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CAD-integrierte Zuverlässigkeitsanalyse und -optimierung
(2002) Ruppert, Heiko; Bertsche, Bernd (Prof. Dr.-Ing.)
Die Zuverlässigkeit beschreibt unmittelbar die Funktionsfähigkeit eines Produkts. Sie ist als zeitabhängige, d.h. dynamische Komponente der Qualität anzusehen und daher ein entscheidendes Verkaufsargument im Wettbewerb. Um zuverlässige Produkte auch unter sich verschärfenden Randbedingungen, wie z.B. größerer Komplexität und höherer Funktionalität entwickeln zu können, müssen vermehrt Methoden der Zuverlässigkeitstechnik eingesetzt werden. Die funktionalen Eigenschaften eines Produkts werden, ausgehend von den Kundenforderungen, weitgehend durch die konstruktive Entwicklung bestimmt. Selbst eine ausgereifte Konstruktionsmethodik führt nur durch den Einsatz von Zuverlässigkeitsmethoden zu einer hohen Produktzuverlässigkeit. Jedoch erfolgt die Ermittlung der Zuverlässigkeit von Bauteilen und Systemen meist spät im Produktentstehungsprozeß sowie isoliert vom rechnerunterstützten Konstruktionsprozeß. Im Sinne einer CAD-integrierten, frühen und konstruktionsphasenübergreifenden Zuverlässigkeitsanalyse und -optimierung soll die vorliegende Arbeit einen Beitrag leisten. Basierend auf dem Stand der Konstruktionsmethodik und dessen Abbildung im CAD-System wurde die Anwendung von qualitativen und berechnenden Zuverlässigkeitsmethoden entlang des Produktentstehungsprozesses untersucht. Beginnend mit der Abbildung der Konzeptphase im CAD-System können mittels des Lebensdauermanagers zuverlässigkeitsrelevante Daten zu den geometrischen Objekten in einer Datenbank abgelegt werden. Darauf aufbauend können gängige Zuverlässigkeitsmethoden, wie z.B. Fehlerbaumanalyse und Boolesche Methode, ausgeführt werden. Eine inter-aktive Zuverlässigkeitsanalyse mit dem CAD-System, bereits in der frühen Phase, kann in der weiteren Entwicklung fortgeschrieben und verfeinert werden. Dadurch soll der Konstrukteur die geforderte hohe Produktzuverlässigkeit früher und genauer erreichen können, verglichen mit einem „CAD-isolierten“ Einsatz der Zuverlässigkeitsmethoden. Das Software-Werkzeug KOSYMA wurde hinsichtlich einer konstruktionsphasenbezogenen Datenablage weiterentwickelt. Bereits das Konzept in der Entwicklungsphase kann im Skizzenmodus des CAD-Systems abgebildet und mit dem Lebensdauermana-ger gekoppelt werden. Den erstellten geometrischen Objekten können somit Zuverlässigkeitsdaten zugewiesen werden, auf deren Basis die Zuverlässigkeitsanalyse erfolgt. Die Ergebnisse werden phasenbezogen und strukturiert in einer Datenbank abgelegt. In späteren Phasen der konstruktiven Entwicklung werden die Resultate als Basis für die weitere Zuverlässigkeitsanalyse verwendet und kontinuierlich verbessert und ergänzt. Diese Durchgängigkeit einer CAD-integrierten Zuverlässigkeitsanalyse wurde anhand der Fehlerbaumanalyse und anhand der Booleschen Methode gezeigt. Die Kopplung des CAD-Systems mit qualitativen Zuverlässigkeitsmethoden wurde am Beispiel der FMEA vorgestellt. Anhand des Beispiels Stellglied des elektromechanischen Kupplungssystems wurde die praktische Anwendung der Vorgehensweise durchgeführt. Abschließend wurde die Möglichkeit einer Kostenreduzierung eines Systems basierend auf der Weibullanalyse am Beispiel der Komponente Lager gezeigt. In einer Fortsetzung dieser Arbeit soll die Unsicherheit der Zuverlässigkeitsdaten, die sich beispielsweise in den Vertrauensbereichen ausdrückt, berücksichtigt werden. Da-bei ist zu prüfen, wie die Datenunsicherheit der einzelnen Komponenten die Zuverlässigkeitsermittlung des Systems beeinflußt. Dabei ist auch auf die Durchgängigkeit der Zuverlässigkeitsinformationen zu achten. Weitergehende Untersuchungen sollen, aufbauend auf der vorgestellten weibullbasierten Kostenanalyse, hinsichtlich einer früheren Berücksichtigung des Kostenaspekts erfolgen. Mit dem Aufwand der Zuverlässigkeitstechnik kann ein Kosteneinsparpotential einhergehen, so daß ein Einsatz der Zuverlässigkeitsmethoden direkt gewinnbringend ist.