Methoden in der Zuverlässigkeitstechnik

Analsysemethoden im Überblick

Bei quantitativen Analysen im Bereich Zuverlässigkeit und Sicherheit kommen hauptsächlich die folgend beschriebenen Methoden zum Einsatz.
Diese Seite dient als Überblick und zur Abgrenzung der Methoden voneinander.

Methode	Beschreibung / Zielsetzung
MTBF-Berechnung	Ermittlung von Fehlerraten auf Bauteilebene. Meistens für elektrische oder elektronische Systeme, und dann praktisch immer nach einem etablierten Standard. MTBF-Berechnungen erfolgen fast immer auf Stücklistenbasis. Im Rahmen von Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanalysen bildet diese Methode fast immer die Grundlage. Die von ihr ermittelten Ausfallraten fliessen als Eingabedaten in weitere, nachgelagerte Analysemethoden ein.
FMEA/FMECA	Ermittlung möglicher Fehler, deren Ursachen und Folgen. Je nach FMEA-Ausrichtung dann entweder Berechnung der Wahrscheinlichkeit der Fehlerfolgen, oder Implementierung von Verbesserungsmassnahmen. FMEA/FMECA kann auf Bauteilebene, Systemebene, oder auf einer Zwischenebene durchgeführt werden. Der Fokus liegt auf der Erstellung einer möglichst vollständigen Einzelfehlerliste und ggfs. auf der Ermittlung der Wahrscheinlichkeiten dieser Einzelfehler. Bei einfachen, rein seriell aufgebauten Systemen, ist die FMEA Methode zuverlässigkeits- und sicherheitstechnisch erschöpfend. Bei komplizierteren Systemen ist die Anwendung weiterer Methoden erforderlich.
Zuverlässigkeits- Blockdiagramm	Darstellung eines in der Regel komplexen Systems in funktional zusammenhängenden Funktionsblöcken. "Komplex" bedeutet in diesem Zusammenhang nicht einfach seriell, sondern fehlertolerant, redundant, mit spezieller Wartungsphilosophie, mit speziellem Ausfallverhalten, usw.. Die Funktionsweise des Systems wird durch entsprechende "Funktionsflusspfeile" zwischen den Funktionsblöcken beschrieben. Die MTBF der einzelnen Funktionsblöcke lassen sich in der Regel auf Stücklistenbasis berechnen. Der Fokus liegt auf der Ermittlung der Systemverfügbarkeit, des Systemdurchsatzes (Produktionslinien), oder auf der Systemausfallwahrscheinlichkeit. Normalerweise gibt es für ein System genau ein Zuverlässigkeits-Blockdiagramm. Zuverlässigkeit steht im Vordergrund, Sicherheit im Hintergrund.
Fehlerbaumanalyse	Ausgehend von einem bereits eingetretenen hypothetischen End Effekt untersucht man das verursachende Fehlerszenario zeitlich in die Vergangenheit gerichtet bis hin zu den so genannten Basisereignissen, die entweder elementar sind, oder die man aus anderen Gründen nicht weiter aufschlüsseln möchte. Diese Methode ergibt besonders bei komplexen Fehlerszenarien mit logischen Abhängigkeiten Sinn. Der Fokus liegt auf der Ermittlung der Wahrscheinlichkeit für ein ganz bestimmtes Versagensszenario. Sind mehrere solcher Szenarien denkbar, dann muss jedes in einem separaten Fehlerbaum dargestellt und berechnet werden. Sicherheit steht im Vordergrund, Zuverlässigkeit im Hintergrund.
Markovdiagramm	Selbe Zielsetzung wie Zuverlässigkeits-Blockdiagramm, jedoch wird das System nicht in Funktionsblöcke, sondern in Zustände aufgeteilt. Ein Zustand repräsentiert immer das gesamte System, jeweils in einem anderen Zustand. Zwischen den Zuständen gibt es bestimmte Übergangswahrscheinlichkeiten. Diese Methode ergibt besonders dann Sinn, wenn Systemzustand und Systemwert nicht einfach durch Funktionsblöcke beschrieben werden können. Aufgrund der Zustandsdarstellung kann der Fokus einerseits auf der Wahrscheinlichkeit bestimmter Fehlerszenarien liegen, oder aber auf der Systemverfügbarkeit, des Systemdurchsatzes (Produktionslinien), oder auf der Systemausfallwahrscheinlichkeit. Diese Methode vereint demnach einige Vorteile der Methoden Zuverlässigkeits-Blockdiagramm und Fehlerbaumanalyse, ohne sie jedoch vollumfänglich ersetzen zu können.
Ereignisbaumanalyse	Ausgehend von einem bereits eingetretenen hypothetischen End Effekt (der in der Regel ein Fehlerbaum-Endeffekt ist) untersucht man von nun an in die Zukunft reichende Fehlerszenarien. Diese Methode ergibt vor allem dann Sinn, wenn es dem Endeffekt nachgelagerte Rückfallebenen gibt, oder wenn die Folgen eines eingetretenen Endeffektes unterschiedlich schwer sein können. Der Fokus liegt auf der Ermittlung der Wahrscheinlichkeiten von Katastrophenszenarien ausserhalb der Grenzen des mit anderen Methoden analysierten Systems.
Weibullanalyse	Meistens auf der Weibullverteilungsfunktion beruhende Methode zur Bestimmung der Ausfallrate oder Lebensdauer anhand von experimentellen Daten. Dies können Felddaten oder Labortestdaten sein. Die Weibullverteilungsfunktion besitzt 2 Parameter und hat sich für die Beschreibung des Ausfallverhaltens von Populationen als praktisch erwiesen, wenngleich es sich hierbei nur um eine heuristische Methode handelt. Diese Methode ist historisch nach Weibull benannt, ist aber nicht auf die Weibullverteilungsfunktion beschränkt. Der Zweck dieser Methode ist ähnlich wie bei der MTBF-Berechnung, nämlich die Ermittlung von Ausfallraten. Die Ergebnisqualität ist bei der Weibullmethode in der Regel um Grössenordnungen besser, bei freilich ebenfalls um Grössenordnungen höherem Aufwand (zeitlich und finanziell).
Beschleunigte Tests	Gewisse thematische Überschneidung mit der Weibullanalyse, und auch ähnliche Zielsetzung. Hinzu kommt der Anspruch, in möglichst kurzer Kalenderzeit mit möglichst wenigen Testgeräten eine möglichst hohe statistische Aussage zu erhalten. Dahinter verbergen sich einige sehr spezielle Verfahren. Zweck und Fokus ähnlich wie bei MTBF-Berechnung und Weibullanalyse. Zusätzlich besteht der Anspruch, Ergebnisse schnell und sicher zu ermitteln. Der Aufwand ist nochmal um einiges höher als bei der Weibullanalyse.
Weitere Methoden	Bei entsprechender Fragestellung können unter Umständen spezielle Ansätze erforderlich sein. Hierunter fällt z.B. die Fehlersicherheit von Übertragungsprotokollen und die Sicherheit von Software im Allgemeinen.

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