Qualitätssicherung - Technische Zuverlässigkeit E-Book

Gerhard Linß

• Herausgeber: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2016

Seitenzahl: 317

Beschreibung

Vermittelt die Grundlagen und die Werkzeuge der Technischen Zuverlässigkeit kompakt, leicht verständlich und übersichtlich
Stellt Zusammenhänge zu anderen Wissensgebieten her
Für Studierende und Praktiker gleichermaßen gut geeignet
Zum Download: Didaktisch aufbereitete Trainings- und Übungsaufgaben
Viele Beispiele und Kontrollfragen mit Antworten

Erfüllt ein System oder ein Produkt die Anforderung, die erfüllt werden soll? Die Frage nach der technischen Zuverlässigkeit der Produkte ist für jedes Unternehmen zentral. Denn wenn die Anforderungen nicht erfüllt werden, bedeutet dies hohe Verluste (Rückrufaktionen), Prestigeverlust, unter Umständen stehen Existenzen auf dem Spiel und womöglich besteht auch Gefahr für Leib und Leben.
Dieses Lehr- und Arbeitsbuch bietet alle Informationen rund um die Technische Zuverlässigkeit für die Qualitätssicherung. Neben den statistischen Grundlagen wird gezeigt, wie sich beispielsweise Ausfallraten oder die Ausfallwahrscheinlichkeiten ermitteln lassen, welchen Einfluss die Lebensdauer hat oder wie grundsätzlich Fehler erkannt werden können. Ergänzt wird dieses Werk durch Trainingsmodule zum Download.

Leseprobe

Gerhard Linß

Qualitätssicherung – Technische Zuverlässigkeit

Lehr- und Arbeitsbuch

Die Autoren:

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Linß Technische Universität Ilmenau Fakultät für Maschinenbau unter Mitarbeit von: Michael Krüger, M. Sc. Dipl.-Ing. (FH) Marion Zumpf Dr.-Ing. Elske Linß Prof. Dr.-Ing. Stephan Sommer Dr.-Ing. Axel Sichardt

Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht.

Ebenso übernehmen Autoren und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen­ und Markenschutz­Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) – auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung – reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

© 2016 Carl Hanser Verlag Münchenwww.hanser-fachbuch.de

Projektleitung: Lisa Hoffmann-Bäuml Lektorat: Cordula Hubert Herstellung: Thomas Gerhardy Umschlagrealisation: Stephan Rönigk

ISBN 978-3-446-44052-4 E-Book ISBN 978-3-446-45138-4

Verwendete Schriften: SourceSansPro und SourceCodePro (Lizenz) CSS-Version: 1.0

Inhalt

Titelei

Impressum

Inhalt

Vorwort

1 Einführung: Technische Zuverlässigkeit

1.1 Qualität

1.2 Zuverlässigkeit

1.3 Anforderungen an Zuverlässigkeitsingenieure

2 Begriffe, Definitionen und statistische Grundlagen

2.1 Technische Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit

2.2 Ausfall

2.3 Überlebens- und Ausfallwahrscheinlichkeit

2.4 Ausfallquote und Ausfallrate

2.5 Zuverlässigkeitsmanagement

2.6 Zuverlässigkeitsprüfungen

2.7 Statistische Grundlagen

2.7.1 Mengenalgebra

2.7.2 Wahrscheinlichkeit und Rechnen mit Wahrscheinlichkeiten

2.7.3 Häufigkeiten, Histogramm und Dichtefunktion

2.7.4 Summenhäufigkeit und Verteilungsfunktion

2.7.5 Mathematische Beschreibung von Zufallsgrößen

3 Lebensdauerverteilungen

3.1 Exponentialverteilung

3.1.1 Theoretische Grundlagen

3.1.2 Analytische Bestimmung der charakteristischen Lebensdauer mittels Prüfplänen

3.1.3 Exponentialverteilung — Trainingsmodul

3.2 Weibull-Verteilung

3.2.1 Theoretische Grundlagen

3.2.2 Grafische Bestimmung der Weibull-Parameter durch das Lebensdauernetz

3.2.3 Analytische Bestimmung der Weibull-Parameter

3.2.4 Weibull-Verteilung — Trainingsmodul

3.3 Normalverteilung

3.3.1 Theoretische Grundlagen

3.3.2 Normalverteilung — Trainingsmodul

3.4 Logarithmische Normalverteilung

3.4.1 Theoretische Grundlagen

3.4.2 Logarithmische Normalverteilung — Trainingsaufgaben

3.5 Zusammenfassung Lebensdauerverteilungen

3.6 Badewannenkurve

4 Zuverlässigkeit von Systemen

4.1 Ausfall- und Versagensursachen technischer Erzeugnisse

4.2 Methoden zur Berechnung der Zuverlässigkeit von Systemen

4.3 Qualitative Zuverlässigkeitsanalyse von Systemen (Ausfallartenanalyse)

4.3.1 Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse ‒ FMEA

4.3.2 Fehlerbaumanalyse — FTA

4.3.3 Ereignisablaufanalyse — ETA

4.4 Quantitative Zuverlässigkeitsanalyse von Systemen (Ausfallratenanalyse)

4.4.1 Zuverlässigkeitsschaltbilder

4.4.2 Fehlerbaumanalyse

4.4.3 Markov-Verfahren

4.4.4 Parts Count Method (Bauteilzählmethode)

4.4.5 Parts Stress Method (Bauteilbelastungsmethode)

5 Stichprobenprüfungen

5.1 Grundlagen der Stichprobenprüfungen

5.1.1 Begriffe und Arten der Stichprobenprüfung

5.1.2 Begriffe und Aufgaben der Annahmestichprobenprüfung

5.1.3 Arten von Annahmestichprobensystemen

5.1.4 Grundlagen für die Anwendung von Annahmestichprobensystemen

5.1.5 Operationscharakteristik und Durchschlupfkennlinie

5.2 Stichprobenprüfung anhand qualitativer Merkmale

5.2.1 Ablauf einer Einfachstichprobenprüfung anhand qualitativer Merkmale

5.2.2 Operationscharakteristik für Stichprobenanweisungen anhand qualitativer Merkmale

5.2.3 Stichprobenprüfung bei Exponentialverteilung

5.2.4 Stichprobenprüfung bei Weibull-Verteilung

6 Lebensdauerhochrechnungen

6.1 Raffungstest ‒ beschleunigtes Testen

6.2 Highly Accelerated Life Test ‒ HALT

6.2.1 Kenngrößen

6.2.2 Durchführung

6.2.3 Vor- und Nachteile von HALT

6.3 Highly Accelerated Stress Screens ‒ HASS

7 Praxisanwendungen — Zuverlässigkeit automati sierterMontage- und Prüfsysteme

7.1 Technische Verfügbarkeit

7.2 Qualitätsleistung von Produktionssystemen

7.3 Automatisierte Methoden der Fehlererkennung

7.3.1 Redundanzkonzepte

7.3.2 Selbsttests zur Fehlererkennung

7.3.3 Plausibilitätstests

7.4 Absicherungsalgorithmus zur Steigerung der Qualitätsleistung

8 Anhang

8.1 Begriffe der Zuverlässigkeit

8.2 Wahrscheinlichkeitssummen geordneter Stichproben

8.3 Tabelle der standardisierten Normalverteilung

8.4 Quantile der Standardnormalverteilung

8.5 Quantile der χ2-Verteilung

8.6 Quantile der t-Verteilung

8.7 Auszug aus der Tabelle der Binomialverteilung für n=200

8.8 Auszug aus der Tabelle der Poisson-Verteilung

8.9 Kennbuchstaben für den Losumfang nach DIN ISO 3951

8.10 Kennbuchstabe für den Losumfang nach DIN ISO 2859

8.11 Einfach-Stichprobenpläne für die normale Prüfung nach DIN ISO 2859

8.12 Einfach-Stichprobenpläne für die verschärfte Prüfung nach DIN ISO 2859

8.13 Einfach-Stichprobenpläne für die reduzierte Prüfung nach DIN ISO 2859

8.14 Larson-Nomogramm

8.15 Thorndike-Nomogramm

8.16 Lebensdauernetz

8.17 Lambda-Netz

8.18 Wahrscheinlichkeitsnetz

8.19 Lognormalverteilungsnetz

8.20 Ermittlung des arithmetischen Mittelwertes a=1/b! für 0,3 < b < 8,0

Literatur

Vorwort

Das Qualitätsmanagement — QM hat in den letzten Jahrzehnten in der modernen arbeitsteiligen und spezialisierten Produktion kontinuierlich weiter an Bedeutung gewonnen.

Ein bedeutendes Teilgebiet des Qualitätsmanagements ist die Technische Zuverlässigkeit von Produkten und Prozessen. Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Energietechnik, Kommunikationstechnik, Medizintechnik und Militärtechnik treiben die Entwicklung moderner Verfahren der Technischen Zuverlässigkeit immer mehr voran. Die weit verzweigte globale Zulieferindustrie dieser Branchen muss ebenfalls ihrerseits höchste Zuverlässigkeitsstandards erfüllen.

Das vorliegende Buch entstand im Rahmen der Lehrveranstaltungen „Technische Zuverlässigkeit“ an der Technischen Universität Ilmenau.

Ziel dieses Lehrbuches ist es, die Grundlagen der Technischen Zuverlässigkeit in knappen Worten und Übersichten zu beschreiben und die Zusammenhänge zu anderen Wissensgebieten herzustellen.

Die Grundlagen und Werkzeuge für die Technische Zuverlässigkeit werden deshalb in Übersichten so dargestellt, dass dem Leser die praktische Anwendung ermöglicht wird.

Trainingsmodule und die Beschreibung der rechnergestützten Mittel sowie die Nutzung von Software stellen einen besonderen Praxisbezug her.

Damit werden den Lernenden und den Praktikern im Unternehmen wesentliche Trainings- und Hilfsmittel für die tägliche Arbeit bereitgestellt.

Die Arbeiten an diesem Lehrbuch waren nur durch die umfangreiche Unterstützung meiner Fachkollegen, Mitarbeiter und Studenten, deren Leistungen durch die Quellenangaben gewürdigt werden, möglich.

Besonderer Dank gebührt Herrn M. Sc. Michael Krüger, Frau Dipl.-Ing. (FH) Marion Zumpf, Herrn Prof. Dr.-Ing. Stephan Sommer und Frau Dr.-Ing. Elske Linß.

Die äußerst konstruktive und umfangreiche Mitarbeit von Herrn M. Sc. Michael Krüger möchte ich besonders hervorheben. Die technischen Arbeiten und Korrekturen wurden von Frau Dipl.-Ing. (FH) Marion Zumpf und Frau Wiebke Foorden sehr gut unterstützt. Frau StR Marie-Luise Reukauf danke ich sehr herzlich für die abschließende sehr sorgfältige Korrekturlesung des gesamten Buches.

An dieser Stelle möchte ich, stellvertretend für alle Mitautoren, Frau Lisa Hoffmann-Bäuml, Herrn Thomas Gerhardy und Frau Cordula Hubert vom Carl Hanser Verlag München für die sehr gute Zusammenarbeit herzlich danken.

Gedankt sei auch meinen Studenten der Technischen Universität Ilmenau, die im Rahmen von Lehrveranstaltungen, Projektarbeiten und durch zahlreiche Hinweise halfen, das Buch zu verbessern, sowie meinen Kollegen und Mitarbeitern der Technischen Universität Ilmenau für die konstruktive Arbeitsatmosphäre.

Bei meiner Ehefrau Dipl.-Ing. Margita Linß möchte ich mich für die langjährige Unterstützung dieses Buchprojektes sehr herzlich bedanken.

Hinweise zur Verbesserung, Korrektur und Weiterentwicklung des Inhaltes des Lehrbuches sind erwünscht und willkommen.

Suhl, Sommer 2016

Gerhard Linß

Zu diesem Titel können Sie sich unter www.hanser-fachbuch.de/9783446440524 Zusatzmaterial herunterladen. Entsprechende Hinweise finden sich im Text.

1Einführung: Technische Zuverlässigkeit

1.1 Qualität

Eine steigende Orientierung am Kundennutzen und eine stetig zunehmende Komplexität von technischen Erzeugnissen rücken die Frage nach der Qualität der Produkte immer mehr in den Fokus unternehmerischen Handelns. Das Wort „Qualität“ hat seinen Ursprung im Lateinischen: „qualitas“ — „Beschaffenheit“. Diese Beschaffenheit wird von den Nutzern als Qualität wahrgenommen und vom Kunden nach deren Nutzenstiftung für ihn bewertet [Lin 11].

Eine hohe Qualität von Produkten und Prozessen ist durch eine hohe technische Zuverlässigkeit gekennzeichnet, führt zu einer Risikominimierung und dadurch zu einer Kostenreduktion durch eine geringere Produkthaftung. Die wesentlichen Erfolgsfaktoren einer Unternehmung sind Qualität, Preis und Liefertreue als konkurrierende Ziele (Bild 1.1).

Bild 1.1 Qualität‒Preis‒Lieferzeit-Dreieck [Mas 07]

1.2 Zuverlässigkeit

Mit dem Begriff „Zuverlässigkeit“ wird ein Teilgebiet der Qualität beschrieben. Man kann sagen, dass die Zuverlässigkeit die Qualität auf Zeit beschreibt. „Wenn ein Produkt seinen Besitzer am ersten Tag begeistert, weil es alle seine Forderungen erfüllt, nennt er das ‚gute Qualität‘, wenn das Produkt über die vorgesehene Nutzungsdauer seine Forderungen erfüllt, nennt er das Zuverlässigkeit“ [DGQ 02]. So wie die Qualität das Ergebnis eines beherrschten Gesamtprozesses über Entwicklung und Fertigung bis hin zur Anwendung eines Produktes ist, so ist auch die Zuverlässigkeit das Ergebnis eines fortlaufenden Prozesses [DGQ 02].

Zuverlässigkeit ist ein zusammenfassender Ausdruck zur Beschreibung der Verfügbarkeit und ihrer Einflussfaktoren Funktionsfähigkeit, Instandhaltbarkeit und Instandhaltungsbereitschaft (Bild 1.2) [IEC 02].

Bild 1.2 Zuverlässigkeit nach IEC 60050-191

Die Funktion eines technischen Gebildes oder Systems ist bestimmt durch dessen Aufbau und den Wechselwirkungen zu seiner Umwelt. Umweltfaktoren können beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration oder Druck sein. Die Zuordnung der Einflussfaktoren auf die technische Zuverlässigkeit kann analog hierzu erfolgen.

Bei der Konstruktion eines Produktes werden Grenzbedingungen für relevante Umweltfaktoren festgelegt. Beispielsweise wird als Betriebstemperatur für einen Laptop der Bereich 5 °C bis 35 °C festgelegt. Wird der Laptop anschließend bei einer Temperatur von 0 °C betrieben und fällt aus (Sekundärausfall), so ist dies keine mangelnde Zuverlässigkeit, da er außerhalb der vom Hersteller angegebenen Betriebsbedingungen betrieben wurde.

Die Zuverlässigkeit ist nach wie vor das wichtigste Kriterium beim Neuwagenkauf, meist noch vor dem Anschaffungspreis und dem Fahrzeugdesign (Tabelle 1.1) [DAT 15].

Tabelle 1.1 Ranking der Bewertungskriterien beim Neuwagenkauf [DAT 15]

Gesamt

Deutsche Premiummarken

Deutsche Marken

Importmarken

Zuverlässigkeit

1

1

1

1

Anschaffungspreis

2

5

3

2

Aussehen

3

2

2

4

Kraftstoffverbrauch

4

4

5

3

Serienausstattung

5

3

4

5

Wartungsfreundlichkeit

6

10

7

6

Lieferzeit

7

7

6

7

Ersatzteilversorgung

8

9

8

8

Dauer gewährter Garantie

8

11

9

9

Nähe des Händlers

10

14

10

9

Umweltverträglichkeit

11

17

13

11

Dichte des Kundendienstnetzes

12

13

11

12

Wiederverkaufswert

13

8

12

14

Finanzierungsangebot

14

12

14

15

Paketlösungen

15

15

16

13

Prestigewert

16

6

14

16

Inzahlungnahme des Vorwagens

17

16

17

17

Die Zuverlässigkeit spielt vor allem in der Automobil-, Luftfahrt-, Raumfahrt- und Elektronikindustrie eine zentrale Rolle und greift immer mehr auf andere Industriezweige über. In Marktforschungen wurde herausgefunden, dass Käufer die Zuverlässigkeit eines Produktes als eine der wichtigsten Produkteigenschaften ansehen. Daher versuchen Unternehmen, durch eine überdurchschnittliche, sehr hohe Zuverlässigkeit einen komparativen Konkurrenzvorteil zu erreichen.

Tabelle 1.2 Anforderungen an die Technische Zuverlässigkeit (Lebensdauererwartungen) an einem Beispiel der Automobilbranche [Blä 15]

Betriebsdauer Motor

2300 bis 3500 Stunden

Betriebsdauer Getriebe

75 000 bis 150 000 Stunden

Kupplungsvorgänge

330 000 bis 630 000

Blinkvorgänge

600 000 bis 2 000 000

Fahrertür

38 000 bis 77 000 Betätigungen

Beifahrertür

17 000 bis 33 000 Betätigungen

Fußbremse

200 000 bis 450 000 Betätigungen

Handbremse

8000 bis 18 000 Betätigungen

Anlasser

16 000 bis 30 000 Anlassvorgänge

Dieser Vorteil gegenüber den Mitbewerbern sollte speziell in dem seit Jahren hart umkämpften Automobilmarkt eine gewichtige Rolle spielen. Aber gerade hier häufen sich in letzter Zeit Mängel in der Zuverlässigkeit. So rief erst im März/April 2013 der Volkswagen- (VW-) Konzern in China knapp 400 000 Fahrzeuge wegen Problemen mit dem Doppelkupplungsgetriebe zurück [AMP 13]. Einen Monat später waren ca. 3,4 Millionen Fahrzeuge der japanischen Autobauer Toyota, Honda, Nissan und Mazda mit defekten Airbags betroffen [AMP 13a] und wiederum einen Monat darauf folgte BMW mit dem gleichen Problem und ließ 220 000 Fahrzeuge in die Werkstätten bringen [AMP 13b]. Toyota war bereits im Herbst 2009 in den Schlagzeilen, als insgesamt über 3,8 Millionen Fahrzeuge mit unter der Fußmatte verklemmtem Gaspedal zurückgeholt werden mussten [Wit 09]. In der bis dato größten Rückrufaktion rief der US-Autobauer Ford 2009 wegen eines undichten Tempomat-Schalters insgesamt 16 Millionen Fahrzeuge zurück [AMO 09]. Aber auch der profitabelste Autobauer der Welt, Porsche [AMP 13c], war Anfang 2012 mit 100 000 Porsche Cayenne [AMP 12] betroffen, ein Jahr später waren es die Modelle 911 und Carrera 4, wegen mangelhafter Bremsbeläge bzw. vorzeitigen Verschleißes und Rissbildung an der Abgasanlage [AMP 13d]. Mit 34 Millionen defekten Airbags sorgte der japanische Zulieferer Takata 2015 für die bisher größte Rückrufaktion [FAZ 15], ehe der VW-Konzern im Herbst 2015 mit manipulierten Abgaswerten in die Schlagzeilen kam. Das Kraftfahrt-Bundesamt (KBA) rief sehr zügig 2,4 Millionen Fahrzeuge in Deutschland zurück, VW zusätzlich weitere sechs Millionen. Weltweit sind circa elf Millionen Fahrzeuge betroffen [Man 15].

An den gezeigten Beispielen wird deutlich, dass oft kleine Mängel Auslöser für den Ausfall bzw. die Störung komplexer Systeme sind. Daher müssen diese Systeme ganzheitlich betrachtet und Zuverlässigkeitsanalysen nicht nur für die einzelnen Komponenten durchgeführt werden. Die Dringlichkeit der Problematik der hier exemplarisch für die ganze Automobilindustrie angeführten Fälle wird in Bild 1.3 [KBA 02, KBA 13, KBA 15] nochmals verdeutlicht. Das Beispiel VW zeigt aber auch, dass nicht alle Rückrufe aufgrund ingenieurtechnischer Pannen notwendig werden.

Bild 1.3 Anzahl der Rückrufaktionen vom Kraftfahrt-Bundesamt

Bei Rückrufaktionen wird durch den Zugriff auf das zentrale Fahrzeugregister versucht alle betroffenen Halter zu erreichen, da es sich um einen gravierenden Mangel am Fahrzeug handelt. Falls dieser erste Aufruf nicht erfolgreich ist, so werden in einer Nachfassaktion die Halter erneut angeschrieben, da das Ziel der Aktionen die Mangelbefreiung an allen betroffenen Fahrzeugen ist [KBA 13]. Falls auch durch mehrmaliges „Nachfassen“ besonders gefährliche Mängel nicht erfolgreich abgestellt werden können, so bleibt dem KBA die Betriebsuntersagung als letztes Mittel.

Die vom KBA erhobenen Daten sprechen eine deutliche Sprache. Seit Beginn der Erhebung 1992 bis 1997 war die Anzahl mit gut 50 Rückruf- und Nachfassaktionen pro Jahr recht konstant geblieben, um sich in den Folgejahren bis 2008 zu versechsfachen. Ab 2009 bis 2012 waren die jährlichen knapp 350 Aktionen auf einem konstant hohen Niveau, ehe diese den folgenden zwei Jahren nochmals stark anstiegen. Auch wenn nur die Rückrufe betrachtet werden, ist das Bild ähnlich. Nach 55 Rückrufen 1998 stieg die Zahl bis ins Jahr 2004 stetig auf 137 und in den letzten zehn Betrachtungsjahren mit steigendem Trend auf den höchsten Stand von 235 Rückrufen im Jahr 2014. Das KBA überwachte 128 dieser 235 Rückrufe wegen der besonderen Schwere des Mangels und des Vorliegens einer ernsten Gefahr für Sicherheit und Gesundheit von Personen [KBA 15].

Dieser Anstieg kann vielfältige Gründe haben, beispielsweise in der größer werdenden Modellpalette der Hersteller, aber auch in den stetig komplexer werdenden Fahrzeugen und den kürzeren Innovationszyklen.

Diese Komplexität der Erzeugnisse verschiebt auch den Fokus weg vom Ausfallverhalten einzelner Komponenten hin zum Ausfallverhalten ganzer Systeme. Es gibt grundsätzlich zwei Arten der Sicherstellung der Systemzuverlässigkeit (Bild 1.4). Zum einen kann dies konstruktiv geschehen, z. B. durch die Einhaltung eines detailliert ausgearbeiteten Lastenheftes, durch Nutzung bewährter Konstruktionsrichtlinien und Berechnungsverfahren und einer frühzeitigen und umfangreichen Erprobung der Konstruktion. Zum anderen kann die Zuverlässigkeit analytisch berechnet oder zumindest prognostiziert werden. Somit können beispielsweise Schwachstellen schon im Konzeptions- und Entwicklungsprozess erkannt werden [Ber 04].

Bild 1.4 Sicherstellung von Systemzuverlässigkeit [Ber 04]

Die frühzeitige Erkennung und Beseitigung von Fehlern ist elementar und wirkt kostenreduzierend. Rückrufaktionen treten aber erst in einem sehr späten Stadium des Produktlebenszyklus auf und verursachen gemäß der Zehnerregel der Fehlerkosten somit noch höhere Kosten, als wenn diese bereits zu einem früheren Zeitpunkt entdeckt worden wären. Die „Zehnerregel der Fehlerkosten“ besagt, dass die Kosten für die Fehlerbeseitigung je Stufe im Lebenszyklus um den Faktor 10 wachsen (Bild 1.5). Gerade unter diesem Gesichtspunkt muss sich der Fokus weg von der Fehlerentdeckung im Feldversuch hin zur Fehlerverhütung im Entwicklungsprozess verschieben.

Bild 1.5 Ausgangssituation und Potenziale präventiver Fehlervermeidung [Jan 88]

1.3 Anforderungen an Zuverlässigkeitsingenieure

Die Zuverlässigkeit als ein Verhaltensmerkmal technischer Erzeugnisse, dessen Eigenschaftsmerkmalen stochastische Prozesse zugrunde liegen, können nicht durch die für deterministische Prozesse gültigen konventionellen Methoden und Techniken abgebildet und berechnet werden. Für das Durchdringen der immer komplexer werdenden technischen Systeme ist dies aber von wachsender Bedeutung. Als Voraussetzung für die technische Einflussnahme auf das Verhaltensmerkmal Zuverlässigkeit ist das Erfassen von Kenngrößen notwendig [VDI 85]. Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) hat für diese Kenngrößen auch Richtlinien herausgegeben, u. a. für die „Zuverlässigkeitskenngrößen: Übersicht“ [VDI 86] und „Zuverlässigkeitskenngrößen: Verfügbarkeitskenngrößen“ [VDI 86a]. Bestimmungen zur „Terminologie der Zuverlässigkeit“ sind in der VDI-Richtlinie 4001 Blatt 2 [VDI 06] enthalten.

Durch die Notwendigkeit neuer Methoden und Techniken ergeben sich auch spezielle Anforderungen an die Zuverlässigkeitsingenieure. So beschäftigt sich die VDI-Richtlinie VDI 4002 Blatt 1 mit dem Berufsbild eines Zuverlässigkeitsingenieurs und definiert folgende Anforderungen:

„ausgeprägtes analytisches Denkvermögen

Fähigkeit, Kausalketten zu identifizieren und zu modellieren

Fähigkeit, funktionale Zusammenhänge zu erkennen

systematische Arbeitsweise

gute Kenntnisse in Mathematik, insbesondere der Stochastik und Statistik

gute Kenntnisse in angrenzenden Disziplinen, z. B. Entwicklungsmethodik und Werkstofftechnik

gute Kenntnisse der Zuverlässigkeitsmethoden und kritische Beurteilung ihrer Stärken und Schwächen

gute Kenntnisse der einschlägigen Normen, Vorschriften und Regelwerke; Bereitschaft zur Mitarbeit in Fachgremien

gute Kommunikations- und Teamfähigkeit“ [VDI 11].

Viele dieser Anforderungen werden durch ein ingenieur- oder naturwissenschaftliches Studium bzw. einer Berufsausbildung erfüllt und müssen sogar vorausgesetzt werden, um die speziellen Anforderungen im Bereich der technischen Zuverlässigkeit bewältigen zu können.

In der VDI-Richtlinie 4002 Blatt 2 [VDI 11a] werden die in dem Berufsbild der VDI aufgestellten Anforderungen präzisiert und auf die möglichen Anwendungsbereiche bezogen. Diese sind die Erstellung von Lehrplänen an Bildungseinrichtungen, wie z. B. Universitäten und Fachhochschulen, ebenso wie Weiterbildungskonzepte und Schulungsmaßnahmen für die Personalentwicklung.

In [VDI 11a] werden für die Qualifizierung acht Module genannt, die je nach Schwerpunkt und individuellem Qualifizierungsbedarf ausgewählt werden können. Das sind Grundlagen der Methoden der Zuverlässigkeit, zwei Module für die Methoden der Zuverlässigkeit, für das Zuverlässigkeitsmanagement, für die menschliche Zuverlässigkeit, für die Software-Zuverlässigkeit, für die Zuverlässigkeit mechanischer Strukturen und für die Sicherheitsanalyse und Risikoermittlung. Darüber hinaus geht [VDI 11a] auf die Bologna-Deklaration ein und untergliedert diese Module in Präsenz und Vorbereitungs- bzw. Nachbereitungszeit. Dies erleichtert speziell bei neu zu konzipierenden Studiengängen die Zeitplanung.

Nach diesen einleitenden Bemerkungen werden in Kapitel 2 die Grundlagen für die Methoden und Verfahren für die Analyse der technischen Zuverlässigkeit gelegt. Zuerst werden die wichtigsten Begriffe und Definitionen erläutert. Im zweiten Teil erfolgt die Behandlung der für die weiteren Ausführungen notwendigen statistischen Grundlagen.

Diese werden im Kapitel 3 Anwendung bei der Vorstellung der verschiedenen Lebensdauerverteilungen finden. Darüber hinaus sind auch rechnerische und grafische Verfahren zur Bestimmung der speziellen Verteilungsparameter aufgeführt. Ebenso sind in diesem Kapitel umfangreiche Trainingsmodule für die vorgestellten Lebensdauerverteilungen angegeben, um eine praxisnahe Anwendung zu ermöglichen. Den Abschluss dieses Kapitels bildet die wohl bekannteste Ausfallratenfunktion, die „Badewannenkurve“.

Das darauffolgende Kapitel 4 befasst sich mit den verschiedenen Verfahren der Analyse der Zuverlässigkeit. Zunächst werden die qualitativen, danach die quantitativenVerfahren vorgestellt.

Kapitel 5 erläutert Stichprobenprüfungen für die Exponential- und die Weibullverteilung und Kapitel 6 zeigt Methoden auf, wie Lebensdauertests beschleunigt und Lebensdauerhochrechnungen durchgeführt werden können.

Im letzten Kapitel 7 werden in einer Praxisanwendung die Steigerung der Qualitätsleistung und Verfügbarkeit automatisierter Montage- und Prüfsysteme untersucht und die Ergebnisse vorgestellt.

Begleitend zu den theoretischen Ausführungen sind jedem Kapitel Trainingsmodule oder Aufgaben beigefügt, um die erlernten Verfahren zu festigen.

Literatur

[AMO 09]Auto, Motor und Sport: Größter Rückruf aller Zeiten — 16 Mio. betroffen, 2009. http://www.auto-motor-und-sport.de/news/ford-us-rueckruf-tempomat-check-an-4-5-millionen-autos-1430769.html. Abgerufen am: 25.7.2015

[AMP 12]Automobil Produktion: Porsche ruft 100.000 Cayenne zurück, 2012. http://www.automobil-produktion.de/2012/02/porsche-ruft-100-000-cayenne-zurueck/. Abgerufen am: 25.7.2015

[AMP 13]Automobil Produktion: China drängt Volkswagen zu Rückrufaktion, 2013. http://www.automobil-produktion.de/2013/03/china-draengt-volkswagen-zu-rueckrufaktion/. Abgerufen am: 25.7.2015

[AMP 13a]Automobil Produktion: Toyota und Honda rufen Millionen Autos zurück, 2013. http://www.automobil-produktion.de/2013/04/toyota-und-honda-rufen-millionen-autos-zurueck/. Abgerufen am: 25.7.2015

[AMP 13b]Automobil Produktion: Defekte Airbags: BMW ruft 3er Reihe zurück, 2013. http://www.automobil-produktion.de/2013/05/defekte-airbags-bmw-ruft-3er-reihe-zurueck/Abgerufen am: 25.7.2015

[AMP 13c]Automobil Produktion: Porsche ist der profitabelste Autobauer weltweit, 2013. http://www.automobil-produktion.de/2013/04/porsche-ist-der-profitabelste-autobauer-weltweit. Abgerufen am: 25.7.2015

[AMP 13d]Automobil Produktion: Porsche ruft in den USA über 2.000 Sportwagen zurück, 2013. http://www.automobil-produktion.de/2013/02/porsche-ruft-in-den-usa-ueber-2-000-sportwagen-zurueck. Abgerufen am: 25.7.2015

[Ber 04]Bertsche, B.; Lechner, G.: Zuverlässigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau: Ermittlung von Bauteil- und Systemzuverlässigkeiten. 3. Aufl.Berlin: Springer, 2004

[Blä 15]Bläsing, Jürgen P.: Zuverlässigkeit technischer Systeme 2 — TQU Group. 2015. www.tqu-group.com/downloads/Zuverlaessigkeit.pdf. Abgerufen am: 10.11.2015

[DAT 15]Deutsche Automobil Treuhand GmbH: DAT-Report 2015. http://www.dat.de/fileadmin/media/download/DAT-Report_2015.pdf. Abgerufen am: 12.11.2015

[DGQ 02]DGQ — Deutsche Gesellschaft für Qualität e. V.(Hrsg.): Zuverlässigkeitsmanagement — Einführung in das Management von Zuverlässigkeitsprogrammen. Berlin: Beuth, 2002 (DGQ 17-10)

[IEC 02]International Electrotechnical Commission(Hrsg.): IEC 60050-191 Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch — Teil 191: Zuverlässigkeit und Dienstgüte. Berlin: Beuth, 2002

[FAZ 15]Frankfurter Allgemeine Zeitung: Größte Rückrufaktion aller Zeiten, 2015. http://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/unternehmen/rekord-rueckruf-wegen-takata-airbags-13602117.html. Abgerufen am: 6.11.2015

[Jan 88]Jahn, H.: Erzeugnisqualität, die logische Folge von Arbeitsqualität. In: VDI-Z130 (1988), Nr. 4, S. 4‒12

[KBA 02]Kraftfahrt-Bundesamt(Hrsg.): Pressebericht 2003. Flensburg: Kraftfahrt-Bundesamt, 2002

[KBA 13]Kraftfahrt-Bundesamt(Hrsg.): Jahresbericht 2012. Flensburg: Druckzentrum KBA, 2013

[KBA 15]Kraftfahrt-Bundesamt(Hrsg.): Jahresbericht 2013/2014. Flensburg: Druckzentrum KBA, 2015

[Lin 11]Linß, G.: Qualitätsmanagement für Ingenieure. 3. Aufl.Leipzig: Fachbuchverlag, 2011

[Man 15]Manager Magazin: VW ruft europaweit 8,5 Millionen Autos zurück, 2015. http://www.manager-magazin.de/unternehmen/autoindustrie/volkswagen-abgasskandal-kba-zwingt-vw-zu-massenrueckruf-a-1057875.html. Abgerufen am: 6.11.2015

[Mas 07]Masing, W. (Begr.), Pfeifer, T.; Schmitt, R.(Hrsg.): Handbuch Qualitätsmanagement. 5. Aufl.München: Hanser, 2007

[VDI 85]VDI — Verein Deutscher Ingenieure(Hrsg.): Allgemeine Hinweise zum VDI-Handbuch Technische Zuverlässigkeit. VDI 4001, Blatt 1. Berlin: Beuth, 1985

[VDI 86]VDI — Verein Deutscher Ingenieure(Hrsg.): Zuverlässigkeitskenngrößen: Übersicht. VDI 4004, Blatt 1. Berlin: Beuth, 1986

[VDI 86a]VDI — Verein Deutscher Ingenieure(Hrsg.): Zuverlässigkeitskenngrößen: Verfügbarkeitskenngrößen. VDI 4004, Blatt 4. Berlin: Beuth, 1986

[VDI 06]VDI — Verein Deutscher Ingenieure(Hrsg.): Terminologie der Zuverlässigkeit. VDI 4001, Blatt 2. Berlin: Beuth, 2006

[VDI 11]VDI — Verein Deutscher Ingenieure(Hrsg.): Zuverlässigkeitsingenieur/Zuverlässigkeitsingenieurin: Berufsbild. VDI 4002, Blatt 1. Berlin: Beuth, 2011

[VDI 11a]VDI — Verein Deutscher Ingenieure(Hrsg.): Zuverlässigkeitsingenieur/Zuverlässigkeitsingenieurin: Anforderungen an die Qualifizierung. VDI 4002, Blatt 2. Berlin: Beuth, 2011

[Wit 09]Wittich, H.; Dohr, M.: Gaspedal-Austausch bei 3,8 Millionen Autos. In: Auto, Motor und Sport, 2009. http://www.auto-motor-und-sport.de/news/toyota-rueckruf-wegen-fussmatten-toyota-tauscht-gaspedal-bei-3-8-millionen-autos-aus-1484975.html. Abgerufen am: 25.7.2015

2Begriffe, Definitionen und statistische Grundlagen