Design-Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (DFMEA)

Eine Design Failure Mode Effects Analysis (FMEA) ist eine zusammenfassende Untersuchung der potenziellen Risiken während der Produktion, die in der Entwurfsphase identifiziert werden. Ausgehend von ihrer Verwendung in der Luft- und Raumfahrttechnik werden FMEA-Anwendungen mittlerweile auch in Branchen wie der Softwareentwicklung und Fertigung eingesetzt.

Geschichte der DFMEA

Fehlermöglichkeits- und Einflussanalysen wurden erstmals in den 1960er Jahren von Ingenieuren der NASA in der Luft- und Raumfahrt zur Verfolgung von Raketenprototypen eingesetzt. In den 1970er Jahren wurde die FMEA auch in anderen Branchen, wie z. B. in US-amerikanischen Umwelt- und Geologieprojekten, immer beliebter.

Heutzutage wird die FMEA routinemäßig von Qualitäts-, Zuverlässigkeits- und Sicherheitstechnikern eingesetzt. Der Sinn dieses Prozesses besteht darin, eine Wirkungsanalyse durchzuführen, um einen Fehlermechanismus zu ermitteln. Sobald ein Fehlermechanismus oder eine Fehlerstelle identifiziert wurde, können Konstruktionsänderungen vorgenommen werden, um die Fehler zu beheben, bevor sie in der Produktion auftreten.

Insbesondere bei einer DFMEA liegt der Schwerpunkt auf dem Design, sodass die Analyse parallel zur Design- und Testphase vor der Produktion stattfinden muss.

Es gibt drei weitere Arten von FMEA:

• FMECA steht für Failure Mode Effects and Criticality Analysis (Ausfallmodus- und Kritikalitätsanalyse) und unterteilt die Bewertung in zwei Messgrößen: Ausfall und Kritikalität von Ausfallmodi.
• PFMEA fügt dem Akronym den Begriff „Prozess” hinzu und konzentriert sich auf den Montageablauf. Diese Methode ist für den nächsten Schritt nach dem Design vorgesehen.
• Funktionale FMEA wird häufig für Software vor Beginn der Designphase verwendet und identifiziert die Kernanforderungen für das Design.

Induktives vs. deduktives Denken

Eine FMEA arbeitet mit induktivem – oder vorwärtsgerichtetem – Denken. Dieser Top-Down-Ansatz funktioniert, indem Beobachtungen zu einer Dienstleistung oder einem Produkt gemacht werden und schrittweise eine Hypothese aufgestellt wird, um zu einer abschließenden Bewertung zu gelangen.

Das Gegenteil von induktivem Denken ist deduktives Denken, das rückwärtsgerichtet ist – oder Bottom-Up-Denken. Bei dieser Art des Denkens werden gültige Schlussfolgerungen gezogen und zu einer Schlussfolgerung zusammengefasst, bei der die Logik den Prämissen folgt.

Die 10 Schritte einer DFMEA

Eine DFMEA umfasst zehn Schritte, von denen einige sich wiederholen, aber für die Aufdeckung kleinster potenzieller Fehler unerlässlich sind.

1. Überprüfung des Designs – Die Bewertung beginnt mit einer einführenden kritischen Übersicht.
2. Identifizierung potenzieller Fehlermodi – Die Teilnehmer markieren Bereiche, in denen sie Fehler vermuten, unabhängig davon, ob Anzeichen für Fehler vorliegen oder nicht.
3. Identifizieren Sie potenzielle Fehlerauswirkungen – Die Auswirkungen bestimmter Mechanismusfehler können weitaus größere Auswirkungen auf die Verwendung und Sicherheit haben als die Fehler selbst, daher werden diese Auswirkungen im Bericht berücksichtigt.
4. Identifizieren Sie potenzielle Fehlerursachen – Im Gegensatz zu den Auswirkungen ist die Ermittlung potenzieller Ursachen für diesen Fehler eine Möglichkeit, einen Auslöser oder Katalysator zu identifizieren, der für spätere Probleme verantwortlich sein könnte.
5. Schweregrad einstufen – Je nach Art des Fehlers und je nachdem, ob nur Teile des Produkts beschädigt oder irreparabel sind, wird eine Zahl zwischen 1 (vernachlässigbare Auswirkung) und 5 (katastrophaler Ausfall) vergeben
6. Häufigkeit (Wahrscheinlichkeit) einstufen – Um die Häufigkeit von Fehlern darzustellen, wird eine Zahl zwischen 1 (extrem unwahrscheinlich) und 5 (unvermeidbar, häufiger Ausfall) vergeben
7. Erkennungsrang zuweisen – Es wird eine Zahl zwischen 1 (Fehlererkennung sicher) und 5 (vom Bediener nicht erkannt) zugewiesen, um die Wahrscheinlichkeit anzugeben, dass Fehler von Echtzeit-Bedienern erkannt und behoben werden. Dies ist hilfreich für die Bewertung der Wartbarkeit eines Produktionssystems.
8. Risikoprioritätszahl (RPN) berechnen – Die RPN wird anhand der oben genannten S-, P- und D-Ränge nach folgender Formel berechnet:

RPN = Schweregrad (des Fehlers) × Wahrscheinlichkeit (des Auftretens des Fehlers) × Erkennung (die Wahrscheinlichkeit, dass der Fehler vor der Korrektur unentdeckt bleibt)

9. Maßnahmenplan erstellen – In dieser Phase erstellen die Ingenieure einen Plan zur Behebung der Konstruktionsrisiken, um mit dem Testen ihrer gefundenen Hypothese beginnen zu können.
10. RPN neu berechnen – Abschließend wird die RPN neu berechnet, um die voraussichtlichen Auswirkungen des geänderten Konstruktionsplans zu ermitteln.

Häufige Anwendungen der DFMEA

In fast allen Branchen, in denen Qualität eine entscheidende Rolle spielt, kann eine DFMEA zur Fehlervermeidung und besseren Kontrolle während der Montage und Produktion beitragen. Einige Anwendungsbereiche der DFMEA:

• Entwicklung eines neuen, unabhängigen Produkts
• Häufige Verwendung in der Unternehmensphilosophie des Total Quality Management (TQM)
• Zur Verbesserung eines leistungsschwachen Produkts
• Zur Neugestaltung eines Montage- oder Produktionssystems
• Für die Entwicklung neuer Vertriebs- und Marketingstrategien für Produkte
• Für Kosteneinsparungen bei der Fehlererkennung durch pro

DFMEA-Branchen

Jedes Team, das das wahrscheinliche Ausfallrisiko bei der Herstellung und Lieferung eines Produkts oder einer Dienstleistung bewerten möchte, kann eine DFMEA durchführen. Am häufigsten werden sie in den folgenden Branchen eingesetzt:

• Fertigung
• Software (SaaS)
• Gesundheitswesen
• Dienstleistungsbranche Natürlich variiert die Tiefe einer DFMEA je nach dem erforderlichen Grad der Fehlererkennung, und in einigen Branchen sind Ursachenanalysen oder deduktive Strategien möglicherweise zuverlässiger.

Nachteile der DFMEA

Ein DFMEA-Bericht ist je nach Produkt und dem Team, das ihn erstellt, äußerst individuell. Eine der größten Schwierigkeiten jeder FMEA besteht darin, dass ein Fehler zwar identifiziert werden kann, aber erst behoben werden kann, wenn auch der Mechanismus des Fehlers identifiziert wurde. Es besteht ein großes Risiko, dass dieser kleine Unterschied zu Fehlern bei der Korrelation und Kausalität führt.

Darüber hinaus kann die Zuweisung numerischer Indikatoren zu Risikofaktoren zwar bei der Berechnung der Gesamtwahrscheinlichkeit eines Fehlers helfen, aber bei der Bewertung des tatsächlichen Risikos bei gleichzeitigen Fehlern möglicherweise nicht genau genug sein. Wenn mehr als ein Problem vorliegt, sind möglicherweise mehrere Versionen einer DFMEA sowie eine allgemeinere Ursachenanalyse (RCA) erforderlich.