Zuverlässigkeitstestplanung mit Berücksichtigung von Vorwissen aus stochastischen Lebensdauerberechnungen

Abstract

Diese Arbeit widmet sich zum einen dem Ziel einer individuell anforderungsgerechten Zuverlässigkeitstestplanung im Zielkonflikt zwischen statistischer Genauigkeit, Testkosten und -zeit und zum anderen der Berechnung des dafür benötigten Vorwissens über das Produktausfallverhalten. Bei der Lebensdauer eines technischen Systems handelt es sich um eine Zufallsvariable, die Testingenieure in Kombination mit vielen möglichen Teststrategien und Randbedingungen bei der Planung von Zuverlässigkeitstests vor eine Herausforderung stellt. In einem Zuverlässigkeits-DOE werden die End-of-Life Tests und die ausfallfreien Tests im Spannungsfeld von Genauigkeit, Kosten und Zeit untersucht. Die Resultate zeigen die besten Anwendungsbereiche der jeweiligen Teststrategie und können für die Planung von Zuverlässigkeitstests mit unterschiedlichen Anforderungen verwendet werden. Ausfallfreie Tests, wie der Success Run, benötigen eine hohe Produktüberdimensionierung, um passable Erfolgsaussichten zu garantieren. Ausfallbasierte Teststrategien dagegen, sind zwar häufig kostenintensiver, dafür aber universeller einsetzbar. Durch die eingeführte Normierung aller zeitabhängigen Größen lässt sich das Planungskonzept auf beliebige Produkte übertragen. Das produktspezifische Vorwissen wird im Rahmen dieser Arbeit nicht aus Felddaten oder Vorgängerprodukten gewonnen, sondern mit einem Ansatz zur stochastischen Lebensdauerberechnung ermittelt. Während konventionelle Lebensdauerberechnungskonzepte versuchen, die Streuung von Lebensdauerdaten durch konservative Annahmen und Sicherheitsfaktoren zu kompensieren, wird in diesem Konzept die Streuung zur realitätsnahen Berechnung der Lebensdauer berücksichtigt. Systematische Streuungen der Materialeigenschaften von Toleranzen und der äußeren Lasteinwirkung werden statistisch modelliert und für die Berechnung der Verteilungsfunktionen von Belastung und Belastbarkeit genutzt. Aus deren Überlappung werden die stochastischen Lebensdauerdaten berechnet. Durch Weibullanalyse resultieren die berechneten Lebensdauerdaten im produktspezifischen Ausfallverhalten. Die Anwendbarkeit der stochastischen Lebensdauerberechnung und der daraus abgeleiteten optimalen Testplanung werden anhand eines Nutzfahrzeugbremssattels für strukturmechanisches Versagen unter Beweis gestellt.