Bei DFMEA vs PFMEA geht es darum, was Sie analysieren. Eine DFMEA, die Design-FMEA, fragt, welche Fehler in der Produktkonstruktion dazu führen können, dass das Produkt seine Anforderungen nicht erfüllt. Eine PFMEA, die Prozess-FMEA, fragt, welche Fehler im Fertigungs- oder Montageprozess dazu führen können, dass das Produkt nicht wie konstruiert entsteht. Sie brauchen beide, in genau dieser Reihenfolge.
Beide Methoden folgen derselben Logik: Funktionen, Fehlerarten, Fehlerfolgen, Fehlerursachen, Maßnahmen und eine Risikobewertung. Sie unterscheiden sich in Umfang, Verantwortung, Eingangsgrößen und Ergebnissen. Dieser Leitfaden erklärt, was jede der beiden ist, vergleicht sie direkt, zeigt, wie die 7 Schritte nach AIAG-VDA und die Aufgabenpriorität für beide gelten, und verfolgt an einem kurzen Beispiel, wie aus einem Konstruktionsrisiko eine Prozessmaßnahme wird.
- Die DFMEA analysiert die Produktkonstruktion. Die PFMEA analysiert den Prozess, der das Produkt herstellt.
- Die DFMEA geht davon aus, dass das Teil zeichnungsgerecht gefertigt wird. Die PFMEA geht davon aus, dass die Konstruktion stimmt, und fragt, was im Prozess schiefgehen kann.
- Die DFMEA beginnt mit einem Blockdiagramm und P-Diagrammen. Die PFMEA beginnt mit dem Prozessablaufdiagramm.
- Besondere Merkmale und Fehlerfolgen gehen von der DFMEA in die PFMEA über und von dort in den Produktionslenkungsplan.
Was ist eine DFMEA?
DFMEA steht für Design Failure Mode and Effects Analysis, auf Deutsch Design-FMEA oder Konstruktions-FMEA. Sie ist eine strukturierte Risikoanalyse eines Produkts, Systems, Teilsystems oder Bauteils, solange es sich noch in der Entwicklung befindet. Das Team listet die Funktionen und Anforderungen der Konstruktion auf und fragt für jede Funktion, welche Fehlerart auftreten kann, welche Fehlerfolge das für den Endnutzer hätte und welche Eigenschaft der Konstruktion die Ursache sein könnte.
Typische Fehlerursachen in der DFMEA sind Konstruktionsentscheidungen: eine zu dünne Wand, ein Werkstoff, der bei Wärme zu schnell altert, eine Toleranzkette, die eine Kollision der Bauteile zulässt, oder eine fehlende Anforderung. Entsprechend sind auch die Maßnahmen konstruktiver Art. Vermeidungsmaßnahmen sind zum Beispiel Konstruktionsrichtlinien, bewährte Konstruktionen und Simulation. Entdeckungsmaßnahmen sind Tests und Analysen, die eine Schwachstelle der Konstruktion vor der Freigabe aufdecken, etwa Prototypentests oder die Konstruktionsverifizierung.
Eine DFMEA deckt die möglichen Fehler einer Produktkonstruktion auf, bevor die Konstruktion freigegeben wird, damit das Team die Konstruktion ändern kann, statt Probleme in der Produktion oder im Feld zu beheben.
Was ist eine PFMEA?
PFMEA steht für Process Failure Mode and Effects Analysis, auf Deutsch Prozess-FMEA. Sie analysiert jeden Schritt eines Fertigungs- oder Montageprozesses, einschließlich Wareneingang, Transport, Lagerung, Nacharbeit und Prüfung. Für jeden Schritt fragt das Team, welche Fehler dazu führen können, dass der Schritt das geforderte Produktmerkmal nicht liefert, welche Fehlerfolge das für den nächsten Arbeitsgang, das Werk, den Kunden und den Endnutzer hat und welche Prozessursache dahintersteht.
Typische Fehlerursachen in der PFMEA sind Prozessursachen: eine falsche Maschineneinstellung, ein verschlissenes Werkzeug, ein fehlendes Teil, ein falsches Teil oder ein Bedienfehler. Entsprechend setzen die Maßnahmen am Prozess an, etwa Poka-Yoke, Rüstprüfungen, Parameterüberwachung, Messung und Prüfung. Unser Leitfaden zu PFMEA und Produktionslenkungsplan erklärt ausführlich, wie aus diesen Maßnahmen Anweisungen für die Fertigung werden.
Was ist der Unterschied zwischen DFMEA und PFMEA?
Kurz gesagt: Die DFMEA fragt, ob das Produkt funktioniert, wenn es richtig hergestellt wird. Die PFMEA fragt, ob der Prozess es richtig herstellt. Die Tabelle vergleicht beide Methoden Punkt für Punkt.
| Kriterium | DFMEA | PFMEA |
|---|---|---|
| Gegenstand der Analyse | Die Produktkonstruktion: System, Teilsystem, Bauteil, Schnittstellen | Der Fertigungs- und Montageprozess, Schritt für Schritt |
| Leitfrage | Welche Fehler können dazu führen, dass die Konstruktion ihre Funktionen und Anforderungen nicht erfüllt? | Welche Fehler können dazu führen, dass der Prozess das Produkt nicht wie konstruiert herstellt? |
| Grundannahme | Das Teil wird nach Zeichnung und Spezifikation gefertigt | Die Konstruktion ist richtig und erfüllt ihre Anforderungen |
| Verantwortung und Team | Konstruktionsverantwortlicher Ingenieur, mit Erprobung, Qualität, Prozessplanung und Lieferanten | Prozess- oder Fertigungsingenieur, mit Qualität, Produktion, Instandhaltung, Werkern und Konstruktion |
| Beginn und Abschluss | Beginnt beim Konstruktionskonzept, ist vor der Konstruktionsfreigabe für die Werkzeuge abgeschlossen | Beginnt, sobald Prozesskonzept und Prozessablauf bekannt sind, ist vor der Prozessfreigabe für die Serie abgeschlossen |
| Grundlage der Strukturanalyse | Block- oder Boundary-Diagramm, P-Diagramm, Anforderungen, Schnittstellenmatrix | Prozessablaufdiagramm, Betriebsmittelliste, DFMEA, besondere Merkmale |
| Typische Fehlerursachen | Geometrie, Werkstoff, Toleranzen, nicht eingehaltene Konstruktionsrichtlinien | Einstellungen, Werkzeuge, Vorrichtungen, Materialhandhabung, Arbeitsweise der Werker |
| Maßnahmen | Konstruktionsrichtlinien, Simulation, Verifizierungs- und Validierungstests | Poka-Yoke, Rüstprüfungen, Parameterüberwachung, Prüfung und Messung |
| Wichtigste Ergebnisse | Konstruktionsänderungen, Erprobungsplan, besondere Merkmale in der Zeichnung | Prozessänderungen, Poka-Yoke, Produktionslenkungsplan und Arbeitsanweisungen |
Beide bewerten Bedeutung, Auftreten und Entdeckung, jedoch jeweils mit eigenen Bewertungstabellen. In der DFMEA bewertet das Auftreten, wie wahrscheinlich die konstruktive Ursache unter Berücksichtigung der konstruktiven Maßnahmen ist. In der PFMEA bewertet das Auftreten, wie wahrscheinlich die Prozessursache unter Berücksichtigung der Prozessmaßnahmen ist. Entdeckung heißt in der DFMEA, die Schwachstelle vor der Konstruktionsfreigabe durch Tests zu finden. Entdeckung heißt in der PFMEA, den Fehler oder seine Ursache im Werk zu finden, bevor das Teil es verlässt.
Wann setzen Sie eine DFMEA ein und wann eine PFMEA?
Eine DFMEA brauchen Sie, wenn Ihr Unternehmen die Konstruktionsverantwortung trägt: bei einem neuen Produkt, einer Konstruktionsänderung, einer neuen Anwendung einer bestehenden Konstruktion oder neuen Einsatzbedingungen. Ein Zulieferer, der nach Kundenzeichnung fertigt, hat in der Regel keine eigene DFMEA, braucht aber trotzdem eine PFMEA für seinen Prozess.
Eine PFMEA brauchen Sie für jeden neuen oder geänderten Fertigungsprozess: eine neue Linie, ein neues Werk, ein neues Werkzeug, eine Prozessänderung oder eine Produktionsverlagerung an einen anderen Standort. In der Produktentwicklung kommt die DFMEA zuerst, und die PFMEA beginnt, sobald der Prozessablauf bekannt ist. In der Automobilindustrie sind beide Arbeitsergebnisse von APQP: die DFMEA in Phase 2, die PFMEA in Phase 3. Beide überlappen, und beide müssen über den gesamten Lebenszyklus des Produkts aktualisiert werden.
Was sind die 7 Schritte nach AIAG-VDA?
Die meisten Automobilzulieferer arbeiten heute nach dem FMEA-Handbuch von AIAG und VDA, das 2019 erstmals erschien. Es beschreibt eine Methode in sieben Schritten, die für DFMEA und PFMEA gleichermaßen gilt. Nur der Inhalt der einzelnen Schritte ändert sich.
- Planung und VorbereitungLegen Sie Umfang, Team, Aufgaben und Werkzeuge fest. Das Handbuch fasst das als 5T zusammen: InTent, Timing, Team, Tasks und Tools, also Zweck, Zeitplan, Team, Aufgaben und Werkzeuge.
- StrukturanalyseDFMEA: Zerlegen Sie das Produkt in System, Teilsystem und Bauteil, meist mit einem Blockdiagramm. PFMEA: Zerlegen Sie den Prozess in Prozessschritte und Prozessarbeitselemente wie Maschine, Material, Methode und Mensch.
- FunktionsanalyseDFMEA: Benennen Sie die Funktionen und Anforderungen jedes Elements, oft mit einem P-Diagramm. PFMEA: Benennen Sie, was jeder Prozessschritt erreichen muss, sowie die Produkt- und Prozessmerkmale.
- FehleranalyseBilden Sie für jede Funktion die Fehlerkette: Fehlerfolge, Fehlerart und Fehlerursache.
- RisikoanalyseDokumentieren Sie die aktuellen Vermeidungs- und Entdeckungsmaßnahmen. Bewerten Sie Bedeutung, Auftreten und Entdeckung, und lesen Sie die Aufgabenpriorität aus der Tabelle ab.
- OptimierungPlanen Sie Maßnahmen für Punkte mit hoher und mittlerer Priorität, legen Sie einen Verantwortlichen und einen Termin fest, und bewerten Sie das Risiko neu, sobald die Maßnahmen umgesetzt sind.
- ErgebnisdokumentationKommunizieren Sie die Ergebnisse und die umgesetzten Maßnahmen an das Management und, wo nötig, an den Kunden.
Warum gilt die Aufgabenpriorität statt der RPZ?
Die älteren FMEA-Handbücher priorisierten Risiken nach der Risikoprioritätszahl, kurz RPZ: Bedeutung mal Auftreten mal Entdeckung. Die Schwäche: Sehr unterschiedliche Risiken können dieselbe RPZ erhalten. Ein seltener Fehler mit Auswirkung auf die Sicherheit konnte niedriger bewertet werden als ein häufiger optischer Mangel.
Das Handbuch von AIAG und VDA ersetzt die RPZ durch die Aufgabenpriorität, kurz AP. Eine Tabelle ordnet jeder Kombination aus Bedeutung, Auftreten und Entdeckung eine hohe, mittlere oder niedrige Priorität zu. Die Bedeutung hat das größte Gewicht, dann das Auftreten, dann die Entdeckung. Hohe Priorität heißt: Das Team muss Maßnahmen ergreifen oder dokumentieren, warum die bestehenden Maßnahmen ausreichen. Dieselbe Logik gilt für DFMEA und PFMEA, jeweils mit eigenen Bewertungstabellen.
Eine niedrige Aufgabenpriorität, die nur auf einer guten Entdeckungsbewertung beruht, ist ein Warnsignal. In der DFMEA wie in der PFMEA senkt die Vermeidung das Risiko an der Quelle. Die Entdeckung findet das Problem erst, wenn es bereits entstanden ist.
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Wie fließt die DFMEA in die PFMEA und den Produktionslenkungsplan ein?
DFMEA, PFMEA und Produktionslenkungsplan bilden eine Kette. Kundenanforderungen fließen in die Konstruktion ein, zum Beispiel über Quality Function Deployment. Die DFMEA zeigt, welche Produktmerkmale für Sicherheit, gesetzliche Vorgaben oder Funktion kritisch sind. Diese werden zu besonderen Merkmalen in der Zeichnung.
Die PFMEA übernimmt diese Merkmale. Für jeden Prozessschritt, der ein besonderes Merkmal erzeugt oder verändert, analysiert das Team, wodurch der Prozess das Merkmal verfehlen kann. Die Fehlerfolgen aus der DFMEA werden übernommen, deshalb sollte die Bedeutung der Fehlerfolge für den Endnutzer in beiden Dokumenten gleich sein. Die Prozessmaßnahmen aus der PFMEA gehen dann in den Produktionslenkungsplan ein, mit Stichprobenumfang, Häufigkeit und Reaktionsplan.
- Anforderungen: Kundenanforderungen und gesetzliche Anforderungen, Funktionen und Schnittstellen.
- DFMEA: Konstruktionsrisiken, konstruktive Maßnahmen und die besonderen Merkmale.
- Zeichnung und Spezifikation: besondere Merkmale, gekennzeichnet mit den vereinbarten Symbolen.
- Prozessablaufdiagramm und PFMEA: Prozessrisiken für jeden Schritt, mit denselben besonderen Merkmalen.
- Produktionslenkungsplan: wie jede Prozessmaßnahme in der Serienproduktion durchgeführt wird.
Der Zusammenhang gilt auch in umgekehrter Richtung. Zeigt die PFMEA, dass sich ein Merkmal mit dem geplanten Prozess nicht zuverlässig herstellen lässt, sollte das Konstruktionsteam davon erfahren, solange sich die Konstruktion noch ändern lässt. Gelangt ein fehlerhaftes Teil zum Kunden, sollten die Erkenntnisse aus der Problemlösung, zum Beispiel aus einem 8D-Report, in die PFMEA einfließen und, wenn die Ursache in der Konstruktion liegt, auch in die DFMEA.
Wie sieht ein Beispiel für DFMEA und PFMEA aus?
Dieses kurze Beispiel dient der Veranschaulichung und ist kein Kundenprojekt. Das Produkt ist ein spritzgegossener Kunststoffclip, der einen Kabelstrang an einem Karosserieblech hält. Seine Funktion: die Kabel über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs bei Vibration und Wärme in Position zu halten.
| Element | DFMEA, Konstruktion des Clips | PFMEA, Spritzgießen des Clips |
|---|---|---|
| Funktion | Kabelstrang bei Vibration und Wärme mit einer Mindesthaltekraft halten | Rastarm in der vorgegebenen Dicke spritzgießen |
| Fehlerart | Haltekraft zu gering | Rastarm dünner als vorgegeben oder unvollständig gefüllt |
| Fehlerfolge | Kabel lösen sich, klappern und können an der Karosserie scheuern | Dieselbe Fehlerfolge für den Endnutzer, dazu Ausschuss und Sortierung im Werk |
| Fehlerursache | Dicke des Rastarms für den Werkstoff nach Wärmealterung zu dünn festgelegt | Nachdruck zu niedrig oder verschlissener Werkzeugeinsatz |
| Vermeidungsmaßnahme | Konstruktionsrichtlinie für Schnappverbindungen, Festigkeitssimulation | Überwachte Spritzgießparameter, geplante Werkzeuginstandhaltung |
| Entdeckungsmaßnahme | Abzugsprüfung an Prototypen nach Wärmealterung | Haltekraftprüfung an Stichproben, Kameraprüfung des Rastarms |
| Ergebnis | Dickerer Rastarm, Dicke als besonderes Merkmal gekennzeichnet | Dicke und Haltekraft in den Produktionslenkungsplan aufgenommen |
Die beiden Analysen betrachten denselben Fehler von zwei Seiten. Die DFMEA hat die Schwachstelle der Konstruktion behoben und die Dicke des Rastarms als besonderes Merkmal festgelegt. Die PFMEA hat dafür gesorgt, dass der Spritzgießprozess diese Dicke einhält, und der Produktionslenkungsplan legt fest, wie sie in der Serienproduktion geprüft wird.
Welche Fehler passieren bei DFMEA und PFMEA am häufigsten?
- Prozessursachen in der DFMEA: „Werker montiert falsch“ gehört in die PFMEA. Die DFMEA sollte konstruktive Ursachen benennen.
- Konstruktive Ursachen in der PFMEA: Eine falsche Toleranz in der Zeichnung ist ein Konstruktionsthema. Geben Sie sie an das DFMEA-Team zurück.
- Unterschiedliche Bedeutung für dieselbe Fehlerfolge: Die Fehlerfolge für den Endnutzer und ihre Bedeutung sollten in beiden Dokumenten übereinstimmen.
- Besondere Merkmale gehen unterwegs verloren: Ein in der DFMEA gekennzeichnetes Merkmal fehlt in der PFMEA oder im Produktionslenkungsplan.
- FMEA als Papierkrieg: Eine DFMEA, die erst nach der Konstruktionsfreigabe ausgefüllt wird, oder eine PFMEA, die nur für das Kundenaudit entsteht, kann nichts mehr verändern.
- Eine Person füllt das Formblatt aus: Ohne interdisziplinäres Team fehlt der Analyse das Wissen aus Konstruktion, Produktion und Erprobung.
- Keine Aktualisierung nach Änderungen oder Reklamationen: Beide Dokumente müssen nach jeder Konstruktions- oder Prozessänderung und nach jeder Feld- oder Kundenreklamation überarbeitet werden.
Wie kann ein FMEA- oder Qualitätsingenieur auf Interim-Basis helfen?
Viele Werke haben FMEAs, die auf dem Papier existieren, aber keine Fehler verhindern. DFMEA und PFMEA wurden von verschiedenen Teams erstellt, die besonderen Merkmale stimmen nicht überein, und der Produktionslenkungsplan ist veraltet. Ein erfahrener FMEA-Moderator oder Interim Manager kann die Workshops leiten, DFMEA, PFMEA und Produktionslenkungsplan für eine Produktfamilie aufeinander abstimmen, die Analyse in das AIAG-VDA-Format überführen und Ihre Ingenieure darin schulen, sie aktuell zu halten.
GQ Interim hat seit 2011 1.550+ Projekte in Produktions- und Industrieunternehmen in Mittel- und Osteuropa umgesetzt, für Kunden wie Stellantis, Porsche, Siemens, Valeo und Magna. Unsere Datenbank umfasst 7.500+ geprüfte Experten, darunter FMEA-Moderatoren, Qualitätsingenieure und Lieferantenqualitätsingenieure. Wir sind nach ISO 9001 und TISAX zertifiziert. Mehr erfahren Sie auf unserer Seite FMEA-Beratung.
Fazit
Die DFMEA macht die Konstruktion zuverlässig. Die PFMEA sorgt dafür, dass der Prozess diese Konstruktion zuverlässig herstellt. Wenden Sie für beide dieselbe Methode in 7 Schritten und die Aufgabenpriorität an, beginnen Sie die DFMEA früh, beginnen Sie die PFMEA, sobald der Prozessablauf bekannt ist, und führen Sie die besonderen Merkmale bis in den Produktionslenkungsplan durch. Dann wirken beide Analysen als ein System, das Fehler verhindert.
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Häufig gestellte Fragen
Was bedeutet DFMEA?
DFMEA bedeutet Design Failure Mode and Effects Analysis, auf Deutsch Design-FMEA. Sie ist eine strukturierte Methode, mit der das Team herausfindet, welche Fehler in einer Produktkonstruktion auftreten können, welche Fehlerfolgen sie hätten und welche konstruktiven Ursachen dahinterstehen, damit die Konstruktion vor der Freigabe verbessert werden kann.
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen PFMEA und DFMEA?
Die DFMEA analysiert die Produktkonstruktion und geht davon aus, dass das Teil richtig gefertigt wird. Die PFMEA analysiert den Fertigungs- und Montageprozess und geht davon aus, dass die Konstruktion richtig ist. Die DFMEA führt zu Konstruktionsänderungen und Tests, die PFMEA zu Prozessmaßnahmen und zum Produktionslenkungsplan.
Was kommt zuerst, DFMEA oder PFMEA?
Die DFMEA beginnt früher, bereits beim Konstruktionskonzept. Die PFMEA beginnt, sobald der Prozessablauf bekannt ist, und nutzt die DFMEA als Eingangsgröße. In der Praxis überlappen beide und werden während der Entwicklung und der Serienproduktion gemeinsam aktualisiert.
Wer ist für DFMEA und PFMEA verantwortlich?
Der konstruktionsverantwortliche Ingenieur ist für die DFMEA verantwortlich, der Prozess- oder Fertigungsingenieur für die PFMEA. Beide brauchen ein interdisziplinäres Team mit Qualität, Erprobung, Produktion und, wo relevant, Lieferanten und Kunden.
Ist die Bedeutung in DFMEA und PFMEA gleich?
Für dieselbe Fehlerfolge beim Endnutzer sollte sie gleich sein. Die PFMEA übernimmt die Fehlerfolgen aus der DFMEA, deshalb sollte die Bedeutung für den Endnutzer übereinstimmen. Die PFMEA bewertet zusätzlich Fehlerfolgen, die die DFMEA nicht abdeckt, etwa Ausschuss, Nacharbeit oder einen Stillstand im Werk.
Was ist der Unterschied zwischen DFMEA, PFMEA und System-FMEA?
Eine System-FMEA betrachtet ein ganzes System und die Schnittstellen zwischen seinen Teilsystemen. Sie ist eine Design-FMEA auf der höchsten Ebene. Das Handbuch von AIAG und VDA beschreibt außerdem eine ergänzende FMEA für Monitoring und Systemreaktion, kurz FMEA-MSR, für Fehler, die ein Fahrzeugsystem im Betrieb erkennt und auf die es reagiert.
Fordert IATF 16949 eine DFMEA und eine PFMEA?
Ja, jeweils für die Organisationen, auf die sie zutreffen. IATF 16949 nennt in Abschnitt 8.3.5.1 eine Risikoanalyse der Produktkonstruktion, die FMEA, als Ergebnis der Produktentwicklung und in Abschnitt 8.3.5.2 die Prozess-FMEA als Ergebnis der Fertigungsprozessentwicklung. Ein Zulieferer ohne Konstruktionsverantwortung braucht trotzdem eine PFMEA.
Welche FMEA-Normen gelten neben AIAG-VDA?
SAE J1739 ist die SAE-Norm für Design- und Prozess-FMEA, die vor allem in der US-Automobilindustrie verwendet wird. IEC 60812 ist die allgemeine internationale Norm für die FMEA. Viele Kunden haben darüber hinaus eigene FMEA-Anforderungen.
Lässt sich dieselbe Software für DFMEA und PFMEA nutzen?
Ja. Spezielle FMEA-Software deckt beide ab und verknüpft DFMEA, PFMEA, besondere Merkmale und Produktionslenkungsplan in einer Datenbank, sodass sich eine Änderung in einem Dokument in die anderen übertragen lässt. Viele Werke arbeiten noch mit Tabellenkalkulationen, was diese Verknüpfung erschwert.
