FMEA konkret

Horst Kuntscher Managing Director and Technical Support Relex Software Continental Europe GmbH

Erstmalig wurde dieses Verfahren in den 60er Jahren in der Wehrtechnik sowie in der Luft- und Raumfahrtindustrie angewandt, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Systemen zu analysieren. Der damals verwendete Standard MIL-STD-1629 dient heute noch als Basis für viele FMEAs in verschiedenen Industriezweigen. Seit den späten 80er Jahren wird dieses Verfahren auch für die Analyse von Fertigungs- und Produktionsprozessen in der Automobilindustrie verwendet, wobei jedoch die generelle Vorgehensweise unverändert blieb. Es wurden die im MIL-STD verwendeten Tabellen an die Bedürfnisse der Automobilindustrie angepasst indem weitere Daten hinzugefügt und unter anderem die Risikoeinstufungen neu definiert wurden.

Alle FMEA (FMECA) Analysen, unabhängig von der verwendeten Norm und auch der Industrie, haben ein gemeinsames Ziel. Dies ist die Identifizierung von Schwachstellen (Komponenten-, System- oder Prozessfehler) möglichst früh im Rahmen der Entwicklung eines neuen Produktes oder eines Fertigungsprozesses.

Im Rahmen der Analyse beschreibt die FMEA die aus dem Fehlerverhalten von Bauteilen abgeleiteten Effekte und ermöglicht es somit, rechtzeitig Verbesserungen einzuführen.

FMEAs können für einzelne Bauteile, für Baugruppen oder auch für komplexe Systeme und Prozesse erzeugt werden. Im Prinzip besteht die FMEA daher aus einer großen Datenbank, in der für alle identifizierten Problemfälle (Ausfälle, Fehlfunktionen etc.) die auftretenden Effekte, die Konsequenzen, das mögliche Risiko und neben weiteren Daten auch eventuelle Verbesserungsmaßnahmen abgelegt werden. Bei der manuellen Erstellung der FMEA reicht es daher aus, ein dem Standard entsprechendes Formblatt für alle Problemfälle auszufüllen. Die Auswertung dieser Daten muss bei manuell erstellten FMEAs auch manuell durchgeführte werden und gestaltet sich auf Grund der Datenvielfalt sehr aufwändig.

Jeder Ingenieur, der einmal diesen manuellen Prozess der FMEA – Erstellung durchgeführt hat stellt schnell fest, dass hier ein hohes Potenzial für Automatisierung bei der Dateneingabe besteht und dieser Prozess sehr gut geeignet ist, von einem Softwareprogramm unterstützt zu werden. Dabei ist jedoch anzumerken, dass eine FMEA, auch bei Verwendung von Softwareprogrammen, nur von Personen durchgeführt werden kann, die die entsprechende Systemkenntnis des Produktes oder des zu untersuchenden Produktionsprozesses hat.

Weitere Vorteile der rechnergestützter FMEA Erstellung sind nachfolgend aufgelistet:

Diese Liste lässt sich, je nach verwendeter EDV Software um weitere Punkte erweitern. Schon die Verwendung einer einfachen Datenbank basierend auf Microsoft Excel oder Microsoft Access bietet einige der oben erwähnten Vorteile.

Zusätzlich ergeben sich durch die EDV gestützte FMEA nicht nur Vorteile bei der FMEA Erstellung sondern auch für das Produkt selbst:

Für Firmen, die die FMEAs als ergänzendes Entwicklungswerkzeug einsetzen reicht die Funktionalität einer selbst erzeugten Datenbankstruktur meist nicht aus, außerdem ergeben sich dadurch Probleme mit der Softwarepflege und deren Dokumentation.

Auf dem Markt ist daher eine Vielzahl von FMEA Programmen verfügbar, welche meist auf einer Eigenentwicklung einer bestimmten Firma basieren und somit sehr spezifisch nur einen Standard abdecken und gut für eine bestimmte Industrie (z. B Automotive) geeignet sind.

FMEAs haben natürlich nicht nur Vorteile, sondern diese Analysemethode hat, wie alle anderen Techniken auch, bestimmte Einschränkungen bezüglich der Anwendbarkeit und Interpretation der Ergebnisse.

Die wichtigste Einschränkung ist, dass diese Methode nur Einzelausfälle (oder Prozessfehler) und die daraus resultierenden Effekte analysiert und dabei nicht weitere Probleme (z.B. Doppelfehler) in der Funktionalität eines Prozesses oder Systems berücksichtigt. Die Analyse von Systemen mit redundanten Funktionen ist daher nur bedingt möglich. Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass es sich um eine statische Analyse handelt, ohne Berücksichtigung von zeitlichem Verhalten oder bestimmten Sequenzen.

In diesem Artikel möchte ich die Gelegenheit ergreifen, einige Funktionen eines der universellsten FMEA – Programms vorzustellen.

Nachdem ich selbst seit mehr als 20 Jahren FMEAs (hauptsächlich für Luft- und Raumfahrtprogramme) manuell sowie mit Hilfe von Software FMEAs erstellt habe, verwende ich Relex Software im Rahmen meiner Consulting-Tätigkeit für die unterschiedlichsten Anwendungen. Das Modul FMEA ist Teil des umfangreichen Softwarepaketes Relex Studio 2006, in dem neben der FMEA auch andere Analysetechniken möglich sind. Es ist außerordentlich flexibel gestaltet, so dass diese Software an fast alle Standards, sei es aus der Luft- und Raumfahrt, Wehrtechnik, Telekom, Elektronik, Automotive oder auch an Firmenstandards, angepasst werden kann und die erforderlichen Berichte liefert.

Der große Vorteil dieses Softwarepaketes gegenüber anderen auf dem Markt erhältlichen, liegt in folgenden Faktoren begründet:

Diese Faktoren, in Verbindung mit einem ausgezeichneten Wartungskonzept sowie einer kundennahen technischen Unterstützung bilden den Erfolgsfaktor dieser Software in zunehmendem Maß auf dem europäischen Markt. Alle nachfolgenden Ausführungen sind nur beispielhaft und zeigen nur einen geringen Teil der Funktionalität dieses umfangreichen Softwarepaketes.

Das Modul Relex FMEA/FMECA ist Teil eines integrierten Softwarepaketes für fast alle Arten von Systemanalysen auf dem Gebiet Zuverlässigkeit, Sicherheit, Risikoabschätzung sowie Qualitätssicherung.

Das Gesamtpaket Relex Studio 2006 besteht aus folgenden Modulen, die als einzelne Programme oder in bestimmten Kombinationen angewandt werden können.

Da all diese Module (Analysetechniken) zum Teil die gleichen System- oder Prozessdaten benötigen, legt Relex alle projektspezifischen Eingabedaten und auch die Ergebnisse in einer gemeinsamen Datenbank ab. Dieses Verfahren ermöglicht den einfachen Datenaustausch zwischen den Modulen, d.h. Ergebnisse einer Analysemethode können problemlos im Rahmen einer anderen Methode verwendet werden. Ein Beispiel hierfür wäre die Verwendung der vorhergesagten MTBF in den Modulen Fehlerbaumanalyse, FMEA oder zur Abschätzung der Lebensdauerkosten.

Ein weiterer Vorteil dieser integrierten Datenbank ist die Verwendung der gleichen sowie aktuellen Eingangsdaten für alle durchgeführten Analysen. Durchgeführte Änderungen in einem Modul mit Auswirkungen auf eine andere Analyse werden automatisch durchgeführt und die Integrität aller Analysen ist gewährleistet.

In Bild 1 ist die Verknüpfung der Module mit einer zentralen Projektdatenbank dargestellt.

Sehr wichtig ist auch die Steuerung von Analysen in Bezug auf die zugrunde liegenden Systemkonfiguration. Relex erlaubt die Zuordnung von Analysen zu bestimmten Systemkonfigurationen. Bei Erweiterungen oder Änderungen in einem System muss daher nicht die gesamte Analyse neu erstellt werden, sondern das Programm verwendet nur jene Teile einer Analyse die für eine Systemkonfiguration relevant sind (Bild 2).

Sehr oft ist es notwendig, mehrere FMEAs basierend auf einer gleichen Systemstruktur zu erstellen. Relex bietet die Möglichkeit der Erzeugung einer speziellen FMEA – Systemstruktur und es können beliebig viele unterschiedliche Funktions- oder Prozess-FMEAs für eine definierte Systemstruktur und Konfiguration erstellt werden (Bild 3).

Für die automatische Bearbeitung von FMEAs bieten sich viele Datenfelder an.

Basierend auf der Systemhierarchie eines Produktes oder dem funktionellen Aufbruch eines Gerätes oder Prozesses kann Relex so konfiguriert werden, dass es für jedes Basiselement aus dem Systembaum (Item) die untergeordneten Analyseeinträge zur FMEA (Modes oder Causes) automatisch erzeugt. Für diese Vorgehensweise und damit weitere Detaillierung der Analysetiefe der FMEA stellt Relex eine Auswahl von Analysestrukturen zur Verfügung (Bild 4).

Basierend auf der so gewählten Struktur werden für jedes FMEA Element die notwendigen Analysezeilen erzeugt.

Welches Datenfeld in der jeweiligen Analyseebene verwendet wird, welche Struktur jedes Datenelement hat und ob für diese Datenelemente Auswahllisten existieren und angewandt werden, kann der Benutzer bei der Basisdefinition der FMEA selbst festlegen. Auf diese Art kann sich Relex fast jeder beliebigen FMEA Struktur anpassen.

Im Rahmen der Automatisierung ist es fast selbstverständlich, dass alle Texteingaben gespeichert und diese mit einer Auswahlliste im betroffenen Feld bei weiteren Eingaben zur Verfügung stehen. Dadurch erspart sich der Benutzer unnötige Doppelarbeit und die Textvielfalt wird begrenzt. Durch die parallel im Hintergrund aktivierte Textbibliothek können auch spätere Änderungen an den FMEA Texten, bedingt durch Designänderungen oder auch Textfehler, schnell eingearbeitet werden.

Bibliotheken und Auswahllisten können für alle Text- sowie Memofelder generiert werden. Natürlich kann bei der Basisdefinition der jeweiligen FMEA festgelegt werden, welche Felder zwangsweise zu füllen sind, welche nur zur Information dienen und daher nicht editierbar sind oder ob die Dateneingabe nur über Auswahllisten möglich ist.

Ein weiteres Potenzial zur Automatisierung von FMEA besteht, wie schon weiter oben erwähnt, bei der Festlegung der Ausfallarten von Komponenten, Funktionen oder Prozessen. Auch hier kann bei Relex auf bestehende, so genannte Fehlermode-Bibliotheken, zugegriffen werden. Diese steuert, in Verbindung mit der gewählten FMEA Struktur, die Analysetiefe der FMEA. Da die verfügbaren Fehlermode-Bibliotheken nicht alle Industriezweige abdecken sondern auf veröffentlichten Standards beruhen, kann jeder Anwender seine eigenen Fehlermode-Bibliotheken erzeugen und verwenden. Auch die damit verbundenen Effekte können für weitere, ähnliche Entwicklungen und damit ähnliche FMEAs, in Bibliotheken abgelegt werden.

Noch zu erwähnen ist die Möglichkeit das Programm so zu konfigurieren, dass es bestimmte, schon in der FMEA vorhandene lokale Systemeffekte erkennt und darauf basierend eine Vielzahl von Datenfeldern automatisch füllt.

Das Programm Relex Studio 2006 ist so gestaltet, dass es an fast alle FMEA Standards angepasst werden kann. Dies betrifft nicht nur die Definition aller in der FMEA enthaltenen Datenfelder mit ihren Feldeigenschaften, sondern auch die Dateneingabeformate (Bildschirmmasken, Tabellen etc.) und natürlich die Ausgabeformate (Berichte).

Als Datenfelder stehen nicht nur die von Relex vorgegebenen Felder zur Verfügung, der Anwender hat im Rahmen der Definition jeder einzelnen FMEA die Möglichkeit weitere Felder als Text-, Memo-, Datums oder Zahlenfeld zu definieren. Mit diesen Feldern können im System frei definierbare Berechnungen durchgeführt werden.

Bei der Gestaltung der Bildschirminhalte können beliebig viele Masken pro FMEA erstellt werden, so dass jeder Anwender seine Daten eingeben kann. Bei der Erstellung dieser Bildschirmmasken kann auf die im Programm enthaltenen Masken, basierend auf bestimmten Standards (z.B. Automotive, MIL-STD), zurückgegriffen werden. Grundsätzlich ist es möglich jedem Anwender oder jeder Abteilung spezielle Daten aus der FMEA zur Verfügung zu stellen. Falls erforderlich, können auch mehrsprachige Masken und somit auch mehrsprachige FMEAs erzeugt werden. Auch die Dateneingabe über Internetbrowser ist vorgesehen.

Für die Berichtserstellung werden Standardberichte nach bestimmten FMEA Normen zur Verfügung gestellt. Auch diese können mittels eines so genannten Report Generators leicht an die eigenen, firmeninternen Bedürfnisse angepasst werden (z.B. neue Tabellenspalten, Logo). Die Anzahl der möglichen Berichtsformate ist durch die Software nicht begrenzt. Sämtliche Berichte können mit weiteren Programmfunktionen wie Filter, Gruppierung, Sortierung etc. gekoppelt werden.

Es ist somit sehr einfach, ansprechende FMEA -Berichte zu erstellen. (Bild 5)

Alle oben erwähnten Programmeigenschaften von Relex Studio 2006 wurden nur beispielhaft dargestellt um aufzuzeigen, wie weit Automatisierung bei der Erstellung von FMEAs möglich ist. Neben den üblichen FMEA Funktionen und Berechnungen verfügt dieses Programm noch über die Fähigkeit alle durchgeführten Änderungen zeitlich zu dokumentieren.

Eine weitere sehr hilfreiche Zusatzfunktion ist das so genannte Alert Modul, mit dem sämtliche Ergebnisse der FMEA laufend überwacht werden und bei Überschreitung der vom Benutzer festgelegten Grenzwerte (Risikozahlen, Datumswerte, etc.) automatisch E-Mail Benachrichtigungen an das Management erzeugt.

Für Anwendungen des Programms in einem Firmennetzwerk können alle Datenzugriffe Benutzerspezifisch gesteuert werden. Auch Datenzugriffe von Kunden und Lieferanten können so gesteuert werden dass sie nur Zugriff auf die Analysen ihrer Produkte haben. Hierfür existiert ein umfangreiches Administratormodul, mit dem Benutzergruppen und zugeordnete Benutzerrechte gesteuert werden. (Bild 6).

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Relex Studio 2006 ein sehr umfangreiches Analyseprogramm ist. Damit dieses Werkzeug jedoch optimal eingesetzt werden kann benötigt es immer noch das Fachwissen des Systementwicklers oder die genaue Kenntnis eines Prozesses.

Relex Software Continental Europe, Salem

www.relexsoftware.de

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