DFMEA:Proaktive Risikoidentifizierung zur Vermeidung von Systemausfällen

Was ist ein Fehlermodus?

Ein Fehlermodus ist alles, was dazu führt, dass das Produkt oder der Prozess außerhalb der erwarteten Parameter arbeitet. Dies kann von einem sehr kleinen Fehler reichen, der kaum wahrnehmbar ist und sich in keiner Weise auf die Leistung auswirkt, bis hin zu einem schwerwiegenden Fehler, der zu Produktrückrufen und einer Stilllegung der Produktionslinie führt. In den schwerwiegendsten Fällen kann ein Fehlermodus zu Verletzungen der Endbenutzer führen oder sogar zu Klagen führen.

Erklärung der Failure Mode Effect Analysis (FMEA)

Die Identifizierung des Fehlermodus ist wichtig, aber es ist nur der erste Schritt in einer Fehlermodus-Auswirkungsanalyse.

Der Zweck der FMEA besteht darin, festzustellen, warum der Fehler aufgetreten ist, wie wichtig es ist, den Fehler zu beheben, und dann Maßnahmen zu ergreifen, um zu verhindern, dass sich der Fehler in Zukunft wiederholt. Unabhängig davon, ob Sie einen Prozess, ein Design oder ein gesamtes System betrachten, ist FMEA eine entscheidende Komponente für die Gewährleistung maximaler Betriebszeit, Sicherheit und Endbenutzerzufriedenheit.

Die 5 wichtigsten Schritte der FMEA

In der einfachsten Anwendung gibt es 5 grundlegende Schritte zur Durchführung einer FMEA.

1. Potenzielle Fehler und Auswirkungen identifizieren
2. Bewertung der Fehlerschwere
3. Vorhersage der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern
4. Fehlererkennungsprozesse
5. Bestimmen der Risikopriorität

Was ist der Zweck von DFMEA?

Der Zweck der DFMEA besteht darin, alle Bedrohungen für die Produktionseffizienz, Qualität und Sicherheit zu identifizieren und zu beheben. Dadurch optimieren Sie Prozesse, verbessern die Anlagensicherheit, steigern die Kosteneffizienz, bewahren die Produktqualität und steigern die Kundenzufriedenheit.

Aus diesem Grund ist der DFMEA-Prozess ein wesentliches Instrument zur Risikobewertung und Risikominderung für eine Vielzahl von Branchen, darunter Fertigung, Gesundheitswesen, Versorgungsunternehmen und Baugewerbe.

Vorteile von DFMEA in der Produktentwicklung

DFMEA ist ein praktisches Tool zur Verbesserung des Produktdesigns und zur Reduzierung langfristiger Kosten. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

• Designfehler vor der Produktion zu erkennen, ist eine wesentlich kostengünstigere Option, als sie später zu beheben.
• Systematische Bewältigung von Designrisiken, um langlebigere und konsistentere Produkte zu gewährleisten.
• Erleichterung der Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren, Wartungs- und Qualitätsteams.
• Unterstützung für zukünftige Audits und Iterationen durch eine von der DFMEA erstellte Aufzeichnung der Entwurfslogik und Abhilfestrategien.

Reduzierung designbedingter Probleme, was zu besseren Benutzererfahrungen und weniger Garantieansprüchen führt.Branchen, die DFMEA verwenden

Es gibt immer noch die Vorstellung, dass DFMEA auf die Luft- und Raumfahrt- oder Automobilindustrie beschränkt ist, aber in Wirklichkeit hat es eine viel größere Reichweite. Jede Branche, die komplexe Produkte oder Systeme entwickelt, kann von der Implementierung von DFMEA profitieren. In der Fertigung wird es beispielsweise häufig verwendet, um mechanische Komponenten, elektrische Systeme und Unterbaugruppen vor Produktionsbeginn zu bewerten. In der Elektronik hilft es Teams dabei, Fehler in Schaltkreislayouts zu erkennen. Die Medizingeräteindustrie wendet DFMEA regelmäßig an, um spezifische Designprobleme zu identifizieren, die zu Sicherheitsrisiken führen könnten, und vermeidet spätere behördliche Überprüfungen.

Im Energie- und Versorgungssektor unterstützt DFMEA die Konstruktion von Turbinen, Transformatoren und anderer Infrastruktur. Konsumgüterhersteller verlassen sich darauf, um die Produktzuverlässigkeit zu verbessern und Garantieansprüche zu reduzieren. Sogar Sektoren wie Landwirtschaft, Verteidigung und Baumaschinen wenden DFMEA-Prinzipien an, um das Ausfallrisiko zu reduzieren und die langfristige Anlagenleistung sicherzustellen.

Wie funktioniert DFMEA?

Bei der Analyse von Designfehlern und -effekten wird eine Gruppe von Personen zusammengestellt, die über Fachkenntnisse im gesamten zu analysierenden Design verfügen. Gemeinsam überlegen diese Leute, wie das Design scheitern könnte.

Teammitglieder können sich an vergangene Erfahrungen erinnern und ihr Wissen nutzen, um darüber nachzudenken, wie es zu Fehlern kommen kann und welche Folgen diese Fehler haben könnten. Bei bestehenden Designs kann die DFMEA frühere Daten verwenden, um Fehler und deren Auswirkungen zu ermitteln.

Anschließend entscheidet das Team gemeinsam über proaktive Problemlösungen. Dies kann Änderungen am Design, an Teilen, Materialien oder anderen Elementen des Design- und Produktionsprozesses umfassen. Tools wie ein computergestütztes Wartungsmanagementsystem (CMMS) können diesen Prozess unterstützen, indem sie historische Fehlerdaten und Anlagenleistungstrends zentralisieren und Teams dabei helfen, fundiertere Designentscheidungen zu treffen.

Weitere technische Anleitungen zur Verwendung dieser Methode durch große Teams finden Sie im Systems Engineering Handbook on FMEA der NASA.

DFMEA-Beispiel

Nehmen wir an, ein Ingenieur entwickelt ein Asset, das beim Verpacken eines Endprodukts verwendet werden soll. Beim Prototypentest stellt eine DFMEA einen Fehler im Mechanismus des Bandspenders fest. Es tritt nach etwa 100 Betriebsstunden auf und führt dazu, dass sich das Klebeband nicht wie erforderlich ablöst. Etwa 50 % der Verpackungen sind wiederum falsch versiegelt und in manchen Fällen läuft das Produkt aus der Verpackung und wird unbrauchbar.

Das ist ein großes Problem. Während der DFMEA bewertet das Team die Häufigkeit des Auftretens mit 7, den Schweregrad mit 10 und die Erkennung mit 2. Dies führt zu einem RPN von 140 und das Team stellt fest, dass das Problem behoben werden muss.

Nach der Untersuchung stellt das Team fest, dass das Problem durch einen Fehler in den Lagern verursacht wird, die es dem Spender ermöglichen, sich frei zu drehen. Das Team kann dieses Problem angehen, indem es eine regelmäßige Schmierung und Wartung empfiehlt, die im Spender verwendeten Materialien wechselt oder eine andere Änderung vornimmt, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass der Endbenutzer der Anlage diesen Fehler erleidet.Umfang einer DFMEA:Was einzubeziehen ist

Bevor Sie mit der Zuweisung von Risikobewertungen beginnen, sollten Sie den Umfang Ihrer DFMEA definieren. Welche Teile des Designs analysieren Sie? Welche Fehlermodi liegen in Ihrer Kontrolle?

Eine gut angelegte DFMEA vermeidet verschwendeten Aufwand und behält den Fokus auf Risiken. Sie stellen sicher, dass Sie keine Arbeit duplizieren, die bereits in einer PFMEA oder einer Analyse auf Systemebene behandelt wurde. Definieren Sie zunächst die Grenzen des Designs, die beabsichtigte Funktion und etwaige kundenspezifische Anforderungen. Identifizieren Sie dann die Schnittstellen, an denen Fehler am wahrscheinlichsten auftreten.

Das Scoping wirkt sich direkt auf die Qualität und Relevanz Ihrer Ergebnisse aus. Wenn der Umfang zu weit gefasst ist, verliert sich Ihr Team möglicherweise in Problemen mit niedriger Priorität. Wenn Ihr Anwendungsbereich zu eng ist, übersehen Sie möglicherweise wichtige Interaktionen zwischen Teilen.

Wer führt die DFMEA durch?

DFMEA funktioniert am besten, wenn Sie Fachleute zusammenbringen, die das Design aus verschiedenen Blickwinkeln verstehen. Das bedeutet in der Regel Konstrukteure, Produktionsleiter, Qualitätsspezialisten und möglicherweise Wartungs- oder Außendienstmitarbeiter.

Häufige DFMEA-Fehler, die Sie vermeiden sollten

DFMEA funktioniert am besten, wenn der Prozess konsistent ist. Aber ein paar häufige Fehler können seinen Wert beeinträchtigen. Man wartet zu lange mit der Durchführung einer DFMEA. Wenn Sie mit der Risikoanalyse erst beginnen, wenn die Produktion läuft, verpassen Sie die Chance, wirkungsvolle Änderungen vorzunehmen. Eine weitere Gefahr besteht darin, kein funktionsübergreifendes Team einzubeziehen. Ingenieure, die alleine arbeiten, verpassen möglicherweise praktische Erkenntnisse, die Wartungs-, Betriebs- oder Qualitätsteams einbringen können.

Einige Teams tappen auch in die Falle, Schweregrad, Vorkommen und Erkennungswerte ohne klare Definitionen zuzuweisen. Wenn Bewertungen nicht im Voraus vereinbart werden, werden die RPNs weniger zuverlässig. Andere überspringen die Dokumentation empfohlener Maßnahmen oder versäumen es, nach der Implementierung weiterzuverfolgen. Außerdem können DFMEAs, die nie erneut überprüft werden, schnell veraltet sein. Diese von Experten begutachtete Studie unterstreicht Verbesserungen und zitiert über 200 Zeitschriftenartikel mit Techniken zur Verbesserung der Erkennung, Reduzierung der Variabilität und Unterstützung der Designzuverlässigkeit.

Wann sollten Sie DFMEA verwenden?

DFMEA ist zu Beginn der Entwurfsphase am wertvollsten, bevor Prototypen fertiggestellt oder Werkzeuge in Betrieb genommen werden. Es ist jedoch auch nützlich:

• Bei der Einführung größerer Änderungen an einem bereits vorhandenen Design
• Nach einem erheblichen Fehler oder Feldproblem
• Bei Kostensenkungsprojekten, die Materialien oder Komponenten betreffen
• Im Rahmen laufender Qualitätsverbesserungsprogramme

Das Ziel besteht darin, zu verhindern, dass konstruktionsbedingte Probleme zu Produktionsproblemen, Rückrufen oder Sicherheitsproblemen führen.

DFMEA vs. PFMEA

Prozessfehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (PFMEA) und DFMEA sind beide Zweige der umfassenderen Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA).

PFMEA betrachtet den gesamten Prozess und identifiziert potenzielle Fehler im System. Beispielsweise kann eine PFMEA in der Fertigung nach Fehlern in Prozessen wie Lackierung, Montage oder Versand des Produkts suchen.

Eine Analyse der Fehlermöglichkeiten und -auswirkungen eines Entwurfs konzentriert sich jedoch auf Fehler in bestimmten Bereichen des Entwurfs. Auf der Produktentwicklungsseite untersucht die DFMEA, wie das Produkt versagen kann, beispielsweise wenn es auf eine bestimmte Weise verwendet oder bestimmten Temperaturen ausgesetzt wird. Anlagen, die bei der Herstellung dieser Produkte verwendet werden, können ebenfalls einer DFMEA unterzogen werden, um sicherzustellen, dass die Anlagen die erwartete Leistung erbringen.

So führen Sie eine DFMEA durch

Die Durchführung einer DFMEA kann ein sehr aufwändiger und zeitaufwändiger Prozess sein, aber es ist unglaublich wichtig, Designfehler zu erkennen und zu beheben, bevor sie zu größeren Problemen führen. So fangen Sie an:

1. Wählen Sie ein Design zur Analyse aus.

Sobald Sie den DFMEA-Prozess vollständig in Ihren Produktlebenszyklus integriert haben, können Sie ihn bei jedem Design verwenden. Wählen Sie zunächst jedoch in jeder Phase des Produktentwicklungsprozesses ein Design aus:eines, das sich in der frühen Entwicklungsphase befindet, neu entworfen wurde oder sich bereits in der Produktionsphase befindet.

2. Stellen Sie ein funktionsübergreifendes Expertenteam zusammen, das mit verschiedenen Bereichen des Designs vertraut ist.

Ein abgerundetes, vielfältiges Team wird die umfassendsten Ergebnisse erzielen. Idealerweise besteht Ihr DFMEA-Analyseteam aus Qualitätsingenieuren (Produktqualität, Testanalyse und Materialingenieure) sowie Teams aus Produktion, Service und Logistik.

Jedes Teammitglied kann potenzielle Fehlerarten in seinen spezifischen Schwerpunktbereichen identifizieren. Sie können auch die von anderen Teams entdeckten Fehlermodi überprüfen. Das gesamte Team sollte die Ursachen und Folgen jedes Fehlermodus bewerten und die Schweregrad-, Vorkommens- und Erkennungsrankings bewerten.

3. Identifizieren Sie alle möglichen Fehlermodi.

Bei der Identifizierung potenzieller Fehlerarten ist es wichtig zu verstehen, dass „Fehler“ nicht immer einen Totalausfall bedeutet. Mögliche Fehler sind:

• Zeitweilige Fehler: Fehlermodi, die unregelmäßig, intermittierend oder anderweitig unvorhersehbar sind
• Funktionsfehler: Fehlermodi, die die Hauptfunktion einer Anlage beeinträchtigen, aber nicht vollständig gefährden können
• Vollständige Fehler: Katastrophale Systemfehler, die den Betrieb lahmlegen

Eine Vielzahl von Problemen kann zu einem dieser Fehler führen. Deshalb besteht Ihr nächster Schritt darin, die Grundursachen aller potenziellen Fehlerarten zu ermitteln.

4. Identifizieren Sie die Grundursache(n) jedes Fehlermodus.

Bevor Sie Lösungen finden und bevor Sie die verschiedenen von Ihrem Team entdeckten Fehlerarten priorisieren, müssen Sie die Fehlerursachen verstehen. Zu den Hauptursachen gehören:

• Berechnungsfehler: Falsche Berechnungen während des Designprozesses können zu kaskadierenden Fehlern während der gesamten Produktion führen.
• Umweltmängel: Schwankungen der Temperatur, Luftfeuchtigkeit und anderer Umgebungsbedingungen können Designentscheidungen beeinflussen.
• Materialfehler: Eine falsche Materialauswahl kann in jeder Phase des Herstellungs- und Montageprozesses zu potenziellen Risiken und Schäden führen.
• Testfehler: Unzureichende Tests während der Entwurfsphase können in jeder Phase des Produktlebenszyklus Probleme auslösen, einschließlich Ausfällen bei der Produktsicherheit und Produktzuverlässigkeit.
• Herabgesetzte Fehler: Kontinuierliche Verwendung führt zu einer Verschlechterung der Vermögenswerte, was zu verschlechterten Fehlermodi führen kann.
• Unbeabsichtigte Fehler: Wenn ein Vermögenswert aufgrund des Ausfalls eines anderen Teils oder Vermögenswerts ausfällt, wird dies als unbeabsichtigter Ausfall betrachtet.

Ein Fehler kann mehrere Ursachen haben. Aus diesem Grund ist es wichtig, Ihr gesamtes funktionsübergreifendes Team in die Überprüfung und Bewertung aller potenziellen Fehlermodi einzubeziehen.

5. Bestimmen Sie die Folgen jedes Fehlermodus.

Für ein effektives Risikomanagement ist es unerlässlich, eine vollständige Bewertung der Fehlerauswirkungen durchzuführen. Sie müssen sowohl kleinere Herausforderungen als auch kritische Probleme verstehen, um eine umfassende Strategie zur Risikominderung zu erstellen.

Beispiele für mögliche Folgen sind Schäden an Teilen, Vermögenswerten, Produkten, Verpackungen, Einrichtungen oder der Arbeitssicherheit. Diese Folgen können von geringfügig (z. B. kostengünstige Reparatur oder Ersatz) bis schwerwiegend (z. B. katastrophaler Sachschaden, schwere Verletzungen oder Verlust von Menschenleben) reichen.

Sie benötigen eine umfassende Analyse aller potenziellen Konsequenzen, da Sie diese Informationen verwenden, um Fehlerarten einzustufen und Lösungen zu priorisieren.

6. Weisen Sie jedem Fehler Schweregrad, Auftreten und Erkennungsranking zu.

Beginnen Sie mit der Rangfolge des Schweregrads. Wie schwerwiegend sind die Folgen, wenn dieser Fehlermodus auftritt? Berücksichtigen Sie Faktoren wie Geräteschäden, Sachschäden, finanzielle Verluste und Sicherheitsbedenken. Normalerweise bewerten Sie dies auf einer Skala von 1–10. Ein Schweregrad von 1 weist auf ein geringfügiges Problem hin, während 10 das schwerwiegendste Problem darstellt.

Weisen Sie als Nächstes eine Vorkommensbewertung zu. Dies misst die Wahrscheinlichkeit, dass jeder Fehlermodus unter normalen Umständen auftritt. Auf einer Skala von 1–10 bedeutet 1, dass der Fehler sehr unwahrscheinlich ist, während 10 bedeutet, dass der Fehler fast sicher auftreten wird.

Bestimmen Sie abschließend die Erkennungsbewertung. Wenn dieser Fehler auftritt, ist er leicht zu erkennen? Weisen Sie eine Erkennungsbewertung von 1 zu, wenn der Fehler leicht zu erkennen ist, 10, wenn er extrem schwer zu erkennen ist, oder irgendwo dazwischen.

Um genaueste Ergebnisse zu erzielen, denken Sie daran, Ihr gesamtes Team in den Ranking-Prozess einzubeziehen. Ein Produktmanager wird beispielsweise wahrscheinlich nicht verstehen, wie einfach es ist, einen Geräteausfall zu erkennen. Ebenso beobachtet Ihr Lagerleiter möglicherweise Verpackungsfehler, verfügt jedoch möglicherweise nicht über die Material- oder Designkenntnisse, um eine Vorkommnisbewertung zuzuweisen.

7. Identifizieren Sie die Risikoprioritätsnummer (RPN).

Wenn es bei 27 Produkten 100 potenzielle Fehlermodi gibt, ist es schwierig zu wissen, wo man anfangen soll. Welche Lösungen sind am wichtigsten und wie bestimmen Sie die Reihenfolge der Wichtigkeit?

Die Antwort ist Ihre Risikoprioritätsnummer (RPN). Anstatt sich zu Beginn jedes Arbeitstages darum zu bemühen, das richtige Gleichgewicht zwischen Schweregrad, Auftreten und Erkennung zu berechnen, weisen Sie jedem potenziellen Fehlermodus einen einzigen RPN zu.

Sobald Sie Bewertungen für Schweregrad, Vorkommen und Erkennung zugewiesen haben, ist es zum Glück einfach, diese Bewertungen in Ihre RPN umzuwandeln.

RPN =Schweregradbewertung x Vorkommensbewertung x Erkennungsbewertung

Ihre Ausfälle mit hohem Risiko weisen die höchsten RPNs auf, während Ihre Ausfälle mit geringerem Risiko eine niedrigere RPN aufweisen. Mit dieser Risikobewertungsstrategie beginnen Designteams mit dem höchsten RPN und arbeiten sich nach unten vor.

8. Implementieren Sie einen systematischen Ansatz mit einem Aktionsplan, um das Ausfallrisiko zu reduzieren oder zu beseitigen.

Identifizieren Sie für jeden potenziellen Fehlermodus einen geeigneten Aktionsplan mit konkreten, messbaren Korrekturmaßnahmen. Erwägen Sie Änderungen an Ihren bestehenden Präventionskontrollen (Mittel zur Verhinderung von Fehlern) und Erkennungskontrollen (Mittel zur Erkennung von Fehlern) sowie neue Aktionsschritte und Entwurfsprozesse zur Verbesserung der RPN.

Möglicherweise benötigen Sie zusätzliche Tools und Ressourcen für neue Risikominderungs- und Korrekturmaßnahmenschritte. Bewerten Sie den Budgetbedarf, Beschaffungsprozesse und andere wesentliche Erfolgskomponenten Ihres Aktionsplans.

9. Nach der Implementierung sollten Sie RPN neu bewerten und einen kontinuierlichen Verbesserungsansatz für DFMEA übernehmen.

Der DFMEA-Prozess ist keine einmalige Lösung. Die Integration einer regelmäßigen Fehleranalyse in Ihren Design- und Fertigungsprozess trägt dazu bei, optimale Effizienz, Einhaltung gesetzlicher Vorschriften mit Industriestandards, Qualitätskontrolle, Produktsicherheit und Kundenzufriedenheit sicherzustellen.

Durch die routinemäßige Identifizierung von Fehlerarten und die Implementierung eines systematischen Prozesses zur Behebung etwaiger Probleme tragen Sie dazu bei, kostspielige Ausfälle zu reduzieren und zu verhindern. Wenn Sie DFMEA als iterativen Prozess angehen, verlagern Sie Ihren Ansatz von der reaktiven Fehlerbehebung hin zur proaktiven, kontinuierlichen Verbesserung.

Ein computergestütztes Wartungsmanagementprogramm (CMMS) kann der Schlüssel zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und zur Verbesserung der RPN-Werte sein. Durch die Verfolgung von Anlagen und die Erfassung von Leistungsdaten ist Ihr Team bestens gerüstet, um gründliche Geräteanalysen durchzuführen und die Leistung durch gezielte Wartung zu steigern.