Prozess-FMEA: In 7 Schritten zur Fehler- und Einflussanalyse!

Egal ob in der Planung, der Produktion oder in ganzen anderen Bereichen: Überall können Fehler oder Fehlerrisiken auftreten, die einem Unternehmen im Ernstfall viel Geld kosten. Um das Auftreten solcher potenzieller Fehler zu verhindern, führen viele Unternehmen eine Risikoanalyse durch, um die möglichen Fehlerquellen zu erkennen und ihre Prozesse frühzeitig so umzustrukturieren, dass es gar nicht erst zu diesen Fehlern kommen kann.

Eine Methode für das frühzeitige Erkennen dieser potenziellen Risiken ist die sogenannte Prozess-FMEA. Sie ermöglicht es nicht nur, die potenziellen Fehlerquellen rechtzeitig zu erkennen und auszuräumen, sondern trägt durch eine ausführliche Dokumentation zudem zur Qualitätssicherung innerhalb eines Unternehmens bei. In unserem heutigen Blogbeitrag erklären wir daher, was genau eine Prozess-FMEA ist und wie sie durchgeführt werden kann.

Zum Hintergrund: Das verbirgt sich hinter der Abkürzung "FMEA"

Die Abkürzung FMEA steht für Failure Mode and Effects Analysis (auch: Failure Modes and Effects Analysis), was auf Deutsch so viel wie Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse bedeutet.

Die FMEA wird in der Regel bei der Entwicklung neuer Produkte und Prozesse eingesetzt, um bereits in der Entwicklungsphase dieser Produkte und Prozesse potenzielle Fehlerquellen und Risiken zu erkennen und diese somit frühzeitig zu eliminieren. Ziel der Analyse ist es demnach eine Prozess- oder Produktoptimierung durch Fehlervermeidung.

Es gibt verschiedene Varianten der Failure Mode and Effects Analysis, die aufeinander aufbauen. Die Logik dahinter ist die, dass in einer FMEA grundsätzlich erst das "große Ganze" geprüft wird, bevor man sich einzelnen Elementen widmet. Entsprechend beginnt man eine FMEA mit der Analyse des Gesamt-Systems und arbeitet sich von dort zu der Analyse des Designs und der Prozesse weiter.

Die System-FMEA

Die System-FMEA (auch: S-FMEA) geht es darum, das Gesamtsystem auf potenzielle Fehler und das Zusammenspiel der verschiedenen Teilsysteme hin zu untersuchen. Eine besonderer Fokus liegt hierbei auf der Analyse der Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems.

Die Design-FMEA

Bei der Design-FMEA (auch: D-FMEA, Konstruktions-FMEA) liegt der Fokus auf der Fertigungs- und Montageeignung bzw. dem Produktdesign und der Herstellung eines Produkts. In diesem Schritt wird u.a. analysiert, welche potenziellen Fehlerquellen oder Risiken durch die Neueinführung oder Änderung eines Produktdesigns auftreten können.

Die Prozess-FMEA

Die Prozess-FMEA (auch: P-FMEA) basiert auf den Ergebnissen der Design-FMEA. Der Fokus liegt bei diesem Schritt darauf, potenzielle Fehler in den Prozessen der Bereiche Produktion und Montage zu erkennen und diesen vorzubeugen. Entsprechend ist es das Ziel der P-FMEA, möglichst zuverlässige und fehlerfreie Prozesse zu entwerfen.

Diese Vorteile hat eine Failure Mode and Effects Analysis (FMEA)

Unternehmen, die eine FMEA durchführen, profitieren gleich aus mehreren Gründen davon. Nachfolgend haben wir einige der wichtigsten Vorteile der FMEA für Sie aufgelistet:

1. Vermeidung potenzieller Fehler und Risiken

Der erste klare Vorteil, den die FMEA mit sich bringt, ist natürlich die Vermeidung potenzieller Fehler und Risiken während der Entwicklung neuer Prozesse oder Produkte. Dadurch, dass die FMEA es Unternehmen ermöglicht, bereits früh in der Entwicklungsphase mit der proaktiven Identifizierung möglicher Fehlerquellen zu beginnen, können frühzeitig geeignete Maßnahmen zu deren Vermeidung ergriffen werden.

2. Senkung der Produktionskosten

Ein weiterer Vorteil, der sich aus einer frühen Erkennung potenzieller Fehlerquellen und Risiken ergibt, ist die Senkung bzw. das Geringhalten der Produktionskosten. Denn je früher potenzielle Fehler erkannt und entsprechende Maßnahmen zur Fehlervermeidung eingeleitet werden, desto unwahrscheinlicher wird es, dass diese Fehler auftreten und später ungeplante und kostenintensive Maßnahmen wie beispielsweise Rückrufaktionen ergriffen werden müssen.

3. Steigerung der Qualität von Produkten/Prozessen

Die FMEA trägt zudem durch verschiedene Maßnahmen zur Steigerung der Qualität von Produkten oder Prozessen bei: Zunächst sorgt die Vermeidung potenzieller Fehlerquellen selbstverständlich bereits für eine bessere Produktqualität. Darüber hinaus steigert die Durchführung einer FMEA auch das Qualitätsbewusstsein der Mitarbeitenden, was zusätzlich zu der stetigen Steigerung der Produktqualität beiträgt.

Da die FMEA zudem auch eine ausführliche und ordentliche Dokumentation der potenziellen Fehler und ergriffenen Maßnahmen beinhaltet, sodass auch neue Mitarbeitende sich schnell einlesen können und die Weitergabe des Fachwissens gewährleistet ist.

4. Vereinfachung der Kommunikation

Die Anwendung der FMEA kann auch die Kommunikation zwischen den an der Produkt- oder Prozessentwicklung beteiligten Personen vereinfachen. An der Entwicklung eines neuen Produkts oder Prozesses sind in der Regel verschiedene Personengruppen beteiligt, die klar und eindeutig miteinander kommunizieren müssen, um eine schnelle und einwandfreie Entwicklung gewährleisten zu können.

Die FMEA ermöglicht es den Beteiligten, die potenziell auftretenden Probleme leicht einzuordnen, was die Diskussion über mögliche Maßnahmen zur Fehlerbeseitigung erleichtert. Die Teams können dank der FMEA also effektiver arbeiten und sich auf die Findung effizienter Lösungen der potenziellen Probleme konzentrieren.

5. Verkürzung der Entwicklungsphase

Das frühzeitige Erkennen und Beseitigen potenzieller Fehlerquellen kann zudem dazu beitragen, die Entwicklungsphase eines Produktes zu verkürzen: Ergreifen die Entwickler direkt die notwendigen Maßnahmen, sobald ein potenzieller Fehler identifiziert wird, können Produkte oftmals schneller und mit weniger Problemen und Verzögerungen auf den Markt gebracht werden.

Dieser Vorteil kommt besonders Unternehmen mit Produkten zugute, bei denen der Zeitpunkt der Markteinführung entscheidend ist und große Auswirkungen auf den zu erwartenden Produktabsatz hat.

Zur Durchführung der P-FMEA: Analyse in 7 Schritten

Eine PFMEA besteht aus mehreren, aufeinander aufbauenden Schritten. Natürlich hängt das genaue Vorgehen davon ab, was genau analysiert werden soll, jedoch hat sich für die Durchführung einer PFMEA ein Modell mit sieben Schritten durchgesetzt, die in der Regel ähnlich ablaufen:

Schritt 1: Die Planung

Der erste Schritt einer FMEA ist die Planung bzw. die detaillierte Vorbereitung der anstehenden Analyse. Es geht darum, genau zu definieren, was Gegenstand der Analyse sein soll. In einer PFMEA geht es in der Planungsphase beispielsweise darum, genau festzulegen, wo der zu analysierende Prozess beginnt und wo er endet. Um aussagekräftige Analyseergebnisse zu erhalten, kommt es mitunter darauf an, den zu untersuchenden Prozess klar von anderen, angrenzenden Prozessen zu trennen.

Im Anschluss an die Definition des Analysegegenstandes, kann das Vorgehen der PFMEA geplant werden. Es macht Sinn, nochmals das Ziel der Analyse zu definieren und im Anschluss das verantwortliche Team zusammenzustellen und den Zeitplan für die Analyse festzulegen.

Schritt 2: Die Strukturanalyse

Im nächsten Schritt geht es darum, sich zunächst einen Überblick über alle Aspekte zu machen, die Teil des zu analysierenden Prozesses sind und innerhalb der PFMEA untersucht werden sollen.

So besteht ein Prozess in der Regel aus verschiedenen Teilprozessen, die sich getrennt voneinander betrachten lassen. Innerhalb der Teilprozesse lassen sich zudem verschiedene Aufgabenpakete identifizieren, für deren Erledigung es in der Regel Betriebs- oder Hilfsmittel sowie entsprechende Arbeitsanweisungen und Verantwortliche gibt. Durch die genaue Auflistung der verschiedenen Bestandteile und Elemente eines Prozesses, ermöglicht die Strukturanalyse es, die Abhängigkeiten innerhalb eines Prozesses sichtbar zu machen.

Schritt 3: Die Funktionsanalyse

Im Anschluss an die Strukturanalyse folgt die Funktionsanalyse. Hierbei geht es darum, den einzelnen Prozessschritten ihre jeweiligen Funktionen zuzuordnen.

In der Funktionsanalyse beschreibt und prüft man also genau, was welcher Teilprozess bewirkt und welchen Output die einzelnen Teilprozesse liefern. So ist es möglich, detailliert zu untersuchen, ob ein Prozess bzw. ein Prozessschritt den gewünschten und erwarteten Output liefert oder ob das (Teil-)Prozessergebnis ein anderes als das erwartete ist.

Schritt 4: Die Fehleranalyse

Die beiden vorherigen Schritte dienen in der Fehleranalyse nun dazu, den zu analysierenden Prozess daraufhin zu untersuchen, welche potenziellen Fehler auftreten könnten.

Auf Basis der zuvor aufgestellten Übersicht der verschiedenen Bestandteile eines Prozesses und deren Funktionen wird im Rahmen der Fehleranalyse für jede Funktion aufgelistet, welche Fehler bei jedem einzelnen Schritt auftreten könnten. Zu jedem potenziellen Fehler wird zudem kritisch geprüft, was die Ursache für diesen Fehler sein könnte und welche Konsequenzen er für den weiteren Prozess hätte.

Durch das detaillierte Überprüfen der einzelnen Teilprozesseschritte und ihrer Funktionen auf potenziell auftretende Fehler entsteht ein ausführliches Fehlernetz, das sowohl die Beschreibungen der potenziellen Fehler sowie ihre Ursachen und Konsequenzen enthält.

Schritt 5: Die Risiko- und Maßnahmenanalyse

Nachdem die potenziell auftretenden Fehler eines Prozesses identifiziert sind, geht es in der Risiko- und Maßnahmenanalyse nun darum, einzuschätzen, wie wahrscheinlich das Auftreten der einzelnen potenziellen Fehler ist und wie weitreichend die jeweiligen Konsequenzen wären.

Dazu berechnet man in der FMEA die sogenannte Risikoprioritätszahl (RPZ), die sich aus der Multiplikation RPZ = A x B x E zusammensetzt, wobei gilt:

A: Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Fehlers bzw. der Fehlerursache

B: Bedeutung der Konsequenzen des Fehlers im Hinblick auf Faktoren wie Kundenzufriedenheit, Kosten, Sicherheit, etc.

E: Entdeckungswahrscheinlichkeit des Fehlers bzw. Wahrscheinlichkeit des rechtzeitigen Erkennens des Fehlers

Berechnet man die Risikoprioritätszahl nach dieser Formel, sind die drei Faktoren A, B und E gleichbedeutend für das Ergebnis. Das bedeutet, dass bei der Berechnung der RPZ-Werte ein eher unbedeutender und schwer zu entdeckender Fehler den gleichen Wert erhält wie ein Fehler mit weitreichenden Konsequenzen, der mit hoher Wahrscheinlichkeit entdeckt wird.

Haben beide Fehler den gleichen RPZ-Wert, impliziert das zunächst, dass die Beseitigung beider Fehler gleichwichtig für den Erfolg des Prozesses sind. Das ist in der Realität jedoch in der Regel nicht so. Stattdessen ist das Risiko, das von einem Fehler mit weitreichenden Konsequenzen ausgeht, meist weithöher als das Risiko, das von einem unbedeutendem Fehler ausgeht. Da in diesem Beispiel der Fehler mit den weitreichenden Konsequenzen zudem mit viel höherer Wahrscheinlichkeit erkannt wird als der unbedeutende Fehler, würde man in der Realität zunächst Maßnahmen zur Beseitigung des Fehlers mit den weitreichenden Konsequenzen unternehmen.

Es macht also Sinn, sich nicht nur auf den berechneten RPZ-Wert eines potenziellen Fehlers zu stützen, sondern die drei Faktoren A, E und B zudem getrennt voneinander zu betrachten und das Risiko, das von einem potenziellen Fehler ausgeht, auf Basis des tatsächlichen Zusammenspiels dieser Faktoren zu bewerten. Ziel der Risiko- und Maßnahmenanalyse bleibt jedoch in jedem Fall zu ermitteln, welche der potenziell auftretenden Fehler in jedem Fall vermieden werden müssen.

Schritt 6: Die Umsetzung

Nachdem im vorherigen Schritt ermittelt wurde, welche der potenziell in einem Prozess auftretenden Fehler es in jedem Fall zu vermeiden gilt, geht es in der Umsetzung (auch: Maßnahmenumsetzung) darum, die Maßnahmen zu definieren, durch die die potenziell auftretenden Fehler vermieden werden können.

Der Fokus liegt in diesem Schritt auf den Fehlern, die zuvor als besonders großes Risiko für den Prozess eingestuft wurden, jedoch werden auch die anderen potenziellen Fehlerquellen bedacht und entsprechende Gegenmaßnahmen geplant. Das kann u.a. bedeuten, dass Teile des Prozesses umgeplant werden müssen, um potenziell auftretende Fehler vermeiden zu können.

Zur Umsetzung gehört auch die Überprüfung des Erfolgs der Maßnahmen. Um aussagekräftige Informationen darüber zu erhalten, ob die geplanten bzw. getroffenen Maßnahmen tatsächlich zu der gewünschten Fehlerbeseitigung führen, ist es mitunter nötig, die gesamte PFMEA nochmals durchzuführen.

Schritt 7: Die Dokumentation

Der letzte Schritt der PFMEA besteht darin, die Ergebnisse der Analyse detailliert zu dokumentieren, sodass diese als Wissensfortschritt für das Unternehmen zur Verfügung stehen.

Hält ein Unternehmen die Ergebnisse seiner PFMEA fest, ist es leichter, den jeweiligen Prozess zu einem späteren Zeitpunkt nochmals zu analysieren, da man auf Basis der bereits vorliegenden Daten weiterarbeiten kann. Zudem erleichtert ein bereits ausgearbeitetes Muster für eine PFMEA es dem Unternehmen zudem, weitere Prozesse zu analysieren, weil man auf das Wissen aus den vergangenen Analysen und ggf. auf die beteiligten Mitarbeitenden zurückgreifen kann.

FAQ - Rund um die PFMEA

Bei richtiger Anwendung ist die Prozess-FMEA ist ein wichtiges Werkzeug für den langfristigen Erfolg eines Unternehmens. Um dieser Bedeutung gerecht zu werden, beantworten wir zum Abschluss dieses Blogbeitrags noch einige Fragen rund um das Thema Prozess-FMEA:

Welche FMEA-Methoden gibt es?

Wird von FMEA-Methoden gesprochen, meint man in der Regel die drei verschiedenen Varianten der FMEA, d.h. die System-FMEA, die Design-FMEA und die Prozess-FMEA.

Inwiefern ist die FMEA eine Einfluss-Analyse?

Die Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) wird auf Deutsch in der Regel als Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse bezeichnet. Diese Bezeichnung soll verdeutlichen, dass es in der Analyse darum geht, die Möglichkeit auftretender Fehler (Fehler-Möglichkeits-Analyse) sowie den Einfluss dieser möglicherweise auftretender Fehler (Einfluss-Analyse) zu untersuchen.

Was ist eine Produkt-FMEA?

Ist von einer Produkt-FMEA die Rede, bedeutet das meist, dass nicht ein Prozess, sondern ein Produkt im Fokus der Analyse steht. Bei dieser Analyse geht es also darum, die potenziellen Risiken in der Konstruktion und Herstellung eines Produkts zu identifizieren und entsprechende Maßnahmen gegen die potenziellen Fehlerquellen einzuleiten.

Wann führt man eines Prozess-FMEA durch?

Um das auftreten potenzieller Fehler von Anfang an zu vermeiden, sollte man die Prozess-FMEA im Optimalfall parallel zu der Entwicklung eines Prozesses durchführen (präventive PFMEA). Es ist jedoch natürlich auch möglich, zu einem späteren Zeitpunkt eine PFMEA durchzuführen um etwa auftretenden Problemen entgegenwirken zu können (korrektive PFMEA).

Wofür steht die Abkürzung DRBFM?

Die Abkürzung DRBFM steht für Design Review Based on Failure Mode und ist eine weitere Variante der FMEA.