Zuverlässigkeitsbewertung mechatronischer Systeme in frühen Entwicklungsphasen

Abstract

Das aktuelle wirtschaftliche Umfeld macht es notwendig, neue Produkte nach sehr kurzen Entwicklungszeiten an den Markt zu bringen und dort die Kundenerwartungen zu treffen. Ein Teil der Kundenerwartungen sind heutzutage – u. a. aufgrund schlech-ter Erfahrungen seitens der Kunden – Zuverlässigkeits- und Qualitätsansprüche. Trotzdem wird der Zuverlässigkeitsarbeit im Rahmen des Produktentwicklungsprozes-ses aktuell nicht der Platz eingeräumt, der ihrer marketingstrategischen Bedeutung entspricht. Zuverlässigkeitsanalysen werden typischerweise erst sehr spät im Entwick-lungsprozess durchgeführt und können dann lediglich noch „feststellen“, welche Zu-verlässigkeit entwickelt wurde. Eine echte Bedeutungszunahme der Zuverlässigkeits-arbeit macht es erforderlich, diese früher im Entwicklungsprozess und auch bei der Entwicklung komplexer Systeme ansetzen zu können. Diese Arbeit stellt eine Metho-dik vor, die hierzu geeignet ist. Die entwickelte Methodik zeichnet sich durch entsprechende Eigenschaften aus. So ist sie insbesondere darauf abgestellt, mechatronische Systeme in frühen Entwicklungs-phasen zu bewerten. Hierbei wird durch geeignete Vorgehensweisen im Rahmen der Gesamtmethodik schon sehr früh eine expertengestützte Antizipation der Systemend-gestalt erreicht. Dieser Schritt ist mit entsprechenden Aussageunsicherheiten verbun-den. Auf Basis der antizipierten Systemgestalt kann die Zuverlässigkeit dann model-liert und berechnet werden. An dieser Stelle können Datenungenauigkeiten auftreten. Zur Handhabung sämtlicher Ungenauigkeiten wird die sog. Monte Carlo Methode genutzt. Von besonderer Bedeutung ist der Umstand, dass die Methode insbesondere die Be-trachtung von softwareintensiven Systemen gestattet. Besonders an dieser Stelle zeich-net sich die Methode durch eine hohe praktische Anwendbarkeit aus, da sie lediglich Informationen benötigt, die von entsprechenden Entwicklungsexperten schon in frühen Phasen bereitgestellt werden können. Auf diese Art und Weise ist die Methode fähig, verschiedene Konzepte, die in der Konzeptphase vorliegen, zuverlässigkeitstechnisch relativ zueinander zu bewerten. Hiermit können das zuverlässigkeitstechnisch beste Konzept frühzeitig identifiziert und somit teure und zeitintensive Entwicklungsschleifen vermieden werden.

Due to the current economic conditions it is necessary to keep short times of develop-ment and to exactly meet customers’ expectations. Nowadays a special part of these expectations are those concerning quality and reliability of the system purchased. One reason for the grown importance of these features are negative experiences collected by the customers. Regarding the development process itself, reliability engineering is not assigned the importance that would reflect its marketing relevance. Typically reliability assessments are conducted in late phases of development and thus are only able to “recognize” product reliability but not to influence it. If the relevance of reli-ability engineering shall really increase it is necessary to perform reliability assess-ments already in early stages of development and also to apply it to nowadays existing complex systems. This work presents a methodology that takes these two points into account. The methodology is characterized by according features. Especially the consideration of mechatronic systems in early phases is possible. Therefore the methodology uses appropriate procedures to anticipate the final system setup based on expert knowledge. This step is typically accompanied by uncertainties. Using the anticipated system setup it is possible to model and calculate reliability metrics. This step is also subject to data imprecision. All appearing data uncertainties are handled by using the Monte Carlo Method. A feature of the methodology is that especially software-intensive mechatronic sys-tems can be analyzed. At this the methodology shows the ability to be practically used, as it only requires information that can be given by development experts in early stages of development. Thus the methodology allows to compare different concepts in early phases of devel-opment with regard to system reliability. The concept which offers the highest reliabil-ity potential can be identified. Expensive and time-intensive development loops can be avoided.