FMEA – Fehlermöglichkeits- und Einfluss Analyse

Bei der Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse, kurz FMEA (manchmal auch FMEA Analyse), handelt es sich um eine analytische Methode des Qualitätsmanagements zur entwicklungsbegleitenden Risikoanalyse der Fehlerprävention. Das Ziel ist es, bereits frühzeitig potenzielle Fehlerursachen und Fehlerquellen zu identifizieren, zu beseitigen oder zumindest einzugrenzen. Durch diese aktive Fehlervorbeugung können deutliche Kosteneinsparungen entlang des Produktlebenszyklus verwirklicht werden.
Dazu werden mögliche Produktionsfehler ermittelt und bewertet. Die Bewertung der Fehler erfolgt hinsichtlich ihrer Bedeutung für den Kunden, der Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens und der Wahrscheinlichkeit einer Entdeckung vor der Auslieferung an den Kunden. Auf Basis dieser Risikobewertung wird entschieden, ob Maßnahmen zur Fehlervorbeugung notwendig sind.
Die FMEA wurde ursprünglich als failure mode and effect analysis (manchmal auch: failure mode, effects and critical analysis – fmeca) während des Raumfahrtprogramms der NASA in den 1960er Jahren entwickelt. Aufgrund der massiven Risiken und der langen Entwicklungszeiträume kann die Bedeutung präventiver Fehlervermeidung in der Raumfahrt nicht hoch genug sein.

Die FMEA ist nicht zu verwechseln mit 8D-Report. Hierbei handelt es sich ebenfalls um einen Prozess zur Fehlerbehebung. Der 8D-Report ist aber eine Methode zur analytischen Erarbeitung und Dokumentation der nachhaltigen Behebung eines Mangels. Es handelt sich bei dem 8D-Report somit um einen reaktiven Problemlösungsprozess der angewendet wird, wenn der Mangel tatsächlich bereits aufgetreten ist. (Für mehr Informationen bzgl. zur Fehlerwiederholung und zu dem 8D-Report klicken Sie bitte hier.)

Wie bereits betont, ist das Primärziel einer FMEA Fehler frühzeitig zu erkennen. In der Praxis wird vor allem zwischen den System-, Konstruktions- und Prozess-FMEA-Arten unterschieden. Deshalb ist es wichtig, dass Sie zu Beginn die Art Ihrer durchzuführenden FMEA definieren.

Bei der System-FMEA steht das funktionsgerechte Zusammenwirken der einzelnen Komponenten eines komplexen Systems im Fokus. Es wird versucht Fehler bereits bei der Systemgestaltung zu vermeiden und die Funktionsfähigkeit und Sicherheit des Systems zu prüfen. Konstruktions-FMEAs sind speziell auf ein Produkt ausgerichtet. Potenzielle Fehler und Ausfälle die an Teilen oder Baugruppen eines Systems auftreten können, werden betrachtet und versucht zu vermeiden. Als Fehlerursache wird vor allem die Konstruktion, aber auch die Fertigungsart betrachtet. Die Prozess-FMEA untersucht grundsätzlich alle Faktoren und Zuständige die einen fehlerfreien Prozess beeinträchtigen könnten. Es wird vor allem der Fertigungs- und Montageprozess betrachtet.

Bei der FMEA-Auswahl wird empfohlen vom System zum Einzelnen vorzugehen. Darunter versteht man, dass erst das ganze System in einer FMEA betrachtet wird, anschließend deren Teilsysteme und Baugruppen. Weiterführend ist es möglich, durch die Betrachtung einzelner Bauteile die FMEAs immer genauer durchzuführen. Abschließend bzw. ergänzend können die dazugehörigen Prozesse untersucht werden.

Im Folgenden sind die einzelnen Schritte einer FMEA anhand eines Beispiels einfach und kurz dargestellt. Die Konstruktions-, Prozess- und System FMEA laufen nach dem gleichen Prinzip ab:

Schritt 1:  Vorbereitung

In der Vorbereitung wird zunächst ein Team gebildet, dass mit der Methode und der Durchführung einer FMEA vertraut ist. Die Bestimmung eines Teamleiters mit FMEA-Erfahrung ist hierbei hilfreich. Es folgt die Definition der Aufgabenstellung und Zielsetzungen der FMEA. Zusätzlich müssen alle notwendigen Dokumente und FMEA-Formblätter vorbereitet werden.

Schritt 2:  Strukturanalyse

Im ersten Schritt wird sich die Struktur eines Produktes oder Prozesses beschrieben um sich ein Gesamtbild machen zu können. Hierfür werden Systemelemente erfasst. Jedes Systemelement kann sich dabei aus weiteren Systemelementen zusammensetzen. Diese Elemente werden dann zu einer Struktur zusammengefasst und grafisch dargestellt.

Auch Fehler können miteinander vernetzt werden. Hierfür eignet sich erneut ein Fehlernetz, welches bei den Funktionen bereits angewendet wurde. Dieses Netz kann auch verwendet werden, um Fehler so zu verknüpfen, dass Fehlerursachen und Folgen klar erkennbar sind.

Schritt 5: Risikobewertung mithilfe der Risikoprioritätszahl – RPZ

Bei der Risikobewertung wird die Bedeutung jedes einzelnen potenziellen Fehlers der FMEA bewertet, um zu beurteilen, ob Maßnahmen zur Verbesserung notwendig sind. Die Bewertung der Fehler, sowie die Priorisierung zur Beseitigung der Fehlerursachen erfolgt über die Risikoprioritätszahl RPZ (auch Risikoprioritätskennzahl). Für jeden Fehler muss die Risikoprioritätskennzahl im FMEA-Formblatt dokumentiert werden. Je höher die RPZ ist, desto eher sollte eine Maßnahme zur Beseitigung der Fehlerursache vorgenommen werden. Die Risikoprioritätszahl ermittelt sich als Produkt aus drei Faktoren, die wie folgt, bewertet werden könnten:

B = Bedeutung der Fehlerfolge
Die Auswirkung des Fehlers wird von (1), der Fehler hat keine wahrnehmbare Auswirkung und wird von dem Kunden wahrscheinlich nicht bemerkt, bis (10), äußerst schwerwiegender Fehler, der möglicherweise die Sicherheit oder die Einhaltung regulatorischer Vorgaben beeinträchtigt, bewertet.

A = Auftretenswahrscheinlichkeit des Fehlers
Die Wahrscheinlichkeit, dass der Fehler auftritt wird von (1), es ist nahezu auszuschließen, dass der Fehler auftritt, bis (10), es ist nahezu sicher, dass der Fehler regelmäßig auftreten wird, bewertet.

E = Entdeckungswahrscheinlichkeit des Fehlers, bevor der Fehler den Kunden erreicht
Die Wahrscheinlichkeit, dass der Fehler entdeckt wird, bevor er den Kunden erreicht wird von (1), der Fehler wird zwangsläufig entdeckt, bis (10), eine Entdeckung des Fehlers vor Übergabe an den Kunden ist ausgeschlossen, bewertet.

Schritt 6: Optimierung

Nach der Risikobewertung werden für potenziellen Fehler entsprechend der Risikoprioritätszahl Maßnahmen definiert und in das FMEA-Formblatt eingetragen. Nach der Durchführung der Maßnahmen wird RPZ wird erneut berechnet. Der Erfolg der FMEA wird anhand der Differenz der Bewertungen gemessen. Ist die Risikoprioritätszahl nach der Durchführung deutlich kleiner als vorher, war die FMEA erfolgreich.

Grundsätzlich muss jedes Unternehmen selbst definiere ab welchem Ergebnis für die Risikoprioritätskennzahl Maßnahmen durchgeführt werden müssen, aber die untenstehende Tabelle kann als Indikator dienen:

Für die Durchführung der FMEA und die frühzeitige Fehlerprävention ist es hilfreich kann es sein, Checklisten für die Fehlererkennung zu verwenden. Diese werden in der Vorbereitungsphase erstellt und unterstützen die Erkennung von Fehlerart, -ursache und -folgen. Besonders wichtig ist es auch darauf zu achten, die FMEA regelmäßig zu aktualisieren und falls notwendig zu ergänzen. Dies sollte man während des gesamten Entwicklungsverlaufs von Produkten oder Prozessen machen. Eine objektive Bewertung der Fehler ist eine notwendige Grundvoraussetzung. Auch wenn es nicht immer einfach ist, die eigenen Prozesse oder Entwicklungen zu kritisch zu hinterfragen, empfiehlt es sich ein Bewusstsein für diese Problematik zu schaffen. Hier kann es beispielsweise bereits nützlich sein, vorab zu kommunizieren, dass durch entdeckte Fehler keine negativen Folgen für die Verantwortlichen entstehen. Die Vorteile aus Unternehmenssicht müssen hier im Vordergrund stehen.

Ein häufiges Problem ist ein oberflächliches Vorgehen mit einer zu geringe Genauigkeit in der Erkennung potenzieller Fehler. Eine oberflächliche Durchführung einer FMEA oder ein Team mit unzureichenden fachlichen Kenntnissen, reduzieren den Nutzen einer FMEA deutlich.

Die Zielsetzung dieses Artikels ist Lesern und kleinen oder mittlere Unternehmen die Möglichkeiten einer FMEA aufzuzeigen und zu weiteren Vorgehen anzuregen.