Zuverlässigkeitsvorhersagen elektronischer Komponenten mittels Ausfallraten sind ein wesentlicher Bestandteil von Analysemethoden zur Bestimmung der Systemzuverlässigkeit und -sicherheit auf Hardwareebene. In dieser Arbeit werden Standards zur Zuverlässigkeitsvorhersage elektronischer Komponenten dargestellt. Hinsichtlich der Systemzuverlässigkeit werden multiplikative Modelle beschrieben, die in den Standards MIL-HDBK-217F, SAE (PREL), Telcordia (SR-332), CNET (RDF2000), Siemens (SN 29500) oder GJB/Z 299 zum Tragen kommen. Ebenso werden additive Modelle dargestellt, die in den Standards PRISM, 217Plus und FIDES Anwendung finden. Es werden statistische Methoden aufgezeigt, die es ermöglichen, Parameter der Zuverlässigkeitsmodelle zu ermitteln. Diese werden anhand von Beispielen mit einfachen und multiplen Regressionsanalysen erklärt. Es wird detailliert beleuchtet, wie die Standards aufgebaut sind und welche Einflüsse sie berücksichtigen. Besonderes Augenmerk gilt dabei der Parametrisierung und Modellierung mechanischer Belastung. Es werden sowohl diskrete als auch funktionale Zusammenhänge dargelegt und diskutiert. Die Standards werden anhand einer Beispielkomponente gegenüber gestellt und der Aussagewert bezüglich schwacher, mittlerer und starker mechanischer Belastung erörtert. Daraus resultieren Einsatzbereiche und -grenzen der Standards, die in der Arbeit benannt werden. Vorgestellt werden Softwareprogramme von Isograph (Reliability Workbench V10.1.1), RELEX (Reliability Studio 2007), ITEM (Toolkit Version 7), A.L.D. (RAM-Comander V7.0) und PRISM (System Reliability Version 1.2), die der Zuverlässigkeitsberechnung dienen. Die Programme verwenden einen oder mehrere der beschriebenen Standards zur Ermittlung der Komponenten- und Systemzuverlässigkeit.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Hinführung
- 1.2 Ziele und Struktur
- 2 Hintergründe
- 2.1 Beispiel
- 2.2 Ausfallartenanalyse
- 2.2.1 Induktive Ausfallartenanalyse: FMEA, FMECA, ETA
- 2.2.2 Deduktive Ausfallartenanalyse: FTA
- 2.3 Systemzustandsanalyse
- 2.4 Ausfallratenanalyse
- 3 Mathematische Grundlagen
- 3.1 Statistische Beschreibung der Zuverlässigkeit
- 3.2 Verteilungsfunktionen
- 3.2.1 Exponentialverteilung
- 3.2.2 Weibullverteilung
- 3.2.3 Normalverteilung
- 3.2.4 Log-Normal-Verteilung
- 3.3 Von der Komponenten-zur Systemzuverlässigkeit
- 3.3.1 Serienschaltung
- 3.3.2 Parallelschaltung
- 3.3.3 Heiße, warme und kalte Redundanz
- 3.3.4 Weitere redundante Elementanordnungen
- 4 Die Komponentenausfallrate
- 4.1 Typische Modellannahmen
- 4.1.1 Die konstante Ausfallrate
- 4.1.2 Allgemeiner Modellaufbau
- 4.1.3 Darstellungsweisen der Ausfallrate
- 4.2 Gewinnung von Daten zur Zuverlässigkeitsmodellierung
- 4.2.1 Auswertung von Feld- oder Testdaten
- 4.2.2 Physikalisch motivierte Parametrisierung des Ausfallverhaltens
- 4.2.3 Bestimmung der Variablen
- 4.2.4 Korrelationsanalysen
- 4.3 Einfache Regressionsanalysen
- 4.3.1 Qualitative Faktoren
- 4.3.2 Quantitative Faktoren
- 4.3.3 Anwendung der Korrelationsanalyse
- 4.1 Typische Modellannahmen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Zuverlässigkeitsvorhersage elektronischer Komponenten unter mechanischer Belastung. Ziel ist es, gängige Standards und Modelle zur Zuverlässigkeitsvorhersage zu vergleichen und deren Eignung für die Berücksichtigung mechanischer Belastung zu bewerten. Die Arbeit untersucht verschiedene Softwaretools, die diese Standards implementieren.
- Vergleich verschiedener Standards zur Zuverlässigkeitsvorhersage (MIL-HDBK-217F, SAE, Telcordia, CNET, Siemens, GJB/Z 299, PRISM, 217Plus, FIDES)
- Modellierung des Einflusses mechanischer Belastung auf die Zuverlässigkeit
- Anwendung statistischer Methoden (Regressionsanalyse) zur Bestimmung von Modellparametern
- Bewertung verschiedener Softwaretools für die Zuverlässigkeitsberechnung
- Identifizierung von Stärken und Schwächen der betrachteten Standards und Modelle
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Zuverlässigkeitsvorhersage elektronischer Komponenten ein und beschreibt die Ziele und den Aufbau der Arbeit. Es betont die Bedeutung der zuverlässigen Funktion elektronischer Systeme und die Notwendigkeit, mechanische Belastungen bei der Zuverlässigkeitsanalyse zu berücksichtigen. Der Abschnitt 1.2 skizziert den Aufbau der Arbeit und gibt einen Überblick über die behandelten Themengebiete.
2 Hintergründe: Kapitel 2 liefert die notwendigen Grundlagen für das Verständnis der Zuverlässigkeitsvorhersage. Es erläutert verschiedene Methoden der Ausfallartenanalyse (FMEA, FMECA, FTA), die Systemzustandsanalyse und die Ausfallratenanalyse. Der Abschnitt 2.1 präsentiert ein einführendes Beispiel, welches die Komplexität des Themas verdeutlicht. Der Abschnitt 2.4 legt den Schwerpunkt auf Ausfallraten und deren Relevanz im Kontext der Zuverlässigkeit.
3 Mathematische Grundlagen: In Kapitel 3 werden die mathematischen Grundlagen der Zuverlässigkeitsanalyse dargestellt. Es werden verschiedene Verteilungsfunktionen (Exponential-, Weibull-, Normal-, Log-Normal-Verteilung) erklärt und deren Anwendung in der Zuverlässigkeitsmodellierung erläutert. Weiterhin werden verschiedene Systemkonfigurationen (Serien-, Parallel- und redundante Schaltungen) und deren Einfluss auf die Systemzuverlässigkeit beschrieben. Dieses Kapitel bildet die mathematische Basis für die folgenden Kapitel.
4 Die Komponentenausfallrate: Kapitel 4 behandelt die Komponentenausfallrate im Detail. Es werden typische Modellannahmen, der Aufbau von Zuverlässigkeitsmodellen und verschiedene Darstellungsweisen der Ausfallrate diskutiert. Ein Schwerpunkt liegt auf der Gewinnung von Daten für die Zuverlässigkeitsmodellierung durch Auswertung von Feld- oder Testdaten sowie durch physikalisch motivierte Parametrisierung. Die Anwendung einfacher Regressionsanalysen zur Berücksichtigung qualitativer und quantitativer Einflussfaktoren wird ausführlich erläutert.
Schlüsselwörter
Zuverlässigkeitsvorhersage, elektronische Komponenten, mechanische Belastung, Ausfallrate, Modellierung, Standards (MIL-HDBK-217F, SAE, Telcordia, CNET, Siemens, GJB/Z 299, PRISM, 217Plus, FIDES), Regressionsanalyse, Softwaretools (Reliability Workbench, Reliability Studio, Toolkit, RAM-Commander, System Reliability).
Häufig gestellte Fragen zur Diplomarbeit: Zuverlässigkeitsvorhersage elektronischer Komponenten unter mechanischer Belastung
Was ist das Thema der Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Zuverlässigkeitsvorhersage elektronischer Komponenten unter Berücksichtigung mechanischer Belastung. Ziel ist der Vergleich gängiger Standards und Modelle und die Bewertung ihrer Eignung für diesen Kontext. Dabei werden verschiedene Softwaretools untersucht, die diese Standards implementieren.
Welche Standards und Modelle werden verglichen?
Die Arbeit vergleicht verschiedene Standards zur Zuverlässigkeitsvorhersage, darunter MIL-HDBK-217F, SAE, Telcordia, CNET, Siemens, GJB/Z 299, PRISM, 217Plus und FIDES.
Wie wird der Einfluss mechanischer Belastung modelliert?
Die Arbeit modelliert den Einfluss mechanischer Belastung auf die Zuverlässigkeit der Komponenten. Die genauen Methoden werden im Detail im Haupttext beschrieben.
Welche statistischen Methoden werden verwendet?
Es werden statistische Methoden wie die Regressionsanalyse angewendet, um Modellparameter zu bestimmen.
Welche Softwaretools werden bewertet?
Die Arbeit bewertet verschiedene Softwaretools für die Zuverlässigkeitsberechnung, darunter (Beispiele): Reliability Workbench, Reliability Studio, Toolkit, RAM-Commander, System Reliability. Die genaue Liste der untersuchten Tools findet sich im Haupttext.
Welche Kapitel umfasst die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in vier Kapitel: Einleitung, Hintergründe, Mathematische Grundlagen und Die Komponentenausfallrate. Die Einleitung führt in das Thema ein und beschreibt die Ziele und den Aufbau. Die Hintergründe liefern Grundlagen zur Zuverlässigkeitsvorhersage, inklusive verschiedener Analysemethoden. Die Mathematischen Grundlagen behandeln relevante Verteilungsfunktionen und Systemkonfigurationen. Das Kapitel zur Komponentenausfallrate konzentriert sich auf Modellannahmen, Datenerhebung und Regressionsanalysen.
Welche Ausfallartenanalysen werden behandelt?
Die Arbeit behandelt sowohl induktive (FMEA, FMECA, ETA) als auch deduktive (FTA) Ausfallartenanalysen.
Welche Verteilungsfunktionen werden betrachtet?
Die Arbeit betrachtet die Exponential-, Weibull-, Normal- und Log-Normal-Verteilung.
Welche Systemkonfigurationen werden im Hinblick auf Zuverlässigkeit analysiert?
Es werden Serien-, Parallel- und redundante Schaltungen (inkl. heißer, warmer und kalter Redundanz) analysiert.
Wie werden Daten für die Zuverlässigkeitsmodellierung gewonnen?
Die Daten werden durch Auswertung von Feld- oder Testdaten und durch physikalisch motivierte Parametrisierung des Ausfallverhaltens gewonnen.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Zuverlässigkeitsvorhersage, elektronische Komponenten, mechanische Belastung, Ausfallrate, Modellierung, verschiedene genannte Standards, Regressionsanalyse, Softwaretools.
- Quote paper
- Daniel Glose (Author), 2008, Zuverlässigkeitsvorhersage elektronischer Komponenten unter mechanischer Belastung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/122097
