FMEA
FMEA steht für Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse, wobei "Fehler" bedeutet, dass etwas nicht mehr richtig funktioniert, und "Fehlermodus" sich darauf bezieht, wie der Fehler entstanden ist. Die Vielseitigkeit der FMEA bedeutet, dass sie häufig für die Ursachenanalyse verwendet wird.
Um den Unterschied zwischen einem Fehler und einem Fehlermodus zu verstehen, können wir das Beispiel eines Druckers verwenden, der nicht richtig funktioniert. Der Fehler ist die Tatsache, dass das Gerät nicht druckt, aber die möglichen Fehlermodi könnten sein, dass sich das Papier im Fach gestaut hat oder dass die Druckertinte ausgegangen ist. Also ein Fehler mit zwei Fehlerarten.
Die FMEA hebt nicht nur die möglichen Fehlerarten hervor, sondern weist auch den Auswirkungen und Folgen jedes Fehlers einen Wert zu. Dies kann mit einer Kritikalitätsanalyse kombiniert werden, die die verschiedenen Folgen eines Fehlers aufzeigt; dies wird als FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis) bezeichnet.
Weitere FMEA-Alternativen sind die DFMEA (Design Failure Mode and Effect Analysis), die sich mit Fehlern im Produktdesign befasst, und die PFMEA (Process Failure Mode and Effect Analysis), die prozessbezogene Fehler untersucht.
Wie funktioniert die FMEA?
Bei der FMEA wird eine Liste von Fehlermöglichkeiten, -ursachen und -auswirkungen detailliert beschrieben. Diese Informationen werden in der Regel in Form einer Tabelle mit sieben Spalten dargestellt, die jeweils einen anderen Schritt beschreiben, wie folgt:
1. Ausfallmodi auflisten
Dies ist eine einfache Auflistung der möglichen Ursachen für einen bestimmten Fehler. Wenn zum Beispiel ein Drucker nicht funktioniert, könnte es sich um einen Papierstau, Papiermangel, Tintenmangel, Stromausfall usw. handeln. Es ist wichtig, dass Sie keine Fehlerarten vergessen, da dies Ihre Risikobewertung beeinträchtigen könnte. Dieser zeitaufwändige Schritt kann durch Querverweise auf Fehlermöglichkeiten bei ähnlichen Komponenten oder Systemen beschleunigt werden.
2. Auswirkung des Fehlers beschreiben
Der zweite Schritt besteht darin, die Auswirkungen des Fehlers zu beschreiben, die dann zur Bestimmung des Schweregrads des Fehlers in Schritt drei herangezogen werden können. Unser defekter Drucker hat vielleicht keine großen Auswirkungen, je nachdem, wie oft und für welche Aufgaben er verwendet werden muss, oder er könnte als kritisches Gerät eingestuft werden.
3. Schweregrad bestimmen
In diesem dritten Schritt wird auf der Grundlage der Beschreibung in Schritt zwei der Schweregrad des Ausfalls bestimmt. Der Schweregrad wird auf einer Skala von 1-10 wie folgt bewertet:
- Bewertung 1: Geringes Risiko – Fehler sind fast unbemerkbar
- Bewertung 2-3: Geringes Risiko – Fehler können bemerkt werden, haben aber nur geringe Auswirkungen
- Bewertung 4-6: Mäßiges Risiko – Fehler können die Leistung der Anlage beeinträchtigen und sind spürbar
- Bewertung 7-8: Hohes Risiko – der Fehler beeinträchtigt Ihren Betrieb und stört den Zeitplan
- Bewertung 9-10: Kritisch/sehr hohes Risiko – der Fehler beeinträchtigt Ihre Anlage vollständig und birgt hohe Sicherheits- oder andere Risiken
4. Grundursachen auflisten
Jeder Fehlermodus kann eine Reihe von Ursachen haben, die in Schritt vier aufgelistet werden müssen. Wenn zum Beispiel der Drucker keinen Strom hat, kann das daran liegen, dass der Strom nicht eingeschaltet wurde, dass es einen Stromausfall gab oder dass eine Sicherung durchgebrannt ist. Wenn Sie diese Ursachen auflisten, ist es einfacher, jede einzelne zu überprüfen, um den Grund für Ihren Fehler zu finden.
5. Auftreten bestimmen
Die Häufigkeit gibt an, wie oft ein bestimmter Fehler wahrscheinlich auftritt. Dies wird mit einer Bewertung von 1-10 versehen, wobei 1 "extrem unwahrscheinlich" und 10 "extrem wahrscheinlich" oder sogar "unvermeidlich" ist. Wenn Ihnen die Druckertinte oder das Papier ausgeht, ist das so gut wie unvermeidlich, so dass Sie das mit zehn Punkten bewerten können.
6. Erkennungsrate festlegen
In diesem Schritt legen Sie eine Erkennungsrate von 1-10 fest, wobei 1 „extrem wahrscheinlich“ und 10 „extrem unwahrscheinlich“ bedeutet. Ein Papiermangel kann eine Erkennungsrate von eins erhalten, da unser Drucker Sie wahrscheinlich auf das Problem aufmerksam machen wird, aber eine durchgebrannte Sicherung ist möglicherweise schwieriger zu erkennen.
7. Risikoprioritätsstufe (RPZ) berechnen
Die RPZ ist eine endgültige Zahl, die auf den von Ihnen vergebenen Bewertungen für Schweregrad, Auftreten und Erkennung basiert. Die Formel hierfür lautet: Schweregrad x Auftreten × Entdeckung = RPZ. Je höher diese Zahl ist, desto kritischer ist der Fehler und desto größer ist der Bedarf an Überwachung und Verbesserungen.
Vorteile der FMEA
Die FMEA kann zur Verbesserung von Produktivität, Zuverlässigkeit und Sicherheit eingesetzt werden und bietet darüber hinaus eine Reihe weiterer Vorteile:
- Verbesserte Arbeitsmethoden: Die FMEA schafft Arbeitsmethoden, die effizienter, sicherer und zuverlässiger sind.
- Priorisierung von Fehlern: Durch die Beurteilung und Bewertung von Fehlermöglichkeiten und deren Auswirkungen ist es einfach, diese nach Wahrscheinlichkeit und Kritikalität zu priorisieren
- Planung der Instandhaltung: Wenn Sie verstehen, wann ein Fehler auftreten kann, können Sie Ihre Inspektions- und vorbeugende Wartungsplanung verbessern.
- Verbesserte Sicherheit: Die Identifizierung potenzieller Fehlerpunkte ermöglicht es Ihnen, alle Sicherheitsmaßnahmen, die dadurch beeinträchtigt werden könnten, anzugehen und zu verbessern.
- Produktdesign: Das Verständnis von Fehlermodi und -effekten ermöglicht es Ihnen, Produktdesigns anzupassen, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Fehlers zu verringern.
- Schnellere Fehlersuche: Durch den Abgleich mit den potenziellen Fehlermodi ist es einfacher, die Ursache eines Problems zu beheben.
Beschränkungen der FMEA
Trotz der Vorteile der FMEA weist die Methode eine Reihe von Schwächen auf:
- Mehrfachausfälle: Die FMEA ist nicht in der Lage, Situationen zu berücksichtigen, in denen mehrere Ausfälle gleichzeitig auftreten können, da die Methode keine Verknüpfung zwischen verschiedenen Ausfällen vorsieht.
- Zeitaufwendig: Wie bereits erwähnt, kann die FMEA zeitaufwändig sein, da sie die Auflistung aller potenziellen Ausfallarten erfordert. Infolgedessen ist sie auch auf das Fachwissen der Mitarbeiter angewiesen, um sie alle zu identifizieren.
- Häufige Aktualisierungen erforderlich: Selbst die beste FMEA kann einige Fehlermöglichkeiten übersehen, oder Sie können mit dem Wissen und der Erfahrung mit Ihrer Anlage neue entdecken. Dies bedeutet, dass Ihre FMEA häufig bewertet und aktualisiert werden muss.
- Unterschätzung des Risikos: Wenn Sie einen oder mehrere Fehlermodi nicht berücksichtigen, kann es sein, dass Sie das damit verbundene Risiko unterbewerten.
- Potenzielle Verschwendung von Ressourcen: Umgekehrt kann es eine Verschwendung von Zeit und Ressourcen sein, wenn Sie sich zu viel Zeit für Ihre FMEA nehmen.
Anwendungen der FMEA
Die FMEA wurde erstmals in den 1950er Jahren von der US-Armee entwickelt und bald darauf von der Luft- und Raumfahrtindustrie und der NASA übernommen, die sie für die Apollo-Missionen, das Viking-Programm und die Voyager-Missionen einsetzte.
Die FMEA wird weiterhin in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobil-, Öl- und Gasindustrie eingesetzt.
Aufgrund ihrer Fähigkeit, Funktionen, Fertigungsprozesse und Design zu analysieren und zu bewerten, wird die FMEA für ein breites Spektrum von Produkten und Prozessen eingesetzt, auch bei Designaktualisierungen, neuen Prozessen und Vorschriften oder sogar bei Problemen, die von Ihren Kunden hervorgehoben werden.
Was ist der Unterschied zwischen FTA und FMEA?
Der offensichtlichste Unterschied zwischen FTA und FMEA ist die Art und Weise, wie sie an Fehler herangehen. Die FMEA verfolgt einen "Bottom-up"-Ansatz, bei dem jede Komponente der Reihe nach untersucht und eine Liste potenzieller Fehlermöglichkeiten erstellt wird. Im Gegensatz dazu verfolgt die FTA einen "Top-Down"-Ansatz, bei dem sie mit dem Fehler beginnt und dann anhand einer Reihe von Fragen oder Prüfungen diagnostiziert, was das Problem verursacht haben könnte.
Diese beiden Ansätze bedeuten, dass die FTA gut geeignet ist, die Ursache für einen bestimmten Fehler zu finden, während die FMEA besser geeignet ist, auslösende Fehler und ihre Auswirkungen umfassend zu prüfen und zu katalogisieren. Trotz dieser unterschiedlichen Herangehensweise erfordern sowohl die FMEA als auch die FTA Experten mit umfassenden Kenntnissen über die zu analysierende Anlage.
Eine erfolgreiche FMEA erfordert die Vorhersage aller möglichen Fehlermodi, die nach ihrer Kritikalität unterschieden werden können – von einem vollständigen Ausfall bis hin zu fast unmerklichen Problemen. Im Gegensatz zur FTA werden bei der FMEA jedoch keine bedingten Ereignisse berücksichtigt oder eine Beziehung zwischen mehreren Ausfällen hergestellt.
Im Gegensatz zur FMEA berücksichtigt die FTA keine Teilausfälle, da etwas entweder kaputt ist oder nicht. Dieses binäre System von 'ja' oder 'nein' erschwert die Bewertung von Nuancen oder Größenordnungen. Andererseits bedeutet diese fehlende Skalierung, dass die FTA effizient für Design und Analysen ist, bei denen potenzielle Fehler identifiziert werden müssen, um die Sicherheit zu verbessern.
Da die mit der FMEA verbundenen Risikoprioritätszahlen subjektiv vergeben werden (indem man entscheidet, wie „riskant“ etwas auf einer Skala von 1 bis 10 ist), handelt es sich um eine qualitative Analysemethode. Das bedeutet, dass sie unzuverlässig sein kann und in gefährlichen Situationen potenziell gefährlich ist.
Die FTA hingegen ist ein quantitatives Instrument, das aufgrund seiner binären Natur ideal für probabilistische Risikobewertungen ist. Dies liegt daran, dass sie nach einer festen Regel oder "0" oder "1" arbeitet und keinen Raum für Vermutungen lässt. Die FTA ist auch besser in der Lage, externe Ereignisse (z. B. eine Überschwemmung) und bedingte Ereignisse (z. B. niedrige Temperaturen) zu berücksichtigen, die Probleme verursachen können. Die FMEA hingegen bietet nur isolierte Fehlermöglichkeiten, ohne andere Faktoren zu berücksichtigen.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied ist, wie einfach FTAs im Vergleich zu FMEAs zu aktualisieren sind. Die FMEA erfordert sehr viele Details und Fachkenntnisse, um auf dem neuesten Stand zu bleiben, während die FTA leicht mit Hilfe von Software durchgeführt werden kann, um den Prozess zu automatisieren und gleichzeitig statistische Daten einzubeziehen.
Die folgende Tabelle zeigt die Hauptunterschiede zwischen FTA und FMEA:
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FTA
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Top-down, deduktiver Ansatz
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Bottom-up, induktiver Ansatz
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Quantitativ
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Qualitativ
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Kann die Korrelation zwischen mehreren Fehlern aufzeigen
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Listet Komponentenausfälle auf, ohne das System als Ganzes zu analysieren
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Berücksichtigt externe Ereignisse
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Vernachlässigt externen Ereignisse
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Berücksichtigt keine Teilausfälle
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Vernachlässigt unerwartete Ausfälle
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Kann mit der richtigen Software leicht aktualisiert werden
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Die Aktualisierung ist oft schwierig, zeitaufwändig und ressourcenintensiv
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FTA oder FMEA?
In Anbetracht der Unterschiede kann es schwierig sein herauszufinden, ob eine FTA oder eine FMEA verwendet werden soll.
Die FTA sollte verwendet werden, wenn:
- Sie einen “Top-down“-Fehler identifizieren können
- Sie eine Sicherheitsbewertung für ein System oder eine Anlage durchführen müssen
- Sie eine Risikowahrscheinlichkeitsbewertung durchführen müssen
- Ihr System komplex mit mehreren interagierenden Elementen ist
- Ihr System anfällig für menschliches Versagen oder andere externe Faktoren ist, die Probleme verursachen könnten
Die FMEA sollte verwendet werden, wenn:
- Sie kein Top-Down-Fehlerereignis lokalisieren können, um eine FTA zu beginnen
- Sie alle möglichen Fehlermodi identifizieren müssen, auch solche, die nicht kritisch oder gefährlich sind, z. B. bei der Erstellung eines Produkthandbuchs
- Ihr System in hohem Maße automatisiert und vorhersehbar ist, so dass es einfacher ist, alle Fehlermöglichkeiten vorherzusagen.
FTA und FMEA
Viele Organisationen und Branchen entscheiden sich für die gemeinsame Anwendung von FTA und FMEA, um die Vorteile beider Verfahren zu nutzen. Da die Risikoanalyse quantitativ oder qualitativ durchgeführt werden kann, können FMEA und FTA nebeneinander eingesetzt werden.
Dies hat zur Entwicklung von Hybridlösungen geführt, die die verschiedenen Ansätze miteinander verbinden, wie z. B. die Variationsmodi und Wirkungsanalyse (VMEA). Diese Art von Werkzeugen wird häufig für die vorausschauende Wartung kritischer Anlagen eingesetzt.
Fazit
Obwohl beides Werkzeuge sind, die für die Ursachenanalyse verwendet werden können, gibt es bemerkenswerte Unterschiede in den Ansätzen von FTA und FMEA. Diese Unterschiede verleihen jeder Methode ihre eigenen Stärken und Schwächen, die für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden können.
Während die FMEA zu subjektiv sein kann, kann sich die FTA als zu starrer Ansatz erweisen. Aus diesem Grund verwenden viele Branchen eine Kombination aus beiden Methoden.
Weitere häufig gestellte Fragen
Dieser Artikel ist Teil einer Serie von Antworten zu häufig gestellten Fragen (FAQs), wie zum Beispiel „Was ist die Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA)?“ und „Was ist der Unterschied zwischen FMEA und FMECA?“