FMEA STAND DER TECHNIK UND ENTWICKLUNGSTENDENZEN

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1 FMEA STAND DER TECHNIK UND ENTWICKLUNGSTENDENZEN Vortrag zum Tag der Schweizer Qualität am 15. Juni 2010 in Bern Dr.-Ing. Alexander Schloske Abteilungsleiter Produkt- und Qualitätsmanagement Telefon: +49(0)711/ Fax: +49(0)711/ Internet:

2 Vorstellung Die Fraunhofer-Gesellschaft Rostock Bremen Dortmund Hannover Berlin Dresden Darmstadt Saarbrücken Karlsruhe Stuttgart München Freiburg 59 Institute Mitarbeiter 1,6 Mrd. Budget

3 Vorstellung Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart Institutsleitung: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl Unternehmensorganisation Digitale Fabrik Dr.-Ing. Carmen Constantinescu Produkt- und Qualitätsmanagement Dr.-Ing. Alexander Schloske Fabrikplanung und Produktionsoptimierung Dipl.-Ing. Michael Lickefett Unternehmenslogistik und Auftragsmanagement Dipl. oec. soc. Anja Schatz Refabrikation Prof. Dr.-Ing. Rolf Steinhilper Automatisierung Robotersysteme Dipl.-Ing. Martin Hägele M.S. Orthopädie und Bewegungssysteme Dr. med. Urs Schneider Produktions- und Prozessautomatisierung Dr.-Ing. Jan Stallkamp Reinst- und Mikroproduktion Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Udo Gommel Technische Informationsverarbeitung Dipl.-Inf. Markus Hüttel Prüfsysteme Dipl.-Ing. Joachim Montnacher Oberflächentechnik Lackiertechnik Dipl.-Ing. Dieter Ondratschek Prozessengineering funktionaler Materialien Dipl.-Ing. (FH) Ivica Kolaric, MBA Schichttechnik Dr.-Ing. Martin Metzner Pigmente und Lacke Dr.-Ing. Michael Hilt Anwendungszentrum Rostock Projektgruppe Bayreuth Fraunhofer Research Austria Projektgruppe Zilina

4 Vorstellung Das Fraunhofer IPA: Vernetzt mit Wissenschaft und Praxis Wirtschaft Industrie Lehre Forschung Entwicklung Realisierung Anwendung

5 Vorstellung Die Abteilung Produkt- und Qualitätsmanagement Thematische Ausrichtung Entwicklung von Life-Cycle-Konzepten und Life-Cycle-Methoden zur Optimierung von Produkten und Prozessen Optimierungsziele Qualität, Kosten, Umwelt / Energie, Zeit Themenschwerpunkte Produktentwicklung Prozessoptimierung Risikomanagement Green Manufacturing

6 Vorstellung FMEA-Erfahrung am Fraunhofer IPA Erfahrung seit 1987 Erstes vollgrafisches wissensbasiertes FMEA-System (1992) Mehr als 450 FMEA-Projekte in den verschiedensten Branchen Mehr als 200 FMEA-Reviews für Automobilhersteller Kontinuierliche Weiterentwicklung des Themas Unterstützung der DGQ bei FMEA-Schulungen Unterstützung der Industrie (z.b. Moderation, Schulung)

7 Einführung FMEA analysiert und bewertet Fehlerfolge- Fehler-Fehlerursache-Kombinationen Fehler (F) Sägeblatt lose Fehlerursache (FU) Fixierschraube lose Ah, hier - ich habe vergessen die Schraube anzuziehen! Quelle: Sonntag aktuell (2002)

8 Einführung Ziele der FMEA-Arten Primäres Ziel der FMEA ist es, sicherzustellen, dass Keine fehlerhaften Systeme (Sicherheit) konzipiert werden System-FMEA Keine fehlerhaften Produkte (Zuverlässigkeit) entwickelt werden Produkt-FMEA Keine fehlerhaften Produkte produziert werden Prozess-FMEA

9 VORTRAGSGLIEDERUNG 1. Entwicklung 2. Stand der Technik 3. Erfolgskriterien 4. Aufwand, Nutzen und Zitate 5. Entwicklungstendenzen

10 ENTWICKLUNG DER FMEA

11 1. Entwicklung der FMEA Geschichte der FMEA 1949 MIL-P-1629 Procedures for FMECA 1963 NASA, Apollo-Projekte 1965 Luft- und Raumfahrt 1975 Kerntechnik 1977 Vorstellung Automobilindustrie, SAE Kongress 1980 Normung in Deutschland (DIN 25448) 1986 Einsatz in der Automobilindustrie (i.a. Zulieferer) 1990 Einsatz in den verschiedensten Bereichen 1996 Weiterentwicklung zur System-FMEA, VDA Verstärkter Einsatz in der Automobilindustrie 2006 Überarbeitung VDA 4 Kap. 3 (2006) 2006 Aktualisierung Normung (DIN EN 60812)

12 STAND DER TECHNIK

13 2. Stand der Technik Anwendung der FMEA in den Unternehmen Anteil der Unternehmen, die die Methode manchmal für folgende Aktivitäten einsetzen Benchmarking Conjoint Analyse FMEA Funktionsanalyse Focus Groups Grundregeln d. Gestaltung Kernkompetenz-Analyse Kreativitäts-Techniken Zufriedenheits-Analyse Suchfeldanalyse Ideengenerierung/-bewertung Marktanalyse Ermittl. v. Kundenanforderungen Wirtschaftlichkeitsanalyse Konzeptentw icklung Prototypenentw icklung Produktentw icklung Fertigungsplanung Produkttest Markteinführung Lead User Analyse Marktpotential-Analyse Morph. Methoden Nutzwert-Analyse Panelforschung Portfolio-Analyse Positionierungs-Analyse Product Reverse Engineerin QFD Qual. Kundenbefragungen Quant. Kundenbefragungen Shadowing Testmärkte Target Costing Trendforschung Widerspruchsor. Lösungsf. Zeichenerklärung: bis unter 20% 20% bis unter 50% mehr als 50% Quelle: Spath et al (2001)

14 2. Stand der Technik Gründe für die FMEA-Anwendung DIN EN ISO Gesetze Produkthaftungsgesetz Produktsicherheitsgesetz anerkennt FMEA als Entlastungsbeweis (Stand der Technik) FMEA fordert Vorbeugungsmaßnahmen Normen DIN EN ISO 9001:2008 DIN EN ISO 9004:2009 F M E A System Nummer: 1.2 Seite: 1/1 Typ/Model/Fertigung/Charge: ZB Antriebswelle Sach-Nummer: Verantwortlich: Erstellt: Änderungsstand: Firma: hilft Rückrufaktionen zu verhindern FMEA/Systemelement: Teilprozeß: Lagersitz Kugellager und Lauffläche Wellendichtring schleifen Sach-Nummer: Änderungsstand: Mögliche Fehlerfolgen B Mögliche Fehler Mögliche Fehlerursachen Vermeidungsmaßnahmen Verantwortlich: Firma: A Entdeckungsmaßnahmen E Erstellt: Verändert: RPZ V/T empfiehlt FMEA Definition Entwicklung Konstruktion Produktions- Planung Produktion Prüfung Nutzung Richtlinien empfehlen bzw. fordern FMEA verhindert Fehler und Fehlerfolgekosten Kosten für die Behebung nicht entdeckter Fehler Wirtschaftlichkeit QS-9000 VDA 4 Kap. 3 (2006) TS Garantie / Kulanz Rückrufaktion Kundenverlust

15 2. Stand der Technik Systematische Vorgehensweise System Bauteil Prozess Systemstrukturierung Funktionszuordnung Risikoanalyse Risikobewertung nein Risiko? ja Risikominimierung Risiko? nein ja Ende

16 2. Stand der Technik Vorgehensweise nach VDA 4 Kapitel 3 (2006) und Risikobewertung Quelle: VDA 4 Kapitel 3 (2006)

17 2. Stand der Technik Vorgehensweise nach VDA 4 Kapitel 3 (2006) mit IQ-FMEA der APIS Informationstechnologien GmbH Strukturanalyse Funktionszuordnung Fehlerzuordnung Funktionsanalyse Fehleranalyse Maßnahmenanalyse und Risikobewertung Optimierung Maßnahmencontrolling

18 2. Stand der Technik Teilweise schlechte Noten für FMEAs von Systemlieferanten (n=39) eines namhaften OEMs Note 1 Note 2 Note 3 Note 4 Note 5 Note 6 Gesamt Note 1: erfüllen die Erwartungen Note 2: sind noch akzeptabel Note 3-6: ab hier kein Nutzwert Kriterien (Auszug): Verständnis des FMEA-Prozesses VDA-Konformität Struktur, Funktionen, Fehlfunktionen Formblatt (VDA 96, QS 9000, eigene, ) Trennung zw. Vermeidung u. Entdeckung Teamzusammensetzung Verantwortlichkeiten, Termine Bezug zu Entwicklungsprozess und Produkt Präzision der Bezeichnung und Bewertung Wirksamkeitsüberprüfung Quelle: in Anlehnung an EDAG (2010)

19 KRITERIEN FÜR EINE ERFOLGREICHE FMEA

20 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Sinnvolle Auswahl der Untersuchungsobjekte (z.b. mittels Risikofilter)

21 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Klare Abgrenzung der FMEA-Arten Produkt-FMEA System-FMEA Ziel: Aufdeckung von Entwicklungsrisiken (Fehler im Systemkonzept) Analyse und Bewertung des Systems hinsichtlich - Systemfunktionen - Schnittstellen(funktionen) - Systemfehlfunktionen - Systemeinflüsse - Umwelteinflüsse Keine Betrachtung von Fehlern in der Bauteilauslegung und / oder in der Fertigung bzw. Montage Produkt-FMEA Konstruktions-FMEA Ziel: Aufdeckung von Entwicklungsrisiken (Fehler in der Systemauslegung) Analyse und Bewertung des Bauteils hinsichtlich - Bauteilfunktionen - Bauteilversagen - Bauteileigenschaften, wie Material und Geometrie Keine Betrachtung von Fehlern in der Fertigung bzw. Montage Prozess-FMEA Prozess-FMEA Ziel: Aufdeckung von Produktionsrisiken (Fehler in der Prozessauslegung) Analyse und Bewertung des Prozesses hinsichtlich - Prozessfunktionen - Prozessfehlern - Prozesseinflüssen (5 M s)

22 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Kreative Arbeit in moderierten interdisziplinären Teams Moderation durch - interner Methodenexperte - externer Methodenexperte Teamgröße sollte 8 Personen nicht übersteigen! Stammteam (abhängig von FMEA-Art) - Entwicklung / Konstruktion -Versuch - Fertigungsplanung / Fertigung - Kundendienst / Service - Qualitätssicherung - weitere Experten (ggf. nur zeitweise) Wissensvermittlung aus früheren Projekten (z.b. Projektleitung, Service) Visualisierung und Dokumentation mit PC, FMEA-Software und Beamer Moderator: stellt Methodenkenntnis fragt zielorientiert strukturiert Wissen dokumentiert Ergebnisse FMEA-Team: liefert Fachkenntnisse besitzt Kenntnisse über das Untersuchungsobjekt ggf. Einbindung von Werkern bei Prozess-FMEAs

23 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Präzise Bezeichnung der Funktionen und Fehlfunktionen Funktion: Durchmesser 20 H7 herstellen Fehlfunktionen: Durchmesser zu groß Durchmesser zu klein Durchmesser oval Rattermarken Durchmesser n.i.o. Funktionen sollten immer mit einem Substantiv und einem Verb beschrieben werden Fehlfunktionen ergeben sich als Nichterfüllung oder teilweise Erfüllung einer Funktion Je genauer eine Funktion spezifiziert ist, um so leichter lassen sich, die zugehörigen Fehlfunktionen, Fehlerfolgen und Fehlerursachen ermitteln Globale Fehlfunktionen, wie z.b. Durchmesser n.i.o., oder Durchmesser fehlerhaft führen zu wenig aussagekräftigen Ergebnissen (-> schwammige nichtssagende FMEA)

24 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Präzise Bezeichnung der Fehlermodi Merkmal 100% Merkmal 100% 50% 30% Zeit Zeit Merkmal 100% 50% Merkmal 120% 100% Zeit Zeit Merkmal 100% Merkmal 100% 0% Zeit 0% Zeit Quelle: in Anlehnung an von Regius (2008)

25 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Trennung zwischen Vermeidungs- und Entdeckungsmaßnahmen Vermeidungsmaßnahme Entwicklung Entdeckungsmaßnahme Verhindert das Auftreten von Fehlern in der Entwicklung Prozess Entdeckt Fehler der Entwicklung, falls sie aufgetreten sind Verhindert das Auftreten von Fehlern im Prozess Entdeckt Fehler des Prozesses, falls sie aufgetreten sind Quelle: Bosch Rexroth; Cornelia Brenner Bildquelle:

26 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Präzise (und ehrliche) Risikobewertung Annahme Annahme Annahme Fehlerfolge, Fehler bzw. Fehlerursache wird nicht geprüft Fehler tritt beim Endkunden auf Fehler tritt beim Hersteller auf (Entwicklung bzw. Produktion) Berücksichtigung Berücksichtigung Maßnahmen zur Vermeidung Maßnahmen zur Entdeckung Bewertung Bewertung Bewertung Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Fehlers aufgrund der Fehlerursache (beim Endkunden) Bedeutung der Fehlerfolge für den Endkunden Wahrscheinlichkeit der Entdeckung der Fehlerfolge, des Fehlers oder der Fehlerursache beim Hersteller (Entwicklung bzw. Produktion) Auftreten 'A' Bedeutung 'B' Entdeckung 'E' = Risikoprioritätszahl 'RPZ' Qualitäts-/Kostenrisiko Sicherheitsrisiko Qualitätsrisiko Auftreten A > Bedeutung B = RPZ > (40)

27 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Einbindung des Endkunden bei der Bewertung Bewertung der Top -Fehlerfolge immer mit Bezug auf den Endkunden (Annahme, dass die Fehlerfolge beim Endkunden auftritt) Risikobewertung mit A und E zeigt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens beim Endkunden Beispiel (Prozess-FMEA): Anti-Submarining-Keil im PU-Schaum Fehlen des Keils führt dazu, dass der Benutzer beim Crash unter dem Gurt durchtaucht -> B = Eine Bewertung des fehlenden Keils als Ausschuss führt zur Verharmlosung des Risikos -> B = 4..5.

28 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Ermittlung kritischer Komponenten (Risikoauswertung) Produkt-FMEA Risikomatrix über B * A Prozess-FMEA: Häufigkeitsanalyse nach A x E Paretoanalyse nach RPZ Risikomatrix über B und A * E Risikomatrix für A * E

29 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Dokumentation des Entwicklungsfortschrittes im FMEA-Formblatt nach VDA 4 Kapitel 3 (2006) Systemelement Fehlerfolge Derzeitige Derzeitige Systemelement Systemelement B vermeidende A entdeckende E RPZ Fehlerart Fehlerursache Maßnahmen Maßnahmen Verantwortlich Termin / Status Zukünftige bzw. empfohlene vermeidende Maßnahmen A Zukünftige bzw. empfohlene entdeckende Maßnahmen E RPZ Verantwortlich Termin / Status Chronologie der Entwicklung Zukünftige bzw. empfohlene vermeidende Maßnahmen A Zukünftige bzw. empfohlene entdeckende Maßnahmen E RPZ Verantwortlich Termin / Status

30 AUFWAND, NUTZEN UND ZITATE

31 4. Aufwand, Nutzen und Zitate Richtwerte zum Aufwand für FMEA-Erstellung und FMEA-Pflege System-FMEAs: 3-12 Tage (je nach Komplexität) Produkt-FMEAs: 3-8 Tage (je nach Komplexität) Bildquelle: Prozess-FMEAs: 0,25-0,5 Tage (je Prozessschritt und Komplexität) Typischer Ablauf eines FMEA-Projektes: Meetings zur FMEA-Erstellung alle 1-2 Wochen 2-3 Reviews (ca. 0,5 Tage) zur Maßnahmenbewertung

32 4. Aufwand, Nutzen und Zitate Zahlen zum Nutzen der FMEA Quellen Literatur (Kamiske 2001): Reduzierung der Kundenreklamationen um 15% Reduzierung der Änderungen vor SOP um 22% Reduzierung der Fehlerkosten um 21% Reduzierung der Anlaufkosten um 19% Reduzierung der Entwicklungszeit um 5% - 30% Quellen Fraunhofer IPA (1992 und 2000): Erhöhung der Produktionsausbeute um bis zu 25% Ca. 30% der Fehlerursachen waren zum Beginn der FMEA noch nicht bekannt und wären durch die geplanten Testverfahren nicht gefunden worden

33 4. Aufwand, Nutzen und Zitate Zitate zur FMEA Jetzt verstehe ich endlich mein Produkt. (Zitat eines Projektleiters am Ende einer FMEA) Ich gehe gerne in FMEA-Sitzungen. Da kann ich endlich mal systematisch und in Ruhe über mein Produkt nachdenken. (Zitat eines Entwicklers) Nur mit einem einzigen durch FMEA vermiedenen Fehler, der zu einer Rückrufaktion geführt hätte, wird die FMEA-Anwendung bereits wirtschaftlich. (Zitat eines Mitarbeiters aus dem Bereich Qualitätsstrategie)

34 ENTWICKLUNGSTENDENZEN DER FMEA

35 5. Entwicklungstendenzen Methodische Weiterentwicklung der FMEA Verstärktes Arbeiten in Strukturen und Netzen Funktionsnetze Fehlernetze Abkehr vom Formblatt Verstärkte Interaktion zwischen Fehlfunktionen und Maßnahmen Neue Bewertungssysteme Abkehr von der RPZ Zunehmende monetäre Bewertung

36 5. Entwicklungstendenzen Absicherung mechatronischer Systeme nach den Anforderungen der Funktionalen Sicherheit xx? Sicherstellung der Funktionalen Sicherheit nach IEC und ISO CD Durchführung von Gefahren- und System- Risikoanalysen Ermittlung von Sicherheitsklassen (SIL-Level) Definition von Softwarerequirements für die Steuerung Erarbeitung von Testplänen und Testszenarien Ermittlung der sichheitstechnischen Kenngrößen (z.b. PFH, SFF, ) Fahrzeug zufällig gewählt! Bildquelle:

37 5. Entwicklungstendenzen Analyse und Optimierung komplexer Montageprozesse nach Qualität, Kosten und Produktivität (exemplarische Werte) Teil Fehler Teil 1 vergessen Prozeßschritt 1 S1 4 Prozeßschritt 2 S1 Prozeßschritt 3 S2 Prozeßschritt 4 S2 Prüfschritt 1 (Lecktest) T1 1 Prozeßschritt 5 S3 1 Prozeßschritt 6 S3 Prüfschritt 2 (Kalttest) T2 Schnelligkeit (Faktor 4-10 schneller als herkömmliche Prozess-FMEAs) Transparenz über zeitliche Beziehung zwischen Fehlerauftreten und -entdeckung Teil 1 Teil 2 vertauscht verdreht PY 7 10 Ermittlung von Fehlerfolgekosten (intern/extern) Teil 3 Teil 3 beschädigt vertauscht Entscheidungsgrundlage zur Prozessoptimierung Teil 4 Teil 5 doppelt montiert falsche Montage PY 6 1 Basis zur durchgängigen Prüfkettenoptimierung über die gesamte Lieferkette Nacharbeitsund Ausschusskosten Gewährleistungs und Kulanzkosten (G&K) Anwendung von FPM und Simulation erlaubt die Wirksamkeitsüberprüfung von Maßnahmen nach Kosten, Qualität und Produktivität Leicht verständlich

38 5. Entwicklungstendenzen Unterstützung von Diagnosemaßnahmen mittels Sprache auf der Basis von FMEA-Analysen Ergänzung von Diagnoseinhalten in bestehende Sytem-/Produkt-FMEAs in der IQ-FMEA Anbindung von FMEA-Daten mittels plattformunabhängiger Schnittstelle VOICE-API Priorisierung und Ausgabe möglicher Ursachen für das Fehlerbild (z.b. per Handy) Ausgabe geeigneter Diagnose- und Servicemaßnahmen in Abhängigkeit vom Fehlerbild Vorteile: Hands-free / Konzentration auf die Aufgabe Permanente Verfügbarkeit

39 5. Entwicklungstendenzen Analyse finanztechnischer Risiken gemäß der MaRisk VA Systemstrukturierung in Assets Liabilities Aufbau- und Ablauforganisation qualitative Analyse der Anlagerisiken und deren Einflussfaktoren operationellen Risiken Zuordnung zu Risikokategorien Sinnvolle Ergänzung zu den bestehenden quantitativen Analysen (z.b. value at risk)

40 No risk no fun Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bildquelle: