Zuverlässigkeit technischer Systeme

Zur betriebsfesten Auslegung von technischen Systemen oder deren Komponenten werden Methoden angewendet und entwickelt, die den gesamten Entwicklungsprozess und die Nachsorge betreffen. Die meisten Projekte stammen dabei aus der Fahrzeug- oder Zulieferindustrie. Im Bild: Bremsscheibe.

Lastdaten und Betriebsfestigkeit

Bei allen Fragen der Zuverlässigkeit im weiteren oder Betriebsfestigkeit im engeren Sinne spielen die System- bzw. Bauteileigenschaften und die Lastdaten zusammen und führen erst in ihrer Kombination zu den in Entwicklung und Prüfung relevanten Schlussfolgerungen.

Um eine Auslegung zu ermöglichen, die möglichst ohne Überdimensionierung die Kundenanforderungen erfüllt, müssen die im Feld auftretenden Beanspruchungen und deren Varianz ermittelt werden. Dies kann zum Beispiel durch eine geeignete Mischung von direkter Lastmessung in ausgewählten Zuständen, allgemeine Beobachtung des Kundenverhaltens und statistischer Hochrechnung von Teildaten erfolgen.

Zur effizienten Erhebung von Daten durch Messung werden Kampagnen geplant, durchgeführt, ausgewertet und auf lange Nutzungsdauern extrapoliert. Dabei spielen sowohl bei der Planung als auch in der Auswertung und Hochrechnung geo-referenzierte Daten eine wichtige Rolle. Ansatz und methodische Eckpunkte dafür werden in den Abschnitten Gesamtprozess zur Herleitung von Lastannahmen, VMC GeoLDA und U·Sim erläutert.

Hauptergebnisse eines solchen Schrittes sind Referenz- oder Auslegungslasten, die das Kundenverhalten erfassen und in einem nachgeordneten Schritt auf Standardlastfälle oder Teststrecken abgebildet werden sollen. Das heißt etwa für Straßenfahrzeuge, dass die Referenzlast durch eine Mischung von Bahnen auf einem Testgelände dargestellt werden soll. Für eine Land- oder Baumaschine könnte dies durch eine Reihe von Standardanwendungen (Pflügen, Transport oder Erdaushub und LKW beladen) abgebildet werden. Dazu bietet das ITWM Kompetenz in Mehrzieloptimierung und passende Optimierungstools an (siehe U·SimOpt).

Im Abschnitt Lebensdauerstatistik und Ausfallwahrscheinlichkeiten werden schließlich unsere Angebote im Bereich der statistischen Planung und Auswertung von Lebensdauerversuchen und Garantiedaten dargestellt. Eine zentrale Rolle spielt dabei das über viele Jahre in enger Zusammenarbeit mit der Industrie entwickelte Programm Jurojin.

Systemsimulation
© iStockphoto

Oft wurden nicht alle für die Bauteilbewertung erforderlichen Lasten gemessen, sondern es müssen Schnittlasten durch Simulation ergänzt werden. Dieser Schritt könnte im Prinzip schon früh im Prozess neue rechnerisch ermittelte Signale ergänzen, wird aber häufig erst nach der Abbildung auf die Teststrecken bzw. Standardlastfälle durchgeführt um Simulationsaufwand zu sparen.

Vor einer Freigabe werden Bauteile oder ganze Systeme auf dem Prüfstand getestet und bewertet. Insbesondere bei Bauteilen mit komplexen Belastungen (Schwenklager eines PKW oder Ausleger eines Baggers) kann im Versuch die volle Zahl der Schnittlasten nicht realisiert werden. Stattdessen werden vereinfachte Prüfkonfigurationen gesucht (weniger Zylinder, einfachere Lastsignale usw.) um den Aufwand realistisch zu halten. Solche Fragestellungen werden im Baustein Ersatzversuche behandelt.

Anwendungsfelder

Geo-referenzierte Lastdatenauswertung mit VMC GeoLDA

Extrapolation von Daten auf Verteilungen im Feld mit U·Sim

Optimale Strecken­mischung mit U·SimOpt

Ersatzversuche

Lebensdauerstatistik und Ausfallwahrscheinlich­keiten mit Jurojin