Systemanalyse, FTA und FMEA mit KI-Unterstützung

Einführung und Begriffe

In Visual-XSel gibt es umfangreiche Möglichkeiten zur Systemanalyse, unterstützt durch KI-Funktionen. Selbst bei scheinbar einfachen Systemen und bekannten Zusammenhängen ist eine strukturierte Aufbereitung der Zusammenhänge in jeder Hinsicht eine sehr zu empfehlende Vorgehensweise. Sie reduziert das Risiko etwas zu übersehen, schafft Verständnis, gibt eine visuelle Übersicht der Erkenntnisse und ist eine perfekte Dokumentation.

In vielen Industriezweigen ist die Systemanalyse in Form einer FMEA aufgrund einer geforderten Risikoeinschätzung, insbesondere im Sicherheitsbereich, eine feste Forderung.

In Visual-XSel gibt es folgende Funktionen der Systemanalyse, die zusammenhängen und die sich gegenseitig ergänzen:

Die Basis aller genannten Funktionen ist die Gliederung der Inhalte in der Tabelle. Dadurch ist ein Import aus anderen Programmen und der Export dorthin sehr einfach, denn praktisch alle Software-Programme, wie z.B. Word unterstützen Gliederungen.

Das Besondere in Visual-XSel ist es Gliederungen in den unterschiedlichsten Formaten importieren zu können, wie z.B. einfach eingerückte Textzeilen oder römische Gliederungsnummern.

Im Folgenden werden diese wichtigen Methoden kurz beschrieben. Am Ende dieser Seite gibt es ein Übersicht weiterer Methoden.

Ursachen-Wirkungsdiagramm kurz Wirkdiagramme

Wirkdiagramme sind eine grafische Darstellung, die kausale Zusammenhänge sehr gut beschreiben können. Die Besonderheit in Visual-XSel ist es, auch gegenseitige Abhängigkeiten darzustellen inkl. Gewichtung.

Damit lassen sich sehr einfach die wichtigsten Einflüsse über eine Pareto-Verteilung ausgeben. Über diese ist auch eine gezielte Auswahl von DoE Faktoren zu bestimmen.

Die Darstellung kann auch einfach nur ein Mindmap sein ohne die Bedeutung von Wirkzusammenhänge.

Eine ausführliche Beschreibung gibt es unter www.versuchsmethoden.de/Wirkdiagramme.pdf

Tree Baumstruktur 

Die Baumstruktur ist eine andere Darstellungsform des Wirkdiagrammes. Hier können sehr schnell die Inhalte z.B. eines Wirkdiagrammes oder eines Mindmaps eingegeben und editiert werden.

Im Tree können Inhalte über KI-Funktionen komplett automatisiert erstellt, erweitert oder analysiert werden. Weiterhin gibt es eine erweiterbare Bibliothek für die wichtigsten Einflussfaktoren aus Physik und Technik. Damit ergibt sich auch eine unschätzbare Zeitersparnis bei dem Aufbau einer Systemanalyse. Diese Funktion gibt es in der Version „SysAnalysis“ und „DatExplorer“.

Eine ausführliche Beschreibung gibt es unter www.versuchsmethoden.de/Systemanalyse.pdf

 

Fehlerbaumanalyse FTA

Die Fehlerbaumanalyse, englisch Fault Tree Analysis, kurz FTA, ist eine Art der Sys­tem­analyse von technischen Sys­temen. Sie basiert auf der booleschen Algebra, um die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls, einer Anlage oder eines Gesamt­systems zu bestim­men. Die FTA ist je nach Anwendungsbereich in ver­schie­denen Bereichen stan­­dardisiert, z.B. als interna­tio­naler Standard IEC 61025 (EN 61025). In Deutsch­land ist die Fehlerbaumanalyse Inhalt der internationalen DIN 25424.

FMEA steht für Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse und ist eine systematische, präventive Methode zur Risikoanalyse in Produkten und Prozessen. Ziel ist es, potenzielle Fehlerarten frühzeitig zu erkennen, ihr Risiko zu bewerten und Gegenmaßnahmen festzulegen, bevor es zu Ausfällen beim Kunden kommt.

Anwendungsbereiche sind:

  • Entwicklung neuer Produkte (D-FMEA), um Schwachstellen im Entwurf rechtzeitig zu finden.
  • Planung und Optimierung von Prozessen (P-FMEA), z.B. in Fertigung und Montage.
  • Besonders verbreitet ist die Methode in der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik, zunehmend aber auch in anderen Branchen.

Mit Visual-XSel 2026  in der Version „SysAnalysis“ und „DatExplorer“ lassen sich Fehlerbäume und FMEAs einfach und schnell erstellen.

Prinzip-Aufbau der FTA

Der Aufbau des Fehlerbaums ist vertikal. Oben steht das sogenannte Top Level Event, das Resultat der in der untersten Ebene befindlichen Basis-Events, den eigentlich auslösenden Ursachen.

Ziel und Nutzen der FTA

Das Ziel ist es, mögliche Kombinationen von Ursachen zu bestimmen, die zu be­stimmten unerwünschten Ereignissen (Events) führen, dem sogenann­ten Top Level Event. Die FTA ist somit auch eine Risiko-Analyse.

Die FTA ist in erster Linie eine präventive Methode, wird aber auch im Fehler­fall als Analyse-Tool genutzt. Weitere Eigenschaften der FTA sind:

  • Hierarchische Baumstruktur zur Darstellung der Zu­sammenhänge (qualitative Betrachtung).
  • Sowohl die Betrachtung der technischen Komponenten, als auch der Betriebs- und Umgebungsbedingungen.
  • Berechnung der Wahrscheinlichkeit des unerwünschten Ereignisses (quantitative Betrachtung).
  • Identifizierung möglicher Ausfallursachen und deren Kombinationen.
  • Vergleich von Varianten. 

Die Elemente der FTA

Die Verknüpfung der Events wird je­weils durch verschiedene logische Operatoren, die sogenannten Gates hergestellt. Zu den Events gehören u.a. Gerätefehler, Bedienfehler und Softwarefehler, die mit einer gewis­sen Wahrscheinlichkeit zu unerwün­schten Folgen führen können.

Die wichtigsten Elemente der FTA zeigt folgende Übersicht rechts:

 

 

 

Obwohl die FTA in erster Linie für elektronische oder Steuerungs-Systeme, insbesondere im Sicherheitsbereich eingesetzt wird, kann sie universell angewendet werden.

 

 

Beispiel Luftklappe

Fehlerbaumanalyse in Visual-XSel

In Visual-XSel 2026 stehen alle wichtigen FTA Funktionen zur Verfügung. Es ist eine grafische Darstellung möglich, oder die Bearbeitung im Tree, die ein sehr schnelles Editieren ermöglicht und KI-Unterstützung beinhaltet. Weitere Informationen hierzu sind in der Systemanalyse von Visual-XSel beschrieben.

Die grafische Darstellung erfolgt über die Ikone Analyse:

Es wird ein Grundgerüst mit 3 Ebenen bereitgestellt. Die Bearbeitung der Inhalte und Wahrscheinlichkeiten erfolgt durch Popup-Menüs über die rechte Maustaste.

Auf der untersten Eben der Basis-Events können die Eintrittswahrscheinlichkeiten festgelegt werden.

Neben der direkten Eingabe von Wahrscheinlichkeiten in der Mitte, gibt es die Möglichkeit diese über statistische Funktionen zeitabhängig zu beschreiben (rechts). Oft liegen jedoch keine Informationen über diese Zusammenhänge vor. Alternative kann deshalb die Auftretenswahrscheinlichkeit analog der FMEA herangezogen werden (links). Die Basis ist optional das VDA/AIAG FMEA Handbuch, ein gemeinsamer Standard mit den Amerikanern.

In manchen Fällen wird eine FTA gemacht und man möchte die Ergebnisse dann in die FMEA übertragen. Visual-XSel bietet hierfür eine Exportfunktion an:

FMEA

Die wichtigsten Bestandteile der FMEA

Die Arbeitsebene erfolgt durch die sogenannte Strukturanalyse:

  • Systemebene oder Subsystem (z.B. Getriebe)
  • Komponente oder Schnittstelle (z.B. Kupplung)
  • Bauteilebene, Merkmale oder Eigenschaften (z.B. Reibbelag)

Der nächste Schritt ordnet dazugehörig Funktionen und Anforderungen zu

  • Funktion und Hauptanforderung
    (z.B. Drehzahlübersetzung)
  • Funktion der Komponente und deren Anforderungen (z.B. Kraftschluss bilden)
  • Funktion und Anforderung der Merkmale
    (z.B. Reibwert)

Nach der Festlegung der Funktionen erfolgt die Analyse der Fehlermöglichkeiten

  1. Fehlerfolge (z.B. was ist die Folge des Ausfalles des Getriebes)
  2. Fehlerart (z.B. Kupplung rutscht durch)
  3. Fehlerursache (z.B. Reibbelag verschliessen)

Der nächste Schritt die Fehleranalyse ist der wichtigste Bearbeitungsschritt der FMEA. Im FMEA-Formblatt müssen immer Fehlerfolge, Fehlerart und Fehlerursache behandelt werden. Man bezeichnet dies auch als Fehlerfolgenkette. Oft reduziert man jedoch aus Platzgründen die Tabellenspalten auf die Bauteilebene und deren Funktionen.

Das folgende Beispiel zeigt ein typisches FMEA-Formblatt mit den weiteren Spalten der Vermeidung der Fehlerursache und deren Entdeckungsmöglichkeiten: 

Für die spätere Analyse gibt es 3 Kennzahlen:

B : Bedeutung
A : Auftreten
E : Entdeckung

Jede Kennzahl hat eine Abstufung von 1..10, siehe Anhang. Aus dem Produkt dieser 3 Kennzahlen errechnet sich eine sogenannte Risikoprioritätszahl, kurz RPZ. Diese hat etwas an Bedeutung verloren und man konzentriert sich heute mehr auf das Produkt
B x A und der daraus gebildeten sogenannten Aufgaben-Priorität AP. Hier gibt die Einstufung H (hoch), M (mittel) und N (niedrig). Es wird empfohlen, dass mindestens bei der Bedeutung der Fehlerfolgen von 9-10 und der Aufgabenpriorität hoch und mittel eine Überprüfung einschließlich getroffener Maßnahmen erfolgen soll. Zu weiteren Informationen hierzu sei auf den AIAG/VDA-FMEA-Standard oder auf die allgemein verfügbare Literatur verwiesen.

Bedeutung B

Die Bedeutung bewertet die schwerwiegendste Fehlerfolge für den Ausfall der Funktion auf der Systemebene. Dies erfolgt ohne Berücksichtigung des Auftretens oder der Entdeckungswahrscheinlichkeit. Beispiel: Aufgrund des Durchrutschens der Kupplung ist die Beschleunigung des Fahrzeuges aus einer Gefahrensituation unzureichend.

Auftretenswahrscheinlichkeit A

Hier bewertet man nicht, wie oft der Fehler insgesamt passiert, sondern wie wahrscheinlich es ist, dass die spezifische Ursache eintritt und somit den Fehler auslöst.

  • Frage: Wie oft tritt die Ursache unter Berücksichtigung der aktuellen Vermeidungsmaßnahmen auf?
  • Fokus: Prävention (z. B. robustes Design, Wartungsintervalle).

Entdeckungswahrscheinlichkeit E

Dies ist oft ein Punkt für Missverständnisse. In der aktuellen harmonisierten FMEA (AIAG & VDA) bezieht sich die Entdeckung auf zwei Szenarien:

  1. Die Entdeckung der Ursache, bevor der Fehler überhaupt entsteht.
  2. Die Entdeckung der Fehlerart, die durch diese Ursache hervorgerufen wurde.
    Möglichkeiten sind z. B. Sensoren, Endprüfungen, Sichtkontrollen, etc.).

Auftreten A und die Entdeckung E beziehen sich primär auf die Fehlerursache.

Weiterführende ausführliche Informationen sind zu finden unter:
www.versuchsmethoden.de/FMEA.pdf

FMEA in Visual-XSel

In Visual-XSel 2026 stehen alle wichtigen FMEA Funktionen zur Verfügung und es gibt eine KI-Unterstützung. Der Aufruf erfolgt auch hier über die Ikone Analyse:

Im Strukturbaum können Bauteile/Komponenten oder Schnittstellen definiert werden, sowie die dazugehörigen Funktionen und Fehlfunktionen. Das Besondere in Visual-XSel ist die KI-Analyse der Fehlerketten (rechte Struktur im Bild). Das ergänzt und prüft die eigene Wissensbasis.

FMEA-Formblätter in Excel sind relativ unflexibel, was Änderungen oder Ergänzungen betrifft. Zudem sind sie in vielen Fällen nicht akzeptiert, wegen fehlender Verknüpfung der Elemente, Fehleranfälligkeit und nicht durchgehender Abbildung des VDA/AIAG-Standards.

In Visual-XSel können Sie vorhandene Excel-FMEAs einfach übernehmen und zunächst in einen Strukturbaum überführen. Dort sind Änderungen und deren Dokumentation leicht zu handhaben und die Fehlerfolgenkette ist als Fehlerbaum darstellbar. Weiterhin wird eine  Liste der Aufgabenpriorität und eine Risikomatrix erstellt.

Natürlich lassen sich auch FMEA-Strukturen in Form von Gliederungen importieren. Damit kann man praktisch von jedem Programm FMEAs übernehmen.

Nach vollständiger Bewertung wird die klassische RPZ-Zahl ermittel, sowie die empfohlen Aufgabenprioritätszahl AP. Diese wird zusammen mit der Risikomatrix als Pareto ausgegeben.

Weiterführende ausführliche Informationen sind zu finden unter:

www.versuchsmethoden.de/Systemanalyse.pdf

www.versuchsmethoden.de/Fehlerbaumanalyse.pdf

www.versuchsmethoden.de/FMEA.pdf

Weitere Methoden in Visual-XSel

Neben diesen Basis-Funktionen gibt es in Visual-XSel weitere Module oder Templates, die vor allem in der Six Sigma Welt bekannt sind:

 

 

 

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