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  1. 1. FMEA Failure Mode and Effect AnalysisTotal Quality Management – FMEA - Prof. Dr. D. Steude 1
  2. 2. FMEA – Failure Mode and Effect Analysis Definition The failure modes and -analysis (FMEA, engl: Failure Modes and Effects Analysis) is •a formalized, analytical method •for systematic collection and avoid potential errors in the development of new products •as well as in the planning of manufacturing and assembly processes. The basic idea of the method: Errors that are not made, must not be fixed! Development • Development Center of the 1960s at the NASA space programs for quality assurance of the • In the Consequence application v. a. in safety critical areas (such as aviation, nuclear technology) • 1980 Recording as "Ausfalleffektanalyse" into the DIN 25448 • Since the end of the 1980s increased use in the automotive industry (first at Ford) Quelle: Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik Universität Karlsruhe (TH) Prof. H. Weule, Prof. D. Spath, Prof. J. SchmidtTotal Quality Management – FMEA - Prof. Dr. D. Steude 2
  3. 3. 4.3 Instrumente der Umsetzung Areas of use of the FMEA Range of application • With every new development in principle • Introduction of new technologies, Materials and Processes • Safety-related systems, components or procedures • If potential failure serious and expensive consequences had the result • In case of constructive or production changes to existing products • In case of change of the working conditions of a product • In so-called defective parts or Problemprozessen, i.e. if there is a high quality risk • In the Business Risk Management Process Quelle: Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik Universität Karlsruhe (TH) Prof. H. Weule, Prof. D. Spath, Prof. J. SchmidtTotal Quality Management – FMEA - Prof. Dr. D. Steude 3 SS 2007
  4. 4. 4.3 Instruments of Types of FMEA implementation The FMEA can in all phases of the product lifecycle, From development to use, be used. In addition to the two "classic" FMEAs, the design and the process FMEA, is in the last time also increases the system-FMEA used. Time of the Responsibility Considered Basics of FMEA for Object Implementation after completion of Parent product or Product-concepts the product concept System-FMEA Development system after completion of the construction Design FMEA Significant Construction documents Construction component Documents after completion of Production Steps of the Manufacturing- the manufacturing preparation, Process FMEA production plans plan production process Quelle: Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik Universität Karlsruhe (TH) Prof. H. Weule, Prof. D. Spath, Prof. J. SchmidtTotal Quality Management – FMEA - Prof. Dr. D. Steude 4
  5. 5. Connection between the FMEA-types Functional System Subsystem Assembly Component Characteristic Process Process Product carrier property step parameters Fahrzeug Motor Motorbrems- Konstantdrossel- Anordnung: Ventil Ventil- Schleifen Einstellung, system bremssystem Konstantdrossel durchmesser Störgröße System-FMEA 1 Fehler- Fehler- Fehler folge ursache System-FMEA 2 Fehler- Fehler- Fehler folge ursache Konstruktions-FMEA Fehler- Fehler- Fehler folge ursache Prozess-FMEA Fehler- Fehler- Fehler folge ursache Fahrzeug bleibt Motor Motorbrems- Konstantdrossel- Drosselventil Ventil klemmt Durchmesser- Schleiffehler Werkzeug, liegen defekt leistung zu bremsleistung öffnet nicht maß nicht i.O. Vorrichtung gering fehlt Fehler, Ausfallvariante Total Quality5 SS 2007 Management – FMEA -
  6. 6. FMEA – Failure Modes and Effects Analysis Versorgungskette Risikobeurteilung: FMEA der Planning and Preparation Project selection Appointment of a coordinator and team building System analyse Risk analysis Risk Assessment Risk minimization Definition of measures Agreement of the measures Review of the measures (auditing) Validation of the FMEA to the completed process Total Quality6 SS 2007 Management – FMEA -
  7. 7. 4.3 Instrumente der Umsetzung Methodische GrundsätzeSystematisches Vorgehen Risikoanalyse, -bewertung und -minimierung Das Produkt oder der Prozess werden in einer Top- Der Ablauf der FMEA gliedert sich in Risikoanalyse, Down-Vorgehensweise in einzelne Komponenten Risikobewertung und Risikominimierung. Letztere untergliedert. muss solange wiederholt werden, bis die Das systematische Vorgehen wird dabei durch die Risikoprioritätszahl unter einem definierten Verwendung eines Formblattes unterstützt. Grenzwert liegt. Risikoanalyse Fehlermöglichkeits- und -einflußanalyse Risikobewertung Risiko ? Risikominimierung Festlegung von Maßnahmen Einführung der Maßnahmen Überprüfung der Maßnahmen Risiko ? Ende Total Quality7 SS 2007 Management – FMEA -
  8. 8. 4.3 Instrumente der Umsetzung FMEA – Risk management Risiko-Management – die Strategie Renunciation Reduction of the risk probability Avoid, •An incentive •Risk-sharing •Risk compensation Risk potential decrease • insurance laminate Reserves- education Even bear Total Quality8 SS 2007 Management – FMEA -
  9. 9. 4.3 Instruments for implementing Methodological Principles preventive use Interdisciplinary, creative teamwork To fully exploit its benefits, the FMEA should In the preparation of FMEA employees from already be used to run the beginning of the different departments of a company are involved. product life?. In order to maintain continuity, certain functional areas at least 2 different types of FMEA participate. 100 € zunehmende Fehlerkosten Process FMEA Design FMEA development attempt planning 10 € FMEA- Team 1€ 0,10 € Quality production Assurance Fehlerverhütung Fehlerentdeckung distribution Prozeß- Beschaf- (Customer) Entwicklung Fertigung Kunde planung fung Total Quality9 SS 2007 Management – FMEA -
  10. 10. 4.3 Instruments for implementing FMEA form VDA Teil-Name Teil-Nummer Fehlermöglichkeits- und -einflußanalyseFirma (Stempel, Konstruktions-FMEA Prozeß-FMEA System-FMEA Modell/System/Fertigung Techn. ÄnderungsstandWarenzeichen) Bestätigung durch Name/Abt./Lieferant Name/Abt./Lieferant Erstellt durch (Name/Abt.) Datum Überarbeitet betroffene Abteilung IST-ZUSTAND VERBESSERTER ZUSTAND Entdeckung Entdeckung Risiko- Risiko- Bedeutung Bedeutung Auftreten Auftreten prioritäts- prioritäts- Systeme/ Potentielle Potentielle Vorgesehene zahl Empfohlene Verantwort- Getroffene zahl Merkmale Potentielle Fehler Fehlerfolgen D Fehlerursachen Prüfmaßnahmen (RPZ) Abstellmaßnahme lichkeit Maßnahmen (RPZ) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) Risk analyse Risk? Risk minimization Evaluated? Maintenance Total Quality 10 SS 2007 Management – FMEA -
  11. 11. 4.3 Instrumente der Umsetzung Risk Analysis Spalte 1: Systems / features in Design FMEA: component name (eg valve) Valve - switch - pipe in Process FMEA: Process Name: (eg, drilling) Spalte 2:potential error A list of all possible errors of the observation unit Cracked - Swaps - Obstruction - short - Important : Make any subjective review! First, minor errors can prove on closer corrosion - fatigue - wear inspection to be quite critical. Can serve as the basis of previous experience FMEA s or customer service information like parts. Spalte 3: Potential failure effects Description of the consequences of the error for internal (in process FMEA) and - Ausfall (evtl. auch external customers (in Design FMEA) sicherheitskritisch) - Geräusche It is assumed that the error occurred. - Nacharbeit notwendig - Montage erschwert Spalte 4: documentation obligations Noise Control Act offends Are affected by the potential consequences of errors or mistakes legal provisions against the Federal in this column is a "D" stated Emissions? Total Quality11 SS 2007 Management – FMEA -
  12. 12. 4.3 Instruments for implementing risk Analysis Spalte 5: Potential Causes Collection of all possible sources of error that can lead to the observed error - Dimensioning - false material Possible classification of the causes of errors : - Form-/Lagetolerenzen - - Design-related errors surface structure - Production-related error - Incorrect installation - - Due to assembly errors incorrect setting Spalte 6: Proposed test measures a) Avoid activities (V) (= Verhütungsmaßnahmen): - Design? changes (V) - Measures that either prevent the occurrence of the fault or error cause? process changes (V) Reducing the probability of occurrence (risk A number is decreased) - Sampling tests (E) - b discovering measures (E)) (test measures): improve? Testability (E) measures, a discovery of the error allow? Increase the probability of - Redundant function? detection (risk number E is small) design (A) - Warning c) impact limiting measures (A): devices (A) measures, not prevent the occurrence of a failure, but reduce its impact or even prevent it? Reduce the significance of the fault (figure B risk is smaller) It is recommended to focus on existing inspection measures for similar structures or to the planned tests and new developments in Total Quality12 SS 2007 Management – FMEA -
  13. 13. 4.3 Instruments of implementation risk Assessment Column 7: probability of occurrence Assessment of probability of occurrence of any cause in the light of recent prevention measures (see column 6) It is believed that the cause of the error and error can not be detected before the product reaches the customer. The significance of the error flows with not included in the assessment. Auftretenswahrscheinlichkeit Häufigkeit Bewertungspunkte unwahrscheinlich Es ist unwahrscheinlich, daß ein Fehler auftritt. 0 1 sehr gering Konstruktion entspricht generell früheren Entwürfen, für die sehr geringe 1/10000 2 Fehlerzahlen bekannt sind. 1/5000 3 gering 1/2000 4 Konstruktion entspricht generell früheren Entwürfen, bei denen 1/1000 5 gelegentlich Fehler auftraten. 1/200 6 mäßig Konstruktion entspricht generell früheren Entwürfen, bei denen immer 1/100 7 wieder Schwierigkeiten auftraten. 1/50 8 hoch Es ist nahezu sicher, daß Fehler in größerem Maße auftreten. 1/10 9 1/2 10 Total Quality13 SS 2007 Management – FMEA -
  14. 14. 4.3Instruments for implementing risk Assessment Column 8: the error means Evaluation of the effect of the error on the client, taking into account the recent impact limitation measures The valuation is independent of the occurrence and detection probability. Principle have the same error Follow the same rating Bedeutung des Fehlers (Auswirkung auf den Kunden) Bewertungspunkte keine Auswirkung Es ist unwahrscheinlich, daß der Fehler eine wahrnehmbare 1 Auswirkung auf das System hat. unbedeutend Der Kunde wird nur geringfügig belästigt. Er wird nur eine geringe 2 Beeinträchtigungen des Systems bemerken. 3 mittelschwer 4 Der Kunde ist unzufrieden. Er fühlt sich durch den Fehler belästigt 5 oder ist verärgert. 6 schwer Der Kunde ist über den Fehler verärgert, jedoch ist die 7 Systemsicherheit nicht betroffen. 8 äußerst schwerwiegend Fehler führt zum Ausfall des Systems. Sicherheit und/oder 9 Einhaltung gesetzlicher Vorschriften ist beeinträchtigt. 10 Total Quality14 SS 2007 Management – FMEA -
  15. 15. 4.3 Instruments for implementing risk Assessment Column 9: Probability of Detection Assessment of the likelihood for the discovery of the error, before the product is delivered, regardless of the occurrence and the significance of the error The previous inspection measures must be considered in the assessment. Wahrscheinlichkeit der Entdeckung Häufigkeit Bewertungspunkte hoch Funktioneller Fehler, der bei den nachfolgenden Arbeitsgängen > 99,99 % 1 bemerkt wird mäßig Augenscheinliches Fehlermerkmal. Automatische 100 % Prüfung > 99,7 % 2-5 eines einfachen Merkmals (z.B. Bohrung vorhanden) gering Leicht zu erkennendes Fehlermerkmal. Automatische 100 % > 98 % 6-8 Prüfung eines meßbaren Merkmals (z.B. Durchmesser). sehr gering Nicht leicht zu erkennendes Fehlermerkmal. Visuelle oder > 90 % 9 manuelle 100 % Prüfung unwahrscheinlich Das Merkmal wird nicht geprüft, bzw. kann nicht geprüft werden. < 90 % 10 Verdeckter Fehler, der nicht erkannt wird. Total Quality15 SS 2007 Management – FMEA -
  16. 16. 4.3 Instrumente der Umsetzung Risikobewertung Spalte 10: Risikoprioritätszahlen (RPZ) Mit der Risikoprioritätszahl wird ein Maß für das Risiko festgelegt. Je höher die RPZ, desto höher das Risiko. Die RPZ ergibt sich aus der Multiplikation der jeweiligen Bewertungspunkte für Auftreten (A), Bedeutung (B) und Entdeckung (E) der Fehlers: RPZ = A * B * E Diese Berechnung ist für alle Fehlerursachen durchzuführen. Die Risikoprioritätszahlen geben einen Anhaltspunkt für die Reihenfolge der anschließend durchzuführenden Verbesserungsmaßnahmen im Rahmen der Risikominimierung. Fehlerursachen mit einer hohen RPZ sollten zuerst betrachtet werden. Darüber hinaus sollten unabhängig von der RPZ auch die Einzelbewertungen betrachtet werden: hohe "A"-Werte: Fehler treten häufig auf. Solche Fehler müssen vorrangig beseitigt werden. hohe "B"-Werte: Die zu erwartende Verärgerung des Kunden ist besonders groß. Es sollte über eine konzeptionelle Änderung nachgedacht werden. hohe "E"-Werte: weisen auf konzeptionelle Schwachstellen hin In der Praxis werden oft nur Fehlerursachen mit einer RPZ größer als 125 oder Einzelbewertungen größer als 8 als besonders kritisch angesehen. Aufgrund der Subjektivität der Risikoprioritätszahlen ist von dieser Vorgehensweise aber abzuraten! Unter dem Gesichtspunkt einer Null-Fehler-Strategie stellt jeder Fehler eine Beeinträchtigung der Produktqualität dar und sollte deshalb vermieden werden. Total Quality16 SS 2007 Management – FMEA -
  17. 17. 4.3 Instruments for implementing minimizing risk Column 11: Recommended Remedial Basic Approaches: Avoiding the error cause Reducing the probability of occurrence Reduction in the importance of the error Increase the probability of detection Review of measures : Basically: Fault avoidance measures are preferable to missing rent nationwide! i.e. Quality is produced not merely achieved! Error condition Nationwide measures are costly and do not lead to quality improvements. • You should only be used as an emergency or temporary basis. The best way is to avoid the cause of the error by design and / or manufacturing engineering changes. good method: Poka-Yoke, i.e. avoid inadvertent error ("idiots security") installation of an incorrect part is as avoided by design produced distinctiveness Quelle: Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik Universität Karlsruhe (TH) Prof. H. Weule, Prof. D. Spath, Prof. J. Schmidt Total Quality17 SS 2007 Management – FMEA -
  18. 18. 4.3 Instruments for implementing Minimizing Risk Column 12: Responsibility For any corrective action has to be a responsible employee or department to be entered. In addition, a date for the launch is set. Column 13: Measures introduced Registration of the final measures imposed, which do not necessarily correspond with the recommended corrective actions listed in column 11. Column 14-17: Assessing the Effects A new risk assessment provides information on the effectiveness of the measures. This regard are the same criteria as for columns 7-10. The method of minimizing risk must be repeated until the risk of error is minimized to the requirements accordingly. Quelle: Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik Universität Karlsruhe (TH) Prof. H. Weule, Prof. D. Spath, Prof. J. Schmidt Total Quality18 SS 2007 Management – FMEA -