Zuverlässigkeit technischer Systeme 2



Ähnliche Dokumente
Mean Time Between Failures (MTBF)

Zuverlässigkeit und Lebensdauer

B 2. " Zeigen Sie, dass die Wahrscheinlichkeit, dass eine Leiterplatte akzeptiert wird, 0,93 beträgt. (genauerer Wert: 0,933).!:!!

Folie 1: Fehlerbaumanalyse (FTA) Kurzbeschreibung und Ziel Die Fehlerbaumanalyse im Englischen als Fault Tree Analysis bezeichnet und mit FTA

Markus Mauritz 4BBW 97/98 BET - Referat. ABC Analyse (Kostenschwerpunktanalyse)

Kondensatoren ( Verdichter, von lat.: condensus: dichtgedrängt, bezogen auf die elektrischen Ladungen)

50. Mathematik-Olympiade 2. Stufe (Regionalrunde) Klasse Lösung 10 Punkte

Würfelt man dabei je genau 10 - mal eine 1, 2, 3, 4, 5 und 6, so beträgt die Anzahl. der verschiedenen Reihenfolgen, in denen man dies tun kann, 60!.

Life Cycle elektrischer Komponenten

Wichtiges Thema: Ihre private Rente und der viel zu wenig beachtete - Rentenfaktor

Was ist das Budget für Arbeit?

W-Rechnung und Statistik für Ingenieure Übung 11

Anleitung über den Umgang mit Schildern

Physikalisches Praktikum I Bachelor Physikalische Technik: Lasertechnik, Biomedizintechnik Prof. Dr. H.-Ch. Mertins, MSc. M.

HIER GEHT ES UM IHR GUTES GELD ZINSRECHNUNG IM UNTERNEHMEN

Umgang mit Schaubildern am Beispiel Deutschland surft

1. Die Maße für ihren Vorbaurollladen müssen von außen genommen werden.

AGROPLUS Buchhaltung. Daten-Server und Sicherheitskopie. Version vom b

Simulation LIF5000. Abbildung 1

1 Mathematische Grundlagen

1.3.2 Resonanzkreise R L C. u C. u R. u L u. R 20 lg 1 , (1.81) die Grenzkreisfrequenz ist 1 RR C . (1.82)

Güte von Tests. die Wahrscheinlichkeit für den Fehler 2. Art bei der Testentscheidung, nämlich. falsch ist. Darauf haben wir bereits im Kapitel über

Prinzip der Zylinderdruckmessung mittels des piezoelektrischen Effektes

Umsatz-Kosten-Treiber-Matrix Woodmark Consulting AG

Kommutationszahlen und Versicherungsbarwerte für Leibrenten 2001/2003

- Eine typische Ausfallrate, wie sie bei vielen technischen Anwendungen zu sehen ist hat die Form einer Badewanne, deshalb nennt man diese Kurve auch

Lineargleichungssysteme: Additions-/ Subtraktionsverfahren

Übungsaufgaben Tilgungsrechnung

1. Kennlinien. 2. Stabilisierung der Emitterschaltung. Schaltungstechnik 2 Übung 4

Fakten zur geförderten Pflegezusatzversicherung.

DAS PARETO PRINZIP DER SCHLÜSSEL ZUM ERFOLG

Professionelle Seminare im Bereich MS-Office

Informationssystemanalyse Problemstellung 2 1. Trotz aller Methoden, Techniken usw. zeigen Untersuchungen sehr negative Ergebnisse:

10 Tipps für umweltbewusstes Fahren

Der Leverage-Effekt wirkt sich unter verschiedenen Umständen auf die Eigenkapitalrendite aus.

Arbeitshilfe "Tipps für Gespräche mit Vorgesetzten und KollegInnen" Was gilt für mich?

A. Ersetzung einer veralteten Govello-ID ( Absenderadresse )

FRAGE 39. Gründe, aus denen die Rechte von Patentinhabern beschränkt werden können

Daten und Fakten. Gemeinschaftspraxis der Frauenärzte. Informationen zum Thema Kinderwunschbehandlung. Zentrum für Reproduktionsmedizin

Meinungen der Bürgerinnen und Bürger in Hamburg und Berlin zu einer Bewerbung um die Austragung der Olympischen Spiele

Strom in unserem Alltag

Vermögensbildung: Sparen und Wertsteigerung bei Immobilien liegen vorn

Widerrufsbelehrung der Free-Linked GmbH. Stand: Juni 2014

Hausaufgabe: Der Energieeffizienz auf der Spur

Berechnung der Erhöhung der Durchschnittsprämien

Tipp III: Leiten Sie eine immer direkt anwendbare Formel her zur Berechnung der sogenannten "bedingten Wahrscheinlichkeit".

Prozentrechnung. Klaus : = Karin : =

Daten sammeln, darstellen, auswerten

Zur Wahrung der Widerrufsfrist reicht es aus, dass Sie die Mitteilung über die Ausübung des Widerrufsrechts vor Ablauf der Widerrufsfrist absenden.

Manager. von Peter Pfeifer, Waltraud Pfeifer, Burkhard Münchhagen. Spielanleitung

Informationen zum Ambulant Betreuten Wohnen in leichter Sprache

Lernmaterial für die Fernuni Hagen effizient und prüfungsnah

Säuglingsanfangsnahrung und Folgenahrung Was ändert sich? Was bleibt?

Korrelation (II) Korrelation und Kausalität

Wir machen neue Politik für Baden-Württemberg

Die Größe von Flächen vergleichen

Widerstandsdrähte auf Rahmen Best.-Nr. MD03803

Elektrische Energie, Arbeit und Leistung

Umfrage in den 5er-Klassen zu Hausaufgaben in den Nebenfächern im Schuljahr 2014/15

CTI SYSTEMS S.A. CTI SYSTEMS S.A. 12, op der Sang. Fax: +352/ L Lentzweiler. G.D.

ELEXBO A-Car-Engineering

Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe. Übungen Regelungstechnik 2

OECD Programme for International Student Assessment PISA Lösungen der Beispielaufgaben aus dem Mathematiktest. Deutschland

Zahlenwinkel: Forscherkarte 1. alleine. Zahlenwinkel: Forschertipp 1

Abituraufgabe zur Stochastik, Hessen 2009, Grundkurs (TR)

Produktbezogener Ansatz

Untätigkeit der Bürger

Aufgabe 1 Berechne den Gesamtwiderstand dieses einfachen Netzwerkes. Lösung Innerhalb dieser Schaltung sind alle Widerstände in Reihe geschaltet.

Wachstum 2. Michael Dröttboom 1 LernWerkstatt-Selm.de

Anwendertreffen 20./21. Juni

BMS Aufnahmeprüfung Jahr 2014 Basierend auf Lehrmittel: Mathematik (Schelldorfer)

Primzahlen und RSA-Verschlüsselung

BERECHNUNG DER FRIST ZUR STELLUNGNAHME DES BETRIEBSRATES BEI KÜNDIGUNG

Absicherung der Zuverlässigkeit im Produktlebenslauf. Projekt Coaching

1. Weniger Steuern zahlen

Statuten in leichter Sprache

Glaube an die Existenz von Regeln für Vergleiche und Kenntnis der Regeln

Pressemitteilung Kostengünstige Automation für Kleinserien und Laboranwendungen

Rente = laufende Zahlungen, die in regelmäßigen Zeitabschnitten (periodisch) wiederkehren Rentenperiode = Zeitabstand zwischen zwei Rentenzahlungen

Bundesverband Flachglas Großhandel Isolierglasherstellung Veredlung e.v. U g -Werte-Tabellen nach DIN EN 673. Flachglasbranche.

QM: Prüfen -1- KN

Behörde für Bildung und Sport Abitur 2008 Lehrermaterialien zum Leistungskurs Mathematik

Nerreter, Grundlagen der Elektrotechnik Carl Hanser Verlag München. 8 Schaltvorgänge

Ihre Rürup-Förderung

Media Teil III. Begriffe, Definitionen, Übungen

Die richtigen Partner finden, Ressourcen finden und zusammenführen

Oracle 9i Real Application Clusters

Drei Fragen zum Datenschutz im. Nico Reiners

Elektrischer Widerstand

Dipl.-Ing. Herbert Schmolke, VdS Schadenverhütung

Die Post hat eine Umfrage gemacht

Papa - was ist American Dream?

Fachbereich Physik Dr. Wolfgang Bodenberger

Bedienungshinweise für das Smartboard. Basisfunktionen

Pflegedossier für die kreisfreie Stadt Frankfurt (Oder)

Server- und Netzwerkschränke Was ist ein Server-/Netzwerkschrank?

Zahn gesundheit von Pflegebedürftigen

3. Halbleiter und Elektronik

Schriftliche Prüfungsarbeit zum mittleren Schulabschluss 2011 im Fach Mathematik. 18. Mai 2011

Transkript:

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 1 Zuverlässigkeit technischer Systeme 2 1 Sicherheit und Lebensdauer bestimmen die Zuverlässigkeit... 2 2 Zuverlässigkeitskenngrößen ermitteln... 3 2.1 Beobachten der Systeme/Geräte im Einsatz... 3 2.2 Mit Zuverlässigkeitsmodellen arbeiten... 3 2.3 Lebensdauerversuche durchführen und auswerten... 3 3 Definition der Zuverlässigkeit... 4 4 Zuverlässigkeitsformeln... 4 5 Lebensdauererwartungen im Beispiel... 5 6 Zuverlässigkeit nicht reparierbarer Einheiten... 6 7 Zuverlässigkeitskennwerte reparierbarer Einheiten... 7 8 Verfügbarkeit reparierbarer Einheiten... 8 9 Zuverlässigkeitsmodelle für die Systementwicklung... 9 9.1 Modell: Reihenschaltung, Serie... 9 9.2 Modell: Parallelschaltung, Redundanz... 9 9.3 Vermischte Modelle... 1 9.4 Fallbeispiel: Fahrzeugbremse... 11 1 Parts Count Method... 12 1.1 Der Worst Case Ansatz... 12 1.2 Die Ausfallraten der Bauelemente... 12 1.3 Fallbeispiel: Fahrzeugelektronik... 13 11 Fehlerbaumanalyse (Fault Tree Analysis)... 15 11.1 Die Elemente des Fehlerbaums... 15 11.2 Fallbeispiel Zündelektronik... 16 12. Die Weibull-Analyse... 18 12.1 Das Lebensdauermodell... 18 12.2 Die Weibull-Theorie... 19 12.3 Der Einfluss des Formparameters b... 2 12.4 Fallbeispiel Heizschrank... 22 12.5 Fallbeispiel Statistisches Jahrbuch... 24

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 2 Zuverlässigkeit technischer Systeme Neben der Fehlerfreiheit beim Kauf erwartet der Kunde heutzutage auch eine stete Funktionsbereitschaft eines Produktes während des Gebrauchs. Er will sich auf das Produkt verlassen können und ist nur ungern bereit, durch Störungen oder gar durch Ausfall bedingte Reparaturen bzw. Werkstattaufenthalte hinzunehmen [VDA84]. Für viele, insbesondere sicherheitskritische Produkte bestehen neben den Erwartungen der Kunden auch bestimmte gesetzliche Forderungen an die Zuverlässigkeit. Ebenso ist die Zuverlässigkeit von Bedeutung für den Umweltschutz, der Bestandteil der Qualität im Lebenszyklus ist. Die Zuverlässigkeit ist daher ein sehr wichtiges Qualitätsmerkmal eines Produktes, wodurch die Zuverlässigkeitssicherung zu einer wesentlichen Aufgabe des Qualitäts- und Umweltmanagements ist. Im Folgenden wird erläutert, wie Zuverlässigkeit definiert ist, welche Kenngrößen sie hat und wie sie optimiert werden kann. 1 Sicherheit und Lebensdauer bestimmen die Zuverlässigkeit Juli 22: "Der neue Mini von BMW ist zum ersten Mal von einer Rückrufaktion betroffen. Weltweit müssen nach Angaben des Münchener Autobauers 38 7 Minis in die Werkstatt gebracht werden. Auch der in den USA produzierte Geländewagen X5 muss in der Werkstatt überprüft werden. Bei dem Mini könne sich das Schaltseil lösen, so dass der zuletzt eingelegte Gang sich nicht mehr herausnehmen lasse, teilte BMW am Dienstag in München mit. Es handele sich nicht um ein sicherheitsrelevantes Problem, betonte ein Sprecher. Bisher wurden 87 4 Mini an die Kunden ausgeliefert. Beim X5 müssen 56. Fahrzeuge in die Werkstatt, weil sich das Bremspedal lockern und im Extremfall lösen könne, sagte der Sprecher. Der Defekt kündige sich durch mehr Spiel in der Bremse an. Die Rückrufaktionen kosten BMW nach eigenen Angaben rund 6,3 Millionen Euro, die durch Rückstellungen abgedeckt seien. Die US-Verkehrssicherheitsbehörde warnte, durch den Fehler beim Mini erhöhe sich die Gefahr eines Unfalls. Die betroffenen Kunden würden von ihrem jeweiligen Händler angeschrieben, teilte BMW mit. In der Werkstatt werde, wenn nötig, ein Rückhalte-Clip eingebaut. Um welche Fahrzeuge es gehe, lasse sich nur an der Fahrgestellnummer ablesen. In Deutschland sind 6. Mini und 18.4 X5 überwiegend aus dem Modelljahr 2 betroffen, in den USA 3.531 Minis und 34.86 X5. Vom X5 hat BMW bisher 187.5 Einheiten ausgeliefert. Auch Rolls-Royce und Bentley müssen in den USA zurück in die Werkstatt. Dort gebe es ein Problem mit der Bremsanlage, wodurch Luft in das Bremssystem eindringen könne, hieß es weiter bei der US-Verkehrssicherheitsbehörde. Betroffen sind demnach 2.85 Luxus-Karossen aus den Jahren 1998 bis Mai 22. Rolls-Royce und Bentley gehören zu Volkswagen, die Marke Rolls-Royce wird im Januar 23 von BMW übernommen. Dann soll ein völlig neues Rolls-Royce-Modell auf den Markt kommen. Die BMW-Aktie sackte nach der Mitteilung vorübergehend um 1,5 Prozent auf 39,37 Euro ab. Bis zum späten Nachmittag erholte sie sich wieder auf 39,73 Euro,,8 Prozent unter dem Vortagesschlusskurs."

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 3 2 Zuverlässigkeitskenngrößen ermitteln 2.1 Beobachten der Systeme/Geräte im Einsatz Vorteile Nachteile 2.2 Mit Zuverlässigkeitsmodellen arbeiten Vorteile Nachteile 2.3 Lebensdauerversuche durchführen und auswerten Vorteile Nachteile

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 4 3 Definition der Zuverlässigkeit Ausfalldichte F t = nicht zuverlässig R t = zuverlässig Zeit Beispiel: R 1h =,99 t Zuverlässigkeit ist eine statistische Größe Zuverlässigkeit ist eine zeitabhängige Größe bedeutet:......... 4 Zuverlässigkeitsformeln R t + F t = 1 R t = B t / B L = ((B - B t ) / B ) 1 / t F t = L t R = "Reliability", Zuverlässigkeit, Überlebenswahrscheinlichkeit F = "Failure", Ausfallwahrscheinlichkeit B = Bestand, B = Anfangsbestand L = "Lambda", Ausfallrate (1/h) MTBF = Mean Time Betweeen Failures t = Zeit oder andere relevante Größe MTBF = 1 / L Dieser vereinfachte Formelansatz ist verwendbar, wenn die Ausfallrate konstant ist!

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 5 5 Lebensdauererwartungen im Beispiel Motor 2.3 Stunden Normal 3.4 Stunden Beifahrertüre 17. x Normal 33. x Stadt Blinker 6. x Normal 2.. x Stadt Kupplung 33. x Normal 63. x Stadt 5 sec / Kuppeln Getriebe 75. x 1. Gang Normal 15. x 1. Gang Stadt 2. x Rückwärtsgang Normal 45. x Rückwärtsgang Stadt Kofferraum 5. x Normal 1. x Stadt Motorhaube 2. x Normal 4. x Stadt Scheibenwischer 17. x 1. Stufe Normal 2. x 2. Stufe Normal Handbremse 8. x Normal 18. x Stadt Fahrertüre 38. x Normal 77. x Stadt Anlasser 16. x Normal 3. x Stadt 1,5 sec / Anlassen Abblendlicht 1. x Winter 5.5 x Sommer 7 Stunden Winter 35 Stunden Sommer Fußbremse 2. x Normal 45. x Stadt 3,5 sec / Bremsen

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 6 6 Zuverlässigkeit nicht reparierbarer Einheiten 1 9 8 35 42 Anlagen 8 7 63 6 5 4 3 2 1 36 4 6 9 95 1 2 4 6 8 1 MTTF Mean Time To Failures - Kennzahl für nicht reparierbare Einheiten MTTF = Gesamtlaufzeit aller beobachteten Einheiten / Anzahl der Ausfälle Vorgehen: Das Zuverlässigkeitsverhalten aller Einheiten wird durch eine theoretisch ermittelte Ersatzeinheit beschrieben, die genau bei MTTF ausfällt. Die MTTF darf nicht mit einer "garantierten ausfallfreien" Zeit verwechselt werden! Beispiel: Zuverlässigkeitsbilanz eines nicht reparierbaren Systems nach 1 h Einsatz Gesamtlaufzeit:... Zahl der Ausfälle:... MTTF =... Wieviel Prozent der Anlagen sind bis zur MTTF ausgefallen?... Wie groß ist die Zuverlässigkeit zum Zeitpunkt MTTF?...

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 7 7 Zuverlässigkeitskennwerte reparierbarer Einheiten MTBF Mean Time Between Failures - Kennzahl für reparierbare Einheiten Ausfall 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 MTBF = Gesamtlaufzeit aller beobachteten Einheiten / Anzahl der Ausfälle Vorgehen: Das Zuverlässigkeitsverhalten aller Einheiten wird durch eine theoretisch ermittelte Ersatzeinheit beschrieben, die jeweils genau bei MTBF ausfällt. Die MTBF darf nicht mit einer "garantierten ausfallfreien" Zeit verwechselt werden! Beispiel: Zuverlässigkeitsbilanz eines reparierbaren Systems nach 1 h Einsatz Gesamtlaufzeit:... Zahl der Ausfälle:... MTBF =... Wieviel Prozent der Anlagen sind bis zur 1. MTBF ausgefallen?... Wie groß ist die Zuverlässigkeit zum Zeitpunkt MTBF?...

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 8 8 Verfügbarkeit reparierbarer Einheiten A = Availability (Verfügbarkeit, Nutzbarkeit) - Kennzahl für reparierbare Einheiten Ausfall und Down Time 1 1 5 1 9 125 25 8 25 1 7 3 4 35 6 15 2 5 15 2 4 15 15 3 15 1 1 2 1 15 1 1 1 15 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 A = MTBF / (MDT + MTBF) Vorgehen: Die Verfügbarkeit aller Einheiten wird durch eine theoretisch ermittelte Ersatzeinheit beschrieben, die bei einem Ausfall nach MTBF Laufzeit jeweils genau die Ausfallzeit MDT (Mean Down Time) für Reparaturen braucht. Beispiel: Verfügbarkeitsbilanz eines reparierbaren Systems nach 1 h Einsatz Gesamtlaufzeit:... Zahl der Ausfälle:... MTBF =... Gesamte Down Time:... MDT =... Verfügbarkeit A =... Wie kann die Verfügbarkeit der Anlagen verbessert werden?......

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 9 9 Zuverlässigkeitsmodelle für die Systementwicklung 9.1 Modell: Reihenschaltung, Serie R 1 R 2 R ges Beispiel: R 1 = R 2 =,9; L 1 = L 2 =,1 1/h R ges = R 1 R 2 =... F ges =... L ges = L 1 + L 2 =... 1/h 9.2 Modell: Parallelschaltung, Redundanz R 1 R 2 R ges Beispiel: R 1 = R 2 =,9; L 1 = L 2 =,1 1/h R ges =... F ges = F 1 F 2 =... L ges = L 1 L 2 =... 1/h R ges =,81; F ges =,19; L ges =,2 / R ges =,99; F ges =,1; L ges = 1 1-6

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 1 Allgemeiner Formelansatz: Modell Reihenschaltung R ges = R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R n F ges = 1 - R ges L ges = L 1 + L 2 + L 3 + L 4 + L 5 + L n 1/h Modell Parallelschaltung R ges = 1 - F ges F ges = F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F n L ges = L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L n 1/h 9.3 Vermischte Modelle R 1 R 2 R 3 R 5 R 4 R ges Beispiel R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 5 =,9; L 1 = L 2 = L 3 = L 4 = L 5 =,1 1/h R ges =...... F ges =...... L ges =...... R ges =,722; F ges =,278; L ges =,3

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 11 9.4 Fallbeispiel: Fahrzeugbremse Zuverlässigkeitsmodell Front R 3 R 4 R 5 R 6 R 1 R 2 Rear R 3 R 7 R 8 R 9 R 1 R 11 R 12 Parking R ges

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 12 1 Parts Count Method 1.1 Der Worst Case Ansatz Die Methode PCM wird überwiegend bei elektronischen Schaltungen und Geräten verwendet. Sie ist eine einfache Methode, um schnell Zuverlässigkeitskenngrößen zu ermitteln. Sie ist zum Vergleich alternativer Lösungen geeignet und zeigt Schwachstellen auf. Die Methode ist im MIL-HDB 217 beschrieben, dort finden sich für alle zugelassenen Bauteile Ausfallraten, die in die Berechnung eingesetzt werden können. Die PCM geht grundsätzlich von einer Reihenschaltung aller Bauteile aus. Redundante Anordnungen werden nicht berücksichtigt. Damit ist sie eine Worst Case Berechnung. Eine weitere Einschränkung ist die Annahme konstanter Ausfallraten. Die Belastung einzelner Bauteile wird über entsprechende Faktoren berücksichtigt. L G N i L Bi π Qi n L = I = n G Ni ( LBi π Qi ) i = 1 = Ausfallrate des Gerätes/Systems = Zahl der gleichartigen Elemente in einer Teilgruppe = Ausfallrate der gleichartigen Elemente (1/h) = Qualitäts- (Belastungs-) Faktor der gleichartigen Elemente = Zahl der Teilegruppen 1.2 Die Ausfallraten der Bauelemente Die Ausfallraten der Bauteile können aus dem MIL-HDBK 217 entnommen werden. Die Angaben sind in Fit (Failure in time). 1 Fit entspricht 1 1-9 (1/h) IC digital, bipolar 2 IC digital, MOS 2 IC analog 2 Transistoren, Si-Leistung 6 Transistoren, Si-universal 5 Ge-Transistor-Leistung 75 Dioden, Si-Zener 4 Dioden, Si-universal 3 Dioden GE-universal 15 7-Segment-Anzeige GaAs 2 Optokoppler 2 Tantal-Kondensatoren 4 Papier-Kondensatoren 1 Mylar-Kondensatoren 25 Keramik-Kondensator 6 AL-Elko 5 Kohleschichtwiderstand fest 1 Kohleschichtwiderstand variabel 2 Metallfilmwiderstand 2 Drahtwiderstand fest 1 Drahtwiderstand variabel 2 Industrie-Steckerfassung 1 Steck-Kontakt (seltene Steckung) 1 Klemmkontakt auf Leiterplatten (seltene Steckung) 3 Lötverbindung 5 Wire-Wrape-Verbindung,5 Kabelader (seltene Bewegung) 6 Taste, Schalter 15 Relais (geringe Schaltzahl) 5 Mechanisches Zählwerk 15

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 13 1.3 Fallbeispiel: Fahrzeugelektronik Die Schaltung besteht aus Stück Bauteile Ausfallrate in Fit Faktor π Q 3 Widerstände 54 3, 1 Si pnp Transistor 98 5, 2 Dioden 19 5, 2 Papierkondensatoren 17 3, 23 Lötstellen 2,1 1, L ges =............... MTBF =......... L = 2234 Fit =,2234 1/h; MTBF = 447.628 h

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 14 Beispiele In einem Dauerversuch mit 2 Geräten sind nach 2 h Betriebsdauer 4 Geräte ausgefallen und repariert worden. Bestimmen Sie zum Zeitpunkt 2 Stunden die Zuverlässigkeit, die Ausfallhäufigkeit, die Ausfallrate und die MTBF Die Garantiezeit beträgt 8 Stunden. Bestimmen Sie die Ausfallwahrscheinlichkeit innerhalb der Garantiezeit R 2 =,8; F 2 =,2; L =,1 1/h; MTBF = 1 h; F 8 =,8... Die jährliche Nutzungsdauer eines Datensichtgerätes wird auf 1.5 Stunden angesetzt. Die Elektrik und Elektronik des Gerätes bestehen aus ca. 4 Bauteilen. Die MTBF soll 1. Stunden erreichen. Die Garantiezeit ist 6 Monate. Eine Garantiereparatur kostet im Mittel 25 EUR. Bestimmen Sie die notwendige mittlere Ausfallrate der verwendeten Bauteile Die Garantiekosten sollen auf die Geräte umgelegt werden. Um welchen Betrag muss jedes Gerät belastet werden? 25 Fit; 7,5 %; 2 EUR

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 15 11 Fehlerbaumanalyse (Fault Tree Analysis) Der Fehlerbaum ist eine graphische Darstellung eines komplexen Systems Planungsinstrument für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Systemen Berücksichtigung des Aufbau des Systems bei der Zuverlässigkeitsanalyse Logische Verknüpfung von Komponenten- oder Teilausfällen Systematische Identifikation von Ausfallkombinationen möglich Nachvollziehbare Dokumentation Zuverlässigkeitskenngrößen bei komplexen Schaltungen wirklichkeitsnäher 11.1 Die Elemente des Fehlerbaums System fällt infolge von Komponentenausfällen aus System kann repariert werden Ausfallrate der Komponenten ist konstant Ausfall > = 1 "oder" Reihenschaltung Ursachen & "und" Parallelschaltung

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 16 11.2 Fallbeispiel Zündelektronik schwarz rot Zündspule r5 n1 grün + r1 r2 p1 n2 p2 k2 k3 - r3 n3 r7 p3 r4 braun Bauelemente Ausfallrate Fit Faktor π Q k2 15 1 r1 1 1 p1 272 1 k3 15 1 r2 1 1 p2 416 1 n1 192 1 r3 1 1 p3 416 1 n2 192 1 r4 1 1 1 n3 192 1 r5 1 1 1 Zündelektronik fällt aus =1 Technisches System für Leerlaufstrom zu groß Zündstrom zu klein Leerlaufstrom zu groß Rückschlagspannung falsch Spannungskurvenform falsch p1 n1 n2 p2 r7 p3 k2 k3 r4

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 17 Fehlerbaum für Ausfall "Leerlaufstrom zu groß" Leerlaufstrom zu groß >= 1 & >= 1 Kurzschluss p1 Kurzschluss n1 Kurzschluss n2 >= 1 Kurzschluss p2 >= 1 Kurzschluss p3 >= 1 Kurzschluss k2 & Kurzschluss k3 Kurzschluss r4 Aus der Gesamtanalyse ergeben sich folgende Ausfallraten: Zündstrom zu klein: 6.381 1-9 1/h Leerlaufstrom zu groß:... Rückschlagspannung falsch: 1.884 1-9 1/h Spannungskurvenform falsch: 19.64 1-9 1/h... Ausfallrate des Systems:... Garantiezeit: 6 h erwartete Ausfälle während der Garantiezeit:... Im Großversuch: 6 Geräte, 4 h Test, 6 Ausfälle... Lges = 29.159 1-9 1/h; 1,17 %

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 18 12. Die Weibull-Analyse Das Ziel der Weibull-Analyse ist es, aus wenigen Versuchsergebnissen statistisch abgesicherte Erkenntnisse bezüglich der Ausfallrate, der Ausfallsituation und der Ausfallursachen zu erarbeiten. 12.1 Das Lebensdauermodell Ausfallrate "Badewannenkurve" Zeit Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 1: Bezeichnung Kennzeichen mögliche Ursachen Phase 2: Phase 3:

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 19 12.2 Die Weibull-Theorie Das Ausfallverhalten mit konstanter Ausfallrate L ist ein Sonderfall, der aber in vielen Fällen der Zuverlässigkeitsanalyse zutreffend ist. Der allgemeine Fall einer eventuell auch nicht konstanten Ausfallrate wird mit Hilfe die Weibull-Analyse behandelt. Der allgemeine Ansatz der Zuverlässigkeit (Überlebenswahrscheinlichkeit) ist: R t = e ( ) t t ( T t t = Lebensdauervariable (Zeit, km u.ä.) t = ausfallfreie Zeit (meist t = ) T = Charakteristische Lebensdauer b = Formparameter der Verteilung Ist die ausfallfreie Zeit t =, dann kann mit der vereinfachten Weibull-Funktion gearbeitet werden: R t = e ( ) t ( ) T... Berechnen Sie R (t) zum Zeitpunkt der charakteristischen Lebensdauer T für b = 1 und t =... b ) b,36

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 2 12.3 Der Einfluss des Formparameters b Ausfallw ahrscheinlichkeit F(t) bei T=1, und t = 1,9,8,7 F(t),6,5,4,3,2,1 b=1 b=2 b=3 b=,5 b=,2 b=5,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Lebensdauer t Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit Überlebenswahrscheinlichkeit R(t) Überlebenswahrscheinlichkeit R(t) bei T=1, bei und T=1, t =und t = 1,2 R(t) R(t) 1,8,8,6,6,4,4,2 b=1 b=2 b=3 b=5 b=,5 b=,2 b=1 b=2 b=3 b=5 b=,5 b=,2,2,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Lebensdauer t,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Lebensdauer t

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 21 Ausfalldichte f(t) bei T=1, und t = 2 f(t) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 b=1 b=2 b=3 b=,5 b=,2 b=5,8,6,4,2,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Lebensdauer t Ausfallrate bei T=1, und t = 5 4,5 4 Ausfallrate Lambda(t) 3,5 3 2,5 2 1,5 b=1 b=2 b=3 b=5 b=,5 b=,2 1,5,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 Lebensdauer

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 22 12.4 Fallbeispiel Heizschrank Eine Fabrik entwickelt und fertigt Heizschränke für die Anwendung im Krankenhaus. Die Forderung lautet "mindestens 5 Heizvorgänge". Dies soll einer Gebrauchsdauer von 6 Monaten entsprechen. Um dies nachzuweisen wurden zwei Schränke einem Dauertest unterworfen. Der erste fiel bei 49, der zweite bei 62 Heizvorgängen aus. In beiden Fällen versagte der Heizungsregeler. Dieser wurde verbessert. Anhand von 1 Schränken wurde die neue Version mit verbessertem Heizkörperregler geprüft. Dieser Lebensdauertest ergab folgende Resultate: 84; 153; 26; 785; 53; 33; 44 Untersuchen Sie dieses Versuchsergebnis mit Hilfe des Weibull-Netzes Geben Sie eine Situationsbeschreibung Machen Sie Vorschläge für die Entwicklung

Zuverlässigkeit, eine Einführung Prof. Dr. Jürgen P. Bläsing Seite 23

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 24 12.5 Fallbeispiel Statistisches Jahrbuch Aus dem statistischen Jahrbuch 23 sind folgende Sterbedaten entnommen Alter Männer Frauen von Zahlen absolut kumuliert kumuliert % relativ pro 1 in der Altersgruppe Zahlen absolut kumuliert kumuliert % relativ pro 1 in der Altersgruppe bis 1 1815 1815,47 4,6 1348 1348,3 3,3 1 5 455 227,58,3 346 1694,38,3 5 1 252 2522,65,2 192 1886,42,1 1 15 384 296,75,2 262 2148,48,1 15 2 1376 4282 1,1,8 6 2748,62,3 2 25 215 6297 1,62 1 654 342,77,4 25 3 1865 8162 2,1,9 79 4111,92,3 3 35 319 11181 2,88 1,1 1211 5322 1,2,5 35 4 512 16283 4,19 1,9 2573 7895 1,78,7 4 45 762 23885 6,14 3,2 3824 11719 2,64 1,3 45 5 11243 35128 9,3 5 5726 17445 3,92 1,9 5 55 14954 582 12,88 6,9 783 25275 5,68 2,9 55 6 26682 76764 19,74 1,4 1521 35796 8,5 4,4 6 65 39638 11642 29,94 15,8 1918 5494 12,35 6,9 65 7 45547 161949 41,65 26,4 24421 79325 17,84 12,1 7 75 57929 219878 56,55 4,2 38851 118176 26,57 21,3 75 8 56388 276266 71,5 65,4 65427 18363 41,29 39,1 8 85 43624 31989 82,27 14,9 7294 253897 57,1 7,7 85 9 41777 361667 93,1 18,7 96548 35445 78,81 131,6 9 1 27174 388841 1, 276,3 94245 44469 1, 223,5 Summe 388841 Summe 44469 Lebenserwartung Männer Frauen 55 23,25 78,25 55 27,92 82,92 6 19,25 79,25 6 23,5 83,5 65 15,56 8,56 65 19,36 84,36 79,353333 83,593333

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 25 1 9 8 Sterbezahlen 21 absolut 7 Anzahl 6 5 4 Frauen Männer 3 2 1 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 1 Lebensalter 5 45 4 35 Sterbezahlen 21 kumuliert Gesamtzahl 3 25 2 Männer Frauen 15 1 5 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 1 Lebensalter

Zuverlässigkeit, eine Einführung Seite 26 1, 9, 8, 7, Kumulierte Sterbezahlen 21 relativ 6, Prozent 5, 4, Männer Frauen 3, 2, 1,, 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 1 Lebensalter 3 Gestorbene pro 1 in der Lebensaltergruppe 25 2 15 1 5 Sterberate 21 Männer Frauen 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 1 Lebensaltergruppe