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Ausgewählte Werkzeuge und Methoden des Qualitätsmanagements

01. Was ist eine FMEA und welche Zielsetzung hat sie?

Die FMEA (Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse) ist ein Werkzeug zur systematischen Fehlervermeidung bereits im Entwicklungsprozess eines Produktes.

Ziele:

  • Frühzeitige Erkennung von Fehlerursachen, deren Auswirkungen und Risiken

  • Festlegung von Maßnahmen zur Fehlervermeidung und Fehlererkennung

  • Risikoanalyse durch Bewertung und Gewichtung der möglichen Fehlersituation mithilfe eines einheitlichen Punktesystems

  • hohe Kundenzufriedenheit

  • stabile Prozessabläufe mit höchster Prozesssicherheit.

02. Welche Arten der FMEA werden unterschieden?

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03. Wie stellen sich die Zusammenhänge der unterschiedlichen FMEA dar?

Die einzelnen Arten der FMEA bauen aufeinander auf und bilden ein äußerst komplexes System. Die jeweils vorhergehende FMEA bildet die Grundlage für die nachfolgende:

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Ebenso können die Ergebnisse der nachfolgenden FMEA Auswirkungen auf die vorhergehende haben und zu einer Neubetrachtung (z. B. durch Konstruktionsänderung) führen.

In der Praxis wird häufig nicht zwischen System- und Konstruktions-FMEA unterschieden. Unter dem Begriff Produkt-FMEA werden beide Arten zusammengefasst.

04. Wann gilt eine FMEA als abgeschlossen?

Eine FMEA gilt dann als abgeschlossen, wenn keine Veränderungen am System, Produkt oder Prozess mehr auftreten. Sobald Veränderungen erfolgen, ist die betreffende FMEA zu überprüfen und ggf. entsprechend zu aktualisieren.

05. Wie wird eine FMEA durchgeführt?

Die acht Schritte der FMEA:

  1. Teambildung aus Mitarbeitern der Konstruktion, der Arbeitsvorbereitung, dem Qualitätsbereich, der Fertigung und ggf. dem Kunden

  2. Organisatorische Vorbereitung

  3. Systemstruktur erstellen mit Abgrenzung des Analyseumfanges

  4. Funktionsanalyse und Beschreibung der Funktionsstruktur

  5. Fehleranalyse mit Darstellung der Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge

  6. Risikobewertung

  7. Dokumentation im FMEA-Formblatt

  8. Optimierung durchführen mit Neubewertung des Risikos

06. Wodurch ist die Struktur einer FMEA gekennzeichnet?

Die Struktur einer FMEA ist ein Datenmodell zur Darstellung aller für die FMEA relevanten Informationen. Sie stellt die Objekte des Modells und ihre Beziehungen und Verknüpfungen untereinander dar.

Eine FMEA-Struktur sollte nach QS 9000 nicht mehr als drei Ebenen beinhalten. Die 3. Ebene ist durch die 5 M (Mensch, Maschine, Material, Methode und Mitwelt), soweit zutreffend, gekennzeichnet.

Beispiel

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Systemstruktur einer Prozess-FMEA

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Besteht in der 3. Ebene ein weiterer Teilprozess (z. B. für eine weitere Unterbaugruppe), ist dafür eine neue Teilstruktur zu erstellen und mit der übergeordneten zu verbinden.

07. Wie ist der Zusammenhang zwischen Fehlerursache und Fehlerfolge?

Ausgehend vom obigen Beispiel entstehen die Fehler in den Teilprozessen der 2. Ebene. Die Fehlerursachen liegen in den Prozessmerkmalen. Die Folgen der Fehler wirken auf das Produkt.

Nur das Erreichen der Prozessmerkmale stellt das Erreichen der Produktmerkmale sicher.

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08. Wie erfolgt die Risikobewertung?

Jedes Produkt und jeder Prozess besitzt ein Grundrisiko. Die Risikoanalyse einer FMEA quantifiziert das Fehlerrisiko in Verbindung mit den Fehlerursachen und den Fehlerfolgen. Die Höhe des Risikos wird durch die Risiko-Prioritäts-Zahl (RPZ) dargestellt.

Die Bewertung erfolgt anhand von drei Kenngrößen:

  • die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Fehlers (Auftreten A) mit seiner Ursache

  • die Bedeutung der Fehlerfolge für den Kunden (Bedeutung B)

  • die Entdeckungswahrscheinlichkeit (Entdeckung E) der analysierten Fehler und deren Ursachen durch Prüfmaßnahmen.

Bewertet werden diese Kenngrößen mit Zahlen zwischen 1 und 10. Ausgehend von der Bewertungssystematik liegt das niedrigste Risiko bei RPZ = 1 und das höchste Risiko bei RPZ = 1.000. Je größer der RPZ-Wert ist, desto höher ist das mit der Konstruktion oder dem Herstellungsprozess verbundene Risiko, ein fehlerhaftes Produkt zu erhalten.

Formell lassen sich drei RPZ-Bereiche definieren:

  • (RPZ 

    → Es liegt ein beherrschbares Risiko vor.

  • (41 ≤ RPZ ≤ 125)

    → Risiken sind weitgehend beherrschbar, Optimierungsmaßnahmen sind einem vertretbaren Aufwand gegenüberzustellen.

  • (RPZ > 125)

    → Es sind zwingend geeignete Abstellmaßnahmen festzulegen, deren Abarbeitung und Ergebnisse zu protokollieren sind.

Praktisch gibt es unternehmens- oder branchenbezogen weitere Restriktionen, die je nach Bewertung einer Kenngröße bereits Abstellmaßnahmen als zwingend erforderlich vorschreiben.

09. Wie entsteht die Risiko-Prioritäts-Zahl?

Die RPZ ergibt sich aus der Multiplikation der Bewertungsfaktoren der drei Kenngrößen:

$$RPZ = Bedeutung\; *\; Auftretenswahrscheinlichkeit\; *\; Entdeckungswahrscheinlichkeit\; RPZ = B\; *\; A\; *\; E$$

Somit kann der Wert der Risiko-Prioritäts-Zahl zwischen 1 (= 1 • 1 • 1) und 1.000 (= 10 • 10 • 10) liegen.

Beispiel

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Bewertungstabelle einer Prozess-FMEA

Bewertungszahl für die
Bedeutung
B
Bewertungszahl für die
Auftretenswahrscheinlichkeit
A
Bewertungszahl für die
Entdeckungswahrscheinlichkeit
E

10
9
Sehr hoch
Sicherheitsrisiko, Nicht erfüllung gesetzlicher Vorschriften.

10
9
Sehr hoch
Sehr häufiges Auftreten der Fehlerursache, unbrauchbarer, ungeeigneter Prozess.

10
9
Sehr gering
Entdecken der aufgetretenen Fehlerursache ist unwahrscheinlich, die Fehlerursache wird oder kann nicht geprüft werden.

8
7
Hoch
Funktionsfähigkeit des Produktes stark eingeschränkt, Funktionseinschränkung wichtiger Teilsysteme.

8
7
Hoch
Fehlerursache tritt wiederholt auf, ungenauer Prozess.

8
7
Gering
Entdecken der aufgetretenen wahrscheinlich nicht zu entdeckenden Fehlerursache, unsichere Prüfung.

6
5
4
Mäßig
Funktionsfähigkeit des Produktes eingeschränkt, Funktionseinschränkung von wichtigen Bedien- und Komfortsystemen.

6
5
4
Mäßig
Gelegentlich auftretende Fehlerursache, weniger genauer Prozess.

6
5
4
Mäßig
Entdecken der aufgetretenen Fehlerursache ist wahrscheinlich, Prüfungen sind relativ sicher.

3
2
Gering
Geringe Funktionsbeeinträchtigung des Produktes, Funktionseinschränkung von Bedien- und Komfortsystemen.

3
2
Gering
Auftreten der Fehlerursache ist gering, genauer Prozess.

3
2
Hoch
Entdecken der aufgetretenen Fehlerursache ist sehr wahrscheinlich, Prüfungen sind sicher, z. B. mehrere voneinander unabhängige Prüfungen.

1
Sehr gering
Sehr geringe Funktionsbeeinträchtigung, nur vom Fachpersonal erkennbar.

1
Sehr gering
Auftreten der Fehlerursache ist unwahrscheinlich.

1
Sehr hoch
Aufgetretene Fehlerursache wird sicher entdeckt.

Die Entscheidung, welche Bewertungszahl innerhalb einer Risiko-Kategorie zutreffend ist, erfolgt innerhalb des FMEA-Teams nach Abwägung aller Risiken.

Beispiel

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Nach Durchführung einer FMEA ergibt sich eine Bewertungszahl für die Entdeckungswahrscheinlichkeit von 8. Daraus folgt: Die Wahrscheinlichkeit, den Fehler im Produktionsprozess zu entdecken, ist gering. Es kann der schlechteste Fall eintreten, dass der Fehler erst beim Kunden entdeckt wird.

Die RPZ (vgl. oben) ergibt sich als Multiplikation der Bewertungsfaktoren B, A, E:

$$RPZ = Bedeutung\; *\; Auftretenswahrscheinlichkeit\; *\; Entdeckungswahrscheinlichkeit$$

Sollte sich aufgrund der Gewichtung mit den Faktoren B und A (bei E = 8) eine RPZ ≥ 125 ergeben, sind geeignete Abstellmaßnahmen (vgl. unten, 10.) festzulegen und zu dokumentieren.

10. Welches sind geeignete Abstellmaßnahmen zur Systemoptimierung?

Beispiele für typische Abstellmaßnahmen:

  • Materialänderungen

  • Konstruktive Veränderungen

  • Lebensdaueruntersuchungen vor der Material- oder Konstruktionsfreigabe

  • Lieferantenvereinbarungen

  • redundante technische Lösungen

  • prozessbegleitende Qualitätsprüfungen

  • Statistische Prozessüberwachung

  • Wareneingangs- und Endprüfungen

  • Produkt- und Prozessaudits.

11. Worin besteht das Ziel der statistischen Versuchsplanung DoE?

Das Ziel der DoE (Design of Experiments) besteht darin, mit einer geringen Anzahl von Versuchen Daten mit hohem Aussagegehalt über das zu untersuchende System zu erhalten. Das ist nur durch die Anwendung systematischer und rationeller Methoden erreichbar.

12. Welche Versuchsmethoden gibt es?

VersuchsmethodeDefinition
TaguchiDie Taguchi-Methode ist eine Methode zur statistischen Versuchsplanung, deren hauptsächlicher Einsatzbereich vor allem die Entwicklung ist. Die Strategie dieser Versuchsmethodik zielt darauf ab, Erkenntnisse zu gewinnen, welche Einflussfaktoren mit welcher Stärke auf den Prozess einwirken. Er ist (kostenneutral) auf die kleinstmögliche Streuung der Merkmalswerte auszurichten und die dazu erforderlichen Versuche sind auf eine effektive Anzahl zu reduzieren. Das Ziel liegt in robusten Prozessen mit geringer Anfälligkeit gegenüber Störgrößen.
ParetoDie Pareto-Analyse ist eine einfache Methode, um mit minimalem Aufwand wesentliche Einflussgrößen oder Fehler von unwesentlichen zu unterscheiden. Fehlerschwerpunkte werden übersichtlich dargestellt und Abarbeitungsprioritäten festgelegt. Der Einsatz qualitätssichernder Maßnahmen erfolgt in der Praxis oft nicht zuerst dort, wo die meisten Fehler auftreten, sondern die höchsten Kosten entstehen.
KaizenKaizen geht von der Erkenntnis aus, dass in einem Unternehmen jedes System einem allgemeinen Verschleiß unterliegt. Die Philosophie besteht darin, diese Probleme in einem ständigen Verbesserungsprozess zu lösen. Die Verbesserungen der Qualität der Produkte und Prozesse sowie die Senkung der Kosten münden letztendlich in einer höheren Kundenzufriedenheit.