FMEA – STAND DER TECHNIK UND ENTWICKLUNGSTENDENZEN
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FMEA – STAND DER TECHNIK UND ENTWICKLUNGSTENDENZEN
FMEA – STAND DER TECHNIK UND ENTWICKLUNGSTENDENZEN Vortrag zum Tag der Schweizer Qualität am 15. Juni 2010 in Bern Dr.-Ing. Alexander Schloske Abteilungsleiter Produkt- und Qualitätsmanagement Telefon: Fax: E-Mail: Internet: © Fraunhofer +49(0)711/9 70-1890 +49(0)711/9 70-1002 alexander.schloske@ipa.fraunhofer.de fmea@ipa.fraunhofer.de www.ipa.fraunhofer.de Vorstellung Die Fraunhofer-Gesellschaft Rostock Bremen Berlin Dortmund Hannover Dresden Darmstadt Saarbrücken Karlsruhe Stuttgart München Freiburg 59 Institute 17.000 Mitarbeiter © Fraunhofer 1,6 Mrd. € Budget Vorstellung Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart Institutsleitung: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl Oberflächentechnik Unternehmensorganisation Automatisierung Digitale Fabrik Dr.-Ing. Carmen Constantinescu Robotersysteme Dipl.-Ing. Martin Hägele M.S. Lackiertechnik Dipl.-Ing. Dieter Ondratschek Produkt- und Qualitätsmanagement Dr.-Ing. Alexander Schloske Orthopädie und Bewegungssysteme Dr. med. Urs Schneider Prozessengineering funktionaler Materialien Dipl.-Ing. (FH) Ivica Kolaric, MBA Fabrikplanung und Produktionsoptimierung Dipl.-Ing. Michael Lickefett Produktions- und Prozessautomatisierung Dr.-Ing. Jan Stallkamp Schichttechnik Dr.-Ing. Martin Metzner Unternehmenslogistik und Auftragsmanagement Dipl. oec. soc. Anja Schatz Reinst- und Mikroproduktion Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Udo Gommel Refabrikation Prof. Dr.-Ing. Rolf Steinhilper Pigmente und Lacke Dr.-Ing. Michael Hilt Technische Informationsverarbeitung Dipl.-Inf. Markus Hüttel Anwendungszentrum Rostock Prüfsysteme Dipl.-Ing. Joachim Montnacher Fraunhofer Research Austria Projektgruppe Bayreuth Projektgruppe Zilina © Fraunhofer Vorstellung Das Fraunhofer IPA: Vernetzt mit Wissenschaft und Praxis Wirtschaft Industrie Lehre © Fraunhofer Forschung Entwicklung Realisierung Anwendung Vorstellung Die Abteilung Produkt- und Qualitätsmanagement Thematische Ausrichtung Entwicklung von Life-Cycle-Konzepten und Life-Cycle-Methoden zur Optimierung von Produkten und Prozessen Optimierungsziele Qualität, Kosten, Umwelt / Energie, Zeit Themenschwerpunkte Produktentwicklung Prozessoptimierung Risikomanagement Green Manufacturing © Fraunhofer Vorstellung FMEA-Erfahrung am Fraunhofer IPA Erfahrung seit 1987 Erstes vollgrafisches wissensbasiertes FMEA-System (1992) Mehr als 450 FMEA-Projekte in den verschiedensten Branchen Mehr als 200 FMEA-Reviews für Automobilhersteller Kontinuierliche Weiterentwicklung des Themas Unterstützung der DGQ bei FMEA-Schulungen Unterstützung der Industrie (z.B. Moderation, Schulung) © Fraunhofer Einführung FMEA analysiert und bewertet FehlerfolgeFehler-Fehlerursache-Kombinationen Fehler (F) Sägeblatt lose Fehlerursache (FU) Fixierschraube lose „Ah, hier - ich habe vergessen die Schraube anzuziehen!“ Quelle: Sonntag aktuell (2002) © Fraunhofer Einführung Ziele der FMEA-Arten Primäres Ziel der FMEA ist es, sicherzustellen, dass Keine fehlerhaften Systeme (Sicherheit) konzipiert werden System-FMEA Keine fehlerhaften Produkte (Zuverlässigkeit) entwickelt werden Produkt-FMEA Keine fehlerhaften Produkte produziert werden Prozess-FMEA © Fraunhofer VORTRAGSGLIEDERUNG 1. Entwicklung 2. Stand der Technik 3. Erfolgskriterien 4. Aufwand, Nutzen und Zitate 5. Entwicklungstendenzen © Fraunhofer ENTWICKLUNG DER FMEA © Fraunhofer 1. Entwicklung der FMEA Geschichte der FMEA © Fraunhofer 1949 MIL-P-1629 – Procedures for FMECA 1963 NASA, Apollo-Projekte 1965 Luft- und Raumfahrt 1975 Kerntechnik 1977 Vorstellung Automobilindustrie, SAE Kongress 1980 Normung in Deutschland (DIN 25448) 1986 Einsatz in der Automobilindustrie (i.a. Zulieferer) 1990 Einsatz in den verschiedensten Bereichen 1996 Weiterentwicklung zur System-FMEA, VDA 4.2 1998 Verstärkter Einsatz in der Automobilindustrie 2006 Überarbeitung VDA 4 Kap. 3 (2006) 2006 Aktualisierung Normung (DIN EN 60812) STAND DER TECHNIK © Fraunhofer 2. Stand der Technik Anwendung der FMEA in den Unternehmen Zeich enerklärung : bis unter 20% © Fraunhofer Quant. Kundenbefragungen Shadowing Testmärkte Target Costing Trendforschung Widerspruchsor. Lösungsf. Qual. Kundenbefragungen Nutzwert-Analyse QFD Morph. Methoden 20% bis unter 50% m ehr als 50% Positionierungs-Analyse Marktpotential-Analyse 4 7 2 4 2 7 6 4 4 4 4 Portfolio-Analyse Lead User Analyse 24 19 30 22 11 13 6 9 6 4 6 Panelforschung Zufriedenheits-Analyse 7 15 17 15 37 39 24 39 24 7 7 Kreativitäts-Techniken 6 6 7 6 4 7 6 6 6 13 7 Kernkompetenz-Analyse 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 Grundregeln d. Gestaltung 9 7 24 15 7 9 17 9 15 7 30 17 13 15 30 22 9 13 52 31 9 6 52 37 13 7 19 13 11 15 54 35 26 4 19 17 15 9 7 7 24 6 22 19 19 30 17 11 13 4 7 4 13 13 11 9 11 6 13 7 22 33 17 9 11 6 6 2 13 11 7 7 6 4 6 2 6 9 19 15 7 9 20 24 7 6 19 11 Focus Groups 7 15 6 13 4 28 6 17 7 4 4 Funktionsanalyse 19 22 52 28 20 17 7 15 9 7 26 FMEA 13 17 17 17 4 11 4 7 4 4 9 Conjoint Analyse 24 4 11 11 20 6 19 43 17 37 4 13 15 37 6 17 54 22 50 7 6 6 26 4 15 17 50 33 17 9 15 48 7 9 22 54 35 2 7 7 17 4 7 13 9 48 11 43 28 43 17 17 54 28 30 2 35 24 24 11 7 26 11 30 4 57 35 26 31 11 33 22 22 4 35 11 19 6 13 15 9 24 20 22 20 9 7 9 15 24 2 9 6 26 4 7 22 24 Benchmarking Suchf eldanalyse Ideengenerierung/ -bew ert ung M arkt analyse Erm it t l. v. Kundenanf orderungen W irt schaf t lichkeit sanalyse Konz ept ent w icklung Prot ot ypenent w icklung Produkt ent w icklung Fert igungsplanung Produkt t est M arkt einf ührung Product Reverse Engineerin Anteil der Unternehmen, die die Methode manchmal für folgende Aktivitäten einsetzen Quelle: Spath et al (2001) 2. Stand der Technik Gründe für die FMEA-Anwendung § Gesetze Produkthaftungsgesetz DIN EN ISO anerkennt FMEA als Entlastungsbeweis (Stand der Technik) fordert Vorbeugungsmaßnahmen FMEA Produktsicherheitsgesetz FMEA Nummer: 1.2 Seite: 1/1 Normen DIN EN ISO 9001:2008 DIN EN ISO 9004:2009 System Typ/Model/Fertigung/Charge: ZB Antriebswelle FMEA/Systemelement: Teilprozeß: Lagersitz Kugellager und Lauffläche Wellendichtring schleifen Sach-Nummer: Verantwortlich: Änderungsstand: Firma: Sach-Nummer: Verantwortlich: Änderungsstand: hilft Rückrufaktionen zu verhindern empfehlen bzw. fordern FMEA Mögliche Fehlerfolgen B Mögliche Fehler Mögliche Fehlerursachen Vermeidungsmaßnahmen Erstellt: 26.07.00 Erstellt: 26.07.00 Firma: A Entdeckungsmaßnahmen Verändert: 26.07.00 E RPZ V/T empfiehlt FMEA Definition Entwicklung Konstruktion ProduktionsPlanung Produktion Prüfung Nutzung € 500.- verhindert Fehler und Fehlerfolgekosten Kosten für die Behebung nicht entdeckter Fehler € 5.- € 50.- Richtlinien Wirtschaftlichkeit QS-9000 VDA 4 Kap. 3 (2006) TS 16949 Garantie / Kulanz Rückrufaktion Kundenverlust © Fraunhofer 2. Stand der Technik Systematische Vorgehensweise System Bauteil Prozess Systemstrukturierung Funktionszuordnung Risikoanalyse Risikobewertung nein Risiko ? ja Risikominimierung Risiko ? nein „Ende“ © Fraunhofer ja 2. Stand der Technik Vorgehensweise nach VDA 4 Kapitel 3 (2006) und Risikobewertung Quelle: VDA 4 Kapitel 3 (2006) © Fraunhofer 2. Stand der Technik Vorgehensweise nach VDA 4 Kapitel 3 (2006) mit IQ-FMEA der APIS Informationstechnologien GmbH Strukturanalyse Funktionszuordnung Fehlerzuordnung Funktionsanalyse Fehleranalyse Maßnahmenanalyse und Risikobewertung Optimierung Maßnahmencontrolling © Fraunhofer 2. Stand der Technik Teilweise schlechte Noten für FMEAs von Systemlieferanten (n=39) eines namhaften OEMs 45 39 40 Verständnis des FMEA-Prozesses 35 30 VDA-Konformität 25 Struktur, Funktionen, Fehlfunktionen 20 15 10 9 8 5 4 8 Formblatt (VDA 96, QS 9000, eigene, …) 5 Gesamt Note 6 Note 5 Note 4 Note 3 Note 2 Note 1 5 0 Kriterien (Auszug): Note 1: erfüllen die Erwartungen Note 2: sind noch akzeptabel Note 3-6: ab hier kein Nutzwert Trennung zw. Vermeidung u. Entdeckung Teamzusammensetzung Verantwortlichkeiten, Termine Bezug zu Entwicklungsprozess und Produkt Präzision der Bezeichnung und Bewertung Wirksamkeitsüberprüfung Quelle: in Anlehnung an EDAG (2010) © Fraunhofer KRITERIEN FÜR EINE ERFOLGREICHE FMEA © Fraunhofer 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Sinnvolle Auswahl der Untersuchungsobjekte (z.B. mittels Risikofilter) © Fraunhofer 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Klare Abgrenzung der FMEA-Arten Produkt-FMEA Produkt-FMEA Prozess-FMEA „System-FMEA“ „Konstruktions-FMEA“ „Prozess-FMEA“ Ziel: Aufdeckung von Ziel: Aufdeckung von Ziel: Aufdeckung von Entwicklungsrisiken (Fehler im Systemkonzept) Entwicklungsrisiken (Fehler in der Systemauslegung) Analyse und Bewertung Analyse und Bewertung des Systems hinsichtlich des Bauteils hinsichtlich - Systemfunktionen - Bauteilfunktionen - Schnittstellen(funktionen) - Bauteilversagen - Systemfehlfunktionen - Bauteileigenschaften, wie - Systemeinflüsse Material und Geometrie - Umwelteinflüsse Keine Betrachtung von Fehlern in der Bauteilauslegung und / oder in der Fertigung bzw. Montage © Fraunhofer Keine Betrachtung von Fehlern in der Fertigung bzw. Montage Produktionsrisiken (Fehler in der Prozessauslegung) Analyse und Bewertung des Prozesses hinsichtlich - Prozessfunktionen - Prozessfehlern - Prozesseinflüssen (5 M‘s) 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Kreative Arbeit in moderierten interdisziplinären Teams Moderation durch - interner Methodenexperte - externer Methodenexperte Stammteam (abhängig von FMEA-Art) - Entwicklung / Konstruktion - Versuch - Fertigungsplanung / Fertigung - Kundendienst / Service - Qualitätssicherung - weitere Experten (ggf. nur zeitweise) Wissensvermittlung aus früheren Projekten (z.B. Projektleitung, Service) Visualisierung und Dokumentation mit PC, FMEA-Software und Beamer © Fraunhofer Teamgröße sollte 8 Personen nicht übersteigen! Moderator: FMEA-Team: stellt Methodenkenntnis liefert Fachkenntnisse fragt zielorientiert besitzt Kenntnisse über das Untersuchungsobjekt strukturiert Wissen dokumentiert Ergebnisse ggf. Einbindung von Werkern bei Prozess-FMEAs 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Präzise Bezeichnung der Funktionen und Fehlfunktionen Funktion: Durchmesser 20 H7 herstellen Fehlfunktionen: Durchmesser zu groß Durchmesser zu klein Durchmesser oval Rattermarken Durchmesser n.i.O. © Fraunhofer Funktionen sollten immer mit einem Substantiv und einem Verb beschrieben werden Fehlfunktionen ergeben sich als Nichterfüllung oder teilweise Erfüllung einer Funktion Je genauer eine Funktion spezifiziert ist, um so leichter lassen sich, die zugehörigen Fehlfunktionen, Fehlerfolgen und Fehlerursachen ermitteln Globale Fehlfunktionen, wie z.B. Durchmesser n.i.O., oder Durchmesser fehlerhaft führen zu wenig aussagekräftigen Ergebnissen (-> schwammige nichtssagende FMEA) 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Präzise Bezeichnung der Fehlermodi Merkmal Merkmal 100% 100% 50% 30% Zeit Zeit 120% Merkmal Merkmal 100% 100% 50% Zeit Merkmal Zeit Merkmal 100% 100% 0% 0% Zeit Zeit Quelle: in Anlehnung an von Regius (2008) © Fraunhofer 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Trennung zwischen Vermeidungs- und Entdeckungsmaßnahmen Vermeidungsmaßnahme Entdeckungsmaßnahme Entwicklung Verhindert das Auftreten von Fehlern in der Entwicklung Entdeckt Fehler der Entwicklung, falls sie aufgetreten sind Prozess Verhindert das Auftreten von Fehlern im Prozess Entdeckt Fehler des Prozesses, falls sie aufgetreten sind Quelle: Bosch Rexroth; Cornelia Brenner Bildquelle: www.dsz-gmbh.de/ © Fraunhofer 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Präzise (und ehrliche) Risikobewertung Annahme Annahme Annahme Fehlerfolge, Fehler bzw. Fehlerursache wird nicht geprüft Fehler tritt beim Endkunden auf Fehler tritt beim Hersteller auf (Entwicklung bzw. Produktion) Berücksichtigung Berücksichtigung Maßnahmen zur Vermeidung Maßnahmen zur Entdeckung Bewertung Bewertung Bewertung Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Fehlers aufgrund der Fehlerursache (beim Endkunden) Bedeutung der Fehlerfolge für den Endkunden Wahrscheinlichkeit der Entdeckung der Fehlerfolge, des Fehlers oder der Fehlerursache beim Hersteller (Entwicklung bzw. Produktion) Auftreten 'A' Bedeutung 'B' Entdeckung 'E' 1 . . 10 1 . . 10 1 . . 10 Qualitäts-/Kostenrisiko Sicherheitsrisiko Qualitätsrisiko Auftreten A > 5 .. 8 Bedeutung B = 9 .. 10 RPZ > (40) 80 .. 125 © Fraunhofer Risikoprioritätszahl 'RPZ' = 1 . . 1000 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Einbindung des Endkunden bei der Bewertung Bewertung der „Top”-Fehlerfolge immer mit Bezug auf den Endkunden (Annahme, dass die Fehlerfolge beim Endkunden auftritt) Risikobewertung mit A und E zeigt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens beim Endkunden Beispiel (Prozess-FMEA): Anti-Submarining-Keil im PU-Schaum Fehlen des Keils führt dazu, dass der Benutzer beim Crash unter dem Gurt “durchtaucht” -> B = 9..10. Eine Bewertung des fehlenden Keils als Ausschuss führt zur “Verharmlosung” des Risikos -> B = 4..5. © Fraunhofer 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Ermittlung kritischer Komponenten (Risikoauswertung) Produkt-FMEA Risikomatrix über B * A Prozess-FMEA: Häufigkeitsanalyse nach A x E Paretoanalyse nach RPZ Risikomatrix über B und A * E Risikomatrix für A * E © Fraunhofer 3. Kriterien für eine erfolgreiche FMEA Dokumentation des Entwicklungsfortschrittes im FMEA-Formblatt nach VDA 4 Kapitel 3 (2006) Systemelement Fehlerfolge B Systemelement Fehlerart Systemelement Fehlerursache Derzeitige vermeidende Maßnahmen Zukünftige bzw. empfohlene vermeidende Maßnahmen A Derzeitige entdeckende Maßnahmen E RPZ A Zukünftige bzw. empfohlene entdeckende Maßnahmen E RPZ Verantwortlich Termin / Status Verantwortlich Termin / Status Chronologie der Entwicklung Zukünftige bzw. empfohlene vermeidende Maßnahmen © Fraunhofer A Zukünftige bzw. empfohlene entdeckende Maßnahmen E RPZ Verantwortlich Termin / Status AUFWAND, NUTZEN UND ZITATE © Fraunhofer 4. Aufwand, Nutzen und Zitate Richtwerte zum Aufwand für FMEA-Erstellung und FMEA-Pflege System-FMEAs: 3-12 Tage (je nach Komplexität) Produkt-FMEAs: 3-8 Tage (je nach Komplexität) Prozess-FMEAs: Bildquelle: http://gymnasienac.files.wordpress.com/2009/10/kalender. 0,25-0,5 Tage (je Prozessschritt und Komplexität) Typischer Ablauf eines FMEA-Projektes: Meetings zur FMEA-Erstellung alle 1-2 Wochen 2-3 Reviews (ca. 0,5 Tage) zur Maßnahmenbewertung © Fraunhofer 4. Aufwand, Nutzen und Zitate Zahlen zum Nutzen der FMEA Quellen Literatur (Kamiske 2001): Reduzierung der Kundenreklamationen um 15% Reduzierung der Änderungen vor SOP um 22% Reduzierung der Fehlerkosten um 21% Reduzierung der Anlaufkosten um 19% Reduzierung der Entwicklungszeit um 5% - 30% Quellen Fraunhofer IPA (1992 und 2000): Erhöhung der Produktionsausbeute um bis zu 25% Ca. 30% der Fehlerursachen waren zum Beginn der FMEA noch nicht bekannt und wären durch die geplanten Testverfahren nicht gefunden worden © Fraunhofer 4. Aufwand, Nutzen und Zitate Zitate zur FMEA „Jetzt verstehe ich endlich mein Produkt.” (Zitat eines Projektleiters am Ende einer FMEA) „Ich gehe gerne in FMEA-Sitzungen. Da kann ich endlich mal systematisch und in Ruhe über mein Produkt nachdenken .” (Zitat eines Entwicklers) „Nur mit einem einzigen durch FMEA vermiedenen Fehler, der zu einer Rückrufaktion geführt hätte, wird die FMEA-Anwendung bereits wirtschaftlich.” (Zitat eines Mitarbeiters aus dem Bereich Qualitätsstrategie) © Fraunhofer ENTWICKLUNGSTENDENZEN DER FMEA © Fraunhofer 5. Entwicklungstendenzen Methodische Weiterentwicklung der FMEA Verstärktes Arbeiten in Strukturen und Netzen Funktionsnetze Fehlernetze Abkehr vom Formblatt Verstärkte Interaktion zwischen Fehlfunktionen und Maßnahmen Neue Bewertungssysteme Abkehr von der RPZ Zunehmende monetäre Bewertung © Fraunhofer 5. Entwicklungstendenzen Absicherung mechatronischer Systeme nach den Anforderungen der „Funktionalen Sicherheit“ 1965 Sicherstellung der „Funktionalen Sicherheit“ nach IEC 61508 und ISO CD 26262 Durchführung von Gefahren- und SystemRisikoanalysen Ermittlung von Sicherheitsklassen (SIL-Level) 20xx? Definition von Softwarerequirements für die Steuerung Erarbeitung von Testplänen und Testszenarien Ermittlung der sichheitstechnischen Kenngrößen (z.B. PFH, SFF, …) Fahrzeug zufällig gewählt ! Bildquelle: http://www.automobilrevue.de/detroit2002.htm © Fraunhofer S2 Teil 1 vergessen 4 Teil 1 vertauscht PY Teil 2 verdreht Teil 3 beschädigt 7 Teil 3 vertauscht 7 Prozeßschritt 6 S1 Prüfschritt 2 (Kalttest) S1 Prozeßschritt 5 Prozeßschritt 3 Fehler Prozeßschritt 4 Prozeßschritt 2 Teil Prüfschritt 1 (Lecktest) Prozeßschritt 1 5. Entwicklungstendenzen Analyse und Optimierung komplexer Montageprozesse nach Qualität, Kosten und Produktivität S2 T1 S3 S3 T2 1 1 (exemplarische Werte) Teil 4 Teil 5 doppelt montiert falsche Montage Nacharbeitsund Ausschusskosten 7 Schnelligkeit (Faktor 4-10 schneller als herkömmliche Prozess-FMEAs) Transparenz über zeitliche Beziehung zwischen Fehlerauftreten und -entdeckung Ermittlung von Fehlerfolgekosten (intern/extern) 10 6 PY 6 1 Gewährleistungs und Kulanzkosten (G&K) Entscheidungsgrundlage zur Prozessoptimierung Basis zur durchgängigen Prüfkettenoptimierung über die gesamte Lieferkette Anwendung von FPM und Simulation erlaubt die Wirksamkeitsüberprüfung von Maßnahmen nach Kosten, Qualität und Produktivität Leicht verständlich © Fraunhofer 5. Entwicklungstendenzen Unterstützung von Diagnosemaßnahmen mittels Sprache auf der Basis von FMEA-Analysen Ergänzung von Diagnoseinhalten in bestehende Sytem-/Produkt-FMEAs in der IQ-FMEA Anbindung von FMEA-Daten mittels plattformunabhängiger Schnittstelle VOICE-API Priorisierung und Ausgabe möglicher Ursachen für das Fehlerbild (z.B. per Handy) Ausgabe geeigneter Diagnose- und Servicemaßnahmen in Abhängigkeit vom Fehlerbild Vorteile: Hands-free / Konzentration auf die Aufgabe Permanente Verfügbarkeit © Fraunhofer 5. Entwicklungstendenzen Analyse finanztechnischer Risiken gemäß der MaRisk VA Systemstrukturierung in Assets Liabilities Aufbau- und Ablauforganisation qualitative Analyse der Anlagerisiken und deren Einflussfaktoren operationellen Risiken Zuordnung zu Risikokategorien Sinnvolle Ergänzung zu den bestehenden quantitativen Analysen (z.B. value at risk) © Fraunhofer No risk – no fun Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! Bildquelle: http://www.extr3m3.de/ © Fraunhofer