Fehler-Möglichkeiten- und Fehler-Einfluss-Analyse (FMEA)Systematik und Durchführung der FMEA

Die Durchführung der Fehler-Möglichkeiten- und Einfluss-Analyse (FMEA) ist weitgehend standardisiert. Die meisten Modelle und Standards unterscheiden sechs Arbeitsschritte. Kernelemente sind die Strukturanalyse, Funktionsanalyse und die Fehleranalyse. Hier ist dargestellt, wie Sie bei der FMEA vorgehen.

Die Schritte der FMEA in der Übersicht

Die Durchführung einer Fehler-Möglichkeiten- und Fehler-Einfluss-Analyse (FMEA) erfolgt in mehreren Schritten. Je nachdem, auf welches Modell Sie sich dabei beziehen, sind diese Schritte etwas anders eingeteilt und unterschieden. Die jeweiligen Aufgaben und Inhalte sind dabei meist ähnlich oder identisch.

Der Standard, der nach gemeinsamer Modellentwicklung durch die Automobilverbände VDA und AIAG definiert ist, sieht insgesamt sechs Schritte der FMEA in zwei Phasen vor. Die Schritte sind:

  1. Scoping: Identifikation und Definition des FMEA-Projekts; Abgrenzung des Produkts und des Prozesses
  2. Strukturanalyse: Struktur des Systems analysieren, das mit der FMEA betrachtet wird
  3. Funktionsanalyse: Zusammenstellung aller relevanten Produktfunktionen oder Prozessschritte
  4. Fehleranalyse: Identifikation möglicher Fehler, Erkennen von Fehlerketten, Fehlerursachen und Fehlerfolgen im Produkt oder Prozess
  5. Risikoanalyse und Maßnahmenanalyse: Erkennen und bewerten von Risiken und Folgen, wenn der Fehler entsteht und nicht rechtzeitig beseitigt wird; mögliche und notwendige Maßnahmen identifizieren
  6. Optimierung und Maßnahmenumsetzung: Festlegung von Maßnahmen zur vorbeugenden Fehlervermeidung, Umsetzung der Maßnahmen und kontinuierliche Verbesserungen am Produkt oder Prozess

Die Schritte 1 bis 3 sind der Phase „Systemanalyse“ zugeordnet, die Schritte 4 bis 6 der Phase „Fehleranalyse und Risikovermeidung“.

Modelle anderer Institutionen wie der Deutschen Gesellschaft für Qualität (DGQ) fassen beispielsweise die Schritte Strukturanalyse und Funktionsanalyse zusammen. Andere differenzieren die Maßnahmenplanung aus und unterscheiden dort: Maßnahmenplanung, Maßnahmenumsetzung und Kommunikation.

In jedem einzelnen Schritt der FMEA-Durchführung muss das Projektteam spezifische Fragestellungen und Aufgaben bearbeiten. Dabei können unterschiedliche Werkzeuge eingesetzt werden. Diese werden im Folgenden vorgestellt.

Scoping: Identifikation und Definition des FMEA-Projekts

Im ersten Schritt wird festgelegt, was im Rahmen der FMEA genau betrachtet werden soll. Das kann ein Produkt, eine Komponente, ein Prozess oder ein Fertigungsschritt sein, genauso wie Abläufe beim Erbringen einer Dienstleistung oder bei überbetrieblicher Logistik. Konkret kann das FMEA-Projekt Teil sein von:

  • Neuentwicklung eines Produkts
  • Produktänderung
  • Analyse von komplexen Herstellverfahren
  • Gefahrenanalyse von sicherheitsrelevanten Produkten oder Prozessen
  • Einsatz neuer Maschinen und Anlagen
  • Analyse von Prozessen und Produkten mit hohem Umweltrisiko oder Risiken für den Arbeits- und Gesundheitsschutz
  • Analyse von veränderten Einsatzbedingungen beim Kunden

Der Bereich und das Objekt, das mithilfe der Methode FMEA betrachtet werden soll, wird so eingegrenzt und beschrieben. Mit dem Scoping soll festgelegt werden, was im FMEA-Projekt betrachtet und analysiert werden soll – und was nicht. Damit wird auch abgesteckt, wie hoch die Eindringtiefe und Detaillierung der FMEA sein soll.

Daraus leitet sich der Projektauftrag ab. Mit ihm werden die Ziele des Projekts definiert, das Projektteam mit der Projektleitung und Moderation sowie der Projektsponsor festgelegt sowie ein Aufgabenplan und ein Zeitplan entwickelt.

Strukturanalyse

Mit der Strukturanalyse werden zunächst alle Elemente aufgelistet, die an dem Betrachtungsobjekt der FMEA (System, Produkt, Prozess etc.) beteiligt sind. Dazu wird das Gesamtsystem Schritt für Schritt in seine Einzelteile zerlegt. So lässt sich ein System beschreiben durch: Teilsystem, Baugruppe, Bauteil, Komponente, Teil, Material und Merkmal, aus denen es besteht. Das lässt sich in eine hierarchische Darstellung bringen mit mehreren Ebenen, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Strukturanalyse mit den Ebenen und Elementen eines Systems (schematisch und unvollständig)

Mit der Strukturanalyse wird herausgearbeitet, welche Schnittstellen es zwischen den Elementen eines Systems gibt und wie diese gestaltet sind. Schnittstellen können zwischen Elementen derselben, aber auch unterschiedlicher Stufen bestehen. Zudem kann es sich um technische Schnittstellen handeln, aber auch um organisatorische. So kann in der Darstellung sichtbar gemacht werden, wo die Schnittstelle zwischen Hersteller und Lieferant verläuft; interne und externe Elemente werden unterschieden.

Eine solche Strukturanalyse lässt sich nicht nur für Produkte, sondern auch für Prozesse durchführen. Hier werden die Ebenen und die Elemente meist anders bezeichnet. Zum Beispiel: Hauptprozess, Teilprozess, Aufgabe, Tätigkeit, Betriebsmittel, Hilfsmittel, Arbeitsanweisung oder Durchführung.

Da die Strukturanalyse mit der Auflistung der Elemente, ihres Zusammenspiels und der Schnittstellen sehr umfangreich werden kann, kann das FMEA-Projektteam eingrenzen und abgrenzen. Es legt fest, bis zu welchem Detaillierungsgrad das System betrachtet wird und welche Schnittstellen von Bedeutung sein können, wenn es um Fehlermöglichkeiten geht.

Funktionsanalyse

Das System und seine einzelnen Elemente werden bezüglich ihrer Funktionen und Aufgaben beschrieben. Meistens hat ein Produkt eine Kernfunktion sowie weitere Nebenfunktionen. Die Kernfunktion sagt aus, wofür es das Produkt überhaupt gibt. Beispiele:

  • Kugelschreiber für das Schreiben oder Malen auf Papier
  • Flaschendeckel soll eine Flasche abdichten
  • Motor soll Drehmoment erzeugen

Jede Funktion ist für die Gebrauchstauglichkeit und den Einsatz des Produkts wichtig. Die Bedeutung der einzelnen Funktionen ergibt sich aus der Anforderungsanalyse: Was will der Kunde oder Nutzer?

Hinweis: Quality Function Deployment (QFD)

Wie aus Kundenanforderungen Funktionen und Leistungsmerkmale abgeleitet und beschrieben und bewertet werden, ist im Handbuch-Kapitel zum Quality Function Deployment (QFD) ausführlich erläutert.

Die Funktionen eines Produkts lassen sich in einem Funktionenbaum darstellen. Dazu werden Kundenanforderungen daraufhin analysiert: Wie lässt sich diese Anforderung oder Funktion realisieren? So entstehen eine hierarchische Darstellung und ein Funktionsnetz, wie sie in Abbildung 2 am Beispiel eines Infusionsflaschenaufhängers dargestellt sind.

Abbildung 2: Beispiel Funktionendiagramm: Infusionsflaschenaufhänger

Mit der Funktionsanalyse lässt sich prüfen, ob das Produkt das leistet, was es soll. Dazu werden Messungen durchgeführt. So lässt sich das Lastenheft validieren.

Die Funktionsanalyse kann nicht nur für Produkte, sondern auch für Prozesse durchgeführt werden. Hier geht es darum zu beschreiben und zu prüfen, was einzelne Prozessschritte tun und bewirken und welchen erwünschten Output sie erzeugen.

Fehleranalyse

In diesem Schritt wird der Funktionenbaum oder das Funktionennetz mit allen Funktionen des Systems daraufhin analysiert, welche Fehler, Schäden und Gefahren auftauchen können. Diese werden jeweils zu den Funktionen geschrieben und damit aufgelistet. Aus den Funktionen und den Aufgaben, die dieses System normalerweise erfüllen müsste, werden mögliche Fehler, Schäden, Gefahren oder Risiken (Fehlfunktionen) systematisch ermittelt. Am Beispiel des Infusionsflaschenaufhängers aus Abbildung 2 können das sein:

  • Funktion: Vorrichtung am Bettgalgen befestigen; möglicher Fehler: Befestigung löst sich
  • Funktion: Vor Verschmutzung sichern; möglicher Fehler: Schmutz setzt sich in Ritzen fest

So werden mit der Funktionsanalyse sämtliche Funktionen hinterfragt und im FMEA-Projektteam besprochen, welche Fehler entstehen könnten. Fehler sind dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion nicht erfüllt oder ausgeführt wird, dass sie schlecht oder nur teilweise ausgeführt wird oder dass sie unbeabsichtigt ausgeführt wird.

Jeder mögliche Fehler wird dann daraufhin geprüft, was die Fehlerursache sein kann und welche Folgen dieser Fehler haben kann. So entsteht ein Fehlernetz aus Fehlerbeschreibung, Fehlerursachen und Fehlerfolgen. Mögliche Fehlerursachen und Fehlerfolgen lassen sich aus dem Diagramm der Systemanalyse und der Funktionsanalyse ableiten (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2); denn dort sind die Zusammenhänge und Abhängigkeiten dargestellt. Fehlerfolgen ergeben sich meistens auf der hierarchisch höheren, Fehlerursachen auf der hierarchisch niedrigeren Stufe. Schließlich lassen sich die Ergebnisse der Analysen in einem weiteren Diagramm zusammenfassen, wie es in Abbildung 3 schematisch dargestellt ist.

Abbildung 3: Darstellung System, Funktionen und Fehleranalyse

Risikoanalyse und Maßnahmenanalyse

Mit den möglichen Fehlern, Fehlerursachen und Fehlerfolgen kann das Risiko eingeschätzt und bewertet werden, das mit dem jeweiligen Fehler verbunden ist. Im Rahmen der FMEA wird dazu geklärt:

  • Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Fehlers und der Fehlerursachen (A)
  • Wahrscheinlichkeit, dass der Fehler entdeckt und rechtzeitig erkannt wird (E)
  • Bedeutung der Fehlerfolgen in Bezug auf Sicherheit, Kundenzufriedenheit, Kosten, Imageverlust etc. (B)

Aus dieser Analyse und Bewertung wird eine Kennzahl berechnet, die sichtbar macht, welche Bedeutung der Fehler letztlich hat: die Risikoprioritätszahl (RPZ). Sie wird berechnet durch:

RPZ = A x E x B

Diese Kennzahl wird im Rahmen der FMEA aber nur noch mit Vorsicht betrachtet und genutzt. Denn sie täuscht eine Exaktheit zur Bewertung von Fehlern vor, die sachlich nicht begründet ist; oft führt sie auch zu falschen Erkenntnissen und falschen Prioritäten bei der Fehlerbeseitigung: Wenn mit einem Produkt ein hohes Gefahrenpotenzial verbunden ist (B ist sehr groß), die Wahrscheinlichkeit des Entdeckens (E) aber auch groß ist, ergibt sich eine gegebenenfalls zu kleine RPZ. Die Fehlerfolgen werden unterschätzt.

Wichtiger ist es, die einzelnen Faktoren getrennt zu betrachten, um die Bedeutung eines Fehlers und mögliche Maßnahmen zur Fehlervermeidung oder Fehlerbeseitigung besser beurteilen zu können. Wie die drei Faktoren A, E und B zu bewerten sind, ergibt sich aus den Formblättern des VDA oder der DGQ. Ziel dabei ist, die Fehler so zu bewerten, dass sichtbar wird, welche Fehler in jedem Fall vermieden werden müssen und welche Maßnahmen entsprechend wichtig sind und durchgeführt werden müssen. Damit sollen die Fehler vermieden oder die Folgen verringert werden.

Optimierung und Maßnahmenumsetzung

Schließlich werden im letzten FMEA-Schritt Maßnahmen geplant, um die Fehlfunktionen, ihre Ursachen und ihre Folgen, soweit es geht, auszuschließen. Vor allem ist es wichtig, solche Fehler zu bearbeiten, die ein hohes Gefahrenpotenzial oder Sicherheitsrisiko haben. Je nach betrachtetem System können damit Änderungen am System und an einzelnen Elementen verbunden sein, damit die Fehlerursache nicht mehr auftritt oder dass ihr Schaden geringer wird. Vorteilhaft sind außerdem Maßnahmen, die dazu führen, dass Fehler schnell, rechtzeitig und einfach erkannt werden.

Für die Planung und Umsetzung der Maßnahmen kann ein gesondertes Projekt definiert werden. Dort können andere oder weitere Personen eingebunden sein. Während der Umsetzung muss geprüft werden, ob die Ziele und Verbesserungen erreicht werden, die mit der Maßnahme verfolgt werden. Dazu kann es notwendig sein, dass die FMEA ein weiteres Mal durchgeführt wird.

Hinweis: FMEA und Six Sigma kombinieren

Die Methode FMEA gehört zum Werkzeugkasten des Six Sigma-Konzepts. Die Umsetzung der Maßnahmen aus der FMEA und ihr Erfolg kann mit den statistischen Methoden nach Six Sigma überprüft werden. Im Handbuch-Kapitel zu Six Sigma ist ausführlich dargestellt, wie Sie dazu vorgehen können.

Nach Abschluss des FMEA-Projekts hält die Projektleitung die Ergebnisse aus dem FMEA-Prozess fest und dokumentiert sie für das Unternehmen, für andere FMEA-Teams und für die Fachabteilungen (Entwicklung, Produktion, Produktmanagement etc.). Wenn Sie die Ergebnisse der FMEA dokumentieren, gewinnt das Unternehmen eine protokollierte Wissensbasis, mit der laufende und künftige Entwicklungsprojekte besser unterstützt werden. Und wenn so regelmäßig FMEA-Projekte durchgeführt werden, kann sich eine entsprechende Qualitätskultur in Ihrem Unternehmen entwickeln.

Praxis

Orientieren Sie sich an dem Vorgehensmodell zur Durchführung einer FMEA, wie es in den für Ihre Branche geltenden Standards festgelegt ist. Zum Beispiel die Standards des VDA, der AIAG oder ISO/TS 16949 für die Automobilindustrie und Zulieferer, HACCP für die Lebensmittelindustrie oder allgemein DGQ, Band 11-13, und DIN EN 60812.

Klären Sie für Ihr Unternehmen, ob wichtige Kunden Vorgaben dazu machen, wie eine FMEA durchzuführen ist. Gibt es geltende Qualitätssicherungsvereinbarungen? Was ist dort zur FMEA geregelt?

Unabhängig davon, welches Vorgehensmodell für Ihr Unternehmen relevant ist und eingesetzt wird, können Sie sich an der oben genannten Schrittfolge zur Vorgehensweise orientieren. Die jeweiligen Informationen, Analysen und Bewertungen können Sie in der folgenden Vorlage zusammenstellen. Damit werden Sie in Einzelschritten durch die FMEA geführt.

Entwickeln Sie so die für Ihr Unternehmen praktikable und relevante Vorgehensweise bei FMEA-Projekten.

Nutzen Sie für die Vorbereitung des FMEA-Projekts auch die Vorlagen aus dem Handbuch-Kapitel Projektmanagement mit Excel. Die folgenden Vorlagen sind Hilfsmittel für einzelne Schritte der FMEA, zur Diskussion im FMEA-Team und im Workshop sowie zur Visualisierung der Ergebnisse.

Ein zentrales Werkzeug zur Zusammenstellung aller wichtigen Informationen zur FMEA ist das FMEA-Formblatt. Dazu finden Sie hier zwei Excel-Vorlagen.

Zur Durchführung dieser Arbeitsschritte im FMEA-Projekt werden unterschiedliche Methoden und Werkzeuge eingesetzt. Eine Auswahl der wichtigen ist im folgenden Abschnitt des Handbuch-Kapitels erläutert.