Zuverlässigkeitstechnik

Zuverlässigkeitstechnik ist eine Unterdisziplin von Systemtechnik Dies betont die Fähigkeit der Ausrüstung, ohne Ausfall zu funktionieren. Zuverlässigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Systems oder einer Komponente, unter angegebenen Bedingungen für einen bestimmten Zeitraum zu funktionieren.^[1] Die Zuverlässigkeit ist eng mit dem verwandt mit Verfügbarkeit, was typischerweise als Fähigkeit einer Komponente oder eines Systems beschrieben wird, in einem bestimmten Zeitpunkt oder einem bestimmten Zeitintervall zu funktionieren.

Das Verlässlichkeit Funktion ist theoretisch definiert als die Wahrscheinlichkeit des Erfolgs zum Zeitpunkt T, der mit R (T) bezeichnet wird. Diese Wahrscheinlichkeit wird aus detaillierter (Physics of Failure), frühere Datensätze oder durch Zuverlässigkeitstests und Zuverlässigkeitsmodellierung geschätzt. Verfügbarkeit, Testbarkeit, Wartbarkeit und Wartung werden häufig als Teil des "Zuverlässigkeitstechnik" in Zuverlässigkeitsprogrammen definiert. Zuverlässigkeit spielt häufig die Schlüsselrolle in der Kosteneffektivität von Systemen.

Zuverlässigkeitstechnik befasst sich mit der Vorhersage, Prävention und dem Management eines hohen Maßstabs von "Lebensdauer" Ingenieurwesen Unsicherheit und Risiken des Versagens. Obwohl stochastisch Parameter definieren und beeinflussen die Zuverlässigkeit, Zuverlässigkeit wird nicht nur durch Mathematik und Statistik erreicht.^[2][3] "Fast alle Lehren und Literatur zu diesem Thema betonen diese Aspekte und ignorieren die Realität, dass die Bereiche der Unsicherheit die quantitativen Methoden für weitgehend ungültig machen Vorhersage und Messung. "^[4] Zum Beispiel ist es leicht, "Wahrscheinlichkeit des Versagens" als Symbol oder Wert in einer Gleichung darzustellen, aber es ist fast unmöglich, seine wahre Größe in der Praxis vorherzusagen, was massiv ist multivariateDaher beginnt die Gleichung für die Zuverlässigkeit nicht gleich mit einer genauen Prädiktivmessung der Zuverlässigkeit.

Zuverlässigkeitstechnik bezieht sich eng mit der Qualitätstechnik. Sicherheitstechnik und SystemsicherheitDa sie gemeinsame Methoden für ihre Analyse verwenden und möglicherweise Eingaben voneinander erfordern. Es kann gesagt werden, dass ein System zuverlässig sicher sein muss.

Zuverlässigkeitstechnik konzentriert sich auf die Ausfallkosten, die durch Systemausfall, Kosten für Ersatzteile, Reparaturgeräte, Personal und Kosten für Garantieansprüche.^[5]

Geschichte

Das Wort Verlässlichkeit kann auf 1816 zurückverfolgt werden und wird dem Dichter zunächst bestätigt Samuel Taylor Coleridge.^[6] Vor dem Zweiten Weltkrieg war der Begriff hauptsächlich mit dem Begriff verbunden Wiederholbarkeit; Ein Test (in jeder Art von Wissenschaft) wurde als "zuverlässig" angesehen, wenn dieselben Ergebnisse wiederholt erzielt würden. In den 1920er Jahren die Produktverbesserung durch die Verwendung von Statistische Prozess Kontrolle wurde von Dr. gefördert Walter A. Shewhart bei Bell Labs,^[7] um die Zeit so Waloddi Weibull arbeitete an statistischen Modellen für Müdigkeit. Die Entwicklung des Zuverlässigkeitstechnik war hier auf einem parallelen Weg mit Qualität. Die moderne Verwendung der Wortzuverlässigkeit wurde vom US -Militär in den 1940er Jahren definiert, wodurch ein Produkt charakterisiert wurde, das bei Erwart und für einen bestimmten Zeitraum funktionieren würde.

Im Zweiten Weltkrieg waren viele Zuverlässigkeitsprobleme auf die inhärente Unzuverlässigkeit elektronischer Geräte zurückzuführen, die zu diesem Zeitpunkt verfügbar sind, und auf Ermüdungsfragen. 1945 veröffentlichte M. A. Miner das wegweisende Papier mit dem Titel "Cumulative Schaden in Müdigkeit" in einem ASME -Journal. Eine Hauptanwendung für Zuverlässigkeitstechnik beim Militär war für das Vakuumrohr, wie in Radarsystemen und anderen Elektronik verwendet, für die sich die Zuverlässigkeit als sehr problematisch und kostspielig erwies. Das IEEE 1948 die Zuverlässigkeitsgesellschaft gebildet. 1950 die Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten bildete eine Gruppe namens "Beratungsgruppe über die Zuverlässigkeit elektronischer Geräte" (vereinbart), um Zuverlässigkeitsmethoden für militärische Geräte zu untersuchen.^[8] Diese Gruppe empfahl drei Hauptarbeitsweisen:

• Verbesserung der Komponentenzuverlässigkeit.
• Erstellen Sie Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen für Lieferanten.
• Erfassen Sie Felddaten und finden Sie Root -Ursachen für Fehler.

In den 1960er Jahren wurde die Zuverlässigkeitstests auf Komponenten und Systemebene mehr Betonung gelegt. Zu dieser Zeit wurde der berühmte Militärstandard MIL-STD-781 geschaffen. In dieser Zeit wurde auch der viel benutzte Vorgänger des Militärhandbuchs 217 veröffentlicht von RCA und wurde für die Vorhersage der Ausfallraten elektronischer Komponenten verwendet. Die Betonung der Komponentenzuverlässigkeit und empirischen Forschung (z. B. Mil std 217) nahm allein langsam ab. Pragmatischere Ansätze, wie sie in der Verbraucherindustrie verwendet wurden, wurden verwendet. In den 1980er Jahren bestanden Fernseher zunehmend aus Festkörper-Halbleitern. Automobile erhöhten schnell die Verwendung von Halbleitern mit einer Vielzahl von Mikrocomputern unter der Motorhaube und im Armaturenbrett. Große Klimaanlagen entwickelten elektronische Controller, ebenso wie Mikrowellenöfen und eine Vielzahl anderer Geräte. Kommunikationssysteme nahmen Elektronik ein, um ältere mechanische Schaltsysteme zu ersetzen. Bellcore erteilte die erste Methodik für die Verbrauchervorhersage für Telekommunikation und Sae entwickelte ein ähnliches Dokument SAE870050 für Automobilanwendungen. Die Art der Vorhersagen entwickelte sich im Jahrzehnt, und es stellte sich heraus, dass die Komplexität der Sterbe nicht der einzige Faktor war, der die Fehlerraten für integrierte Schaltkreise (ICs) bestimmte. Kam Wong veröffentlichte ein Papier, in dem die Badewanne eine Badewanne in Frage stellte^[9]-siehe auch Zuverlässigkeit zentrierte Wartung. In diesem Jahrzehnt wurde die Ausfallrate vieler Komponenten um den Faktor 10 gesunken. Die Software wurde für die Zuverlässigkeit von Systemen wichtig. In den 1990er Jahren nahm das Tempo der IC -Entwicklung zu. Der breitere Einsatz von eigenständigen Mikrocomputern war üblich, und der PC-Markt half bei der Aufrechterhaltung der IC-Dichten nach dem Gesetz von Moore und dem Verdoppeln etwa alle 18 Monate. Zuverlässigkeitstechnik änderte sich nun, als es sich zum Verständnis des Verständnisses bewegte Physik des Scheiterns. Die Ausfallraten für Komponenten fielen immer wieder, aber Probleme auf Systemebene wurden stärker ausgeprägt. Systemdenken wurde immer wichtiger. Für Software, das CMM -Modell (Reifegradmodell) wurde entwickelt, was einen qualitativeren Ansatz für die Zuverlässigkeit ergab. ISO 9000 Zuverlässigkeitsmaßnahmen im Rahmen des Entwurfs- und Entwicklungsteils der Zertifizierung. Die Erweiterung des weltweiten Webs schuf neue Herausforderungen von Sicherheit und Vertrauen. Das ältere Problem von zu wenig verfügbaren Zuverlässigkeitsinformationen wurde jetzt durch zu viele Informationen über fragwürdigen Wert ersetzt. Die Zuverlässigkeitsprobleme der Verbraucher könnten nun online in Echtzeit mit Daten erörtert werden. Neue Technologien wie mikroelektromechanische Systeme (Mems), Handheld Geographisches Positionierungs Systemund handgehaltene Geräte, die Handys und Computer kombinierten, stellen alle Herausforderungen zur Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit dar. Die Produktentwicklungszeit verkürzte sich in diesem Jahrzehnt und was in drei Jahren in 18 Monaten getan wurde. Dies bedeutete, dass Zuverlässigkeitsinstrumente und -aufgaben enger mit dem Entwicklungsprozess selbst verbunden sein mussten. In vielerlei Hinsicht wurde die Zuverlässigkeit Teil des Alltags und der Erwartungen der Verbraucher.

Überblick

Zielsetzung

Die Ziele des Zuverlässigkeitstechnik in abnehmender Reihenfolge der Priorität sind:^[10]

1. Anwendung technischer Kenntnisse und Fachtechniken, um die Wahrscheinlichkeit oder Häufigkeit von Fehlern zu verhindern oder zu verringern.
2. Die Ursachen von Fehlern zu identifizieren und zu korrigieren, die trotz der Bemühungen, sie zu verhindern, auftreten.
3. Um die Möglichkeiten zu bestimmen, mit Misserfolgen zu bewältigen, die auftreten, werden ihre Ursachen nicht korrigiert.
4. Anwendung von Methoden zur Schätzung der wahrscheinlichen Zuverlässigkeit neuer Entwürfe und zur Analyse von Zuverlässigkeitsdaten.

Der Grund für den Vorhersage ist, dass es bei weitem die effektivste Arbeitsweise ist, um die Kosten zu minimieren und zuverlässige Produkte zu generieren. Die primären Fähigkeiten, die erforderlich sind, sind daher die Fähigkeit, die möglichen Ursachen von Fehlern zu verstehen und vorwegzunehmen, und Kenntnisse darüber, wie sie verhindern können. Es ist auch notwendig, Kenntnisse über die Methoden zu haben, die zur Analyse von Designs und Daten verwendet werden können.

Umfang und Techniken

Zuverlässigkeitstechnik für "Komplexe Systeme"erfordert einen anderen, ausgefeilteren Systemansatz als bei nichtkomplexen Systemen. Zuverlässigkeitstechnik kann in diesem Fall Folgendes beinhalten:

• Analyse der Systemverfügbarkeit und Missionsbereitschaft sowie die zuverlässige Zuverlässigkeits- und Wartungsanforderungen Allokation
• Funktionale Systemausfallanalyse und abgeleitete Anforderungen Spezifikation
• Inhärente (System) Konstruktionszuverlässigkeitsanalyse und abgeleitete Anforderungspezifikation sowohl für Hardware- als auch für Softwaredesign
• Systemdiagnostikdesign
• Fehlertolerante Systeme (z. B. durch Redundanz)
• Vorhersage und Vorbeugende Wartung (z. B. Zuverlässigkeit zentrierte Wartung)
• Menschliche Faktoren / menschliche Interaktion / menschliche Fehler
• Fertigungs- und Montage-induzierte Fehler (Auswirkungen auf die erkannte "0-Stunden-Qualität" und die Zuverlässigkeit)
• Wartungsinduzierte Fehler
• Transportinduzierte Fehler
• Speicherinduzierte Fehler
• Verwenden Sie (Last-) Studien, Komponentenspannungsanalyse und abgeleitete Anforderungenspezifikation
• Software (systematisch) Fehler
• Ausfall / Zuverlässigkeitstest (und abgeleitete Anforderungen)
• Überwachung von Feldversagen und Korrekturmaßnahmen
• Ersatzteile Strumpf (Verfügbarkeitskontrolle)
• Technische Dokumentation, Vorsicht und Warnanalyse
• Daten- und Informationsakquisition/-organisation (Erstellung eines allgemeinen Gefahrenprotokolls für Zuverlässigkeitsentwicklungen und AUFRUHR System)
• Chaos Engineering

Effektive Zuverlässigkeitstechnik erfordert das Verständnis der Grundlagen von Versagensmechanismen Für welche Erfahrung sind umfassende technische Fähigkeiten und gutes Wissen aus vielen verschiedenen speziellen Bereichen des Ingenieurwesens erforderlich,^[11] zum Beispiel:

• Tribologie
• Spannung (Mechanik)
• Frakturmechanik / Ermüdung
• Thermaltechnik
• Strömungsmechanik / Schockbelastungstechnik
• Elektrotechnik
• Chemieingenieurwesen (z.B. Korrosion)
• Werkstoffkunde

Definitionen

Zuverlässigkeit kann auf folgende Weise definiert werden:

• Die Idee, dass ein Gegenstand für einen Zweck in Bezug auf die Zeit geeignet ist
• Die Kapazität eines entworfenen, produzierten oder gewarteten Elements, um nach Bedarf im Laufe der Zeit erforderlich zu sein
• Die Kapazität einer Population von entworfenen, produzierten oder gewarteten Elementen, die wie im Laufe der Zeit erforderlich sind
• Der Widerstand gegen das Scheitern eines Gegenstands im Laufe der Zeit
• Die Wahrscheinlichkeit eines Elements zur Ausführung einer erforderlichen Funktion unter angegebenen Bedingungen für einen bestimmten Zeitraum
• Die Haltbarkeit eines Objekts

Grundlagen einer Zuverlässigkeitsbewertung

Viele technische Techniken werden zur Zuverlässigkeit verwendet Risikobewertungen, wie z. B. Zuverlässigkeitsblockdiagramme, Gefahrenanalyse, Ausfallmodus und Effektanalyse (FMEA),^[12] Verwerfungsbaumanalyse (FTA), Zuverlässigkeit zentrierte Wartung(probabilistische) Berechnungen für Last- und Materialspannung und Verschleiß, (probabilistische) Ermüdungs- und Kriechanalyse, menschliche Fehleranalyse, Herstellungsdefektanalyse, Zuverlässigkeitstests usw. Es ist entscheidend, dass diese Analysen ordnungsgemäß und mit viel Liebe zum Detail durchgeführt werden Wirksam. Aufgrund der großen Anzahl von Zuverlässigkeitstechniken, ihrer Kosten und der unterschiedlichen Zuverlässigkeitsgrade, die für verschiedene Situationen erforderlich sind, entwickeln die meisten Projekte einen Zuverlässigkeitsprogrammplan, um die Zuverlässigkeitsaufgaben anzugeben ((Lastenheft (SOW) Anforderungen), die für dieses spezielle System durchgeführt werden.

In Übereinstimmung mit der Schaffung von Sicherheitsfällezum Beispiel pro ARP4761Das Ziel von Zuverlässigkeitsbewertungen ist es, einen robusten Satz qualitativer und quantitativer Beweise dafür zu liefern, dass die Verwendung einer Komponente oder eines Systems nicht mit inakzeptables Risiken verbunden ist. Die grundlegenden Schritte zu unternehmen^[13] sind zu:

• Identifizieren Sie relevante unzuverlässige "Gefahren" gründlich, z. Potenzielle Bedingungen, Ereignisse, menschliche Fehler, Versagensmodi, Wechselwirkungen, Versagensmechanismen und Grundursachen durch spezifische Analyse oder Tests.
• Bewerten Sie das damit verbundene Systemrisiko durch spezifische Analyse oder Tests.
• Schlagen Sie Minderung vor, z. Bedarf, Entwurfsänderungen, Erkennungslogik, Wartung, Schulung, durch die die Risiken auf akzeptable Ebene gesenkt und kontrolliert werden können.
• Bestimmen Sie die beste Minderung und vereinbaren Sie eine Einigung über das endgültige, akzeptable Risikoniveau, möglicherweise basierend auf der Kosten -Nutzen -Analyse.

Risiko Hier ist die Kombination aus Wahrscheinlichkeit und Schweregrad des Versagens (Szenario), das auftritt. Der Schweregrad kann aus einer Systemsicherheit oder einer Sichtweise der Systemverfügbarkeit untersucht werden. Zuverlässigkeit für die Sicherheit kann als sehr unterschiedlicher Schwerpunkt als die Zuverlässigkeit der Systemverfügbarkeit angesehen werden. Verfügbarkeit und Sicherheit können in dynamischer Spannung vorhanden sein, da ein System, das zu verfügbar ist, unsicher sein kann. Wenn Sie ein technisches System zu schnell in einen sicheren Zustand zwingen, kann dies zu Fehlalarmen führen, die die Verfügbarkeit des Systems behindern.

In einem de minimis Die Definition, die Schwere der Fehler umfasst die Kosten von Ersatzteilen, Mannstunden, Logistik, Schaden (sekundäre Ausfälle) und Ausfallzeiten von Maschinen, die zu einem Produktionsverlust führen können. Eine vollständigere Definition von Misserfolg kann auch Verletzungen, Zerstückelungen und Tod von Menschen innerhalb des Systems (Zeugenminenunfälle, Industrieunfälle, Space Shuttle -Misserfolge) und dasselbe für unschuldige Zuschauer (Zeuge der Bürgerschaft von Städten wie Bhopal, Love Canal, Love Canal, Zeuge der Bürgerschaft von Städten, Liebeskanal, bedeuten. Tschernobyl oder Sendai und andere Opfer des Erdbebens von Tōhoku und Tsunami 2011) - In diesem Fall wird die Zuverlässigkeitstechnik zur Systemsicherheit. Was akzeptabel ist, wird von der Verwaltungsbehörde, den Kunden oder den betroffenen Gemeinden festgelegt. Das Restrisiko ist das Risiko, das nach Abschluss aller Zuverlässigkeitsaktivitäten übrig bleibt und das nicht identifizierte Risiko umfasst - und ist daher nicht vollständig quantifizierbar.

Die Komplexität der technischen Systeme wie Verbesserungen von Design und Materialien, geplanten Inspektionen, narrensicheres Design und Backup-Redundanz verringert das Risiko und erhöht die Kosten. Das Risiko kann auf Alara (so niedrig wie einigermaßen erreichbar) oder Alapa (so niedrig wie praktisch erreichbar) verringert werden.

Programmplan für Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsprogramme

Die Implementierung eines Zuverlässigkeitsprogramms ist nicht nur ein Softwarekauf. Es handelt sich nicht nur um eine Checkliste von Elementen, die sichergestellt werden müssen, dass eine zuverlässige Produkte und Prozesse enthält. Ein Zuverlässigkeitsprogramm ist ein komplexes Lern- und wissensbasiertes System, das für Produkte und Prozesse einzigartig ist. Es wird von der Führung unterstützt, die auf den Fähigkeiten basiert, die man in einem Team entwickelt, in Geschäftsprozesse integriert und durch die nachgewiesenen Standardarbeitspraktiken ausgeführt wird.^[14]

Ein Zuverlässigkeitsprogrammplan wird verwendet, um genau zu dokumentieren, welche "Best Practices" (Aufgaben, Methoden, Tools, Analysen und Tests) für ein bestimmtes (Sub-) System erforderlich sind und die Kundenanforderungen für die Zuverlässigkeitsbewertung klären. Für groß angelegte komplexe Systeme sollte der Zuverlässigkeitsprogrammplan ein separates sein dokumentieren. Die Ressourcenbestimmung für Arbeitskräfte und Budgets für Tests und andere Aufgaben sind für ein erfolgreiches Programm von entscheidender Bedeutung. Im Allgemeinen ist die Menge an Arbeit, die für ein effektives Programm für komplexe Systeme erforderlich ist.

Ein Zuverlässigkeitsprogrammplan ist wichtig, um ein hohes Maß an Zuverlässigkeit, Testbarkeit zu erreichen, Wartbarkeitund das resultierende System Verfügbarkeitund wird früh während der Systementwicklung entwickelt und über den Lebenszyklus des Systems verfeinert. Es gibt nicht nur an, was der Zuverlässigkeitsingenieur tut, sondern auch die von anderen ausgeführten Aufgaben Stakeholder. Ein effektiver Zuverlässigkeitsprogrammplan muss vom Top -Programmmanagement genehmigt werden, das für die Zuweisung ausreichender Ressourcen für die Umsetzung verantwortlich ist.

Ein Zuverlässigkeitsprogrammplan kann auch verwendet werden, um die Verfügbarkeit eines Systems durch die Strategie zu bewerten und zu verbessern, um sich auf die Erhöhung der Testbarkeit und Wartbarkeit und nicht auf die Zuverlässigkeit zu konzentrieren. Die Verbesserung der Wartbarkeit ist im Allgemeinen einfacher als die Verbesserung der Zuverlässigkeit. Wartbarkeitsschätzungen (Reparaturraten) sind im Allgemeinen genauer. Da die Unsicherheiten bei den Zuverlässigkeitsschätzungen in den meisten Fällen sehr groß sind, dominieren sie wahrscheinlich die Verfügbarkeitsberechnung (Vorhersageunsicherheitsproblem), selbst wenn die Wartbarkeitsniveaus sehr hoch sind. Wenn die Zuverlässigkeit nicht kontrolliert wird, können kompliziertere Probleme auftreten, z. Das Problem der Unzuverlässigkeit kann auch aufgrund des "Dominoeffekts" von Wartungsfehlern nach Reparaturen erhöht werden. Es reicht daher nicht aus, sich nur auf Wartbarkeit zu konzentrieren. Wenn Fehler verhindert werden, ist keine der anderen Probleme von Bedeutung, und daher wird die Zuverlässigkeit allgemein als wichtigster Teil der Verfügbarkeit angesehen. Die Zuverlässigkeit muss bewertet und verbessert werden im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit und der Eigentumsgesamtkosten (TCO) Aufgrund der Kosten für Ersatzteile, Wartungszeitstunden, Transportkosten, Lagerkosten, teils veraltete Risiken usw., aber wie GM und Toyota verspätet entdeckt haben, umfasst TCO auch die nachgeschalteten Haftungskosten, wenn Zuverlässigkeitsberechnungen nicht ausreichend ausreichend sind oder die persönlichen Körperrisiken der Kunden genau berücksichtigt. Oft ist ein Kompromiss zwischen den beiden erforderlich. Möglicherweise besteht ein maximales Verhältnis zwischen Verfügbarkeit und Eigentumskosten. Die Testbarkeit eines Systems sollte auch im Plan behandelt werden, da dies der Zusammenhang zwischen Zuverlässigkeit und Wartbarkeit ist. Die Wartungsstrategie kann die Zuverlässigkeit eines Systems beeinflussen (z. B. durch vorbeugende und/oder Vorhersagewartung), obwohl es es niemals über die inhärente Zuverlässigkeit bringen kann.

Der Zuverlässigkeitsplan sollte eindeutig eine Strategie für die Verfügbarkeitskontrolle bieten. Ob nur die Verfügbarkeit oder auch Eigentumskosten wichtiger sind, hängt von der Verwendung des Systems ab. Zum Beispiel kann ein System, das in einem Produktionssystem eine kritische Verbindung ist - z. B. eine große Ölplattform -, die normalerweise sehr hohe Eigentumskosten haben, wenn diese Kosten auch eine geringfügige Erhöhung der Verfügbarkeit entsprechen, da die Nichtverfügbarkeit des Die Plattform führt zu einem massiven Umsatzverlust, der die hohen Eigentumskosten leicht überschreiten kann. Ein ordnungsgemäßer Zuverlässigkeitsplan sollte immer die RAMT -Analyse in seinem gesamten Kontext behandeln. RAMT steht im Zusammenhang mit den Bedürfnissen des Kunden für Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Wartbarkeit/Wartung und Testbarkeit.

Zuverlässigkeitsanforderungen

Für jedes System besteht eine der ersten Aufgaben des Zuverlässigkeitstechnik darin, die aus der Gesamtgestaltung zugewiesenen Zuverlässigkeits- und Wartbarkeitsanforderungen angemessen anzugeben Verfügbarkeit Bedürfnisse und vor allem aus der ordnungsgemäßen Analyse des Entwurfsausfalls oder der vorläufigen Prototyp -Testergebnisse abgeleitet. Klare Anforderungen (in der Lage, ausgelegt) sollten die Designer daran hindern, bestimmte unzuverlässige Elemente / Konstruktionen / Schnittstellen / Systeme zu entwerfen. Das Festlegen von nur Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Testbarkeit oder Wartbarkeitszielen (z. B. max. Ausfallraten) ist nicht angemessen. Dies ist ein breites Missverständnis über die Engineering von Zuverlässigkeitsanforderungen. Zuverlässigkeitsanforderungen befassen sich mit dem System selbst, einschließlich Test- und Bewertungsanforderungen sowie zugehörigen Aufgaben und Dokumentation. Zuverlässigkeitsanforderungen sind im entsprechenden System- oder Subsystemanforderungen, die Anforderungen, Testpläne und Vertragsanweisungen enthalten. Die Schaffung der ordnungsgemäßen Anforderungen auf niedrigerer Ebene ist entscheidend.^[15] Bereitstellung nur quantitativer Mindestziele (z. B.,, Zwischenzeit zwischen dem Versagen (MTBF) Werte oder Ausfallraten) reichen aus unterschiedlichen Gründen nicht aus. Ein Grund dafür ist, dass eine vollständige Validierung (im Zusammenhang mit der Korrektheit und Überprüfbarkeit in der Zeit) einer quantitativen Zuverlässigkeitszuweisung (Anforderungspezifikation) auf niedrigeren Ebenen für komplexe Systeme (häufig) nicht als Folge von (1) die Tatsache, dass die Anforderungen (häufig) vorgenommen werden können sind probabilistisch, (2) das extrem hohe Maß an Unsicherheiten, die für die Einhaltung all dieser probabilistischen Anforderungen verbunden sind, und weil (3) Zuverlässigkeit eine Funktion der Zeit ist, und genaue Schätzungen einer (probabilistischen) Zuverlässigkeitsnummer pro Artikel nur sehr verfügbar sind Spät im Projekt, manchmal auch nach vielen Jahren des Dienstgebrauchs. Vergleichen Sie dieses Problem mit dem kontinuierlichen (erneuten) Ausgleich von beispielsweise Massenanforderungen auf niedrigerer Ebene bei der Entwicklung eines Flugzeugs, das bereits häufig ein großes Unterfangen ist. Beachten Sie, dass sich die Massen in diesem Fall nur in Bezug auf einige%unterscheiden, die Daten nicht von Zeit sind, die Daten sind nicht probabilistisch und bereits in CAD-Modellen verfügbar. Im Falle einer Zuverlässigkeit kann sich die Unzuverlässigkeitsniveaus (Ausfallraten) mit Faktoren von Jahrzehnten (Vielfachen von 10) als Ergebnis sehr geringfügiger Abweichungen in Design, Prozess oder irgendetwas anderem ändern.^[16] Die Informationen sind häufig ohne große Unsicherheiten in der Entwicklungsphase nicht verfügbar. Dies macht dieses Allokationsproblem auf nützliche, praktische und gültige Weise fast unmöglich, das nicht zu massiven Über- oder Unter-spezifizierenden zu führen. Daher ist ein pragmatischer Ansatz erforderlich - zum Beispiel: die Verwendung allgemeiner Ebenen / Klassen quantitativer Anforderungen, abhängig von der Schwere der Fehlereffekte. Die Validierung von Ergebnissen ist auch eine weitaus subjektivere Aufgabe als für jede andere Art von Anforderungen. (Quantitative) Zuverlässigkeitsparameter - in den Begriffen von MTBF - sind bei weitem die unsichersten Designparameter in jedem Design.

Darüber hinaus sollten die Anforderungen des Zuverlässigkeitsdesigns ein (System- oder Teil) Design so vorantreiben, dass Merkmale einbezogen werden, die verhindern, dass Fehler auftreten, oder die Folgen des Ausfalls in erster Linie beschränken. Dies würde nicht nur einige Vorhersagen helfen, diese Bemühungen würden auch die technischen Anstrengungen in eine Art Buchhaltungsarbeiten ablenken. Eine Entwurfsanforderung sollte präzise genug sein, damit ein Designer es "entwerfen" kann und auch nachweisen kann - durch Analyse oder Tests -, dass die Anforderung erreicht wurde und wenn möglich nach Möglichkeit ein erklärtes Vertrauen. Jede Art von Zuverlässigkeitsanforderungen sollte detailliert sein und kann aus der Versagensanalyse (Finite-Element-Stress und Ermüdungsanalyse, Zuverlässigkeitsgefährdungsanalyse, FTA, FMEA, menschlicher Faktoranalyse, funktionaler Gefährdungsanalyse usw.) oder jeder Art von Zuverlässigkeitstests abgeleitet werden. Außerdem sind Anforderungen für Verifizierungstests (z. B. erforderliche Überlastspannungen) und die erforderliche Testzeit erforderlich. Diese Anforderungen effektiv abzuleiten, a Systemtechnik-Basierte Risikobewertung und Minderungslogik sollten verwendet werden. Es müssen robuste Hazard -Protokollsysteme erstellt werden, die detaillierte Informationen darüber enthalten, warum und wie Systeme fehlgeschlagen sind oder sind. Die Anforderungen sind auf diese Weise abgeleitet und verfolgt. Diese praktischen Entwurfsanforderungen müssen das Design vorantreiben und nicht nur zu Überprüfungszwecken verwendet werden. Diese Anforderungen (häufig Entwurfsbeschränkungen) werden auf diese Weise aus der Versagenanalyse oder vorläufigen Tests abgeleitet. Das Verständnis dieses Unterschieds im Vergleich zu nur einer rein quantitativen (logistischen) Anforderungsspezifikation (z. B. Fehlerrate / MTBF -Ziel) ist bei der Entwicklung erfolgreicher (komplexer) Systeme von größter Bedeutung.^[17]

Die Wartbarkeitsanforderungen berücksichtigen die Kosten für Reparaturen sowie die Reparaturzeit. Testbarkeit (nicht mit den Testanforderungen zu verwechseln) sind die Verbindung zwischen Zuverlässigkeit und Wartbarkeit und sollten die Erkennung von Fehlermodi (auf einer bestimmten Systemebene), die Isolationsniveaus und die Erstellung von Diagnostik (Verfahren) behandeln. Wie oben angegeben, sollten Zuverlässigkeitsingenieure auch die Anforderungen für verschiedene Zuverlässigkeitsaufgaben und Dokumentationen während der Systementwicklung, -versuche, -produktion und während der Systementwicklung erfüllen. Diese Anforderungen sind in der Vertragsarbeitserklärung im Allgemeinen festgelegt und hängen davon ab, wie viel Spielraum der Kunde dem Auftragnehmer gewährt wird. Zuverlässigkeitsaufgaben umfassen verschiedene Analysen, Planung und Fehlerberichterstattung. Die Auswahl der Aufgaben hängt sowohl von der Kritikalität des Systems als auch von den Kosten ab. Ein sicherheitskritisches System erfordert möglicherweise einen formellen Fehler- und Überprüfungsverfahren während der gesamten Entwicklung, während ein nicht kritisches System auf endgültige Testberichte beruhen kann. Die häufigsten Aufgaben des Zuverlässigkeitsprogramms sind in Standards für Zuverlässigkeitsprogramme dokumentiert, z.

Zuverlässigkeitskultur / menschliche Fehler / menschliche Faktoren

In der Praxis können die meisten Fehler auf eine Art von Art von zurückverfolgt werden menschlicher FehlerZum Beispiel in:

• Managemententscheidungen (z. B. Budgetierung, Timing und erforderliche Aufgaben)
• Systemtechnik: Verwenden Sie Studien (Lastfälle)
• Systemtechnik: Anforderungenanalyse / Einstellung
• Systemtechnik: Konfigurationskontrolle
• Annahmen
• Berechnungen / Simulationen / FEM -Analyse
• Entwurf
• Zeichnungen entwerfen
• Tests (z. B. falsche Lasteinstellungen oder Fehlermessung)
• statistische Analyse
• Herstellung
• Qualitätskontrolle
• Wartung
• Wartungshandbücher
• Ausbildung
• Klassifizierung und Bestellung von Informationen
• Feedback von Feldinformationen (z. B. falsch oder zu vage)
• usw.

Menschen sind jedoch auch sehr gut darin, solche Fehler zu erkennen, sie zu korrigieren und zu improvisieren, wenn abnormale Situationen auftreten. Daher sind Richtlinien, die menschliche Handlungen in Design- und Produktionsprozessen vollständig ausschließen, um die Zuverlässigkeit zu verbessern, nicht wirksam. Einige Aufgaben werden von Menschen besser ausgeführt und andere werden besser von Maschinen ausgeführt.^[18]

Darüber hinaus menschliche Fehler im Management; die Organisation von Daten und Informationen; oder der Missbrauch oder Missbrauch von Gegenständen kann auch zu Unzuverlässigkeit beitragen. Dies ist der Hauptgrund, warum ein hohes Maß an Zuverlässigkeit für komplexe Systeme nur durch Befolgen eines robusten Systemtechnik Prozess mit ordnungsgemäßer Planung und Ausführung der Validierungs- und Überprüfungsaufgaben. Dies beinhaltet auch eine sorgfältige Organisation des Daten- und Informationsaustauschs und die Erstellung einer "Zuverlässigkeitskultur", genauso wie eine "Sicherheitskultur" bei der Entwicklung von Sicherheits -kritischen Systemen von größter Bedeutung ist.

Zuverlässigkeitsvorhersage und Verbesserung

Zuverlässigkeitsvorhersage kombiniert:

• Schaffung eines ordnungsgemäßen Zuverlässigkeitsmodells (siehe weiter auf dieser Seite)
• Schätzung (und Rechtfertigung) der Eingabeparameter für dieses Modell (z.
• Die Schätzung der Ausgangszuverlässigkeitsparameter auf System- oder Teilebene (d. H. Systemverfügbarkeit oder Häufigkeit eines bestimmten funktionalen Fehlers) Die Betonung der Quantifizierung und der Zieleinstellung (z. B. MTBF) kann bedeuten, dass eine Grenze für die erreichbare Zuverlässigkeit besteht. und die Entwicklung einer höheren Zuverlässigkeit muss nicht teurer sein. Darüber hinaus argumentieren sie, dass die Vorhersage der Zuverlässigkeit aus historischen Daten sehr irreführend sein kann, wobei Vergleiche nur für identische Konstruktionen, Produkte, Herstellungsprozesse und Wartung mit identischen Betriebslasten und Nutzungsumgebungen gültig sind. Selbst geringfügige Veränderungen in einer dieser Personen könnten erhebliche Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit haben. Darüber hinaus werden die unzuverlässigsten und wichtigsten Elemente (d. H. Die interessantesten Kandidaten für eine Zuverlässigkeitsuntersuchung) am wahrscheinlichsten geändert und überarbeitet, seit historische Daten gesammelt wurden, so Prozesse, die in z. Kranken- oder Versicherungsbranche weniger wirksam. Ein weiteres überraschendes - aber logisches Argument ist, dass die genauen Mechanismen des Versagens bekannt sein und daher - in den meisten Fällen - verhindert werden können, um die Zuverlässigkeit durch Tests genau vorhersagen zu können! Nach dem falschen Weg des Versuchs, ein komplexes Zuverlässigkeits-Engineering-Problem in Bezug auf MTBF oder Wahrscheinlichkeit unter Verwendung von An-INCorrect-Ansatz zu quantifizieren und zu lösen als schlechte Praxis.^[19]

Für vorhandene Systeme ist es argumentabel, dass jeder Versuch eines verantwortlichen Programms, die Hauptursache für entdeckte Fehler zu korrigieren . Ein weiteres praktisches Problem ist die allgemeine Nichtverfügbarkeit detaillierter Fehlerdaten, wobei diejenigen häufig inkonsistente Filterung von Feedback -Daten (Feedback) enthalten und statistische Fehler ignorieren (die für seltene Ereignisse wie Zuverlässigkeitsfehler sehr hoch sind). Sehr klare Richtlinien müssen vorhanden sein, um Fehler in Bezug auf verschiedene Arten von Wurzelzügen zu zählen und zu vergleichen (z. B. Hersteller-, Wartungs-, transport-, systeminduzierte oder inhärente Entwurfsfehler). Der Vergleich verschiedener Arten von Ursachen kann zu falschen Schätzungen und falschen Geschäftsentscheidungen über den Schwerpunkt der Verbesserung führen.

Eine ordnungsgemäße quantitative Zuverlässigkeitsvorhersage für Systeme kann bei Testen schwierig und sehr teuer sein. Auf dem einzelnen Teil der Teilstufe können zu Zuverlässigkeitsergebnissen häufig mit vergleichsweise hohem Vertrauen erzielt werden, da das Testen vieler Stichprobenenteile mit dem verfügbaren Testbudget möglich sein könnte. Leider fehlt diesen Tests jedoch aufgrund von Annahmen, die bei teilweise getesteten Tests getroffen wurden, die Gültigkeit auf einer Systemebene. Diese Autoren betonten die Bedeutung von anfänglichen Tests auf Teil- oder Systemebene bis zum Versagen und um aus solchen Fehlern zur Verbesserung des Systems oder Teils zu lernen. Die allgemeine Schlussfolgerung wird gezogen, dass in den meisten Fällen eine genaue und absolute Vorhersage-entweder durch Felddatenvergleich oder Tests-der Zuverlässigkeit nicht möglich ist. Eine Ausnahme kann aufgrund von Verschleißproblemen wie Ermüdungsfehlern Fehler sein. Bei der Einführung von MIL-STD-785 ist es geschrieben, dass die Zuverlässigkeitsvorhersage mit großer Vorsicht verwendet werden sollte, wenn sie nicht nur zum Vergleich in Kompromissstudien verwendet werden.

Entwurf für Zuverlässigkeit

Das Design für Zuverlässigkeit (DFR) ist ein Prozess, der Tools und Verfahren umfasst, um sicherzustellen, dass ein Produkt seine Zuverlässigkeitsanforderungen im Rahmen seiner Nutzungsumgebung für die Dauer seiner Lebensdauer entspricht. DFR ist in der Entwurfsphase eines Produkts implementiert, um die Produktzuverlässigkeit proaktiv zu verbessern.^[20] DFR wird oft als Teil eines insgesamt verwendet Design for Excellence (DFX) Strategie.

Statistikbasierter Ansatz (d. H. MTBF)

Zuverlässigkeitsdesign beginnt mit der Entwicklung eines (Systems) Modell. Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsmodelle verwenden Blockdiagramme und Verwerfungsbaumanalyse Ein grafisches Mittel zur Bewertung der Beziehungen zwischen verschiedenen Teilen des Systems. Diese Modelle können Vorhersagen berücksichtigen, die auf Ausfallraten aus historischen Daten beruhen. Während die Vorhersagen (Eingabedaten) in einem absoluten Sinne oft nicht genau sind, sind sie wertvoll, um relative Unterschiede in Designalternativen zu bewerten. Zum Beispiel Wartbarkeitsparameter Mittlere Reparaturzeit (MTTR) kann auch als Eingaben für solche Modelle verwendet werden.

Die wichtigsten grundlegenden Ursachen und Versagensmechanismen sind mit technischen Instrumenten zu identifizieren und zu analysieren. Designer sollte eine vielfältige Reihe praktischer Anleitungen zur Leistung und Zuverlässigkeit bereitstellen, damit sie niedrig gestresste Designs und Produkte erzeugen können, die vor Schaden und übermäßigem Verschleiß schützen oder geschützt sind. Eine ordnungsgemäße Validierung von Eingangslasten (Anforderungen) kann zusätzlich zur Überprüfung der Zuverlässigkeitsleistung durch Testen erforderlich sein.

Eine der wichtigsten Designtechniken ist Redundanz. Dies bedeutet, dass, wenn ein Teil des Systems fehlschlägt, einen alternativen Erfolgsweg wie ein Backup -System gibt. Der Grund, warum dies die ultimative Designauswahl ist, hängt damit zusammen, dass mit hoher Vertrauenszuverlässigkeitsbeweise für neue Teile oder Systeme häufig nicht verfügbar sind oder äußerst teuer zu erhalten. Durch Kombination der Redundanz zusammen mit einer hohen Ausfallüberwachung und der Vermeidung gemeinsamer Ursache; Sogar ein System mit relativ schlechter Einkanalzuverlässigkeit (Teil) kann auf Systemebene (bis zur geschäftskritischen Zuverlässigkeit) sehr zuverlässig gemacht werden. Dafür muss keine Zuverlässigkeitstests erforderlich sein. In Verbindung mit Redundanz kann die Verwendung unterschiedlicher Konstruktionen oder Herstellungsprozesse (z. B. über verschiedene Lieferanten ähnlicher Teile) für einzelne unabhängige Kanäle weniger Empfindlichkeit gegenüber Qualitätsproblemen (z. von Zuverlässigkeit in allen Momenten des Entwicklungszyklus (vom frühen Leben bis zu langfristig) erreicht werden. Die Redundanz kann auch im Systemtechnik durch Doppelprüfungsanforderungen, Daten, Entwürfe, Berechnungen, Software und Tests zur Überwindung systematischer Ausfälle angewendet werden.

Ein weiterer effektiver Weg, um mit Zuverlässigkeitsproblemen zu behandeln, besteht darin, eine Analyse durchzuführen, die den Abbau vorhersagt und die Verhinderung außerplanmäßiger Ausfallzeitereignisse / -ausfälle ermöglicht. RCM (Zuverlässigkeit zentrierte Wartung) Programme können dafür verwendet werden.

Ansatz der Physik-von Fehlern

Bei elektronischen Baugruppen wurde eine zunehmende Verschiebung in Richtung eines anderen Ansatzes aufgetreten, der genannt wurde Physik des Scheiterns. Diese Technik beruht auf dem Verständnis der physikalischen statischen und dynamischen Versagensmechanismen. Es berücksichtigt Variationen in Last, Festigkeit und Stress, die zu einem hohen Detaillierungsniveau führen, der mit der Verwendung von Modern ermöglicht wird Finite -Elemente -Methode (FEM) Softwareprogramme, die komplexe Geometrien und Mechanismen wie Kriech, Stressrelaxation, Müdigkeit und probabilistisches Design (probabilistisches Design () bewältigen können (Monte -Carlo -Methoden/DAMHIRSCHKUH). Das Material oder die Komponente kann neu gestaltet werden, um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu verringern und es gegenüber solchen Variationen robuster zu machen. Eine weitere häufige Designtechnik ist die Komponente verregelend: d. H. Auswahl von Komponenten, deren Spezifikationen die erwarteten Spannungsniveaus erheblich überschreiten, wie z. elektrischer Strom.

Gemeinsame Werkzeuge und Techniken

Viele der in der Zuverlässigkeitstechnik verwendeten Aufgaben, Techniken und Analysen sind spezifisch für bestimmte Branchen und Anwendungen, können jedoch häufig einschließen:

• Physik des Scheiterns (POF)
• Eingebauter Selbsttest (Bit) (Testbarkeitsanalyse)
• Ausfallmodus und Effektanalyse (FMEA)
• Verlässlichkeit Gefahrenanalyse
• Zuverlässigkeitsblock-Diagramm-Analyse
• Dynamische Zuverlässigkeitsblockendiagrammanalyse^[21]
• Verwerfungsbaumanalyse
• Ursachenanalyse
• Statistiktechnik, Versuchsplanung - z.B. auf Simulationen / FEM -Modellen oder mit Tests
• Sneak -Schaltungsanalyse
• Beschleunigte Tests
• Zuverlässigkeitswachstumsanalyse (reaktive Zuverlässigkeit)
• Weibull Analyse (zum Testen oder hauptsächlich "reaktive" Zuverlässigkeit)
• Wärmeanalyse durch Finite -Elemente -Analyse (FEA) und / oder Messung
• Wärme induziert, Schock und Schwingungsmüdigkeit Analyse durch FEA und / oder Messung
• Elektromagnetische Analyse
• Vermeidung von der Punkt des Versagens (Spof)
• Funktionsanalyse und Funktionsfehleranalyse (z. B. Funktion FMEA, FHA oder FFA)
• Prädiktive und vorbeugende Wartung: RCM -Analyse (Zuverlässigkeit zentrierte Wartung)
• Testbarkeitsanalyse
• Versagensdiagnostikanalyse (normalerweise auch in FMEA enthalten)
• Menschliche Fehleranalyse
• Betriebsgefahranalyse
• Vorbeugung/geplante Wartungsoptimierung (PMO)
• Manuelles Screening
• Unterstützung integrierter Logistik

Die Ergebnisse dieser Methoden werden während der Überprüfungen des Teils oder des Systemdesigns und der Logistik vorgestellt. Zuverlässigkeit ist nur eine Anforderung unter vielen für einen komplexen Teil oder ein komplexes System. Technik-Kompromisse werden verwendet, um die zu bestimmen Optimum Gleichgewicht zwischen Zuverlässigkeitsanforderungen und anderen Einschränkungen.

Die Bedeutung der Sprache

Zuverlässigkeitsingenieure, unabhängig davon, ob quantitative oder qualitative Methoden zur Beschreibung eines Versagens oder einer Gefahr beschreiben, verlassen sich auf die Sprache, um die Risiken zu bestimmen und Probleme zu ermöglichen. Die verwendete Sprache muss dazu beitragen, eine geordnete Beschreibung der Funktion/des Elements/des Systems und des komplexen Umfelds in Bezug auf den Fehler dieser Funktionen/Elemente/Systeme zu erstellen. Bei der Systemtechnik geht es sehr darum, die richtigen Wörter zu finden, um das Problem (und damit verbundene Risiken) zu beschreiben, damit sie über technische Lösungen leicht gelöst werden können. Jack Ring sagte, dass die Aufgabe eines Systemingenieurs darin besteht, "das Projekt zu sprachen". (Ring et al. 2000)^[22] Bei Teil-/Systemfehlern sollten sich Zuverlässigkeitsingenieure mehr auf das "Warum und wie" konzentrieren, eher das Vorhersagen "wann". Das Verständnis "Warum" ein Fehler aufgetreten ist (z. B. aufgrund von überstresstem Komponenten oder Fertigungsproblemen), führt weitaus häufiger zu einer Verbesserung der verwendeten Konstruktionen und Prozesse^[4] als zu quantifizieren, wenn ein Versagen wahrscheinlich auftritt (z. B. durch Bestimmung von MTBF). Zuerst müssen die Zuverlässigkeitsgefahren in Bezug auf Teil/System klassifiziert und geordnet werden (basierend auf einer Form einer qualitativen und quantitativen Logik), um eine effizientere Bewertung und eventuelle Verbesserung zu ermöglichen. Dies wird teilweise in reiner Sprache und durchgeführt Vorschlag Logik, aber auch basierend auf Erfahrungen mit ähnlichen Elementen. Dies kann zum Beispiel in Beschreibungen von Ereignissen in gesehen werden Verwerfungsbaumanalyse, FMEA Analyse- und Hazard (Tracking) -Protokolle. In diesem Sinne spielt Sprache und richtige Grammatik (Teil der qualitativen Analyse) eine wichtige Rolle im Zuverlässigkeitstechnik, genau wie in Sicherheitstechnik oder im General im Inneren Systemtechnik.

Die korrekte Verwendung der Sprache kann auch für die Identifizierung oder Reduzierung der Risiken von entscheidend sein menschlicher Fehler, die oft die Grundursache für viele Fehler sind. Dies kann ordnungsgemäße Anweisungen in Wartungshandbüchern, Betriebshandbüchern, Notfallverfahren und anderen umfassen, um systematische menschliche Fehler zu verhindern, die zu Systemfehlern führen können. Diese sollten von geschulten oder erfahrenen technischen Autoren mit sogenanntem vereinfachtem Englisch oder geschrieben werden Vereinfachtes technisches Englisch, wo Wörter und Struktur speziell ausgewählt und erstellt werden, um Mehrdeutigkeit oder Verwirrungsrisiko zu verringern (z. B. kann ein "Ersetzen des alten Teils" mehrdeutig auf einen Tausch eines abgenutzten Teils mit einem nicht abgenutzten Teil oder Ersetzen beziehen oder ersetzen Ein Teil mit einem, der ein neueres und hoffentlich verbessertes Design verwendet).

Zuverlässigkeitsmodellierung

Zuverlässigkeitsmodellierung ist der Prozess der Vorhersage oder des Verständnisses der Zuverlässigkeit einer Komponente oder eines Systems vor seiner Implementierung. Zwei Arten von Analysen, die häufig zum Modellieren eines vollständigen Systems verwendet werden Verfügbarkeit Verhalten einschließlich Auswirkungen von Logistikproblemen wie Ersatzteilbereitstellung, Transport und Arbeitskräften sind Verwerfungsbaumanalyse und Zuverlässigkeitsblockdiagramme. Auf Komponentenebene können die gleichen Arten von Analysen zusammen mit anderen verwendet werden. Die Eingabe für die Modelle kann aus vielen Quellen einschließlich Tests stammen. frühere operative Erfahrung; Felddaten; sowie Datenhandbücher aus ähnlichen oder verwandten Branchen. Unabhängig von der Quelle müssen alle Modelleingabedaten mit großer Vorsicht verwendet werden, da Vorhersagen nur in Fällen gültig sind, in denen das gleiche Produkt im gleichen Kontext verwendet wurde. Daher werden Vorhersagen häufig nur zum Vergleich von Alternativen verwendet.

Für Teilenebene Vorhersagen sind zwei getrennte Untersuchungsbereiche häufig:

• Das Physik des Scheiterns Der Ansatz verwendet ein Verständnis der beteiligten physikalischen Versagensmechanismen, wie z. B. mechanische Rissausbreitung oder chemisch Korrosion Verschlechterung oder Misserfolg;
• Das Teilespannungsmodellierung Der Ansatz ist eine empirische Methode zur Vorhersage, die auf der Zählung der Anzahl und der Art der Komponenten des Systems und der Spannung, die sie während des Betriebs unterziehen, basieren.

Zuverlässigkeitstheorie

Zuverlässigkeit ist definiert als die Wahrscheinlichkeit Dass ein Gerät seine beabsichtigte Funktion während eines bestimmten Zeitraums unter angegebenen Bedingungen ausführt. Mathematisch kann dies als, ausgedrückt werden

Anwesend

wo ${\ displayStyle f (x) \!}$ ist das Versagen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion und ${\ displayStyle t}$ ist die Länge des Zeitraums (der angenommen wird, dass er ab der Zeit Null startet).

Es gibt einige Schlüsselelemente dieser Definition:

1. Die Zuverlässigkeit basiert auf "beabsichtigte Funktion": Im Allgemeinen wird dies als Operation ohne Fehler bedeuten. Selbst wenn kein individueller Teil des Systems fehlschlägt, das System als Ganzes jedoch nicht tut, was beabsichtigt war, wird es immer noch gegen die Systemzuverlässigkeit berechnet. Die Systemanforderungenspezifikation ist das Kriterium, an dem die Zuverlässigkeit gemessen wird.
2. Die Zuverlässigkeit gilt für einen bestimmten Zeitraum. In praktischer Hinsicht bedeutet dies, dass ein System eine bestimmte Chance hat, dass es vor der Zeit ohne Fehler funktioniert ${\ displayStyle t \!}$. Zuverlässigkeitstechnik stellt sicher, dass Komponenten und Materialien die Anforderungen während der angegebenen Zeit erfüllen. Beachten Sie, dass andere Einheiten als Zeit manchmal verwendet werden können (z. B. "eine Mission", "Betriebszyklen").
3. Die Zuverlässigkeit beschränkt sich auf den Betrieb unter den angegebenen (oder explizit definierten) Bedingungen. Diese Einschränkung ist notwendig, da es unmöglich ist, ein System für unbegrenzte Bedingungen zu entwerfen. EIN Mars Rover Wird unterschiedliche Bedingungen haben als ein Familienauto. Die Betriebsumgebung muss während des Designs und Tests behandelt werden. Der gleiche Rover muss möglicherweise unter unterschiedlichen Bedingungen betrieben werden, die zusätzliche Prüfung erfordern.
4. Zwei bemerkenswerte Verweise auf die Zuverlässigkeitstheorie und ihre mathematischen und statistischen Grundlagen sind Barlow, R. E. und Proschan, F. (1982) und Samaniego, F. J. (2007).

Quantitative Systemzuverlässigkeitsparameter - Theorie

Quantitative Anforderungen werden unter Verwendung der Zuverlässigkeit festgelegt Parameter. Der häufigste Zuverlässigkeitsparameter ist der mittlere Zeit bis zum Ausfall (MTTF), das auch als die angegeben werden kann Fehlerrate (Dies wird als Frequenz- oder bedingte Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (PDF) oder die Anzahl der Fehler während eines bestimmten Zeitraums ausgedrückt. Diese Parameter können für höhere Systempegel und Systeme nützlich sein, die häufig betrieben werden (d. H. Fahrzeuge, Maschinen und elektronische Geräte). Zuverlässigkeit steigt mit zunehmendem MTTF. Das MTTF wird normalerweise in Stunden angegeben, kann aber auch mit anderen Messeinheiten wie Meilen oder Zyklen verwendet werden. Die Verwendung von MTTF -Werten auf niedrigeren Systemniveaus kann sehr irreführend sein, insbesondere wenn sie nicht die zugehörigen Fehlermodi und Mechanismen (F in MTTF) angeben.^[16]

In anderen Fällen wird die Zuverlässigkeit als Wahrscheinlichkeit des Missionserfolgs angegeben. Zum Beispiel kann die Zuverlässigkeit eines geplanten Flugzeugfluges als dimensionslose Wahrscheinlichkeit oder als Prozentsatz angegeben werden, wie häufig in Systemsicherheit Ingenieurwesen.

Ein Sonderfall des Missionserfolgs ist das Single-Shot-Gerät oder -system. Dies sind Geräte oder Systeme, die relativ ruhend bleiben und nur einmal arbeiten. Beispiele sind Automobile Airbagsthermisch Batterien und Raketen. Die Zuverlässigkeit von Einzelschoten wird als Wahrscheinlichkeit eines einmaligen Erfolgs angegeben oder in einen verwandten Parameter subsumiert. Ein-Schuss-Raketenzuverlässigkeit kann als Voraussetzung für die Wahrscheinlichkeit eines Treffers angegeben werden. Für solche Systeme die Wahrscheinlichkeit des Versagens bei Bedarf (PFD) ist die Zuverlässigkeitsmaßnahme - dies ist tatsächlich eine "Nichtverfügbarkeit" -Enzahl. Die PFD wird aus der Ausfallrate (einer Häufigkeit des Auftretens) und der Missionszeit für nicht reparierbare Systeme abgeleitet.

Für reparierbare Systeme wird es aus der Ausfallrate, der Mittelwertzeit-Reparatur (MTTR) und dem Testervall erhalten. Diese Maßnahme ist für ein bestimmtes System möglicherweise nicht einzigartig, da diese Maßnahme von der Art der Nachfrage abhängt. Zusätzlich zu den Anforderungen an die Systemebene können die Zuverlässigkeitsanforderungen für kritische Subsysteme angegeben werden. In den meisten Fällen werden Zuverlässigkeitsparameter mit geeigneten statistischen angegeben Vertrauensintervalle.

Zuverlässigkeitstest

Der Zweck von Zuverlässigkeitstests besteht darin, potenzielle Probleme mit dem Design so früh wie möglich zu entdecken und letztendlich das Vertrauen zu geben, dass das System seine Zuverlässigkeitsanforderungen entspricht.

Zuverlässigkeitstests können auf mehreren Ebenen durchgeführt werden und es gibt unterschiedliche Testarten. Komplexe Systeme können auf Komponenten, Leiterplatten, Einheiten, Baugruppen, Subsystemen und Systemebenen getestet werden.^[23] (Die Nomenklatur der Teststufe variiert zwischen den Anwendungen.) Zum Beispiel die Durchführung Umweltstress -Screening Tests in niedrigeren Ebenen, wie z. B. Stück oder kleinen Baugruppen, erfassen Probleme, bevor sie auf höheren Niveaus Fehler verursachen. Der Test erfolgt während jeder Integrationsstufe durch vollständige Systemtests, Entwicklungstests und operative Tests, wodurch das Programmrisiko verringert wird. Das Testen mindert jedoch das unzuverlässige Risiko nicht.

Bei jedem Test könnte sowohl ein statistischer Typ 1 als auch Typ 2 Fehler gemacht werden und hängt von der Stichprobengröße, der Testzeit, den Annahmen und dem erforderlichen Diskriminierungsverhältnis ab. Es besteht die Gefahr, dass ein schlechtes Design fälschlicherweise angenommen wird (Typ 1 -Fehler) und das Risiko, ein gutes Design fälschlicherweise abzulehnen (Typ 2 -Fehler).

Es ist nicht immer machbar, alle Systemanforderungen zu testen. Einige Systeme sind unerschwinglich teuer zu testen. etwas Ausfallmodi kann Jahre dauern, bis es beobachtet wird; Einige komplexe Wechselwirkungen führen zu einer großen Anzahl möglicher Testfälle; und einige Tests erfordern die Verwendung von begrenzten Testbereichen oder anderen Ressourcen. In solchen Fällen können unterschiedliche Testansätze verwendet werden, wie z. B. (hoch) beschleunigte Lebenstests, Versuchsplanung, und Simulationen.

Das gewünschte statistische Vertrauen spielt auch eine Rolle bei Zuverlässigkeitstests. Das statistische Vertrauen wird erhöht, indem entweder die Testzeit oder die Anzahl der getesteten Elemente erhöht wird. Zuverlässigkeitstestpläne sind so konzipiert, dass die angegebene Zuverlässigkeit im angegebenen Vertrauensniveau mit der minimalen Anzahl von Testeinheiten und Testzeit. Unterschiedliche Testerpläne führen zu einem unterschiedlichen Risiko für den Hersteller und Verbraucher. Die gewünschte Zuverlässigkeit, das statistische Vertrauen und das Risiko für jede Seite beeinflussen den endgültigen Testplan. Der Kunde und der Entwickler sollten sich im Voraus darüber einigen, wie die Zuverlässigkeitsanforderungen getestet werden.

Ein wesentlicher Aspekt der Zuverlässigkeitstests ist die Definition von "Fehler". Obwohl dies offensichtlich erscheint, gibt es viele Situationen, in denen nicht klar ist, ob ein Fehler wirklich die Schuld des Systems ist. Variationen der Testbedingungen, des Bedienungsunterschiede, des Wetters und der unerwarteten Situationen führen zu Unterschieden zwischen dem Kunden und dem Systementwickler. Eine Strategie, um dieses Problem anzugehen, besteht darin, einen Bewertungskonferenzprozess zu verwenden. Eine Bewertungskonferenz umfasst Vertreter des Kunden, den Entwickler, die Testorganisation, die Zuverlässigkeitsorganisation und manchmal auch unabhängige Beobachter. Der Bewertungskonferenzprozess ist in der Arbeitserklärung definiert. Jeder Testfall wird von der Gruppe betrachtet und als Erfolg oder Misserfolg "bewertet". Diese Bewertung ist das offizielle Ergebnis des Zuverlässigkeitsingenieurs.

Im Rahmen der Anforderungensphase entwickelt der Zuverlässigkeitsingenieur eine Teststrategie mit dem Kunden. Die Teststrategie ermöglicht Kompromisse zwischen den Bedürfnissen der Zuverlässigkeitsorganisation, die so viele Daten wie möglich wünscht, sowie Einschränkungen wie Kosten, Zeitplan und verfügbare Ressourcen. Testerpläne und -verfahren werden für jeden Zuverlässigkeitstest entwickelt und die Ergebnisse dokumentiert.

Zuverlässigkeitstests sind in der Photonikbranche üblich. Beispiele für Zuverlässigkeitstests von Lasern sind Lebenstest und verbrennen in. Diese Tests bestehen aus der stark beschleunigten Alterung unter kontrollierten Bedingungen einer Gruppe von Lasern. Die aus diesen Lebenstests gesammelten Daten werden verwendet, um die Laser -Lebenserwartung im Rahmen der beabsichtigten Betriebsmerkmale vorherzusagen.^[24]

Zuverlässigkeitstestanforderungen

Zuverlässigkeitstestanforderungen können aus jeder Analyse folgen, für die die erste Schätzung der Ausfallwahrscheinlichkeit, des Ausfallmodus oder der Wirkung gerechtfertigt sein muss. Nach Tests können Beweise mit einem gewissen Vertrauensniveau generiert werden. Bei Software-basierten Systemen ist die Wahrscheinlichkeit eine Mischung aus Software- und Hardware-basierten Ausfällen. Das Testen der Zuverlässigkeitsanforderungen ist aus mehreren Gründen problematisch. Ein einzelner Test ist in den meisten Fällen nicht ausreichend, um genügend statistische Daten zu generieren. Mehrere Tests oder Langzeittests sind normalerweise sehr teuer. Einige Tests sind einfach unpraktisch, und Umweltbedingungen können über einen Systemlebenszyklus schwer vorhergesagt werden.

Zuverlässigkeitstechnik wird verwendet, um ein realistisches und erschwingliches Testprogramm zu entwerfen, das empirische Beweise dafür liefert, dass das System seine Zuverlässigkeitsanforderungen entspricht. Statistisch Vertrauensniveaus werden verwendet, um einige dieser Bedenken auszuräumen. Ein bestimmter Parameter wird zusammen mit einem entsprechenden Konfidenzniveau ausgedrückt: Zum Beispiel eine MTBF 1000 Stunden bei 90% Konfidenzniveau. Aus dieser Spezifikation kann der Zuverlässigkeitsingenieur beispielsweise einen Test mit expliziten Kriterien für die Anzahl der Stunden und die Anzahl der Fehler entwerfen, bis die Anforderung erfüllt oder fehlgeschlagen ist. Verschiedene Arten von Tests sind möglich.

Die Kombination aus dem erforderlichen Zuverlässigkeitsniveau und dem erforderlichen Konfidenzniveau wirkt sich stark auf die Entwicklungskosten und das Risiko für den Kunden und den Hersteller aus. Es ist vorsichtig, um die beste Kombination von Anforderungen auszuwählen - z. Kosteneffektivität. Zuverlässigkeitstests können auf verschiedenen Ebenen durchgeführt werden, wie z. B. Komponente, Teilsystem und System. Außerdem müssen viele Faktoren während des Tests und Betriebs angegangen werden, wie z. oder Sicherheitsverletzungen oder andere unzählige Formen von Schäden oder Verschlechterungen). Für Systeme, die viele Jahre dauern müssen, können beschleunigte Lebenstests erforderlich sein.

Beschleunigte Tests

Der Zweck von Beschleunigter Lebenstest (ALT -Test) ist viel schneller in der Lage, ein Feldversagen im Labor durch eine härtere, aber dennoch repräsentative Umgebung zu induzieren. In einem solchen Test wird erwartet, dass das Produkt im Labor genauso fehlschlägt, wie es vor Ort gescheitert wäre - aber in viel weniger Zeit. Das Hauptziel eines beschleunigten Tests ist eines der folgenden:

• Ausfallmodi entdecken
• Die normale Feldlebensdauer vom Hoch vorherzusagen betonen Laborleben

Ein beschleunigtes Testprogramm kann in die folgenden Schritte unterteilt werden:

• Definieren Sie das Ziel und den Umfang des Tests
• Sammeln Sie die erforderlichen Informationen über das Produkt
• Identifizieren Sie den Stress (ES)
• Spannungsniveau (ES) bestimmen
• Führen Sie den beschleunigten Test durch und analysieren Sie die gesammelten Daten.

Häufige Möglichkeiten zur Bestimmung einer Lebensstressbeziehung sind:

• Arrhenius Modell
• Eyrermodell
• Modellgesetzmodell umgekehrt
• Temperatur -Ämtigkeitsmodell
• Temperatur nicht thermisches Modell

Softwarezuverlässigkeit

Software Zuverlässigkeit ist ein besonderer Aspekt des Zuverlässigkeitstechnik. Die Systemzuverlässigkeit umfasst per Definition alle Teile des Systems, einschließlich Hardware, Software, unterstützender Infrastruktur (einschließlich kritischer externer Schnittstellen), Betreiber und Verfahren. Traditionell konzentriert sich das Zuverlässigkeitstechnik auf kritische Hardware -Teile des Systems. Seit der weit verbreiteten Verwendung von Digital Integrierter Schaltkreis Technologie, Software ist zu einem immer kritischeren Bestandteil der meisten Elektronik und daher fast alle heutigen Systeme.

Es gibt jedoch signifikante Unterschiede in Bezug auf die Verhalten von Software und Hardware. Die meisten Hardware -Unzuverlässigkeit ist das Ergebnis eines Komponenten oder eines Materialausfalls, der dazu führt, dass das System seine beabsichtigte Funktion nicht ausführt. Das Reparieren oder Ersetzen der Hardwarekomponente stellt das System in seinen ursprünglichen Betriebsstatus wieder her. Software fällt jedoch nicht im gleichen Sinne aus, wie Hardware fehlschlägt. Stattdessen ist die Unzuverlässigkeit von Software das Ergebnis unerwarteter Ergebnisse von Softwareoperationen. Selbst relativ kleine Softwareprogramme können astronomisch groß haben Kombinationen von Inputs und Zuständen, die es unmöglich sind, umfassend zu testen. Das Wiederherstellen der Software in ihren ursprünglichen Zustand funktioniert nur, bis dieselbe Kombination von Eingaben und Zuständen zu demselben unbeabsichtigten Ergebnis führt. Software -Zuverlässigkeitstechnik muss dies berücksichtigen.

Trotz dieses Unterschieds in der Fehlerquelle zwischen Software und Hardware sind mehrere Software -Zuverlässigkeitsmodelle Basierend auf Statistiken wurde vorgeschlagen, um das zu quantifizieren, was wir mit Software erleben: Je länger Software ausgeführt wird, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie schließlich auf ungestörte Weise verwendet wird, und zeigt einen latenten Defekt, der zu einem Fehler führt (Shoman 1987) (((() Musa 2005), (Denney 2005).

Wie bei Hardware hängt die Softwarezuverlässigkeit von guten Anforderungen, Design und Implementierung ab. Software -Zuverlässigkeitstechnik stützt sich stark auf einen disziplinierten Softwareentwicklung verarbeiten, um vorwegzunehmen und zu gestalten ungewollte Konsequenzen. Es gibt mehr Überschneidungen zwischen Software Qualitätstechnik und Software -Zuverlässigkeitstechnik als zwischen Hardwarequalität und Zuverlässigkeit. Ein guter Softwareentwicklungsplan ist ein wesentlicher Aspekt des Software -Zuverlässigkeitsprogramms. Der Softwareentwicklungsplan beschreibt die Design- und Codierungsstandards. Peer -Bewertungen, Unit -Tests, Konfigurationsmanagement, Software -Metriken und Softwaremodelle, die während der Softwareentwicklung verwendet werden sollen.

Eine gemeinsame Zuverlässigkeitsmetrik ist die Anzahl der Softwarefehler, die normalerweise als Fehler pro tausend Codezeilen ausgedrückt werden. Diese Metrik ist zusammen mit der Softwareausführungszeit der Schlüssel zu den meisten Software -Zuverlässigkeitsmodellen und -schätzungen. Die Theorie ist, dass die Softwarezuverlässigkeit mit abnimmt, wenn die Anzahl der Fehler (oder Fehlerdichte) abnimmt. Eine direkte Verbindung zwischen Fehlerdichte und mittlerer Zeitversorgung ist jedoch schwierig, da Softwarefehler im Code verteilt sind, deren Schweregrad und Wahrscheinlichkeit der Kombination der Eingaben, die zur Begegnung auf den Fehler erforderlich sind. Die Fehlerdichte dient jedoch als nützlicher Indikator für den Zuverlässigkeitsingenieur. Andere Software -Metriken wie Komplexität werden ebenfalls verwendet. Diese Metrik bleibt umstritten, da Änderungen der Softwareentwicklung und Überprüfungspraktiken dramatische Auswirkungen auf die Gesamtfehlerraten haben können.

Testen sind für Software noch wichtiger als Hardware. Selbst der beste Softwareentwicklungsprozess führt zu einigen Softwarefehlern, die bis zum Testen nahezu nicht nachweisbar sind. Wie bei Hardware wird die Software auf mehreren Ebenen mit einzelnen Einheiten durch Integration und Voll-Up-System-Tests getestet. Im Gegensatz zu Hardware ist es nicht ratsam, die Ebenen des Softwaretests zu überspringen. In allen Testphasen werden Softwarefehler entdeckt, korrigiert und erneut getestet. Zuverlässigkeitsschätzungen werden basierend auf der Fehlerdichte und anderen Metriken aktualisiert. Auf Systemebene können mittlere Daten zwischen den Fehlern gesammelt und zur Abschätzung der Zuverlässigkeit verwendet werden. Im Gegensatz zu Hardware bietet die Durchführung genau den gleichen Test auf genau derselben Softwarekonfiguration kein erhöhtes statistisches Vertrauen. Stattdessen verwendet die Softwarezuverlässigkeit unterschiedliche Metriken, wie z. Codeabdeckung.

Schließlich ist die Software in die Hardware im Top-Ebene-System integriert, und die Softwarezuverlässigkeit wird durch die Systemzuverlässigkeit subsumiert. Das Software Engineering Institute Reifegradmodell ist ein häufiges Mittel zur Bewertung des gesamten Softwareentwicklungsprozesses für Zuverlässigkeits- und Qualitätszwecke.

Strukturelle Zuverlässigkeit

Strukturelle Zuverlässigkeit oder die Zuverlässigkeit von Strukturen ist die Anwendung der Zuverlässigkeitstheorie auf das Verhalten von Strukturen. Es wird sowohl für die Konstruktion als auch für die Aufrechterhaltung verschiedener Arten von Strukturen einschließlich Beton- und Stahlkonstruktionen verwendet.^[25][26] In strukturellen Zuverlässigkeitsstudien werden sowohl Lasten als auch Resistenzen als probabilistische Variablen modelliert. Unter Verwendung dieses Ansatzes wird die Wahrscheinlichkeit eines Versagens einer Struktur berechnet.

Vergleich zum Sicherheitstechnik

Zuverlässigkeit für Sicherheit und Zuverlässigkeit für die Verfügbarkeit hängt häufig eng mit. Verlorene Verfügbarkeit eines technischen Systems kann Geld kosten. Wenn ein U -Bahn -System nicht verfügbar ist, verliert der U -Bahn -Betreiber für jede Stunde Geld. Der U -Bahn -Betreiber verliert mehr Geld, wenn die Sicherheit beeinträchtigt wird. Die Definition von Zuverlässigkeit ist an eine Wahrscheinlichkeit gebunden, auf keinen Fehler zu stoßen. Ein Misserfolg kann einen Sicherheitsverlust, den Verlust der Verfügbarkeit oder beides verursachen. Es ist unerwünscht, in einem kritischen System die Sicherheit oder Verfügbarkeit zu verlieren.

Zuverlässigkeitstechnik befasst Sicherheitstechnik Konzentriert sich darauf, eine bestimmte Reihe von Fehlertypen zu minimieren, die im Allgemeinen zu Lebensverlust, Verletzungen oder Schäden an Geräten führen können.

Zuverlässigkeitsrisiken könnten sich in Vorfälle verwandeln, die zu einem Umsatzverlust für das Unternehmen oder den Kunden führen, beispielsweise aufgrund direkter und indirekter Kosten im Zusammenhang mit: Produktionsverlust aufgrund der nicht verfügbaren Systemverfügbarkeit; unerwartete hohe oder niedrige Anforderungen an Ersatzteile; Reparaturkosten; Arbeitsstunden; Neustände oder Unterbrechungen der normalen Produktion.^[27]

Das Sicherheitstechnik ist häufig hochspezifisch und bezieht sich nur auf bestimmte streng regulierte Branchen, Anwendungen oder Bereiche. Es konzentriert sich hauptsächlich auf Systemsicherheitsgefahren, die zu schwerwiegenden Unfällen führen könnten, einschließlich: Verlust des Lebens; Zerstörung von Ausrüstung; oder Umweltschäden. Daher sind die zugehörigen Anforderungen an die zuverlässige Zuverlässigkeit von Systemen häufig extrem hoch. Obwohl es sich mit unerwünschten Fehlern im gleichen Sinne wie Zuverlässigkeitstechnik befasst, konzentriert sich dies jedoch weniger auf direkte Kosten und befasst sich nicht mit Reparaturmaßnahmen nach der Failure. Ein weiterer Unterschied ist der Auswirkungen der Auswirkungen von Misserfolgen auf die Gesellschaft, was zu einer Tendenz zur strikten Kontrolle durch Regierungen oder Regulierungsbehörden (z. B. Kern-, Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs-, Schienen- und Ölindustrie) führt.^[27]

Fehlertoleranz

Die Sicherheit kann mit einem 2OO2 Cross Checked redundantes System erhöht werden. Die Verfügbarkeit kann durch "1OO2" (1 von 2) Redundanz auf Teil oder Systemebene erhöht werden. Wenn beide redundanten Elemente nicht einverstanden sind, maximiert das zulässigere Element die Verfügbarkeit. Auf ein 1OO2 -System sollte sich niemals auf Sicherheit verlassen. Fehlertolerante Systeme beruhen häufig auf zusätzliche Redundanz (z. 2OO3 Abstimmungslogik) Wenn sich mehrere redundante Elemente auf eine potenziell unsichere Aktion einigen müssen, bevor sie durchgeführt wird. Dies erhöht sowohl die Verfügbarkeit als auch die Sicherheit auf Systemebene. Dies ist eine übliche Praxis in Luft- und Raumfahrtsystemen, die eine fortgesetzte Verfügbarkeit benötigen und keine a haben ausfallsicher Modus. Zum Beispiel können Flugzeuge eine dreifache modulare Redundanz für verwenden Flugcomputer und Kontrollflächen (einschließlich gelegentlich unterschiedlicher Betriebsarten, z. B. elektrische/mechanische/hydraulische fliegend.

Grundlegende Zuverlässigkeit und Mission Zuverlässigkeit

Das obige Beispiel eines 2OO3 -Fehlersystems erhöht sowohl die Missionszuverlässigkeit als auch die Sicherheit. Die "grundlegende" Zuverlässigkeit des Systems ist jedoch in diesem Fall immer noch niedriger als ein nicht redundantes (1OO1) oder 2OO2-System. Grundlegende Zuverlässigkeitstechnik deckt alle Fehler ab, einschließlich solcher, die möglicherweise nicht zu einem Systemversagen führen, aber aufgrund von Reparaturmaßnahmen für Wartungsreparaturen zu zusätzlichen Kosten führen; Logistik; Ersatzteile usw. Zum Beispiel, Austausch oder Reparatur von 1 fehlerhafter Kanal in einem 2OO3 -Abstimmungssystem (das System arbeitet immer noch, obwohl es mit einem fehlgeschlagenen Kanal tatsächlich ein 2OO2 -System geworden ist) trägt zu einer grundlegenden Unzuverlässigkeit bei, aber nicht zu einer Unzuverlässigkeit der Mission bei. Zum Beispiel verhindert das Versagen des Schwanzlichts eines Flugzeugs das Flugzeug nicht (und wird daher nicht als Missionsfehler angesehen), aber es muss behoben werden (mit damit verbundenen Kosten, und auch dazu bei die grundlegenden Unzuverlässigkeitsniveaus).

Nachweisbarkeit und gemeinsame Ursache Fehler

Bei Verwendung von Fehlertoleranten (redundante) Systemen oder Systemen, die mit Schutzfunktionen ausgestattet sind, wird die Erkennung von Fehlern und die Vermeidung gemeinsamer Ursachenausfälle für sichere Funktionen und/oder Missionszuverlässigkeit von größter Bedeutung.

Zuverlässigkeit versus Qualität (Six Sigma)

Die Qualität konzentriert sich häufig auf Herstellungsfehler während der Garantiephase. Zuverlässigkeit untersucht die Fehlerintensität über die gesamte Lebensdauer eines Produkt- oder Ingenieursystems von der Inbetriebnahme bis zur Stilllegung. Six Sigma hat seine Wurzeln in der statistischen Kontrolle in der Qualität der Herstellung. Zuverlässigkeitstechnik ist ein Spezialsteil des Systems Engineering. Der Systemtechnik -Prozess ist ein Erkennungsprozess, der häufig anders als ein Herstellungsprozess ist. Ein Herstellungsprozess konzentriert sich häufig auf sich wiederholende Aktivitäten, die hochwertige Ergebnisse mit Mindestkosten und Zeit erzielen.^[28]

Der alltägliche Nutzungsbegriff "Qualität eines Produkts" wird lose als inhärente Exzellenzgrad bedeuten. In der Industrie wird eine genauere Definition von Qualität als "Konformität mit Anforderungen oder Spezifikationen zu Beginn der Verwendung" verwendet. Unter der Annahme, dass die Endproduktspezifikation die ursprünglichen Anforderungen und den Kunden-/Systemanforderungen angemessen erfasst, kann das Qualitätsniveau als Anteil der Produkteinheiten gemessen werden, die die Spezifikationen erfüllen.^[29] Die Qualität der Herstellungswaren konzentriert sich häufig auf die Anzahl der Garantieansprüche während des Garantiezeitraums.

Qualität ist zu Beginn des Lebens während der Garantiezeit ein Schnappschuss und hängt mit der Kontrolle der Produktspezifikationen auf niedrigerer Ebene zusammen. Dies schließt Zeit-Zero-Defekte ein, d. H. Wenn Fertigungsfehler der endgültigen Qualitätskontrolle entkommen sind. Theoretisch könnte das Qualitätsniveau durch einen einzelnen Bruchteil defekter Produkte beschrieben werden. Die Zuverlässigkeit im Rahmen des Systemtechnik ist eher eine laufende Bewertung der Ausfallraten über viele Jahre. Theoretisch scheitern alle Gegenstände über einen unendlichen Zeitraum.^[30] Mängel, die im Laufe der Zeit erscheinen, werden als Zuverlässigkeits -Fallout bezeichnet. Um Zuverlässigkeitsfälle ein Wahrscheinlichkeitsmodell zu beschreiben, das den Fraktionsfall im Laufe der Zeit beschreibt, ist erforderlich. Dies ist als Lebensverteilungsmodell bekannt.^[29] Einige dieser Zuverlässigkeitsprobleme können auf inhärente Designprobleme zurückzuführen sein, die möglicherweise bestehen, obwohl das Produkt den Spezifikationen entspricht. Selbst Elemente, die perfekt produziert werden, scheitern im Laufe der Zeit aufgrund eines oder mehrerer Fehlermechanismen (z. B. aufgrund menschlicher Fehler oder mechanischer, elektrischer und chemischer Faktoren). Diese Zuverlässigkeitsprobleme können auch durch akzeptable Variationsniveaus während der ersten Produktion beeinflusst werden.

Qualität und Zuverlässigkeit hängen daher mit der Fertigung zusammen. Die Zuverlässigkeit richtet sich mehr an Kunden, die sich während des gesamten Lebens des Produkts wie Militär, Fluggesellschaften oder Eisenbahnen auf Misserfolge konzentrieren. Elemente, die nicht der Produktspezifikation entsprechen, werden sich im Allgemeinen in Bezug auf die Zuverlässigkeit (mit einem niedrigeren MTTF) verschlimmern, dies muss jedoch nicht immer der Fall sein. Die vollständige mathematische Quantifizierung (in statistischen Modellen) dieser kombinierten Beziehung ist im Allgemeinen sehr schwierig oder sogar praktisch unmöglich. In Fällen, in denen Herstellungsvarianzen effektiv reduziert werden können, wurde gezeigt, dass sechs Sigma -Tools nützlich sind, um optimale Prozesslösungen zu finden, die die Qualität und Zuverlässigkeit erhöhen können. Six Sigma kann auch dazu beitragen, Produkte zu entwerfen, die für die Herstellung induzierter Fehler und die Mortalitätsfehler in technischen Systemen und das hergestellte Produkt robuster sind.

Im Gegensatz zu Six Sigma werden Zuverlässigkeits -Engineering -Lösungen im Allgemeinen durch die Konzentration auf Zuverlässigkeitstests und Systemdesign festgestellt. Lösungen werden auf unterschiedliche Weise gefunden, beispielsweise durch Vereinfachung eines Systems, um mehr der zu verständigen Versagen zu ermöglichen. Durchführung detaillierter Berechnungen von Materialspannungsniveaus, die geeignete Sicherheitsfaktoren ermitteln; Finden Sie mögliche abnormale Systemlastbedingungen und verwenden Sie dies, um die Robustheit eines Designs gegenüber Fertigungsvarianzmechanismen zu erhöhen. Darüber hinaus verwendet Reliability Engineering Lösungen auf Systemebene wie Entwurf von redundanten und fehlertoleranten Systemen für Situationen mit hohen Verfügbarkeitsbedürfnissen (siehe Zuverlässigkeitstechnik gegen Sicherheitstechnik Oben).

HINWEIS: Ein "Defekt" in Sechs-Sigma-/Qualitätsliteratur ist nicht dasselbe wie ein "Fehler" (Feldversagen | z. B. gebrochenes Element) in Zuverlässigkeit. Ein Sechs-Sigma-/Qualitätsfehler bezieht sich im Allgemeinen auf Nichtkonformität mit einer Anforderung (z. B. Grundfunktionalität oder Schlüsseldimension). Elemente können jedoch im Laufe der Zeit scheitern, auch wenn diese Anforderungen erfüllt sind. Die Qualität ist im Allgemeinen nicht darum, die entscheidende Frage zu stellen. "Sind die Anforderungen tatsächlich korrekt?", Während die Zuverlässigkeit ist.

Zuverlässigkeit betriebliche Bewertung

Sobald Systeme oder Teile erstellt wurden, Versuche, die Zuverlässigkeitstechnik zu überwachen, zu bewerten und zu korrigieren. Die Überwachung umfasst die elektronische und visuelle Überwachung kritischer Parameter, die während der Entwurfsphase der Fehlerbaumanalyse identifiziert wurden. Die Datenerfassung hängt stark von der Art des Systems ab. Die meisten großen Organisationen haben Qualitätskontrolle Gruppen, die Ausfalldaten zu Fahrzeugen, Geräten und Maschinen sammeln. Verbraucherproduktausfälle werden häufig durch die Anzahl der Renditen verfolgt. Für Systeme in ruhender Speicherung oder im Standby -Unternehmen ist es erforderlich, ein formelles Überwachungsprogramm zur Inspektion und Prüfung von zufälligen Proben zu erstellen. Alle Änderungen am System wie Feld -Upgrades oder Rückrufreparaturen erfordern zusätzliche Zuverlässigkeitstests, um die Zuverlässigkeit der Änderung sicherzustellen. Da es nicht möglich ist, alle Fehlermodi eines bestimmten Systems, insbesondere mit einem menschlichen Element, zu antizipieren, treten Fehler auf. Das Zuverlässigkeitsprogramm umfasst auch ein systematisches Programm Ursachenanalyse Dies identifiziert die kausalen Beziehungen, die an dem Versagen beteiligt sind, so dass wirksame Korrekturmaßnahmen implementiert werden können. Wenn möglich, werden Systemfehler und Korrekturmaßnahmen der Zuverlässigkeits -Engineering -Organisation gemeldet.

Einige der häufigsten Methoden, die für eine betriebliche Bewertung der Zuverlässigkeit angewendet werden können, sind Versagensberichterstattung, Analyse und Korrekturmaßnahmensysteme (AUFRUHR). Dieser systematische Ansatz entwickelt eine Bewertung der Zuverlässigkeit, Sicherheit und Logistik, die auf der Berichterstattung, dem Management, der Analyse und dem Korrektur/vorbeugenden Maßnahmen für Fehler/Vorfälle beruht. Organisationen nehmen diese Methode heute an und nutzen kommerzielle Systeme (z. B. webbasierte Fracas-Anwendungen), mit denen sie ein Fehler-/Incident-Datenrepository erstellen können, aus dem Statistiken abgeleitet werden können, um genaue und echte Zuverlässigkeit, Sicherheit und Qualitätsmetriken anzuzeigen.

Für eine Organisation ist es äußerst wichtig, ein gemeinsames FRACAS -System für alle Endelemente zu verabschieden. Außerdem sollte es ermöglichen, dass Testergebnisse praktisch erfasst werden. Es wird wahrscheinlich wahrscheinlich, dass das FRACAS-Programm selbst eine benutzerfreundliche Einführung (in Bezug auf die einfache Dateneingabe für Feldingenieure und Reparaturwerkzeuge) und ein leicht zu machender integriertes System selbst führt.

Einige der gängigen Ausgaben eines Fracas -Systems umfassen Feld MTBF, MTTR, Ersatzverbrauch, Zuverlässigkeitswachstum, Versagen/Vorfälle nach Typ, Ort, Teil Nr., Seriennummer und Symptom.

Die Verwendung früherer Daten zur Vorhersage der Zuverlässigkeit neuer vergleichbarer Systeme/Elemente kann irreführend sein, da die Zuverlässigkeit eine Funktion des Kontextes der Nutzung ist und durch kleine Änderungen im Design/der Herstellung beeinflusst werden kann.

Zuverlässigkeitsorganisationen

Systeme jeglicher signifikanter Komplexität werden von Organisationen von Menschen wie einer Werbung entwickelt Gesellschaft oder ein Regierung Agentur. Die Organisation für Zuverlässigkeitstechnik muss mit dem Unternehmen übereinstimmen organisatorische Struktur. Für kleine, nicht kritische Systeme kann Zuverlässigkeitstechnik informell sein. Mit zunehmender Komplexität entsteht die Notwendigkeit für eine formelle Zuverlässigkeitsfunktion. Da die Zuverlässigkeit für den Kunden wichtig ist, kann der Kunde sogar bestimmte Aspekte der Zuverlässigkeitsorganisation angeben.

Es gibt mehrere gemeinsame Arten von Zuverlässigkeitsorganisationen. Der Projektmanager oder Chief Engineer kann direkt einen oder mehrere Zuverlässigkeitsingenieure beschäftigen. In größeren Organisationen gibt es normalerweise eine Produktsicherung oder Spezialentwicklung Organisation, die Zuverlässigkeit beinhalten kann, Wartbarkeit, Qualität, Sicherheit, menschliche Faktoren, Logistikusw. In diesem Fall berichtet der Zuverlässigkeitsingenieur an den Produktversicherungsmanager oder den Specialty Engineering Manager.

In einigen Fällen möchte ein Unternehmen möglicherweise eine unabhängige Zuverlässigkeitsorganisation einrichten. Dies ist wünschenswert, um sicherzustellen, dass die Systemzuverlässigkeit, die häufig teuer und zeitaufwändig ist, aufgrund von Budget- und Zeitplandruck nicht unangemessen wird. In solchen Fällen arbeitet der Zuverlässigkeitsingenieur für das Projekt Tag für Tag, wird jedoch tatsächlich von einer separaten Organisation innerhalb des Unternehmens beschäftigt und bezahlt.

Da Zuverlässigkeitstechnik für das frühe Systemdesign von entscheidender Bedeutung ist, ist es für Zuverlässigkeitsingenieure üblich, die Organisation ist strukturiert, um als Teil eines zu arbeiten Integriertes Produktteam.

Ausbildung

Einige Universitäten bieten Graduiertenabschlüsse in Zuverlässigkeitstechnik an. Andere Zuverlässigkeitsfachleute haben in der Regel einen Physikabschluss an einem Universitäts- oder College -Programm. Viele Ingenieurprogramme bieten Zuverlässigkeitskurse an, und einige Universitäten haben ganze Programme für Zuverlässigkeitstechnik. Ein Zuverlässigkeitsingenieur muss als registriert sein als professioneller Ingenieur Nach dem Staat oder der Provinz gesetzlich, aber nicht alle Zuverlässigkeitsfachleute sind Ingenieure. Zuverlässigkeitsingenieure sind in Systemen erforderlich, in denen die öffentliche Sicherheit gefährdet ist. Für Zuverlässigkeitsingenieure stehen viele professionelle Konferenzen und Trainingsprogramme für Branchen zur Verfügung. Für Zuverlässigkeitsingenieure, einschließlich der American Society for Quality Reliability Division (ASQ-RD), gibt es mehrere Berufsorganisationen.^[31] das IEEE Reliability Society, das Amerikanische Gesellschaft für Qualität (ASQ),^[32] und die Gesellschaft der Zuverlässigkeitsingenieure (SRE).^[33]

Eine Gruppe von Ingenieuren hat eine Liste nützlicher Tools für Zuverlässigkeitstechnik bereitgestellt. Dazu gehören: PTC Windchill-Software, RAM Commander-Software, Relcalc-Software, Military Handbook 217 (Mil-HDBK-217), 217Plus und das NAVMAT P-4855-1A-Handbuch. Die Analyse von Fehlern und Erfolgen in Verbindung mit einem Qualitätsstandard -Prozess liefert auch systematisierte Informationen zur Erstellung fundierter technischer Entwürfe.^[34]

Siehe auch

Verweise

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Weitere Lektüre

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http://standards.sa.org/ja1000/1_199903/ SAE JA1000/1 Zuverlässigkeitsprogramm Standard -Implementierungshandbuch

UK Standards

In Großbritannien gibt es nach dem Sponsoring of UK Mod als Verteidigungsstandards mehr aktuelle Standards. Die entsprechenden Standards umfassen:

Def Stan 00-40 Zuverlässigkeit und Wartbarkeit (R & M)

• Teil 1: Ausgabe 5: Verantwortlichkeiten und Anforderungen des Managements für Programme und Pläne
• Teil 4: (ARMP-4) Ausgabe 2: Leitlinien zum Schreiben von NATO R & M-Anforderungen Dokumenten
• Teil 6: Ausgabe 1: R & M im Dienst im Dienst
• Teil 7 (ARMP-7) Ausgabe 1: NATO-R & M-Terminologie, die für Achselpapier gilt

Def Stan 00-42 Zuverlässigkeitsanleitungen für Zuverlässigkeit und Wartbarkeit

• Teil 1: Ausgabe 1: One-Shot-Geräte/Systeme
• Teil 2: Ausgabe 1: Software
• Teil 3: Ausgabe 2: R & M Fall
• Teil 4: Ausgabe 1: Testbarkeit
• Teil 5: Ausgabe 1: Demonstrationen zur Zuverlässigkeit in den Bereichen SERVICE

Def Stan 00-43 Zuverlässigkeits- und Wartbarkeitssicherungsaktivität

• Teil 2: Ausgabe 1: Demonstrationen für die Wartbarkeit in der Dienstleistung

Def Stan 00-44 Zuverlässigkeits- und Wartbarkeitsdatenerfassung und Klassifizierung

• Teil 1: Ausgabe 2: Wartungsdaten und Defektberichterstattung in der Royal Navy, der Armee und der Royal Air Force
• Teil 2: Ausgabe 1: Datenklassifizierung und Verurteilung von Vorfällen - General
• Teil 3: Ausgabe 1: Verurteilung von Vorfällen - SEA
• Teil 4: Ausgabe 1: Incident -Verurteilung - Land

Def Stan 00-45 Ausgabe 1: Zuverlässigkeit zentrierte Wartung

Def Stan 00-49 Ausgabe 1: Zuverlässigkeits- und Wartbarkeitsmodhandbuch für Terminologiedefinitionen

Diese können von erhalten werden Dstan. Es gibt auch viele kommerzielle Standards, die von vielen Organisationen wie der SAE, MSG, ARP und IEE produziert werden.

Französische Standards

• Fides [1]. Die FIDES-Methodik (UTE-C 80-811) basiert auf der Physik von Fehlern und wird durch die Analyse von Testdaten, Feldrenditen und vorhandener Modellierung unterstützt.
• Ute-C 80–810 oder RDF2000 [2]. Die RDF2000 -Methodik basiert auf der französischen Telekommunikationserfahrung.

Internationale Standards

• TC 56 Standards: Zuverlässigkeit

Externe Links

• Medien im Zusammenhang mit Zuverlässigkeitstechnik bei Wikimedia Commons
• John P. Rankin -Sammlung, die Universität von Alabama in den Archiven von Huntsville und Spezialsammlungen NASA Zuverlässigkeitstechnikforschung zu Schleichschaltungen.