FMEA – Fehler-Möglichkeits-und Einfluss-Analyse

POCKET POWER

Hans-Joachim Pfeufer

FMEA – Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse

HANSER

Pocket Power

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© 2015 Carl Hanser Verlag Münchenhttp://www.hanser-fachbuch.de

Lektorat: Lisa Hoffmann-BäumlHerstellung: Andrea ReffkeLayout: Der Buchmacher, Arthur Lenner, MünchenUmschlaggestaltung: Parzhuber & Partner GmbH, MünchenUmschlagrealisation: Stephan RönigkDruck und Bindung: Kösel, KrugzellPrinted in Germany

ISBN 978-3-446-44253-5E-Book-ISBN 978-3-446-44170-5

3

Inhalt

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1 Einteilung der Risikoanalysen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2 Die Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse

(Failure Mode and Effects Analysis – FMEA) . . . . . . . . 101.2 Begriffsdefinitionen zur FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1 .2 .1 Das System und die Fehleranalyse . . . . . . . . . . . 181 .2 .2 Produkt-FMEA und Prozess-FMEA . . . . . . . . . 18

2 Die FMEA-Methode: Phasenmodell DAMUK . . . . . 232.1 D. Definitionsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2 A. Analysephase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2 .2 .1 1 . Schritt: Strukturanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . 392 .2 .2 2 . Schritt: Funktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . 402 .2 .3 3 . Schritt: Fehleranalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 .2 .4 4 . Schritt: Maßnahmenanalyse . . . . . . . . . . . . . 422 .2 .5 5 . Schritt: Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.3 M. Maßnahmenentscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572.4 U. Umsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612.5 K. Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3 Praxisbeispiel Produkt-FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.1 1. Schritt: Strukturanalyse „Fahrrad“ . . . . . . . . . . . . . 693.2 2. Schritt: Funktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.3 3. Schritt: Fehleranalyse „Glocke“ . . . . . . . . . . . . . . . . 713.4 4. Schritt: Maßnahmenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.5 5. Schritt: Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4 Praxisbeispiel Prozess-FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . 874.1 1. Schritt: Strukturanalyse „Klöppelherstellung“ . . . . 884.2 2. Schritt: Funktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884.3 3. Schritt: Fehleranalyse „Klöppelherstellung“ . . . . . . 884.4 4. Schritt: Maßnahmenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 914.5 5. Schritt: Optimierung durchführen . . . . . . . . . . . . . 98

Inhalt4

5 Aufwand und Nutzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

6 Einführung und Schulung der FMEA . . . . . . . . . . . 1096.1 Voraussetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

6 .1 .1 Beschluss der Geschäftsleitung . . . . . . . . . . . . . 1096 .1 .2 Information der Führungskräfte . . . . . . . . . . . . 1106 .1 .3 Schulung der Moderatoren . . . . . . . . . . . . . . . . 1106 .1 .4 Methodische Ausbildung der Anwender . . . . . . 111

6.2 Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1116 .2 .1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1116 .2 .2 Unterstützende Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . 113

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

5

1 Einleitung

W o R U M g E H t E S ?

Die Methode der FMEA – Fehler-Möglichkeits- und Ein-fluss-Analyse (Schreibweise des VDA e .V .) wird seit Jahren im Rahmen der Risikoanalyse in den verschiedensten Industrie-bereichen angewandt . Die ersten Einsatzgebiete lagen dabei traditionell in der Produktentwicklung . Davon ausgehend erfolgte die Einbindung der Fertigungsprozessplanung und der Produktion . In der Automobilindustrie ist die gemein-same Erstellung der FMEA für Produkte und Prozesse durch Kunde, Lieferant und Unterlieferant heute selbstverständli-cher Bestandteil der Zusammenarbeit .

Der Anwender wird durch die „5 Schritte zur Erstellung der FMEA“ geführt und unterstützt . Die Beurteilung einer FMEA durch das Management beginnt mit dem letzten Schritt der Analyse, dem fünften Schritt, Optimierung . Dies ist das Ergebnis der Analyse, das im FMEA-Formblatt dar-gestellt ist . Hier werden die Risiken und die Optimierungen des Produktes oder des Prozesses aufgezeigt . Die einzelnen Bewertungen zu Bedeutung, Auftretens- und Entdeckungs-wahrscheinlichkeit sind zu diskutieren . Die sich aus dem Produkt der einzelnen Bewertungen ergebende Risikopriori-tätszahl ist nicht mehr der alleinige Gradmesser der Robust-heit eines Produktes oder eines Prozesses .

W A S B R I N g t E S ?

Von den ersten Anwendungen bis zur heutigen Durch-führung wurde die Methode erheblich weiterentwickelt . Der vorliegende Beitrag beinhaltet den modifizierten Ana lysen-aufbau und verkörpert den aktuellen Stand der Methode .

Einleitung6

Mit der Ausdehnung des Begriffs „Qualität“ auch auf Dienstleistungen − und insbesondere auf unternehmensin-terne Zusammenarbeit − erfasst das moderne Qualitätsma-nagement alle Funktionen im Unternehmen . Das Bewusst-sein, dass Nichtqualität entgangener Ertrag ist, hat dazu geführt, dass Qualität höchste Priorität in den Unterneh-menszielen genießt .

Eine konsequente Ausrichtung auf die Anforderungen der Kunden − intern wie extern − setzt wesentliches Potenzial für die Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit frei . Es gilt, in allen Funktionen und Prozessen das Bewusstsein dafür zu schärfen, dass der Weg zu fehlerfreien und kundenorientier-ten Produkten und Dienstleistungen nur über das Prinzip der ständigen Verbesserung erreicht werden kann . Jeder Schritt zur Verbesserung muss sorgfältig definiert und in der Umset-zung gemessen und bewertet werden .

W I E g E H E I c H v o R ?

Von zentraler Bedeutung ist dabei das Fehlervermeidungs-prinzip, da Qualität nicht herausgeprüft werden kann, son-dern konzipiert, entwickelt, geplant und produziert werden muss . Dieser präventive Grundsatz wird durch drei wesent-liche Elemente realisiert: das Qualitätsmanagementsystem, das methodische Qualitätsmanagement und die konsequente Nutzung der Werkzeuge zur Fehlervermeidung .

Im Mittelpunkt steht das Qualitätsbewusstsein jedes ein-zelnen Mitarbeiters . Das Qualitätsmanagement hat den Cha-rakter eines gesonderten Fachgebietes für Spezialisten aufge-geben . Sichern der Qualität hat sich zum selbstverständlichen Arbeitsinhalt jedes Einzelnen entwickelt .

Der folgende Projektablaufplan der Qualitätssicherungs-

7Einleitung

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Bild 1: Methodeneinsatz in den Produktentwicklungsphasen

Einleitung8

aktivitäten stellt dar, wann welche Methoden des Total Qua-lity Management (TQM) während Entwicklung und Planung erforderlich sind und wann ihr Vorhandensein vom Quali-tätssicherungssystem gefordert wird (Bild 1, S . 7) .

1.1 Einteilung der Risikoanalysen

W o R U M g E H t E S ?

Bedingt durch die Komplexität und den hohen Grad an Innovation sind die Risiko- und Zuverlässigkeitsanalysen und die daraus resultierenden Forderungen an das Qualitäts-management nicht voneinander zu trennen .

W A S B R I N g t E S ?

Risikoanalysen dienen in erster Linie der rechtzeitigen Erkennung und Beseitigung von Systemschwachstellen so-wie der Durchführung von Vergleichsstudien . Risikoanaly-sen erlauben es, notwendige Sicherheitsmaßnahmen, deren Wirksamkeit und das verbleibende Risiko im Falle des Auf-tretens von Fehlern im System zu beurteilen . Aufgabe dieser Verfahren ist nicht nur, die Wahrscheinlichkeit für das Auf-treten von Ausfällen zu ermitteln, sondern auch das Aufzei-gen von möglichen Folgen aus einem Versagen, die für die Bewertung eines Schadens bzw . eines Unfallablaufes heran-gezogen werden . Das Risiko ist eine Funktion sowohl der Wahrscheinlichkeit eines Problems als auch seiner Konse-quenzen . Daher interessieren in Risikoanalysen stets zwei Größen:

die Eintrittshäufigkeit und die Folgen eines Systemausfalls .

9Einteilung der Risikoanalysen

W I E g E H E I c H v o R ?

In Bild 2 ist die Einteilung der gebräuchlichsten tech-nischen und nicht technischen Risikoanalysen wiedergege-ben .

Die Praxis zeigt, dass bei der Forderung nach Risikoanaly-sen unterschiedliche Aufgabenstellungen existieren, die un-terschiedliche Ansätze erfordern .

Bild 3 (s . S . 10) stellt für die beiden bewährten und sich er-gänzenden Methoden der Fehlerbaumanalyse (FTA) und der Feh ler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse (FMEA) die je-weilige Wirkrichtung dar . Während die FTA ausgehend von einem Ausfall die Ursache sucht, geht die FMEA von der Ur-sache aus und ordnet ihr die Wirkung, den Ausfall zu .

Risikoanalysen

Systemzu-standanalyse

Fehlerraten-analyse

Fehlerarten-analyse

Markow-Analyse (MA)

Parts-Stress-Methode (PSM)

Parts-Count- Methode (PCM)

DeduktiveAnalyse

InduktiveAnalyse

• Fehlermöglich-keits- und -ein- flussanalyse (FMEA)

• Failure Mode, Effects and Criticality Analysis (FMECA)

• Ereignisablauf-analyse (EA)

• Fehlerbaum -analyse (FTA)

Bild 2: Einteilung der gebräuchlichsten Risikoanalysen

Einleitung10

Die FMEA betrachtet die Auslegung oder die Herstellung eines Produkts. Bei der FTA werden die Verknüpfung von ver-schiedenen Ereignissen und deren Auswirkung betrachtet. Hier werden Auslegung und Herstellung verknüpft.

1.2 Die Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse (Failure Mode and Effects Analysis – FMEA)

W o R U M g E H t E S ?

Bei der FMEA handelt es sich um eine in die Fachbereiche der Produkt-, Prozess- und Dienstleistungserstellung integ-rierte entwicklungs- und planungsbegleitende Risikoanalyse . FMEA ist ein wichtiges methodisches Instrument, um früh-zeitig mögliche Fehler, deren Ursachen und Folgen, insbeson-

Bild 3: Zusammenwirken von FMEA und FTA

Produkt- oderProzess-FMEA

Reklamations-bearbeitung

QualitätspräventionFehlervermeidung

QualitätslenkungFehlerbehebung

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Werkstattebene

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11Die Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse

dere bei neuen Konzepten, zu erkennen und diese zu vermei-den .

Mit der FMEA wird während der Entwicklungs- und Pla-nungsphase von Produkten und Prozessen die Entwicklungs- und Planungsreife hinterfragt und bewertet . Die FMEA ist damit ein möglicher „Reifegradmonitor“ und ein wichtiges Managementinstrument, das die interdisziplinäre Zusam-menarbeit unterstützt . Die FMEA zeigt an allen kritischen Stellen im Konzept auf, wie durch Erfahrung, Berechnung, Erprobung und Prüfung je nach Projektfortschritt das Risiko bereits ausreichend gesenkt wurde oder künftig noch gesenkt werden muss .

Die FMEA wurde Mitte der 60er-Jahre in den USA von der NASA für das Apollo-Projekt entwickelt . Nach der ur sprünglichen Anwendung der Methode in der Luft- und Raumfahrt sowie der Kerntechnik erfolgte bald ihre Nutzung in der Automobilindustrie . Die FMEA findet inzwischen breite Anwendung in den USA und in Europa . Sie ist heute bei vielen Automobilherstellern und Lieferanten fester Be-standteil von Qualitätssicherungssystemen und wird zuneh-mend gefordert .

Historie der FMEA

• Apollo-Projekt• Luft- und Raumfahrt• Kerntechnik• Automobilindustrie• Medizintechnik• Nachrichtentechnik• Nichttechnische Bereiche

Einleitung12

W A S B R I N g t E S ?

Die im Folgenden beschriebenen Inhalte zur FMEA stellen einen aktuellen Stand von Anwendern in der Automobilin-dustrie, ergänzt um Erfahrungen in der elektrotechnischen Industrie, dar und werden hier teilweise erstmals dargestellt . Es werden als Voraussetzung für das grundsätzliche Verständ-nis einleitend die theoretischen Grundlagen der FMEA in Systemen beschrieben .

Die FMEA unterstützt die Team- und Projektarbeit vor allem durch die konsequente Strukturierung der Fehlermög-lichkeiten eines Systems .

Der Zweck der FMEA ist,

Risiken zu erkennen, Risiken zu bewerten und Risiken zu vermeiden .

Die strukturierte Dokumentation der FMEA kann für nachgeschaltete Aufgaben im Sinne von „Total Quality“ ge-nutzt werden, beispielsweise für Diagnose und Wartung und den Dialog mit dem Gesetzgeber (z . B . Typprüfung oder Pro-dukthaftung) . Bei späteren Weiter- und Neuentwicklungen unterstützt die Dokumentation die Einarbeitung in das Sys-tem und in die Fehlervermeidung .

W I E g E H E I c H v o R ?

Die Erstellung der FMEA sollte zum frühestmöglichen Zeitpunkt erfolgen . Der prinzipielle Einsatz der FMEA in den einzelnen Produktphasen ist in Bild 4 dargestellt .

Als „lebendes Dokument“ ist die FMEA in festzulegenden Zeitabständen auf den neuesten Stand zu bringen und bei Änderungen am Produkt oder Prozess im Rahmen der Se-rienbetreuung zu überarbeiten .