Fehlermöglichkeits- und einflussanalyse. Eine Methode im Qualitäts- und Risikomanagement

Inhalt

1. Einleitung

2. Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)
2.1. Grundlagen und Voraussetzungen der FMEA
2.2. Arten der FMEA System-FMEA
2.3. Ziele der FMEA

3. Generelles Vorgehen bei der Durchführung der FMEA
3.1. Vorbereiten der FMEA
3.2. Die Schritte einer FMEA

4. FMEA anhand eines Praxisbeispiels
4.1. Erläuterung des Sachverhalts
4.2. Durchführung der FMEA
4.2.1. Vorbereiten der FMEA
4.2.2. Strukturanalyse
4.2.3. Funktionsanalyse
4.2.4. Fehleranalyse
4.2.5. Maßnahmenanalyse und Risikobewertung
4.2.6. Risikominimierung

5. Zusammenfassung und kritische Reflexion

6. Literaturverzeichnis

Anhang

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Zehnerregel der Fehlerkosten

Abbildung 2 Konstruktionszeichnung Aufschweißmuffe DN100

Abbildung 3 Strukturbaum Aufschweißmuffe DN100

Abbildung 4 Funktionsbaum PE Aufschweißmuffe DN100

Abbildung 5 Fehlerketten Grundkörper

Abbildung 6 Fehlerketten Heizwendel

Abbildung 7 Fehlerketten Anschlusselektroden

Abbildung 8 Fehlerketten Barcode-Einheit

Abbildung 9 Vergleich RPZ Erstbewertung / Neubewertung

1. Einleitung

Unsere heutige Gesellschaft ist geprägt von Überfluss und Masse. Wir leben in einem klassischen Käufermarkt, der uns durch Globalisierung und weltweit vernetzte Logistikprozesse sämtliche Güter in allen nur erdenklichen Variationen, Formen und Farben zu Verfügung stellt.

Dies bringt jedoch auch eine gesteigerte Erwartungshaltung an Produkte im Allgemeinen mit sich. Qualität zu einem günstigen Preis – Geiz ist geil, aber bitte qualitativ hochwertig.

Ein günstiger Preis ist nicht mehr alleine ausschlaggebendes Kaufkriterium. Daraus erwächst eine immer größere Bedeutung des (technischen) Qualitätsmanagements.

Doch wie kann immer höhere Qualität zu immer günstigeren Preisen gewährleistet werden?

Winston Churchill sagte einst: „Es ist ein großer Vorteil im Leben, die Fehler, aus denen man lernen kann, möglichst früh zu begehen“^[1]

Ebenso wie für das Leben, lässt sich Churchills Aussage auch auf den Lebenszyklus von Produkten übertragen. Der Nachteil, der sich aus einem gemachten Fehler ergibt, ist umso schwerer, je weiter der Lebenszyklus des Produktes vorangeschritten ist.

Das Qualitäts- und Risikomanagement stellt Methoden bereit um im übertragenen Sinne aus Fehlern zu lernen – und das so früh wie möglich.

Eine dieser Methoden ist die Fehlermöglichkeits- und einflussanalyse (FMEA).

In der vorliegenden Arbeit soll die Methodik der FMEA näher erläutert und beschrieben werden. Hierzu werden im ersten Abschnitt zunächst Grundlagen erläutert und die zum Verständnis notwendigen Begrifflichkeiten erklärt. Auch wird in einem kurzen Abschnitt auf notwendige Voraussetzungen eingegangen.

Um eines der Ziele dieser Arbeit, nämlich die Vermittlung eines grundlegenden Verständnisses für FMEAs, zu vervollständigen, werden auch die verschiedenen Arten und Anwendungsbereiche der Methodik vorgestellt.

Im abschließenden Teil der Arbeit wird die Durchführung einer FMEA betrachtet.

Hierzu werden zunächst die notwendigen, durchzuführenden Schritte näher erläutert, bevor das theoretisch erlangte Wissen in einem exemplarischen Beispiel angewandt wird.

Finales Ziel der Arbeit ist schlussendlich die Vermittlung des Wissens und der Kenntnisse, um eigenständige FMEAs durchführen zu können.

2. Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)

Grundlegend lässt sich anführen, dass die FMEA eine Methodik des Qualitäts- und Risikomanagements darstellt. Die Entwicklung der Methodik geht zurück auf die 60er Jahre und wurde zunächst im Bereich Luft- und Raumfahrt durch die NASA eingesetzt.^[2] Verbreitung in Deutschland erlangte die Methodik durch immer weiter steigende Forderungen der deutschen Automobilindustrie an ihre Zulieferer, die FMEA im Rahmen des Qualitätsmanagements einzusetzen und so für eine steigende Qualität der Zulieferungen zu sorgen.^[3]

Heute hat sich die FMEA als die am häufigsten eingesetzte Methode des technischen Risikomanagements etabliert.^[4]

Hintergrund ist dabei, dass eine FMEA die Möglichkeit bietet, Fehler zu erkennen und zu beheben – und dies bereits im frühen Stadium des Planungsprozesses. Der große Vorteil dieser frühzeitigen Erkennung liegt in der bekannten Tatsache begründet, dass die Fehlerbeseitigungskosten von der Planungsphase bis hin zum fertigen Produkt exponentiell zunehmen.

Diese Zunahme ist auch als Zehnerregel bekannt und in Abbildung 1 verdeutlicht:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 Zehnerregel der Fehlerkosten^[5]

2.1. Grundlagen und Voraussetzungen der FMEA

„Fehlervermeidung ist immer wirtschaftlicher als nachträgliche Fehlerbeseitigung.“^[6] Daraus lässt sich ableiten, dass eine FMEA umso erfolgreicher ist, je früher sie in den Entwicklungsprozess eingebunden wird.

Hieraus resultiert allerdings auch, dass eine FMEA so universell gehalten und einsetzbar sein muss, dass sie über den gesamten Produktlebenszyklus, von der Planung, der Entwicklung bis hin zur späteren Auslieferung und Nutzung eingesetzt werden kann.

Ein entscheidender Faktor bei der Durchführung sind notwendige Ressourcen. Diese müssen innerhalb eines Projekts frühzeitig eingeplant werden, immer mit dem Wissen um die Integration der FMEA in den verschiedenen Projektphasen.^[7]

Für eine optimale Integration ist es entscheidend, dass die eingesetzten Ressourcen (in der Regel sind dies die Mitarbeiter des FMEA-Teams) sich mit der Materie auskennen und entsprechend für die Wichtigkeit der FMEA sensibilisiert sind.

Es ergeben sich also grundlegende Anforderungen durch Ressourcenbindung und auch notwendige Kompetenzen der Mitarbeiter. Bevor FMEAs eingesetzt und durchgeführt werden können, bedarf es unter Umständen Schulungen oder Weiterbildungsmaßnahmen.

Hieraus lässt sich klar eine weitere Voraussetzung ableiten, die im Übrigen für den gesamten Bereich des Qualitätsmanagements gilt: Die unbedingte Akzeptanz und Mitwirkung auf strategischer Ebene, also der Unternehmensleitung.

Die Unternehmensleitung muss das Qualitätsmanagement und dadurch auch die angewandten Methoden nicht nur unterstützen und mittragen, sondern im besten Falle aktiv die Umsetzung fördern sowie die notwendigen Voraussetzungen, auch unter Einsatz von Kapital, schaffen.

2.2. Arten der FMEA

Grundlegend unterscheidet man die Konstruktions-FMEA, die Prozess-FMEA und die System-FMEA.

Konstruktions-FMEA

Im Rahmen der Konstruktions-FMEA erfolgt eine Analyse auf mögliche Fehler und Funktionsstörungen direkt an der Konstruktion bzw., heruntergebrochen auf eine detailliertere Ebene, direkt an einzelnen Bauteilen. Grundlage der Konstruktions-FMEA bilden Konstruktionspläne und Zeichnungen.^[8] Im Rahmen der Konstruktions-FMEA werden in einer möglichst frühen Phase die Bauteile auf Übereinstimmung mit den Anforderungen aus den Pflichten- und Lastenheften hin überprüft.

Prozess-FMEA

Die Prozess-FMEA bezieht sich auf den späteren Montage- und Fertigungsprozess des Produktes. Sie soll Fehlerquellen im Produktionsprozess aufzeigen. Für die aufgedeckten Risiken werden so frühzeitig Strategien zur Vermeidung oder Behebung entwickelt und umgesetzt.^[9]

So lässt sich schon während der Fertigungsplanung sicherstellen, dass durch den gewünschten Produktionsablauf die notwendige und gewünschte Produktqualität erreicht werden kann.^[10]

Durch die universelle Einsetzbarkeit lassen sich, unabhängig einer Produktion, sämtliche Prozesse untersuchen.

System-FMEA

Die System-FMEA kann als Weiterentwicklung der Konstruktions- als auch der Prozess-FMEA gesehen werden. Der Unterschied liegt jedoch in der Ebene der Analyse. Die Risikoanalyse bezieht sich nicht auf einzelne Prozesse oder Bauteile, sondern betrachtet das komplette System. Die System-FMEA ist eine ganzheitliche Risikoanalyse von der Planungsphase bis hin zur Produktionsphase eines Produkts. Im Fokus steht somit stets das Zusammenspiel der Komponenten als Gesamtsystem und die Auswirkungen von Ausfällen einzelner Komponenten wiederum auf das gesamte System.

Innerhalb der System-FMEA lässt sich eine weitere Untergliederung in die System-FMEA Produkt und die System-FMEA Prozess treffen. Auf Grund des Umfangs dieser Arbeit wird diese weitere Untergliederung nicht weiter erläutert, sondern auf die aktuelle Fachliteratur verwiesen.

Entscheidend ist für das grundlegende Verständnis, dass im Rahmen der System-FMEA generell komplexe Systeme in ihrer Ganzheit betrachtet und auf mögliche Risiken und deren Auswirkungen untersucht werden.

Unabhängig davon, welche Art der FMEA zum Einsatz kommt, sind die Ziele prinzipiell stets gleich. Im folgenden Abschnitt sollen diese Ziele näher betrachtet werden, auch um neben dem Verständnis eine Sensibilisierung für die Sinnhaftigkeit einer FMEA und den damit verbundenen Arbeitsaufwand zu erreichen.

2.3. Ziele der FMEA

Wie bereits in den vorangegangenen Abschnitten erläutert, ist die FMEA eine Methodik des Risiko- und Qualitätsmanagements. Generelles Ziel ist zunächst die Sicherstellung der notwendigen und geforderten Produktqualität und selbstverständlich die Erfüllung der Vorgaben aus den Lasten- und Pflichtenheften. Aus den allgemeinen Anforderungen eines Qualitätsmanagements erwachsen übergeordnete Ziele wie zufriedene Kunden, keine Reklamationen, Minimierung von Umweltbelastungen – aber auch fähige Prozesse, keine Änderungen nach Serienanlauf und eine fehlerfreie Produktion.^[11]

Plakativ gesprochen dient die Methodik der FMEA der Zielerreichung der genannten, übergeordneten Ziele des Qualitätsmanagements. Durch die FMEA lassen sich Risiken und potentielle Fehler identifizieren und entsprechende Gegenmaßnahmen aufstellen.

Unter der Berücksichtigung, die FMEA zu einem möglichst frühen Zeitpunkt zu integrieren, lassen sich zudem Fehlerbeseitigungskosten massiv senken und schlussendlich bessere Produkte zu günstigeren bzw. mindestens gleichbleibenden Kosten produzieren.^[12]

Wie diese Ziele im Detail erreicht werden und welche Einzelschritte im Rahmen einer FMEA grundsätzlich durchzuführen sind, soll im folgenden Abschnitt näher betrachtet werden.

3. Generelles Vorgehen bei der Durchführung der FMEA

Um der abschließenden, kritischen Reflexion dieser Arbeit vorwegzugreifen, ist ein problematischer Fakt einer FMEA, dass eine nicht zu unterschätzende Menge an Ressourcen eingesetzt werden muss und der Aufwand nicht unterschätzt werden darf.^[13] Diese Tatsache alleine wäre nicht allzu tragisch, allerdings kommt zudem hinzu, dass der tatsächliche Nutzen zunächst nicht unbedingt greifbar ist und unter Umständen den hohen, anfänglichen Aufwand nicht rechtfertigen kann.

In den Voraussetzungen wurde bereits erläutert, dass die FMEA eine Methodik des Qualitäts- und Risikomanagements darstellt. Ebenso wurde erläutert, dass ein hoher Aufwand und eine hohe Ressourcenbindung zur Durchführung notwendig sind.

Um diese Aussage etwas greifbarer und verständlicher zu machen, werden im Folgenden die notwendigen, vorbereitenden Maßnahmen zur Durchführung und die tatsächlichen, durchzuführenden Schritte im Rahmen einer FMEA näher erläutert.

3.1. Vorbereiten der FMEA

Eine FMEA lässt sich nicht „mal schnell nebenbei“ erstellen und durchführen. Wichtig ist eine sehr gute Vorbereitung bevor die eigentlichen Schritte der FMEA durchgeführt werden.

Zunächst müssen die Ziele der FMEA so genau wie möglich definiert sein. Hierzu gehört auch, dass die Aufgabenstellung mit der übergeordneten, strategischen Ebene (in der Regel die Unternehmensleitung) abgestimmt ist.^[14] Dies gewährleistet, dass die notwendigen Ressourcen bereitgestellt werden und die Akzeptanz der FMEA bis in die Unternehmensleitung reicht.

In einem nächsten Schritt gilt es, einen Koordinator festzulegen und ein Projektteam zu bilden. Es ist zwingend darauf zu achten, dass der Koordinator Erfahrungen in der Durchführung von FMEA-Maßnahmen besitzt.^[15]

Im Idealfall und zur Vermeidung von Schnittstellenproblemen sollte das Projektteam interdisziplinär und hierarchieübergreifend zusammengesetzt sein. Auch besteht die Möglichkeit, Vertreter der Kundenseite mit einzubinden.

In einem letzten vorbereitenden Schritt müssen sämtliche notwendigen Dokumente wie z.B. Zeichnungen, Lastenhefte, bereits durchgeführte FMEA vergleichbarer Produkte, Sicherheitsdatenblätter usw. zusammengetragen werden. Diese Unterlagen dienen auch als Grundlage für die zu führenden Projektbesprechungen.^[16]

3.2. Die Schritte einer FMEA

Die FMEA gliedert sich nach VDA Band 4 in 5 Arbeitsschritte. Diese Arbeitsschritte sind wie folgt:^[17]

Strukturanalyse

Der erste Schritt besteht darin, das System strukturell zu untersuchen und aufzuschlüsseln. Die Aufschlüsselung erfolgt dabei immer von übergeordneten Prozessen oder Baugruppen hin zu einer immer stärkeren Detaillierung.^[18]. Es erfolgt eine Zerlegung des Hauptsystems in seine untergeordneten Bestandteile. Hieraus lassen sich die Zusammenhänge und unter Umständen bereits einzelne Funktionen der Systemkomponenten erkennen.^[19]

Im finalen Ergebnis entsteht aus der Strukturanalyse heraus eine Baumstruktur, welcher die entsprechende Systemstruktur grafisch anschaulich darstellt.^[20]

Zu beachten ist, dass je nach Art der durchgeführten FMEA leichte Modifikationen im Aufbau des Strukturbaums möglich sind. Da es Ziel dieser Arbeit ist, ein grundlegendes Verständnis für die Methodik der FMEA zu schaffen, werden diese Modifikationen hier im Detail nicht erläutert, sondern auf die aktuelle Fachliteratur verwiesen.

Funktionsanalyse

Zwar sind bereits in der Strukturanalyse funktionale Zusammenhänge enthalten, allerdings werden diese im Rahmen der Funktionsanalyse gesondert betrachtet. Im Gegensatz zu der vorangegangenen Strukturanalyse stehen in der Funktionsanalyse ausschließlich die Funktionen einzelner Komponenten und deren funktionales Zusammenwirken im Fokus. Im Ergebnis steht grafisch, analog der Strukturanalyse, ein Funktionsbaum. Alternativ kann die Darstellung auch in Form einer Funktionsliste oder eines Funktionsnetzes erfolgen.^[21]

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^[1] Winston Churchill (1874 – 1965)

^[2] Linß, 2016, S. 118

^[3] Ebel, 2003, S. 288

^[4] Kamiske & Burckhardt, 2009, S. 285

^[5] Eigene Abbildung in Anlehnung an https://www.haushaltssteuerung.de/lexikon-zehner-10er-regel-der-fehlerkosten.html

^[6] Linß, 2016, S. 119

^[7] Kamiske & Burckhardt, 2009, S. 287f

^[8] Linß, 2016, S. 120

^[9] Kamiske & Burckhardt, 2009, S. 292

^[10] Linß, 2016, S. 120

^[11] Brunner & Wagner, 2016, S. 56f

^[12] Ebel, 2003, S. 288

^[13] Ebel, 2003, S. 290

^[14] Linß, 2016, S. 124

^[15] Pfeifer, 2001, S. 213

^[16] Linß, 2016, S. 124f

^[17] Unternehmensberatung Dietz, 2015

^[18] Linß, 2016, S. 125

^[19] Pfeifer, 2001, S. 216f

^[20] Brunner & Wagner, 2016, S. 158

^[21] Linß, 2016, S. 125