Erweiterte qualitative Zuverlässigkeitsanalyse mit Ausfallprognose von Systemen

Abstract

Heutige Produktentwicklungen sind durch zunehmend kürzere Entwicklungszeiten geprägt, in denen immer komplexer werdende Baugruppen und Systeme serienreif gemacht werden. Verschärfend kommen hier die steigenden Anforderungen und Kundenwünsche nach qualitativ noch hochwertigeren und zuverlässigeren Produkten hinzu. Zur Lösung dieses Zielkonflikts versuchen die Entwickler heute, besonders bei mechatronischen Systemelementen, ihre Produkte bereits während der Entstehung mit Qualitäts- und Zuverlässigkeitsmethoden bestmöglich abzusichern. Unter dem Druck von kurzen Entwicklungszeiten und unter Einhaltung von vorgegebenen Kostenbudgets hat sich die Forschung im Bereich der quantitativen Zuverlässigkeit in Form der Testplanung mit dem Ziel einer Reduktion der zu prüfenden Teile beschäftigt. Die dabei eingesetzten Verfahren versuchen, Vorkenntnisse und Erfahrungen mit Vorgängerprodukten für Neuentwicklungen übertragbar zu machen, um damit dann eine Verringerung des Testaufwands bei gleich bleibender bzw. verbesserter Aussagegüte und Zuverlässigkeitsvorgabe zu erreichen. Dabei besteht aber das Problem, dass bereits in der Konzeptphase von Produktentwicklungen die Grundsteine für die spätere Zuverlässigkeit und Qualität dieser Produkte gelegt werden müssen. Obwohl zu diesem Zeitpunkt noch keine Aussagen über das spätere Ausfallverhalten gemacht werden können, beeinflusst die Wahl des Entwicklungskonzepts dieses ganz entscheidend. Um den beschriebenen Problemen besser entgegen zu wirken, wird in dieser Arbeit eine für den Produktentwicklungsprozess übergreifende Methode entwickelt, die einen qualitativen Konzeptvergleich erlaubt und eine sichere Konzeptauswahl ermöglicht. Darüber hinaus wird es möglich, die Informationen, die in dieser frühen Entwicklungsphase generiert werden, für das ausgewählte Konzept in eine System-FMEA zu überführen. Basierend auf den Inhalten und Vernetzungen der FMEA - hier auch um die Mehrfachfehlerbetrachtung erweitert - wird eine Lebensdauervorhersage mit Hilfe der Lebensdauerverteilungen und der FMEA Bewertungen gemacht. Der integrative qualitative Ansatz zur Qualitätsabsicherung und Lebensdauervorhersage unterteilt sich in drei Methodenbausteine: · den Konzeptvergleich, · die FMEA mit Einfachfehler- und Mehrfachfehlerbetrachtung und · die Lebensdauervorhersage.

The development processes of today are stamped by shorter and shorter development times, in which more complex products have to be designed. The situation intensifies under consideration of the increasing customers’ requirements and demand for qualitatively high-class and reliable products. In this conflict of interests today’s designer of mechatronic products tries to fortify his products as good as possible with quality and reliability methods. Especially under consideration of shorter development times and cost budgets, which are already planned before a development begins, research has been conducted in the field of quantitative reliability engineering, i.e. test planning, which deals with the reduction of parts to be tested. These procedures try to consider prior information of former products and make them useful and/or transferable, in order to enable a reduction in the tests by keeping the demands on the same level of confidence and reliability. In the development itself, the problem is that the basis of the later product reliability and quality are already laid in the concept phase. At this point in time no statement in regard to the later failure behaviour or the best possible and developable concept can be made. In order to counteract the described problems, a product design cycle accompanying concept was developed, that enables a qualitative concept comparison and selection. Furthermore, the information, which is generated in this early design stage for the concept is transferable into a system FMEA. Based on the further adaptations and actualizations of the FMEA throughout the entire subsequent product design cycle, which now also allows a multiple failure consideration, a conservative lifetime prediction with lifetime distributions based on the FMEA assessment values is enabled. The integrative qualitative approach for quality assurance and lifetime predictions is subdivided into three method modules: · concept comparison, · FMEA with single and multiple failure consideration and · lifetime prediction.