Folienauszüge aus: FMEA. Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse. Fehlzustandsart- und - auswirkungsanalyse TMS

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1 Folienauszüge aus: FMEA Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse Fehlzustandsart- und - auswirkungsanalyse Steinbeis-Transferzentrum Managementsysteme Industriepark West, Söflinger Strasse 100, Ulm Tel.: , Fax: Mail: Internet: 1

2 FMEA Die FMEA... ist eine teamorientierte, analytische Methode dient der Risikobetrachtung und -reduzierung bei Entwicklungs- und Planungsprozessen zu Produkten, Prozessen oder Systemen hinsichtlich möglicher Ausfälle dieser Objekte fördert eine interdisziplinäre und frühzeitige Zusammenarbeit aller beteiligter Bereiche dokumentiert das Expertenwissen zu möglichen Risiken und zugehörenden möglichen Abstellmaßnahmen im Unternehmen 2

3 Zweck der FMEA Zweck einer FMEA ist... eine Reduzierung von vorhandenen möglichen Risiken das Erkennen von Fehlermöglichkeiten in Produkten, Prozessen, Systemen die Durchführung einer systematischen Analyse von möglichen Fehlern, deren mögliche Ursachen und Folgen die Ermittlung der kritischen Pfade (kritische Ursachen - Fehler - Folgen-Ketten) die Entwicklung, Festlegung und Umsetzung von Abstellmaßnahmen 3

4 Ziele einer FMEA Erkennen und Beurteilen aller unerwünschten Auswirkungen innerhalb der festgelegten Grenzen des analysierten Systems und die Ereignisfolgen, die durch jede erkannte Ausfallart einer Einheit auf verschiedenen Ebenen der Funktionshierarchie des Systems ausgelöst wurden Feststellen der Bedeutung und der Dringlichkeit für das Aufgreifen/Entschärfen jeder Ausfallart hinsichtlich der korrekten Funktion oder Leistung des Systems und der Wirkung auf den betroffenen Prozess Klassifizierung der erkannten Ausfallarten entsprechend relevanter Eigenschaften; hierzu gehören Erkennbarkeit, Diagnosefähigkeit, Prüfbarkeit, Vorkehrungen für Ersatz und Betreiben Identifizierung von Funktionsausfällen des Systems und Abschätzung von Maßgrößen für die Ausfallschwere und Ausfallwahrscheinlichkeit Entwicklung eines Entwurfsverbesserungsplans zur Verringerung von Ausfallarten Entwicklung eines wirksamen Instandhaltungsplans, um die Wahrscheinlichkeit für Ausfälle zu verringern 4

5 Arten der FMEA Die FMEA kann in mehrere Arten unterteilt werden: System-FMEA Die System-FMEA (auch S-FMEA) untersucht das Zusammenwirken von Teilsystemen in einem übergeordneten Systemverbund bzw. das Zusammenwirken mehrerer Komponenten in einem komplexen System. Sie zielt dabei auf die Identifikation potenzieller Schwachstellen, insbesondere auch an den Schnittstellen, die durch das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten oder die Interaktion des eigenen Systemes mit der Umwelt entstehen könnten. Konstruktions-FMEA Die Konstruktions-FMEA (auch K-FMEA) zielt auf die Konstruktion einzelner Produkte oder Bauteile und untersucht diese auf potenzielle Schwachstellen oder Ausfallmöglichkeiten. Hardware-FMEA Eine Hardware-FMEA hat zum Ziel, Risiken aus dem Bereich Hardware & Elektronik zu analysieren, zu bewerten und mit Maßnahmen abzustellen. Software-FMEA Eine Software-FMEA leistet dieselbe Aufgabe für erzeugten Programmcode. Prozess-FMEA Die Prozess-FMEA (auch P-FMEA) stützt sich auf die Ergebnisse der Konstruktions-FMEA und befasst sich mit möglichen Schwachstellen im Produktions- oder Leistungsprozess. Dabei können die System-FMEA und die HW- / SW- / Konstruktions-FMEA zur sogenannten Produkt-FMEA zusammengefasst werden, da das zu betrachtende System meist nicht eindeutig aufgelöst werden kann. 5

6 FMEA - Varianten Design Review Based on Failure Mode (DRBFM) Von Toyota wurde die DRBFM auf Änderungen fokussierte FMEA-Methode entwickelt. Die DRBFM soll die Trennung zwischen Entwicklungs- und Qualitätsprozess aufheben und den Entwicklungs- Ingenieur direkter in den Qualitätsprozess mit einbinden. Hazard Analysis and Critical Control Points (HACCP) Auf Lebensmittel ist das HACCP-Konzept (deutsch: Gefährdungsanalyse und kritische Kontrollpunkte) ausgerichtet. Ursprünglich von der NASA zusammen mit einem Lieferanten entwickelt, um die Sicherheit der Astronautennahrung zu gewährleisten, wird es heute von der US-amerikanischen National Academy of Sciences sowie von der Food and Agriculture Organization der UNO empfohlen. Failure Mode, Effects and Criticality Analysis (FMECA) Die FMECA ist eine erweiterte FMEA für die Analyse und Bewertung der Ausfallwahrscheinlichkeit und des zu erwarteten Schadens. Failure Mode, Effects and Diagnostic Analysis (FMEDA) Die FMEDA bestimmt zusätzlich die Safe Failure Fraction (SFF) als Bewertungsgröße für das Functional Safety Management nach IEC

7 FMEA - Formblatt: VDA 86 Menü Fehlermöglichkeits- und Einflußanalyse FMEA - Formblatt in Anlehnung an VDA 86 Konstruktions - FMEA Prozess - FMEA FMEA-Nr.: Typ / Modell / Fertigung / Charge: Sach-Nr. / Änderungsstand: Verantw. / Firma: Abt. / Datum: Stammdaten zum System Sach-Nr. / Änderungsstand: Verantw. / Firma: Abt. / Datum: Bauteil / Merkmal Funktion mögliche Fehler mögliche Folgen mögliche Ursachen derzeitige Abstellmaßnahmen A B E RPZ empfohlene Abstellmaßnahmen Verantw. / Termin durchgeführte Abstellmaßnahmen A B E RPZ Beschreibung Istzustand Bewertung Istzustand Verbesserungspotentiale Massnahmen Bewertung neuer Istzustand FMEA - Analyse FMEA Wirksamkeits-/ Erfolgskontrolle 7

8 Beispiel einer FMEA Menü Fehlermöglichkeits- und Einflußanalyse Teilename: erstellt durch: Team: Sommerreifen SPORT 2000 R. Göppel H. Schmidt Lieferanten: Abteilungen: Teilenummer: geändert durch: U. Gressler Latex GmbH Entwicklung K-FMEA: X 4711 U.Greßler R. Göppel Produktion P-FMEA: Arbeitsvorbereitung Erstellungsdatum: Modell/System/Typ: Änderungsstand: Qualitätssicherung letzte Änderung: Hochgeschwindigkeitsreifen Version 1 Nr. System Baugruppe Prozess Funktion mögliche Fehler mögliche Folgen mögliche Ursachen derzeitige Abstellmaßnahmen Auftreten Bedeutung Entdeckung RPZ empfohlene Abstellmaßnahmen Verantwort. Termin durchgeführte Abstellmaßnahmen Auftreten Bedeutung Entdeckung RPZ 1 Sommerreifen: SPORT 2000 Besonderheiten: - Hochgeschwindigkeitsreifen - Weisswandreifen - Profiltyp X hohe Festigkeit Karkasse-Profil geringe Festigkeit der Karkasse Profil löst sich von der Karkasse, Fahrzeug schleudert, ggf. Überschlag, (Personenschaden!) zu hoher Reifendruck (> 3 bar) durch fehlerhafte Prüfgerät P: regelmäßige Kalibirerung des Prüfgeräts durch Tankstellenbetreiber V: Verkauf nur für zugelassene Fahrzeuge durch Fachhändler, Informationsbroschüre Marketing, Vertrieb V:Prägestempel in Werkzeug eingearbeitet Automobil schleudert, ggf. Überschlag, (Personenschaden!) zu geringer Reifendruck (< 1,5 bar), hohe Wärmeentwicklung durch Walkbewegung V: begrenzte Zulassung des Reifens V: zulässigen Reifendruck auf Reifen prägen Produktion V: Überdruckventil entwickelt und eingebaut wenig Gummiabrieb hoher Gummiabrieb, geringe Laufleistung (< 5000 km) Verärgerung der Kunden (ggf. Markenwechsel) Verwechselung der P: Stichprobenuntersuchungen Rohstoffrezeptur beim Mischen V: keine keine weiteren Massnahmen 4 5 8

9 Phasen einer FMEA Vorbereitung Durchführung Nachbereitung Festlegung von Regeln zur Durchführung Planung und Terminierung Systemelemente und Systemstruktur Funktionen und Funktionsstrukturen Fehleranalyse Risikobewertung Optimierung Zusammenfassung und Berichterstattung 9

10 Planung der FMEA Der Planung umfasst... Definition der besonderen Ziele der Analyse und erwartete Ergebnisse Abgrenzung der vorliegenden Analyse Beschreibung, wie die vorliegende Analyse die Zuverlässigkeit des Gesamtprojektes absichert Maßnahmen für die Überwachung der FMEA-Überarbeitungen und die zugehörige Dokumentation. Überwachung der überarbeiteten Analysedokumente und -arbeitsblätter sowie der Archivierungsmethoden Teilnahme von Spezialisten an der Analyse derart, dass sie verfügbar sind Projektmeilensteine, so dass die Analyse rechtzeitig durchgeführt wird Art und Weise des Abschlusses aller in der FMEA erkannten und zu behandelnden Ausfallarten inkl. der festgelegten Maßnahmen 10

11 Informationen zur Systemstruktur Folgenden Punkte sollten in die Information über die Systemstruktur aufgenommen werden Systembestandteile mit ihren Charakteristika, Leistungen, Aufgaben und Funktionen logische Verknüpfungen zwischen den Systembestandteilen Redundanzniveau und Art der Redundanzen Position und Bedeutung des Systems innerhalb der gesamten Anlage Eingangs- und Ausgangsgrößen des Systems Änderungen in der Systemstruktur für wechselnde Betriebsarten Moderationshinweis 11

12 Systemstruktur: Gesamtsystem Beispiel: System - FMEA Produkt Karosserie Motor Antriebswelle Zahnrad System - Struktur Beispiel Gesamtfahrzeug Fahrzeug Triebstrang Getriebe Getriebegehäuse Getriebegehäuse-Lagerdeckel Radsatz 5. Gang... Kupplung Ermittlung der Systemstruktur, der Hierarchie der Baugruppen / Bauteile! 12

13 Potentielle Fehlfunktionen Möglichkeiten für potentielle Fehlfunktionen... 1) grundsätzlich denkbare Möglichkeiten von Fehlfunktionen sind... - z.b. Überfunktion - z.b, Unterfunktion - z.b. unerwünschte Dynamik / Schwankung der Funktion - z.b. Fehlen (Totalausfall) einer Funktion Moderationshinweis 2) die Ausprägung für eine Fehlfunktion bzw. fehlerhafte Funktionalität sollte konkret festgelegt durch Zahlen, Daten, Fakten werden Als Fehlfunktion gilt beispielsweise ein über- bzw. unterschreiten der spezifizierten Toleranz der Funktion 13

14 Betrachtung der Fehlfunktion Hierarchie der Systemelemente Systemelement Getriebe fehlerhaft Zahnrad fehlerhaft wichtige Funktionen Geräusch Verschleiß denkbare Variante von Fehlfunktionen Ausprägung Relevanz Dokumentation in FMEA- Formular Überfunktion zu laut Fehler X Unterfunktion zu leise kein Fehler dynamische Funktion wechselnde Lautstärke Fehler X fehlende Funktion kein Geräusch unmöglich Überfunktion hoher Verschleiß Fehler X Unterfunktion geringer Verschleiß kein Fehler dynamische Funktion wechselnder Verschleiß Fehler X fehlende Funktion kein Verschleiß unmöglich Materialfestigkeit fehlerhaft Festigkeit Überfunktion hohe Festigkeit kein Fehler Unterfunktion geringe Festigkeit Fehler X dynamische Funktion inhomogene Festigkeit Fehler X fehlende Funktion keine Festigkeit unmöglich 14

15 Risikobewertung B A E Bedeutung der Fehlerfolge Auftretenswahrscheinlichkeit der Fehlers, der Fehlerursache Entdeckungswahrscheinlichkeit der aufgetretenen Fehlerursache, Fehler bzw. Fehlerfolge Risikoprioritätszahl (RPZ) Bedeutung Auftreten Entdeckung RPZ = B x A x E = 10 x 5 x 1 = 50 15

16 Bewertungskataloge System - FMEA Produkt Menü Bewertungszahl für die Bedeutung B sehr hoch 10 / 9 Sicherheitsrisiko, Nichterfüllung gesetzlicher Vorgaben, Liegenbleiber Bewertungskatalog (nach VDA 4, Teil 2) Kriterien für die Bewertungszahlen der System - FMEA Produkt Bewertungszahl für die Auftretenswahscheinlichkeit A sehr hoch 10 sehr häufiges Auftreten der Fehlerursache 9 unbrauchbares, ungeeignetes Konstruktionskonzept zugeordneter Fehleranteil in ppm Bewertungszahl für die Entdeckungswahrscheinlichkeit E sehr gering 10 / 9 Entdecken der aufgetretenen Fehlerursache ist unwahrscheinlich, Zuverlässigkeit der Konstruktionsaus-slegung wurde nicht oder kann nicht nachgewiesen werden, Nachweisverfahren sind unsicher Sicherheit des Nachweisverfahrens 90% hoch 8 / 7 Funktionsfähigkeit des Fahrzeugs stark eingeschränkt, sofortiger Werkstatt-aufenthalt zwingend erforderlich, Funktionseinschränkung wichtiger Teilsysteme hoch 8 Fehlerursache tritt wiederholt auf 7 problematische, unausgereifte Konstruktion gering 8 / 7 Entdecken der aufgetretenen Fehlerursache ist weniger wahrscheinlich, Zuverlässigkeit der Konstruktionsauslegung kann wahrscheinlich nicht nachgewiesen werden, Nachweisverfahren sind relativ sicher 98% mäßig 6 / 5 / 4 Funktionsfähigkeit des Fahrzeugs eingeschränkt, sofortiger Werkstattaufenthalt nicht zwingend erforderlich, Funktionseinschränkung von wichtigen Bedien- und Komfortsystemen mäßig 5 / 4 gelegentlich auftretende Fehlerursache geeignete, im Reifegrad fortgeschrittene Konstruktion mäßig 6 / 5 / 4 Entdecken der aufgetretenen Fehlerursache ist wahrscheinlich, Zuverlässigkeit der Konstruktionsauslegung könnte vielleicht nachgewiesen werden, Nachweisverfahren sind relativ sicher 99,70% gering 3 / 2 geringe Funktionsbeeinträchtigung des Fahrzeugs, Beseitigung beim nächsten planmäßigen Werkstattaufenthalt, Funktionseinschränkung von Bedien- und Komfortsystemen gering 3 Auftreten der Fehlerursache ist gering 2 bewährte konstruktive Auslagen hoch 3 / 2 Entdecken der aufgetretenen Fehlerursache ist sehr wahrscheinlich, durch mehrere voneinander unabhängige Nachweisverfahren bestätig 99,90% sehr gering 1 sehr geringe Funktionsbeeinträchtigung, nur vom Fachpersonal erkennbar sehr gering 1 Auftreten der Fehlerursache ist unwahrscheinlich 1 sehr hoch 1 Aufgetretene Fehlerursache wird sicher entdeckt 99,99% 16

17 Optimierungen durch Abstellmaßnahmen Optimierungen durch Abstellmaßnahmen können betreffen... Konzeptänderung (Vermeidungsmaßnahme) - zum Ausschliessen der Fehlerursache - ggf. zum Erhalt einer geringeren Bedeutung der Fehlerfolge Erhöhung der Konzeptzuverlässigkeit (Vermeidungsmaßnahme) - zur Minimierung des Auftretens der Fehlerursache Verbesserte Entdeckung der Fehlerursache (Entdeckungsmaßnahme) 17

18 Anforderungen die Moderation einer FMEA in der FMEA-Sitzung selbst werden keine Lösungen ausgearbeitet in der FMEA werden mögliche Abstellmaßnahmen empfohlen, welche bzgl. Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit noch bewertet werden sollten keine pauschalen Aussagen zulassen (z.b. funktioniert nicht, Verärgerung des Kunden) je konkreter die Fehler, Folgen und Ursachen beschrieben sind, desto konkreter kann eine nützliche Optimierungsmaßnahme festgelegt werden der Einstieg über die Funktionalität definiert mögliche Fehler, deren mögliche Folgen und deren mögliche Ursachen 18

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