Kontinuierliche Verbesserung als Managementtechnik

3.4 Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)

Während man beim Business Process Reengineering und bei Six Sigma vorhandene Fehler beheben möchte, setzt die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)³⁸ einen Schritt früher an. „Der Grundgedanke der FMEA ist, bereits bei der Planung eines Produktes die Fehler zu eruieren, die eine einwandfreie Funktion behindern können“ (Dittmann, 2007, S. 35). Der Schwerpunkt liegt dabei auf der vorbeugenden Verhütung von Fehlerauftritten und der Steigerung der Zuverlässigkeit mit dem Ziel, potentielle, durch sie verursachte Schäden so früh wie möglich einzudämmen. Meist unterscheidet man drei Arten von FMEA (vgl. Tabelle 3), weil man diese Auswirkungsanalyse je nach Einsatzgebiet und gewünschter Betrachtungstiefe mit unterschiedlichen Zielsetzungen durchführen kann. Ebenso kann es sinnvoll sein, die drei Arten miteinander zu kombinieren.

Tabelle 3 – Arten der FMEA ³⁹

System-FMEA	Übergeordnetes Produkt oder Systemverbund	Schwachstellen an den Schnittstellen der einzelnen Komponenten harmonisieren und die Anforderungen im Gesamten erfüllen.
Konstruktions-FMEA	Einzelne Teile eines Produktes oder Systems	Potenzielle Ausfallmöglichkeiten und Mängel an den Teilen an sich untersuchen und in die Konstruktion einfließen lassen.
Prozess-FMEA	Einzelne Schritte eines Fertigungsprozesses	Schwachstellen im Herstellungsprozess beseitigen, um eine fehlerfreie Produktion sicherzustellen.

Ausgangslage für eine Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse ist die Erkenntnis, dass Probleme im fertig konzeptionierten Produktionsprozess in der Regel wesentlich schwieriger und aufwändiger behoben werden können als während der Konstruktionsphase. Dieser Zusammenhang wird oft auch als Rule of Ten (Verzehnfachungsregel) bezeichnet, weil auf Basis von Erfahrungswerten als Faustformel eine Verzehnfachung der Fehlerkosten pro Abschnitt realistisch erscheint (Wirtschaftslexikon24 - Rule of Ten).

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Abbildung 6 – Fehlerverhütungs- versus Fehlerbehebungskosten („Rule of Ten“)⁴⁰

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Abbildung 7 – Fünf Schritte einer FMEA und Berechnung der Risikoprioritätszahl⁴¹

Wird eine Nichterfüllung von Erfordernissen am Produkt oder am Produktionsablauf erst entdeckt, wenn der Artikel bereits in Serie produziert wird, muss einerseits in die laufende Produktion eingegriffen oder diese in gravierenden Fällen sogar gänzlich gestoppt werden. Andererseits führt die Problembeseitigung an einer Stelle im Ablauf meist auch zu weiteren Anpassungen an den damit verknüpften Stellen und ein Fehler mit relativ geringer Auswirkung, den man in der Konzeptionsphase mühelos beheben hätte können, potenziert sich zu einem ressourcenverschlingenden Problem und einer Kostenexplosion. Aus diesem Grund ist es ratsam, die genauen Kundenanforderungen an das fertige (Teil-)Produkt bereits in die Planung einzubinden⁴² und auf dieser Basis die Entwicklung in Gang zu setzen (vgl. Abbildung 6).

Gleiches kann auch auf den Produktionsprozess an sich vom Lieferanten über die interne Weiterverarbeitung bis zur Auslieferung an den externen Kunden übertragen werden. Werden Mängel an einem Rohstoff oder einem Zwischenprodukt bereits beim Zulieferer von vorne herein verhütet, führt dies zu weniger Kundenbeschwerden und reduziert damit enorm die Ausgaben für eine Mängelbeseitigung im Nachgang.

Erklärtes Ziel von FMEA ist es, potenziell auftretende Fehler frühzeitig zu erkennen und zu lokalisieren. Gleichzeitig ist es dabei wichtig, die jeweiligen Gefahren, die sich aus solchen Fehlerquellen für die Erfüllung der Anforderungen ergeben, abzuschätzen, das heißt es „wird eine Risikoanalyse durchgeführt. Für Fehler, deren Risiken als besonders schwerwiegend für das Unternehmen anzusehen sind, werden Handlungsanweisungen als Maßnahmen zur Fehlervermeidung angesetzt“ (Dittmann, 2007, S. 37). Nun gilt es, diese beschlossenen Maßnahmen umzusetzen und nach zu verfolgen, damit sie nachhaltig den Ablauf verbessern können. Im Einzelnen gliedert sich eine typische FMEA in die fünf Schritte, die in Abbildung 7 dargestellt sind. Nach einer Strukturanalyse, bei der der Untersuchungsgegenstand genau definiert und eingegrenzt wird, folgt eine Funktionsanalyse. Hierbei werden die einzelnen Strukturelemente in einen funktionalen Zusammenhang gebracht. Anschließend werden Fehler, Fehlerursachen und Fehlerfolgen formal dargestellt und über ein einfaches Punktesystem vergleichbar gemacht. In diesem Schritt verteilen die meist interdisziplinären Teams⁴³ Punkte von 1 bis 10 auf drei Komponenten (vgl. Tabelle 4).

Tabelle 4 – Schema zur Punktevergabe für die Faktoren der RPZ

Punkte für die RPZ		1	bis	10
B	Welche Bedeutung hat die Fehlerfolge für den Kunden?	gering	/	hoch
A	Mit welcher Wahrscheinlichkeit tritt die Fehlerursache auf?	gering	/	hoch
E	Mit welcher Wahrscheinlichkeit wird die Fehlerursache noch rechtzeitig (z.B. vor Auslieferung an den Kunden) entdeckt?	hoch	\	gering

„Die in der Risikobewertung ermittelte Risikoprioritätszahl (RPZ), die durch Multiplikation der Faktoren Bedeutung⁴⁴, Auftreten und Entdeckbarkeit ermittelt wird und Werte von 1 bis 1000 annehmen kann, ist ein Maß für das Gesamtrisiko jedes potentiellen Fehlers⁴⁵“ (Dittmann, 2007, S. 38). In der Praxis haben sich für die Durchführung einer FMEA standardisierte Formblätter etabliert, auf denen die einzelnen Schritte protokolliert werden. Ist ein Formblatt korrekt ausgefüllt und mit den messbaren Faktoren versehen, lässt sich aus der Priorisierung der einzelnen RPZs schnell und einfach die Dringlichkeit im Sinne einer quantitativen Rangfolge ablesen, mit der eine Fehlerursache abgestellt werden sollte (vgl. Tabelle 5). Weil die Funktion nicht injektiv ist, lässt sich daraus aber keine aussagekräftige, qualitative Beurteilung des Risikos einer Ursache ableiten⁴⁶. Führt man jedoch nach der Optimierung erneut eine Risikobewertung durch, kann man an der Veränderung der RPZ den Erfolg der Maßnahme einschätzen.

Tabelle 5 – Schematische Darstellung einer FMEA-Rangliste ⁴⁷

Fehler	F-Folge	F-Ursache	B	A	E	RPZ	Rang	Konsolidiert
F1	F1-Folge1	F1-Urs.1	3	4	7	84	6.	/
"	"	F1-Urs.2	3	8	5	120	5.	/
"	"	F1-Urs.3	3	2	9	54	7.	/
"	F1-Folge2	F1-Urs.1	9	4	7	252	3.	3.
"	"	F1-Urs.2	9	8	5	360	2.	2.
"	"	F1-Urs.3	9	2	9	162	4.	4.
F2	F2-Folge1	F2-Urs.1	7	10	10	700	1.	1.
"	"	F2-Urs.2	7	4	1	28	8.	5.

Durch diese Konzeption gelingt der Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse eine Symbiose aus einer breit angelegten Innovation und der kontinuierlichen Verbesserung. Einerseits kann eine FMEA einen großen Sprung nach vorne bedeuten, wenn ein neues Produkt oder ein neuer Prozess aufgesetzt werden soll und dabei versucht wird, systematisch von Beginn an nahezu alle potentiell auftretenden Probleme zu verhindern. Ein so geplanter Ablauf wird sich in der Regel gewaltig von früheren Konstrukten unterscheiden, wenn man bedenkt, dass laut einer Studie der Unternehmensberatung Holger Schaar & Partner normalerweise „bis zu 30 Prozent der Arbeitskapazitäten in den Unternehmen für die Beseitigung interner Fehler aufgewendet werden“ (Malorny & Kristian, 1994, S. 54) müssen.

Andererseits kann auch eine inkrementelle Verbesserung initiiert werden, indem nach und nach alle Fehlerursachen (also auch die mit einer eher geringen RPZ⁴⁸) bearbeitet werden und in einem regelmäßigen Rhythmus der Fortschritt anhand einer erneuten Berechnung der RPZs sichtbar und kontrollierbar gemacht wird.

Fussnoten:

³⁸ Die Ursprünge von FMEA gehen auf das Apollo-Projekt der Nasa in den 1960er Jahren zurück.

³⁹ in Anlehnung an (Dittmann, 2007, S. 40)

⁴⁰ in Anlehnung an (Schmitz, 2008)

⁴¹ in Anlehnung an (Dittmann, 2007, S. 47)

⁴² Dies klingt auf den ersten Blick trivialer als es in der Praxis meist ist. Oft werden Nachbesserungen nötig, weil die Kundenanforderungen zwar schriftlich festgehalten, aber auf Grund von Missverständnissen oder unklaren Aufträgen nicht vollständig realisiert werden. Nur ein klarer Auftrag kann auch exakt ausgeführt werden.

⁴³ Je nach konkreter Ausgestaltung des FMEA-Ablaufs führt entweder ein Team alle fünf Schritte aus, oder es werden für unterschiedliche Phasen themenbezogene Fachgruppen gebildet. Werden beispielsweise nach der Fehleranalyse gezielt Experten hinzugezogen, die die Risikobewertung der einzelnen Ursachen auf Basis früherer Untersuchungen (Statistiken ähnlicher Produkte/Prozessabläufe et cetera) durchführen können, dann wird man eine exaktere Punkteverteilung erhalten, als wenn man die Bewertung auf Grund persönlicher Einschätzung nach dem gesunden Menschenverstand vornehmen lässt.

⁴⁴ Die Bedeutung ist hier in dem Sinne zu verstehen, dass der Kunde durch das Auftreten des Fehlers einen Qualitätsverlust verspürt. Wird beispielsweise bei einer Maschine auf Grund des Problems „Lieferengpass in der Schraubenproduktion“ die ursprünglich vorgesehene Schraube durch eine andere, gleichwertige ersetzt, dann wird dies der Endkunde nicht bemerken und auch keinerlei Schaden davon tragen. Betrachtet man aber beispielsweise den Monteur als internen Kunden, der sehr stark auf die Verfügbarkeit korrekter Schrauben angewiesen ist, dann wird dieser das Fehlen der Schrauben als gravierenden Mangel auffassen. Die Bewertungszahl für die Bedeutung ist damit aus interner Kundensicht sehr hoch.

⁴⁵ Man beachte, dass ein Fehler einerseits mehrere Ursachen FU₁, …, FU_n haben kann. Ebenso kann er andererseits mehrere Folgen FF₁, …, FF_m nach sich ziehen (wobei in der Regel n und m nicht gleich sind). Aus diesem Grund erscheint es falsch, für jede Fehlerursache genau eine RPZ zu berechnen. Vielmehr ist es in einem ersten Schritt nötig, pro Fehlerursache genau m RPZs zu berechnen. Weil man mittels einer FMEA ja gerade die Fehlerursachen beheben möchte, können die doppelt aufgelisteten Ursachen dann allerdings sinnvollerweise konsolidiert werden. Die verwertbare RPZ (und damit ihr Dringlichkeitsrang) einer Ursache ergibt sich aus dem Maximum der zugehörigen m RPZs.

⁴⁶ Eine RPZ von 180 kann sich beispielsweise aus mehreren Kombinationen der einzelnen Faktoren ergeben: Ursache 1: B₁=4, A₁=9, E₁=5 => RPZ₁ = 4x9x5 = 180 und Ursache 2: B₂=10, A₂=3, E₂=6 => RPZ₂ = 10x3x6 = 180. Die zweite Fehlerursache, die eine enorme Bedeutung für den Kunden hat und auch nur mäßig entdeckt wird, wird hier sicherlich gravierender eingeschätzt werden als die erste, die zwar häufig auftritt, aber eine geringere Auswirkung auf das Ergebnis hat.

⁴⁷ Diese schemenhafte Darstellung entspricht nicht dem Standard der FMEA-Formblätter. Auf eine exakte Nachbildung wird verzichtet, damit die wesentlichen Aspekte klarer zum Vorschein treten können. Alternativ würde sich anstelle der Listenform auch eine Matrixdarstellung anbieten.

⁴⁸ An dieser Stelle muss abgewogen werden, ob eine Fehlerursache überhaupt abgestellt oder zumindest optimiert werden kann und ob dies auch wirtschaftlich sinnvoll ist. Letzteres ist eine Entscheidung, die das Management in Hinblick auf seine Ziele treffen muss.

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