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Studienbuch 'System-FMEA'

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<html><b><font color="white" size = "+2"><span style="background-color: #1F82C0"> <span style="border:2px solid #1F82C0"> 5      </font></span></b></html>
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<html><b><font size = "+2">Überlappungen im System (Produkt, Prozess)</font></b></html>
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Je nach Analysetiefe werden innerhalb eines Systems, welches sich über die Produkt- und mehrere Prozessstrukturen erstreckt, für ein Systemelement Fehlerursachen, Fehler oder Fehlerfolgen betrachtet. Wie in Kapitel <html><b><font color="#1F82C0">2.3</font></b></html> [[arbeitsschritt_3|Arbeitsschritt 3: Fehleranalyse (Produkt)]] angesprochen und in folgender Abbildung beispielhaft dargestellt, kann sich eine Fehlfunktion (im Beispiel SE 1.2), abhängig von der betrachteten Kausalkette, als Fehlerursache, Fehler oder Fehlerfolge darstellen.

<figure>
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<caption>Überlappungen für drei Kausalketten im System</caption>
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Eine Betrachtung der Überlappungen erlaubt die Prüfung der Systemstrukturen (Produkt, Prozess) auf richtige bzw. sinnvolle Abgrenzung der Systemelemente zueinander sowie auf Vollständigkeit der zugewiesenen Funktionen bzw. Fehlfunktionen. Für ein Zukaufteil //Kugellager// (Baugruppe) ergeben sich z. B. geeignete Schnittstellen (Systemgrenzen) zwischen dem Kugellageraußenring und dessen Sitz in der Aufnahmebohrung des Getriebegehäuses sowie zwischen dem Kugellagerinnenring und dessen Sitz auf der gelagerten Welle.

Mit fortschreitender Systemdurchdringung zeigen sich immer mehr Einzelteile (Bauteile), welche nicht weiter zerlegt werden können, aber auch Baugruppen, welche nicht weiter zerlegt werden müssen. Letzteres kann sinnvoll sein, wenn die Funktionsumfänge solcher Baugruppen im Kontext der Analyse als beherrschbar angesehen werden oder es sich um Zukaufteile handelt, deren Knowhow beim Zulieferanten liegt, z. B. Normteile (Kugellager).

Fehlfunktionen von Einzelteilen resultieren häufig aus unzulässigen Beiträgen der Herstellprozesse. Aus diesem Grund müssen für die Analysen auch Überlappungen zwischen der System-FMEA Produkt und der System-FMEA Prozess gebildet werden (siehe auch Abbildung 1).

Die Bedeutung von Überlappungen und der Umgang mit ihnen wird beispielhaft an folgender Analyse eines fünfgängigen PKW-Schaltgetriebes gezeigt.

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<div ueberschrift>
===== Analysebeispiel: PKW-Schaltgetriebe =====
</div>

Folgende Abbildung zeigt einen Ausschnitt aus dem Zusammenbau des Schaltgetriebes. Der Schwerpunkt der Betrachtung wird im Verlauf der Analyse auf der Lauffläche des Wellendichtrings liegen. Die grau hinterlegten Baugruppen werden in der Analyse nur am Rande betrachtet.

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<caption>Zusammenbau PKW-Schaltgetriebe, Ausschnitt (ZB = Zusammenbau) **[VDA-96]**, zugeschnitten und eingefärbt</caption>
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Für das gewählte Beispiel sind zunächst Überlappungen zwischen dem Gesamtsystem, Teilsystemen, Modulen, Baugruppen/Komponenten, Unterbaugruppen/Unterkomponenten und Einzelteilen/Hilfsstoffen innerhalb des Produkts //PKW// zu beachten. Die für die Analyse relevanten Systemelemente sind in folgendem Auszug aus der PKW-Systemstruktur dargestellt.

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<caption>Auszug aus der Produktstruktur PKW (Ergebnis Arbeitsschritt 1 der System-FMEA)</caption>
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Beispielhaft ist das Zustandekommen der PKW-Teilfunktion //Gewährleistet störungsfreien/wirtschaftlichen Betrieb gemäß Lastenheft// in folgender Abbildung dargestellt. Die für das Analysebeispiel relevanten Systemelemente und Teilfunktionen sind grau hinterlegt. Damit das Systemelement //Schaltgetriebe// die Funktion //Gewährleistet umweltgerechten und funktionssicheren Betrieb// erfüllen kann, müssen beispielsweise die untergeordneten Systemelemente //ZB Antriebswelle//, //Lagerdeckel// und //Wellendichtring// Funktionsbeiträge liefern.

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<caption>Auszug aus der PKW-Funktionsstruktur (Ergebnis Arbeitsschritt 2 der System-FMEA)</caption>
</figure>

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Ein Analyseschwerpunkt liegt im Bereich der Überlappungen zwischen den Einzelteilen und den zugehörigen Auslegungs- und Herstellprozessen. Für jedes Einzelteil müssen vorab vom Konstrukteur die Konstruktionselemente (auch: //Funktionselemente// oder //User defined features///UDF) hinsichtlich geometrischer und werkstofflicher Forderungen definiert werden. Fehlerhaft ausgelegte oder gefertigte Einzelteile verursachen insbesondere bei „Neuanläufen“ von Produkten immer wieder „kostenträchtige Störungen“.

Im Analysebeispiel wird das Einzelteil //Antriebswelle// in seine Konstruktionselemente zerlegt, wie in folgender Abbildung dargestellt. Für alle Konstruktionselemente sind vom Konstrukteur die Auslegungswerte (geometrische Merkmale: Durchmesser, Rundlauf, Oberflächenbeschaffenheit u. dgl.; werkstoffliche Merkmale: chemische Zusammensetzung, Härte, Festigkeit u. dgl.) zu ermitteln und vorzugeben.

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<caption>Auszug aus Funktionsstruktur des //ZB Antriebswelle// sowie Überlappungen mit einem Auslegungs- und einem Herstellprozess</caption>
</figure>

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Damit das Systemelement //Antriebswelle// die Funktionen //Gewährleistet Ölfilmaufbau für Wellendichtring// erfüllen kann, muss das Konstruktionselement //Lauffläche Wellendichtring// die genannten funktionsgerechten geometrischen und werkstofflichen Merkmale aufweisen. Aus diesem Grund wird eine Überlappung von Produktstruktur zum Auslegungsprozess (Entwicklung/Konstruktion) gebildet.

Ursachen für nicht erfüllte Funktionen (Fehlerursachen, FU) des Einzelteils //Antriebswelle// finden sich aber auch im Herstellprozess. Im Beispiel wird die Lauffläche für den Wellendichtring im Einstechschleifverfahren (radiale Zustellung der Schleifscheibe) gefertigt. Damit die Lauffläche die geforderten Eigenschaften erhält, werden allein vier Prozessparameter gefunden. 
Die geometrischen und werkstofflichen Forderungen werden im Herstellprozess umgesetzt, beschrieben durch eine Überlappung zwischen Auslegungs- und Herstellprozess.

Eine Fehlfunktionsstruktur für das Einzelteil //Antriebswelle// zeigt Abbildung 7.

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{{ :fmea:abbildungen:s5b7.png?direct&860 |}}
<caption>Auszug aus der Fehlfunktionsstruktur für die //Antriebswelle// (Ergebnis Arbeitsschritt 3 der System-FMEA)</caption>
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Mit Hilfe der Überlappungen können nun mögliche Fehlerursachen für eine Fehlfunktion z. B. auf Ebene des Antriebsstrangs bis hin zu fehlerhaften Prozessbeiträgen zurückverfolgt werden, wie folgende die Abbildung zeigt.

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{{ :fmea:abbildungen:s5b8.png?direct&860 |}}
<caption>Auszug aus der Fehlfunktionsstruktur //Antriebstrang// sowie Überlappungen bis zu Auslegungs- und Herstellprozessen</caption>
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Gewährleistet das Schaltgetriebe keinen funktionssicheren, umweltsicheren und wirtschaftlichen Betrieb (Fehler, F), dann lässt sich diese Fehlfunktion in gleicher Weise auch für den Antriebsstrang formulieren. Eine mögliche Fehlerursache (FU) für den Fehler kann im ZB Antriebswelle gefunden werden: //Dichtet Ölraum (des Schaltgetriebes) gegenüber Umgebung nicht leckagefrei ab//.

Folgt man den Überlappungen, stellt man fest, dass das Einzelteil //Antriebswelle// im Bereich des Konstruktionselements //Lauffläche Wellendichtring// Merkmale aufweist, welche nicht funktionsgerecht sind: //Drallbehaftete Oberflächenstruktur mit Poren und Riefen// sowie //Nicht ausreichender Verschleißwiderstand//. Eine mögliche Fehlerquelle ist auf Ebene der Konstruktionselemente bei der Lauffläche Wellendichtring auf der Antriebswelle zu finden: //Gewährleistet Ölfilmaufbau für Wellendichtring nicht//. Diese Fehlfunktion kann zum einen durch eine nicht funktionsgerechte Vorgabe durch den Konstrukteur im Auslegungsprozess oder durch eine nicht forderungskonforme Umsetzung dieser Vorgaben durch den Prozesseinrichter im Herstellprozess hervorgerufen werden. Auslegungsfehler werden vor Serienanlauf spätestens im Rahmen vorläufiger Prozessfähigkeitsuntersuchungen oder der Erstmusterprüfung entdeckt. Mögliche Fertigungsfehler nach Serienfreigabe werden durch Langzeitprozessfähgigkeitsuntersuchungen minimiert.

Für die Funktion //Dichtet gegenüber Wellendichtring funktionsgerecht ab// des SE //KE Lauffläche Wellendichtring// kann nun eine Risikobewertung mithilfe des folgenden Formblatts erstellt werden.

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{{ :fmea:abbildungen:s5b9.png?direct&860 |}}
<caption>Risikobewertung für eine Funktion des Konstruktionselements //Lauffläche Wellendichtring//</caption>
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<html><b><font color="#1F82C0">4.2</font></b></html> [[arbeitsschritt_5|Arbeitsschritt 5: Optimierung (Produkt)]]
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[[organisatorische_empfehlungen|Anlage A]]

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