Konstruktions-FMEA: Risiken minimieren

In der heutigen komplexen Produktentwicklung ist es unerlässlich, potenzielle Probleme frühzeitig zu identifizieren und zu beheben, noch bevor sie zu kostspieligen Fehlern oder gar Gefahren für den Endnutzer führen. Ein bewährtes Werkzeug, das genau hier ansetzt, ist die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse, kurz FMEA. Innerhalb der FMEA gibt es verschiedene Arten, und eine der wichtigsten ist die Konstruktions-FMEA (Design FMEA). Diese Methode konzentriert sich speziell auf die Analyse und Bewertung potenzieller Fehler, die im Design oder der Konzeption eines Produkts oder Systems auftreten können.

Was ist eine Konstruktions-FMEA?

Eine Konstruktions-FMEA ist ein systematisches Verfahren zur Analyse von Produktentwürfen. Ihr Hauptziel ist es, potenzielle Fehlermöglichkeiten, ihre Ursachen und ihre Auswirkungen auf das Produkt und den Benutzer zu identifizieren, zu bewerten und zu minimieren. Sie wird typischerweise in den frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses durchgeführt, wenn Designänderungen noch relativ einfach und kostengünstig umzusetzen sind. Durch die proaktive Betrachtung von Risiken hilft die Konstruktions-FMEA dabei, die Zuverlässigkeit und Sicherheit eines Produkts zu erhöhen und teure Nacharbeiten oder Rückrufe zu vermeiden.

Die zentralen Elemente der FMEA-Bewertung

Bei der Durchführung einer FMEA werden potenzielle Fehlermodi anhand von drei Hauptkriterien bewertet:

• Bedeutung (B) der Fehlerfolge (Severity)
• Auftreten (A) der Fehlerursache (Occurrence)
• Entdeckungsfähigkeit (E) der Fehlerursache oder -folge (Detection)

Bewertung der Bedeutung (B)

Die Bedeutung bewertet die Schwere der Auswirkungen, die ein Fehler auf das Produkt oder den Benutzer hat. Eine hohe Bedeutung bedeutet schwerwiegende Folgen.

Bewertung des Auftretens (A)

Das Auftreten bewertet die Wahrscheinlichkeit, mit der eine bestimmte Fehlerursache auftritt. Dabei werden Erfahrungen mit ähnlichen Produkten oder Prozessen herangezogen.

Die Angabe '1 - 10 Sehr niedrig - sehr hoch' im Quelltext scheint eine allgemeine Spanne zu sein, die detaillierte Skala ist jedoch wichtiger für die Bewertung.

Bewertung der Entdeckungsfähigkeit (E)

Die Entdeckungsfähigkeit bewertet, wie wahrscheinlich es ist, dass die Fehlerursache oder die daraus resultierende Fehlerfolge durch vorhandene Prüfungen, Tests oder Kontrollen entdeckt wird, bevor das Produkt den Endkunden erreicht. Eine hohe Zahl bedeutet eine geringe Entdeckungswahrscheinlichkeit.

Auch hier scheint '1 - 10 Sehr hoch - sehr niedrig' eine allgemeine Spanne zu sein.

Die Risikoprioritätszahl (RPZ)

Die Risikoprioritätszahl (RPZ) ist ein wichtiger Indikator in der FMEA, der hilft, die identifizierten Risiken zu quantifizieren und zu priorisieren. Sie wird berechnet, indem die Bewertungen für Bedeutung, Auftreten und Entdeckung multipliziert werden:

RPZ = Bedeutung (B) * Auftreten (A) * Entdeckungsfähigkeit (E)

Die RPZ kann Werte von 1 (1*1*1) bis 1000 (10*10*10) annehmen. Eine höhere RPZ weist auf ein höheres Risiko hin, das dringendere Maßnahmen erfordert.

Die Aufgabenpriorität (AP)

Neben der RPZ wird in einigen FMEA-Methoden, insbesondere nach den Harmonisierten FMEA-Regelwerken (wie AIAG & VDA), die Aufgabenpriorität (AP) verwendet. Die AP ist eine qualitative Priorisierung von Maßnahmen, die auf spezifischen Kombinationen der Bewertungen B, A und E basiert. Sie gibt an, welche Risiken vorrangig behandelt werden müssen.

Die AP-Levels sind typischerweise:

• HOCH: Dies ist die höchste Priorität für Maßnahmen. Das FMEA Team muss entweder eine angemessene Maßnahme identifizieren, um das Auftreten und/oder die Entdeckung zu verbessern oder dokumentieren, warum keine verbessernde Maßnahme notwendig oder möglich ist, bzw. warum die verwendeten Maßnahmen angemessen sind.
• MITTEL: Dies ist die mittlere Priorität für Maßnahmen. Das Team sollte angemessene Maßnahmen identifizieren, um das Auftreten und/oder die Entdeckung zu verbessern oder dokumentieren, warum die Maßnahmen angemessen sind.
• NIEDRIG: Dies ist die niedrige Priorität. Das Team kann Maßnahmen identifizieren, um Auftreten oder Entdeckung zu verbessern.

Es ist wichtig zu beachten, dass bestimmte Kombinationen von B, A und E gemäß der spezifischen AP-Logik-Tabelle des verwendeten Regelwerks als "NICHT DEFINIERT IN AP-LOGIK" gekennzeichnet sein können. In solchen Fällen muss das Team die AP-Logik Tabelle prüfen und eine dort definierte Kombination wählen.

Die 5 Schritte des FMEA-Prozesses

Die Durchführung einer FMEA folgt einem strukturierten Prozess. Obwohl es verschiedene Varianten gibt (z. B. 7 Schritte im AIAG & VDA Standard), beschreibt der bereitgestellte Text die grundlegenden 5 Schritte:

Schritt 1: Identifizieren potenzieller Fehler und Auswirkungen

Der Prozess beginnt mit der Analyse der Funktionsanforderungen des Produkts oder Systems. Für jede Funktion werden potenzielle Fehlermodi identifiziert. Ein Fehlermodus ist die Art und Weise, wie ein Bauteil oder System seine Funktion nicht erfüllen kann (z. B. bricht, leckt, überhitzt). Es ist wichtig zu berücksichtigen, wie ein Fehler in einem Bauteil Fehler in anderen verursachen kann. Für jeden Fehlermodus werden dann die möglichen Auswirkungen auf das Produkt, den Prozess oder den Benutzer aufgelistet (z. B. Überhitzung, laute Geräusche, ungewolltes Herunterfahren, Verletzung des Benutzers).

Schritt 2: Bestimmen der Bedeutung (B)

Für jede identifizierte Fehlerfolge wird deren Schwere bewertet. Dies geschieht anhand der oben beschriebenen Skala von 1 bis 10. Je schwerwiegender die Auswirkung, desto höher die Bedeutung. Dies erfordert oft die Einbeziehung von Sicherheitsexperten und Endbenutzern, um die tatsächlichen Auswirkungen realistisch einschätzen zu können.

Schritt 3: Bewerten der Wahrscheinlichkeit des Auftretens (A)

Als Nächstes wird die Wahrscheinlichkeit bewertet, mit der die Ursache des Fehlermodus auftreten kann. Hierfür werden Daten aus der Vergangenheit, Erfahrungen mit ähnlichen Designs oder Schätzungen herangezogen. Auch diese Bewertung erfolgt auf einer Skala von 1 bis 10, wobei 1 für sehr unwahrscheinlich und 10 für nahezu sicher steht.

Schritt 4: Bewerten der Entdeckungsfähigkeit (E)

In diesem Schritt wird bewertet, wie wahrscheinlich es ist, dass der Fehler oder seine Ursache durch die aktuellen Prüfungen, Tests oder Kontrollen im Designprozess entdeckt wird, bevor das Produkt den Kunden erreicht. Eine hohe Zahl auf der Skala von 1 bis 10 bedeutet, dass die Entdeckung unwahrscheinlich ist.

Schritt 5: Berechnung der Risikoprioritätszahl (RPZ) und/oder Bestimmung der Aufgabenpriorität (AP)

Nachdem B, A und E für jeden Fehlermodus bewertet wurden, wird die RPZ berechnet (B * A * E). Alternativ oder zusätzlich wird die Aufgabenpriorität (AP) gemäß der relevanten AP-Logik-Tabelle bestimmt. Die Ergebnisse werden in der FMEA-Dokumentation festgehalten. Fehlermodi mit hohen RPZ-Werten oder hoher AP erhalten die höchste Priorität für die Definition und Umsetzung von Korrekturmaßnahmen.

Ziele und Maßnahmen nach der FMEA

Die Ergebnisse der FMEA dienen als Grundlage für die Definition von Korrekturmaßnahmen. Das Ziel dieser Maßnahmen ist es, die identifizierten Risiken zu reduzieren. Dies kann erreicht werden durch:

• Eliminierung der Fehlerursache (reduziert A)
• Minimierung der Auswirkung der Fehlerfolge (reduziert B - oft schwierig im Design)
• Verbesserung der Entdeckungswahrscheinlichkeit (reduziert E)

Mögliche Maßnahmen in der Konstruktions-FMEA können Designänderungen, die Auswahl anderer Komponenten, das Hinzufügen von Redundanzen, die Anpassung von Toleranzen oder die Einführung neuer Test- und Verifikationsmethoden sein. Nach der Implementierung der Maßnahmen wird die FMEA aktualisiert, und die RPZ bzw. AP wird neu berechnet, um die Wirksamkeit der Maßnahmen zu überprüfen und sicherzustellen, dass das Risiko auf ein akzeptables Maß reduziert wurde.

Häufig gestellte Fragen zur Konstruktions-FMEA

Was ist der Hauptzweck einer Konstruktions-FMEA?

Der Hauptzweck ist die frühzeitige Identifizierung und Bewertung potenzieller Designfehler und deren Risiken, um präventive Maßnahmen zu ergreifen, bevor das Produkt gefertigt oder an Kunden ausgeliefert wird.

Wie unterscheiden sich RPZ und AP?

Die RPZ ist eine numerische Multiplikation der Einzelbewertungen (B*A*E), während die AP eine qualitative Priorisierung basierend auf spezifischen Kombinationen von B, A und E gemäß einer festgelegten Logik-Tabelle ist. Beide dienen der Priorisierung von Maßnahmen.

Können die Bewertungen (B, A, E) nach der Umsetzung von Maßnahmen sinken?

Ja, das ist das Ziel von Korrekturmaßnahmen. Maßnahmen zur Reduzierung des Auftretens senken den A-Wert, Maßnahmen zur Verbesserung der Detektion senken den E-Wert. Eine Reduzierung des B-Werts ist im Design oft schwieriger, kann aber durch grundlegende Designänderungen oder die Implementierung von Sicherheitsmechanismen erreicht werden.

Wer führt eine Konstruktions-FMEA durch?

Eine FMEA wird typischerweise von einem multidisziplinären Team durchgeführt, das Experten aus Design/Konstruktion, Fertigung, Qualitätssicherung, Service und ggf. Vertrieb oder Kundenbetreuung umfasst. Die Vielfalt der Perspektiven ist entscheidend für eine umfassende Analyse.

Zusammenfassung

Die Konstruktions-FMEA ist ein unverzichtbares Werkzeug im modernen Produktentwicklungsprozess. Sie ermöglicht es Teams, systematisch über potenzielle Fehler nachzudenken, deren Risiken zu bewerten und gezielte Maßnahmen zur Risikominimierung zu ergreifen. Durch die Anwendung der Bewertungsskalen für Bedeutung, Auftreten und Entdeckung sowie die Berechnung der Risikoprioritätszahl oder die Bestimmung der Aufgabenpriorität können Ressourcen effektiv auf die kritischsten Bereiche konzentriert werden. Dies führt letztlich zu robusteren, sichereren und zuverlässigeren Produkten, was sowohl dem Hersteller als auch dem Endkunden zugutekommt.

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