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DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Einführungsbeitrag

Die erste Ausgabe, 1985, der Norm IEC 60812 wurde vollständig überarbeitet und liegt nun in der zweiten Ausgabe, 2006, vor. Diese technische Neuausgabe, die die Erstausgabe von 1985 ersetzt, kennzeichnet folgende wesentliche Änderungen:

• Einführung der Auswirkungen von Fehlzustandsarten
• Einführung von Kritikalitätskonzepten
• Einbeziehung von Methoden, die verbreitet in der Automobilindustrie verwendet werden
• Aufnahme zusätzlicher Hinweise und Verhältnisse zu anderen Analysemethoden von Fehlzustandsarten
• Diskussion von Vor- und Nachteilen der unterschiedlichen FMEA-Methoden
• Beispielanwendungen.

Die Internationale Norm beschreibt Verfahren für die Fehlzustandsart- und -auswirkungsanalyse (FMEA) sowie Fehlzustandsart-, -auswirkungs- und Kritikalitätsanalyse (FMECA) und zeigt die Verfahrensschritte auf, die bei verschiedenen Zielsetzungen angewendet werden können.

Die Fehlzustandsart- und -auswirkungsanalyse (FMEA) ist ein systematisches Verfahren zur Analyse eines Systems auf dessen mögliche Fehlzustandsarten, ihrer Ursachen und der Auswirkungen auf die Systemleistung (Leistung einer betrachteten Baugruppe, eines gesamten Systems oder eines Prozesses).

Eine Fehlzustandsart ist die Konsequenz eines Ausfalls. Ein Ausfalleffekt kann durch eine oder mehrere Fehlzustandsarten einer oder mehrerer Einzelteile verursacht werden. Die Auswirkungen jeder Fehlzustandsart auf den Systembetrieb, die -funktion oder den -status müssen festgestellt, bewertet und dokumentiert werden. Hierbei sind auch Instandhaltungsmaßnahmen und andere Zielsetzungen zu betrachten.

Eine erfolgreiche Analyse wird vorzugsweise in einer frühen Entwurfsphase durchgeführt, weil hier die Abschwächung der Auswirkungen von Fehlzustandsarten am kosteneffektivsten erreicht werden kann. Die Analyse kann begonnen werden, sobald das System definiert ist und als Funktionsblockdiagramm dargestellt werden kann, in dem die Leistung der Einzelelemente festgelegt wird. Es ist folglich wichtig, dass die FMEA-Analyse und deren Einzelergebnisse rechtzeitig zur Verfügung stehen, damit der Entwurfsprozess korrigierend beeinflusst werden kann.

Eine FMEA kann auf verschiedenen Ebenen durchgeführt werden, z. B. auf der obersten Systemebene, auf Baugruppenebene und für Softwarepakete. Sie ist ein iterativer Prozess, der entsprechend den Entwurfsanforderungen, den Fehlzustandsarten und deren Auswirkungen wiederholt und aktualisiert wird. Eine vollständige FMEA kann nur in Teamarbeit durchgeführt werden. Dadurch wird gewährleistet, dass ein Höchstmaß an Sachkenntnis in die Analyse einfließt, und dass möglichst alle Fehlzustandsarten erfasst werden.

Zur Anwendung von FMEA ist es nützlich, Zuverlässigkeitsblockdiagramme (nach IEC 61078) zu erstellen. Ein Zuverlässigkeitsblockdiagramm ist eine grafische Darstellung der funktionalen Struktur eines Systems durch seine Teilsysteme und Elemente. Anhand dieses Blockdiagramms können Wege durch das System ermittelt werden, die eine erfolgreiche Erfüllung der Systemfunktionen kennzeichnen. Die Analyse beginnt mit den Elementen der untersten Aufbruchebene. Eine Fehlzustandsart auf dieser Ebene kann dann zu Fehlzustandsarten auf der nächsthöheren Ebene führen.

FMEA wird als eine Methode angesehen, die Schwere von möglichen Fehlzustandsarten festzustellen und die Möglichkeiten zur Reduzierung des technischen Risikos aufzuzeigen. Hierbei werden vielfach auch die Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten der Fehlzustandsarten berücksichtigt. Die FMECA (Fehlzustandsart-, -auswirkungs- und Kritikalitätsanalyse) ist eine Erweiterung zur FMEA, die es erlaubt, die Schwere von Fehlzustandsarten zu reihen und Gegenmaßnahmen vorzuschlagen. Dieses wird erreicht, indem man das Maß der Schwere und die Frequenz des Auftretens kombiniert und in einer Maßzahl für die Kritikalität darstellt. Es gibt eine Vielzahl von Definitionen für Kritikalität, die jedoch meist eine ähnliche Bedeutung haben: Auswirkung oder Gewicht einer Fehlzustandsart.

Wichtige Gründe zur Anwendung einer FMEA oder FMECA können sein:

• Kennzeichnung jener Ausfälle, die unerwünschte Effekte auf den Systembetrieb haben, z. B. Totalausfall, erhebliche Minderung der Betriebsleistung oder Sicherheitsrisiken für Anwender oder Benutzer
• Nachweis von Vertragsanforderungen eines Kunden
• Verbesserung der Zuverlässigkeit oder der Sicherheit des Systems.
• Verbesserung der Instandhaltbarkeit des Systems

Bei komplizierten Produkten kann der Aufwand für die Durchführung einer FMEA erheblich sein. Dieser Aufwand kann jedoch vielfach verringert werden, indem man die Analyse nur auf Einzelteile und Baugruppen beschränkt, die neu entworfen oder die wesentlichen Modifikationen unterworfen worden sind. Die anstehende FMEA sollte im höchstmöglichen Umfang Informationen über vorhandenen Einheiten verwenden.

FMEA-Aktivitäten, weiterführende Tätigkeiten, Verfahren, der Zusammenhang mit anderen Zuverlässigkeitsaktivitäten, Managementprozesse für Korrekturmaßnahmen und Zeitpläne sollten in einen Programmplan integriert werden. Dieser sollte die Methodik der angewendeten FMEA-Analyse beschreiben, entweder als zusammenfassende Beschreibung oder durch einen Verweis auf Quelldokumente, in denen die Methodik beschrieben ist.

Einige weitere Betrachtungen vervollständigen die Norm IEC 60812. Die wichtigste hiervon ist die Betrachtung von unterschiedlichen Ausfällen mit gemeinsamer Ursache.

Der Nutzen einer FMEA wird auswahlweise beschrieben durch:

• Vermeidung kostenintensiver Entwurfsänderungen durch frühzeitige Feststellung von Entwurfsmängeln
• Ermittlung von Ausfällen, die allein oder in Kombination mit anderen nicht annehmbare oder bedeutende Auswirkungen haben, und Ermittlung von Fehlzustandsarten, die die erwarteten oder erforderlichen Betriebparameter ernsthaft beeinflussen können
• Ermittlung der Notwendigkeit für Zuverlässigkeitsverbesserung (z. B. Redundanz, Unterlastung, "Failsafe"-Verhalten und Teilauswahl)
• Aufdeckung von Problemen bezüglich Sicherheit und Zuverlässigkeit
• Unterstützung bei der Festlegung des Umfangs der vorbeugenden Instandhaltung
• Unterstützung bei der Ermittlung von Testkriterien, Testplänen und Diagnostikverfahren, z. B. für Leistungstests und Zuverlässigkeitsprüfungen
• Beeinflussung der Konstrukteure durch Vermittlung des Verständnisses über die Faktoren, die die Zuverlässigkeit des Systems beeinflussen
• Erarbeitung eines abschließendes Dokumentes, in dem der Nachweis dokumentiert ist, dass allen Belangen der Systemspezifikation Rechnung getragen wurde.

Der Anhang A (informativ) der Norm IEC 60812 zeigt eine Zusammenfassung der Verfahren für die FMEA und die FMECA auf. Im Anhang B (informativ) sind die Anwendungsmöglichkeiten von FMEA und die FMECA anhand von drei Beispielen dargestellt. Ein umfangreiches Literaturverzeichnis ergänzt die Norm.

Die Norm IEC 60812 gilt bis zum Jahr 2011. Ab diesem Zeitpunkt wird sie entsprechend der Entscheidung des zuständigen Technischen Komitees entweder bestätigt, zurückgezogen, durch eine Neuausgabe ersetzt oder geändert.

Eine entsprechende Deutsche Norm ist in Vorbereitung.