophalen Ereignis sprechen: von Fehlern mit erheblichen Folgen.

Die Grafik auf der nächsten Seite setzt die Fehlerbehebungskosten in Bezug zu einem allgemeinen Projektverlauf eines Entwicklungsprojekts. Die Kosten für die Fehlerbehebung sind in der Planungsphase noch relativ gering. Der Anstieg der Kosten über die Projektphasen ist aber exponentiell und gewinnt damit immer mehr an Zuwachs. Der exponentielle Anstieg folgt einer Zehner-Regel, die in einigen Studien der 70er Jahren in USA, im Vereinten-Königreich, in Japan und auch in Deutschland durch einer VDMA-Studie¹ in den 90er Jahren bestätigt wurde.² Die Zehner-Regel besagt, dass die Kosten für die Fehlerbehebung je Projektfortschritt um das Zehnfache ansteigen. Später entdeckte Fehler werden somit unverhältnismäßig teurer.

Ein Fehler, der in der Entwicklungsphase entdeckt und behoben wird, möge beispielhaft 100 Euro Behebungskosten verursachen. Wird dieser Fehler erst in der Arbeitsvorbereitung entdeckt, so betragen seine Behebungskosten dann 1.000 Euro. Derselbe Fehler würde 10.000 Euro in der

Fertigungsphase und 100.000 Euro in der Prüfungsphase verursachen. Wesentlich mehr Kosten können verursacht werden, falls der Fehler erst vom Kunden entdeckt wird. Die Kosten steigen während des Projektverlaufs, entsprechend der Zehner-Regel, sehr schnell an. Die folgende Abbildung verdeutlicht dies.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Fehlerberhebungskosten, Zehnerregel³

Daraus resultiert, dass Fehler so früh wie möglich zu entdecken sind. Je früher die Fehler entdeckt und behandelt werden, desto günstiger sind die Fehlerbehebungskosten.

Die dargebotene Ausführung soll uns als Motivation dienen, um folgende Fragestellung zu erheben: Wie können mögliche Fehler frühzeitig entdeck, erkannt und behandelt werden?

Diese Frage möchten wir in der vorliegenden Arbeit anhand einer geeigneten und erprobten Methode behandeln. Daraus ergibt sich eine Zielhierarchie für die vorliegende Arbeit, die im folgenden Abschnitt definiert wird.

1. Zielsetzung

In der obigen Einführung habe ich die Motivation zur Fehlervermeidung dargelegt und knapp begründet. Entscheidend dabei ist die präventive Haltung im Umgang mit Fehler, um einen exponentiellen Anstieg der Fehlerbehebungskosten zu vermeiden. Als Bezugsgröße sind darin die Kosten in Geld angegeben. Ich möchte aber den Hinweis erbringen, dass darunter auch Schäden am Menschen oder der Natur zu verstehen sind. Der Geldbetrag ist eine repräsentative Bezugsgröße.

Nur durch eine präventive Fehlervermeidung kann auch ein Endprodukt ein hohes Maß an Qualität und Sicherheit vorweisen. Um Fehler frühzeitig zu vermeiden, stehen Methoden zur Verfügung, die im Laufe der Zeit ausprobiert wurden und sich bewährt haben. Eine dieser Methoden ist die FMEA- Methode⁴, die erstmals 1959/1969 entwickelt wurde.⁵ FMEA steht für Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse. Diese Methode wollen wir in der vorliegenden Arbeit kennenlernen und praktisch anwenden.

Folgende Zielsetzung ergibt sich daher für die vorliegende Arbeit:

- Beschreibung der FMEA-Methoden.
- Historie und Grundlagen
- Generelles Vorgehen anhand der aktuellen Literatur.
- Anwendung der Methode anhand eines gewählten Fallbeispiels.

Anschließend sollen eine kritische Auseinandersetzung mit der Methode und eine Reflexion der eigenen Arbeit stattfinden.

2. Die FMEA Methode

2.1. Geschichte

Erstmalig wurde die FMEA im Jahre 1949 als Militärspezifikation in den USA veröffentlicht.⁶ Einige Jahre später, im Jahr 1059/1960, wurde die Methode in das Raumfahrtprogramm der NASA aufgenommen. Die Technik in der Weltraumorganisation ging, damals wie heute, bis an die Grenzen des technisch Machbaren und ist dementsprechend sehr kritisch und kostspielig. Daher wird in diesem Bereich besonders auf Sicherheit und Qualität (also Fehlervermeidung) geachtet.⁷ Im Jahr 1980 wurde die Methode in Deutschland unter dem Namen „Ausfallanalyse“ bekannt und in der DIN 25448 niedergeschrieben. 1985 fand sie durch Ford Einzug in die Automobilindustrie und 1996 wurde die Methode in Deutschland durch den VDA⁸ aufgegriffen und systematische verbessert. Seither wird die Methode standardmäßig in der Automobilindustrie aber auch in sehr vielen anderen Anwendungsmöglichkeiten der Industrie und in Qualitätssicherungssysteme eingesetzt.

Ziel der FMEA ist es immer potenzielle Fehlerquellen bei der Entwicklung eines Produktes bzw. Prozesses bereits bei der Planung aufzudecken und so das Auftreten von Fahleren grundsätzlich zu vermeiden. Die Gefahr und seine Quellen sollen dadurch rechtzeitig und konsequent eliminiert werden.⁹

2.2. Grundbegriffe und Ziele der FMEA

Die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse ist eine analytische Methode zur Untersuchung und Vermeidung von potenziellen Fehlern bei der Neuentwicklung von Produkten und Prozessen.¹⁰ Klassisch wird die FMEA in drei Varianten unterschieden: Die System-FMEA, die Konstruktions- FMEA und die Prozess-FMEA. Die Methode bleibt in allen Varianten gleich, lediglich der betrachtete Gegenstand unterscheidet sich innerhalb der Varianten.¹¹ Ein übergeordnetes Produkt oder System wäre der Betrachtungsgegenstand einer System-FMEA; das einzelne Bauteil oder Element wäre Betrachtungsgegenstand bei einer Konstruktions-FMEA; bei der Prozess-FMEA würden die Prozessschritte und einzelne Teiltätigkeiten in seiner schrittweisen Organisation, Planung und Umsetzung untersucht werden.

Ein wesentliches Ziel der FMEA ist es eine Risikobewertung der ermittelten potenziellen Fehler (inklusive Fehlerursachen und Fehlerfolgen) vorzunehmen, um im weiteren Verlauf das Risiko zu minimieren. Die Risikobewertung eines Fehler wird bei der FMEA anhand von drei Kriterien bestimmt: 1. Die Auftretenswahrscheinlichkeit des Fehlers, 2. die Schadenshöhe bei Fehlereintritt und die Entdeckungswahrscheinlichkeit des Fehlers. Hierauf wird in Abschnitt 2.3.5 unten ausführlicher eingegangen.

Anhand dieser drei Kriterien wird anschließend die Risikoprioritätszahl (RPZ) ermittelt, die zur Gesamtbewertung des Fehlers und als Priorisierungsbasis der Fehler dient.

Durch die Benennung der Bewertungsfaktoren und der dazugehörigen Risikoprioritätszahl ist der wichtigste Charakter der Risikobewertung knapp beschrieben worden. Dieser Kern der FMEA wird ausführlicher im Abschnitt 2.3.5 unten behandelt.

Die Durchführung der FMEA bedarf insgesamt einer umfangreichen Vorbereitung und ebenso einer intensiven Nacharbeit. Es sind eine Anzahl von Vorgängen vor und nach der Risikobewertung zu berücksichtigen. Das heißt, die Erstellung der FMEA-Analyse ist an und für sich ein aufwendiger Vorgang, der in mehreren Schritten stattzufinden hat. Wir werden den Gesamtprozess im Kapitel 2.3 unten behandeln.

2.3. Methodisches Vorgehen zur Erstellung der FMEA Analyse

Bevor die Risikobewertung, wie im oberen Abschnitt erläutert, stattfinden kann, müssen die Risiken erst einmal ermittelt bzw. aufgedeckt werden. Und bevor die Fehler dies in der FMEA-Analyse ermittelt werden ist die grundsätzliche Vorbereitung der FMEA-Analyse zwingend notwendig. Nachdem die Risikoliste erstellt und priorisiert wurde, ist es notwendig, die Risiken zu bewerten und anschließend zu vermeiden. Die FMEA hat das Ziel Risiken zu vermeiden. Es reicht also nicht aus die Risiken lediglich zu kennen.

Insgesamt kann das Vorgehen bei der Erstellung der FMEA in folgende Schritte stattfinden:¹²,¹³ 1.

Vorbereitung, 2. Strukturanalyse, 3. Funktionsanalyse, Maßnahmenanalyse und 6. Optimierung.

Diese Phasen wollen wir nun einzeln betrachten.

2.3.1. Vorbereitung

Zur Vorbereitung der FMEA-Analyse gehört zum einen die Klarstellung der Ziele, die mittels der durchzuführenden FMEA erreicht werden soll. Die Aufgabenstellung wird mit der Firmenleitung abgestimmt; das zu untersuchende Produkt oder der Prozess ist klar definiert. Dann wird ein Team, bestehend aus Stakeholdern,¹⁴ die in Beziehung mit dem zu untersuchenden Beobachtungsgegenstand stehen, zusammengestellt. Das Team sollte nach Möglichkeit mit der Methode und dem Ablauf vertraut sein. Ein Moderator ist notwendig, um den Ablauf zu organisieren, sicherzustellen und um das Team zu leiten, zu begleiten und zu unterstützt. In dieser Phase werden ebenfalls alle notwendigen Dokumente wie Lastenheft, relevante Vorschriften, bekannte FMEA Analysen aus vergleichbaren Fällen, Ablaufdiagramme, Prüfpläne, technische Zeichnungen, Fehlerlisten und FMEA-Formblätter¹⁵ zusammengestellt.¹⁶

Einige Autoren benennen in der Vorbereitungsphase auch andere Voraussetzungen, die geschafft werden müssen, um erfolgreich die Methode anwenden zu könne. Dazu gehören unter anderem das Erreichen der Akzeptant für die Methode in allen Hierarchieebenen, die Schulung der Mitarbeiter (oder eines MA) zu FMEA-Moderator und die Zusammenstellung eines interdisziplinären Teams. Die inhaltliche Vorbereitung findet aber wieder durch die Zusammenstellung relevanter Dokumente und die Bildung eines Teams, wie oben beschrieben, statt.¹⁷

2.3.2. Strukturanalyse

In dieser Phase wird das zu untersuchende System¹⁸

- in seine Funktionsteile, Baugruppen bzw. Einzelteile zerlegt
- es wird von seiner Umgebung insgesamt abgegrenzt und
- seine Schnittstellen werden klar definiert und festgelegt.

Die Strukturanalyse erfolgt vom Gesamtsystem über die Strukturelemente zu den einzelnen Systemelementen. Bei einer Produkt-FMEA erfolgt die Analyse über die Stücklistenstruktur. Bei einer Prozess-FMEA streckt sich die Strukturanalyse vom Gesamtprozess bis in die Teilprozesse und Arbeitsschritte.¹⁹ Die einzelnen Elemente werden in einer Hierarchieordnung gebracht und in Beziehung zueinander gestellt. Die Darstellung der Strukturanalyse erfolgt grafisch in einer Baumstruktur.²⁰ In Abschnitt 3.2 unten wird im Rahmen der praktischen Umsetzung darauf eingegangen. Sehen Sie auch Anhang 1 - Strukturbaum zum Fallbeispiel Studienarbeit.

Ziele, die mit der Durchführung der Strukturanalyse erreicht werden, sind unter anderem: die Schaffung einer Übersicht, das Begreifen des Systems sowie die bessere Festlegung von Teilverantwortlichkeit.²¹

Nach der Strukturanalyse folgt die Funktionsanalyse.²²

2.3.3. Funktionsanalyse

Die Betrachtung der Funktionen und die Analyse davon folgen auf Basis der Strukturanalyse. In der Funktionsanalyse findet folgendes statt:

- die verschiedene Funktionen des Systems werden definiert,
- den einzelnen Elementen werden die Funktionen zugeordnet.

In dieser Phase wird beschrieben, was das System können muss, welche weiteren Aufgaben es zu erfüllen hat, aber auch, was es nicht tun darf. Die Funktionen sind zu hinterfragen und auf Plausibilität, Widerspruch, Nachvollziehbarkeit, Messbarkeit und nach Voraussetzungen zu prüfen. Mit der Funktionsanalyse wird erreicht, dass die Funktionalität übersichtlich dargestellt wird, dass die Ursachen-Wirkungsbeziehungen verstanden werden und, dass das Lastenheft seine Entsprechung findet.

Die Funktionsanalyse dient als Grundlage für die Fehleranalyse.²³ Die Darstellung kann in einem Funktionsbaum, einem Funktionsnetz oder einer Funktionsliste erfolgen. In unserem Beispiel im Abschnitt 3.3 unten haben wir die Listenansicht gewählt. Sehen Sie auch Anhang 2.

[...]

¹ VDMA: Verband deutscher Maschinen und Anlagenbau (vdma.org).

² Vgl. http://www.sixsigmablackbelt.de/fehlerkosten-10er-regel-zehnerregel-rule-of-ten/

³ Bildquelle: https://www.sixsigmablackbelt.de/wp-content/uploads/2013/05/Fehlerkosten-10-er-Regel-300x237.png

⁴ FMEA: Failure Mode and Effect Analysis, dt. Fehlermöglichkeit und Einflussanalyse (wirtschaftslexikon.gabler.de)

⁵ Vgl. Tietjen/Decker/Müller( 2011), S.6

⁶ Vgl. Werdich, Martin, Hrsg. (2011), S. 4.

⁷ Vgl. Tietjen/Decker/Müller( 2011), S.6 ff

⁸ VDA: Verband der Automobilindustrie e. V.

⁹ Mathe (2012), S. 31.

¹⁰ Mathe (2012), S. 26

¹¹ Vgl. Tietjen/Decker/Müller( 2011), S.16 ff

¹² Vgl. Werdich, Martin, Hrsg. (2011), S. 19 ff

¹³ Vgl. Rippl/ Tschepe/ Simross, FH Coburg (2003), S. 6.

¹⁴ Stakeholders : Anspruchsgruppen sind alle internen und externen Personengruppen, die von den unternehmerischen Tätigkeiten gegenwärtig oder in Zukunft direkt oder indirekt betroffen sind (wirtschaftslexikon.gabler.de).

¹⁵ Formblätter: dienen in der FMEA Analyse der Risikobewertung und Optimierung, vgl. Kapitel 3.4

¹⁶ Vgl. Rippl / Tschepe/ Simross, FH Coburg (2003), S. 7

¹⁷ Vgl. Mathe (2012), S. 34,35

¹⁸ Damit ist gemeint ein Produkt, ein Prozess oder eine Konstruktion, vgl. S. 6

¹⁹ Vgl. Rippl/ Tschepe/ Simross, FH Coburg (2003), S. 8.

²⁰ Für Vertiefende Informationen Vgl. Tietjen/Decker/Müller( 2011), S.69 bis 81

²¹ Vgl. Werdich, Martin, Hrsg. (2011), S. 31 ff,

²² In der Literatur gibt es keine einheitliche Beschreibung zum Vorgehen. Oftmals wird dir Funktionsanalyse der Strukturanalyse vorangestellt. Vgl. TQM International GmbH (Dezember 2013) S.57 ff ; Vgl. Werdich, Martin, Hrsg. (2011), S. 27 ff.

²³ Vgl. Werdich, Martin, Hrsg. (2011), S. 27-29 ff,