Meyna / Pauli Zuverlässigkeitstechnik
1. überarbeitete und erweiterte Auflage 2010
ISBN: 978-3-446-42432-6
Verlag: Hanser, Carl
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)
Quantitative Bewertungsverfahren
E-Book, Deutsch, 698 Seiten
ISBN: 978-3-446-42432-6
Verlag: Hanser, Carl
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)
Das Buch behandelt theoretisch fundiert, aber in einer für den praktisch tätigen Ingenieur verständlichen Art, die heute etablierten Methoden zur Zuverlässigkeitsplanung sowie zur Prüfung und Messung von Zuverlässigkeitskennwerten. Es zeigt anhand vieler anschaulicher Beispiele, wie theoretische Gesetzmäßigkeiten und Methoden praktisch umgesetzt werden können. In der 2. Auflage wurden die Kapitel Zuverlässigkeitsbewertung mit Hilfe der Fuzzy-Logik, Monte-Carlo-Simulation, Zuverlässigkeitsbewertung mit Hilfe der Graphentheorie und Neuronale Netze neu aufgenommen. Die Teile Zuverlässigkeitsplanung und Zuverlässigkeitsprüfung wurden komplett überarbeitet.
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Vorwort;6
2;Vorwort zur ersten Auflage;7
3;Inhaltsverzeichnis;10
4;Einführung;18
5;Flussgraph;25
6;I Grundlagen;26
6.1;1 Mathematische Grundlagen aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung;27
6.1.1;1.1 Mengenalgebra;27
6.1.1.1;1.1.1 Grundbegriffe und Definitionen;27
6.1.1.2;1.1.2 Mengenoperationen;28
6.1.2;1.2 Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitsrechnung;31
6.1.2.1;1.2.1 Wahrscheinlichkeitsbegriff;32
6.1.2.2;1.2.2 Axiomsystem von Kolmogorov;33
6.1.2.3;1.2.3 Die bedingte Wahrscheinlichkeit;37
6.1.2.4;1.2.4 Unabhängige Ereignisse;39
6.1.2.5;1.2.5 Regel von der totalen Wahrscheinlichkeit;40
6.1.2.6;1.2.6 Satz von Bayes;41
6.1.3;1.3 Zufallsgrößen und ihre Wahrscheinlichkeitsverteilung;43
6.1.4;1.3.1 Grundbegriffe;43
6.1.5;1.3.2 Erwartungswert und Momente einer Verteilungsfunktion;48
6.1.6;1.3.3 Quantil, Median und Modalwert;54
6.2;2 Zuverlässigkeits- und Sicherheitskenngrößen;58
6.2.1;2.1 Zuverlässigkeitskenngrößen nicht reparierbarer Systeme;58
6.2.2;2.2 Empirische Zuverlässigkeitskenngrößen und weitere Zuverlässigkeitsmerkmale;70
6.2.3;2.3 Zuverlässigkeitskenngrößen reparierbarer Systeme, Instandhaltung;75
6.2.4;2.4 Sicherheitskenngrößen;78
6.3;3 Einige wichtige Verteilungsfunktionen;83
6.3.1;3.1 Einige wichtige Lebensdauerverteilungen und ihre Zuverlässigkeitskenngrößen;83
6.3.1.1;3.1.1 Die Exponentialverteilung;83
6.3.1.2;3.1.2 Die Weibull-Verteilung;88
6.3.1.3;3.1.3 Die spezielle Erlang-Verteilung;98
6.3.1.4;3.1.4 Die Normalverteilung;103
6.3.1.5;3.1.5 Die logarithmische Normalverteilung;107
6.3.1.6;3.1.6 Asymptotische Extremwertverteilung;113
6.3.2;3.2 Einige wichtige diskrete Verteilungsfunktionen;121
6.3.2.1;3.2.1 Die Binomialverteilung;121
6.3.2.2;3.2.2 Die Poisson-Verteilung;125
6.3.2.3;3.2.3 Die hypergeometrische Verteilung;128
6.3.3;3.3 Die Abszissentransformationen;134
6.4;4 Ausfallratenmodelle;136
6.4.1;4.1 Datenhandbücher;138
6.4.2;4.2 Konstante Ausfallrate;142
6.4.3;4.3 Zeitlich linear abhängige Ausfallrate;142
6.4.4;4.4 Durchschnittliche Ausfallrate;151
6.4.5;4.5 Zeitliche Schwankungen der Ausfallrate;154
7;II Zuverlässigkeits- und Sicherheitsplanung;156
7.1;5 Zuverlässigkeits- und Sicherheitsmanagement;157
7.1.1;5.1 Zuverlässigkeitsprogrammplan;158
7.1.2;5.2 Zuverlässigkeitshandbuch;165
7.1.3;5.3 Der sicherheitstechnische Prozess;167
7.1.3.1;5.3.1 Der sicherheitstechnische Prozess in der Luftfahrtindustrie;167
7.1.3.2;5.3.2 Der funktionale Sicherheitsprozess in der Automobilindustrie;180
7.2;6 Zuverlässigkeitsanalyse einfacher Systemstrukturen;194
7.2.1;6.1 Grafische Darstellung von Systemkonfigurationen;195
7.2.1.1;6.1.1 Zuverlässigkeits-Blockschaltbild;195
7.2.1.2;6.1.2 Fehler- oder Fuktionsbäume dargestellt durch logische Symbole der Booleschen Algebra;196
7.2.1.3;6.1.3 Zustandsdiagramme (Zustandsübergangsgraphen);196
7.2.2;6.2 Das logische Seriensystem;197
7.2.3;6.3 Das logische Parallelsystem;199
7.2.4;6.4 Das Parallel-Seriensystem;204
7.2.5;6.5 Die Brückenkonfiguration;207
7.2.6;6.6 Berücksichtigung mehrerer Ausfallarten;211
7.2.6.1;6.6.1 Das logische Seriensystem bei zwei Ausfallarten;214
7.2.6.2;6.6.2 Das logische Parallelsystem bei zwei Ausfallarten;215
7.2.6.3;6.6.3 Das logische Parallel-Seriensystem bei zwei Ausfallarten;217
7.2.6.4;6.6.4 Beliebige Konfigurationen;222
7.3;7 Zuverlässigkeitserhöhung in Planung und Praxis;225
7.3.1;7.1 Allgemeine Maßnahmen zur Zuverlässigkeitserhöhung;225
7.3.2;7.2 Begriff und Definition der Redundanz;229
7.3.3;7.3 Redundanzarten, Grundprinzipien;231
7.3.4;7.4 Die aktive Redundanz;232
7.3.5;7.5 Das mvn-System;232
7.3.6;7.6 Das nvn-System;238
7.3.7;7.7 Das Standby-System (passive Redundanz);242
7.4;8 Boolesche Modellbildung;247
7.4.1;8.1 Begriffe und Regeln der Booleschen Algebra;247
7.4.1.1;8.1.1 Die Boolsche Funktion;247
7.4.1.2;8.1.2 Die Grundverknüpfungen;249
7.4.1.3;8.1.3 Axiome der Booleschen Algebra;253
7.4.1.4;8.1.4 Das Karnaugh-Veitch-Diagramm;255
7.4.1.5;8.1.5 Kanonische Darstellung von Booleschen Funktionen;257
7.4.1.6;8.1.6 Shannonsche Zerlegung;265
7.4.1.7;8.1.7 Die Boolesche Funktion mit reellen Variablen;268
7.4.2;8.2 Die Systemfunktion;270
7.4.3;8.3 Einführung von Wahrscheinlichkeiten;274
7.4.4;8.4 Die Fehlerbaumanalyse;276
7.4.4.1;8.4.1 Einführung;276
7.4.4.2;8.4.2 Darstellung monotoner Strukturen durch Minimalpfade und Minimalschnitte;281
7.4.4.3;8.4.3 Quantitative Fehlerbaumauswertung;286
7.4.5;8.5 Importanzkenngrößen;297
7.4.5.1;8.5.1 Die strukturelle Importanz;297
7.4.5.2;8.5.2 Die marginale Importanz;301
7.4.5.3;8.5.3 Die fraktionale Importanz;304
7.4.5.4;8.5.4 Die Barlow-Proschan-Importanz;305
7.4.6;8.6 Bestimmung der mittleren Häufigkeit von Systemausfällen sowie der mittleren Ausfall- und Betriebsdauer;308
7.4.7;8.7 Die induktive Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanalyse;313
7.5;9 Zuverlässigkeitsbewertung mit Hilfe der Fuzzy-Logik;315
7.5.1;9.1 Grundlagen der Fuzzy-Logik;316
7.5.1.1;9.1.1 Verknüpfung unscharfer Mengen;320
7.5.1.2;9.1.2 Fuzzy-Relation;322
7.5.1.3;9.1.3 Erweiterungsprinzip;327
7.5.2;9.2 Prinzipieller Ablauf einer Fuzzy-Anwendung;329
7.5.2.1;9.2.1 Fuzzifizierung;329
7.5.2.2;9.2.2 Fuzzy-Inferenz;330
7.5.2.3;9.2.3 Defuzzifizierung;331
7.5.3;9.3 Anwendung der Fuzzy-Logik bei der FMEA;337
7.5.3.1;9.3.1 Eingangsgrößen;337
7.5.3.2;9.3.2 Fuzzifizierung;340
7.5.3.3;9.3.3 Die Verarbeitungsregeln;344
7.5.3.4;9.3.4 Berechnung der Zugehörigkeitsgrade;345
7.5.3.5;9.3.5 Defuzzifizierung;347
7.5.4;9.4 Die Fuzzy-Fehlerbaumanalyse;348
7.5.4.1;9.4.1 Das Fuzzy-Modell;348
7.5.4.2;9.4.2 Praktisches Anwendungsbeispiel;353
7.6;10 Einführung in die stochastischen Prozesse;357
7.6.1;10.1 Beurteilungskriterien stochastischer Prozesse;360
7.6.1.1;10.1.1 Definitionsspezifische Beurteilungskriterien;360
7.6.1.2;10.1.2 Anwendungsspezifische Beurteilungskriterien;361
7.6.1.3;10.1.3 Klassifizierung stochastischer Prozesse anhand der Beurteilungskriterien;363
7.6.2;10.2 Analysemöglichkeiten eines Parallelsystems mit zwei identischen Einheiten unter Zuhilfenahme verschiedener stochastischer Prozesstypen;366
7.7;11 Markovsche Modellbildung;375
7.7.1;11.1 Der Markovsche ÜProzess mit diskretem Parameterbereich und endlich vielen Zuständen (Markov-Kette);375
7.7.1.1;11.1.1 Zustandsgleichung;375
7.7.1.2;11.1.2 Zustandsklassen;379
7.7.1.3;11.1.3 Die absorbierende homogene Markov-Kette;381
7.7.1.4;11.1.4 Ergodensatz für Markovsche Ketten;386
7.7.2;11.2 Der Markovsche Prozess mit kontinuierlichem Parameterraum und diskretem Zustandsraum;389
7.7.2.1;11.2.1 Zustandsgleichungen;389
7.7.2.2;11.2.2 Laplace-Transformation der Zustandsgleichung;398
7.7.3;11.3 Der Semi-Markov-Prozess;407
7.7.3.1;11.3.1 Einführung;407
7.7.3.2;11.3.2 Definition und Grundbegriffe;408
7.7.3.3;11.3.3 Der absorbierende Semi-Markov-Prozess;417
7.7.3.4;11.3.4 Der ergodische Semi-Markov-Prozess;423
7.8;12 Monte-Carlo-Simulation;429
7.8.1;12.1 Einführung;429
7.8.2;12.2 Grundlagen der Monte-Carlo-Simulation;431
7.8.3;12.3 Generierung von Zufallszahlen;434
7.8.4;12.4 Methoden zur Generierung beliebig verteilter Funktionen;438
7.8.5;12.5 Direkte Monte-Carlo-Simulation;443
7.8.5.1;12.5.1 Genrierung eines Zustandsüberganges;443
7.8.5.2;12.5.2 Last-Event-Schätzer;445
7.8.5.3;12.5.3 Free-Flight-Schätzer;445
7.8.6;12.6 Anwendungsbeispiel;449
7.9;13 Zuverlässigkeitsbewertung mit Hilfe der Graphentheorie;457
7.9.1;13.1 Gerichteter Graph;458
7.9.1.1;13.1.1 Einige Grundbegriffe;458
7.9.1.2;13.1.2 Lineare Flussgraphen;461
7.9.1.3;13.1.3 Auswertung der linearen Flussgraphen mit Hilfe der Mason-Formel;465
7.9.2;13.2 Anwendung der linearen Flussgraphen auf diskrete Markov-Prozesse;468
7.9.2.1;13.2.1 Inhomogene Prozessdarstellung;468
7.9.2.2;13.2.2 Homogene Prozessdarstellung;470
7.9.2.3;13.2.3 Asymptotisches Verhalten;473
7.9.2.4;13.2.4 Erwartungswert und Eintrittswahrscheinlichkeit;473
7.9.3;13.3 Anwendung der linearen Flussgraphen auf stetige Markov-Prozesse;474
8;III Zuverlässigkeitsprüfung;486
8.1;14 Stichprobenverteilung;487
8.1.1;14.1 Stichprobenverteilung des Mittelwertes;487
8.1.2;14.2 Stichprobenverteilung der Varianz;492
8.1.3;14.3 Stichprobenverteilung der Mittelwerte bei unbekannter Varianz;493
8.1.4;14.4 Stichprobenverteilung für die Differenz und Summe zweier arithmetischer Mittelwerte;494
8.1.5;14.5 Stichprobenverteilung des Quotienten zweier Varianzen;496
8.2;15 Grenzwertsätze und Gesetze der großen Zahlen;497
8.2.1;15.1 Grenzwertsätze und Approximationen;497
8.2.1.1;15.1.1 Aproximation der Binomialverteilung durch die Poisson-Verteilung;497
8.2.1.2;15.1.2 Approximation der hypergeometrischen Verteilung durch die Binomialverteilung;497
8.2.1.3;15.1.3 Approximation der Poisson-Verteilung durch eine Normalverteilung;498
8.2.1.4;15.1.4 Approximation der Binomialverteilung durch die Normalverteilung;498
8.2.1.5;15.1.5 Approximation der hypergeometrischen Verteilung durch die Normalverteilung;500
8.2.1.6;15.1.6 Zentraler Grenzwertsatz;500
8.2.2;15.2 Gesetz der großen Zahlen;502
8.2.2.1;15.2.1 Tschebyscheffsche Ungleichung;502
8.2.2.2;15.2.2 Satz von Bernoulli;504
8.3;16 Statistische Schätzung von Parametern;505
8.3.1;16.1 Eigenschaften von Schätzfunktionen;505
8.3.2;16.2 Vertrauensintervalle;507
8.3.3;16.3 Konfidenzintervall für den Erwartungswert und der Varianz bei normalverteilter Grundgesamtheit und Bestimmung des Stichprobenumfangs;509
8.3.3.1;16.3.1 Konfidenzintervall für den Erwartungswert;509
8.3.3.2;16.3.2 Konfidenzintervall für die Varianz;515
8.3.3.3;16.3.3 Bestimmung des Stichprobenumfangs;515
8.3.4;16.4 Die Maximum-Likelihood-Methode (M-L-M);520
8.3.4.1;16.4.1 Maximum-Likelihood-Schätzer für die Parameter der Binomial- und Poisson-Verteilung;523
8.3.4.2;16.4.2 Maximum-Likelihood-Schätzer für den Parameter einer Exponentialverteilung;525
8.3.4.3;16.4.3 Maximum-Likelihood-Schätzer für die Parameter der Normal- und Lognormalverteilung;525
8.3.4.4;16.4.4 Maximum-Likelihood-Schätzer für die Parameter der Weibull-Verteilung;526
8.3.5;16.5 Maximum-Likelihood-Methode bei zensierter und gestutzter Stichprobe;530
8.3.6;16.6 Die Momentenmethode;540
8.3.6.1;16.6.1 Momentenschätzer für den Parameter einer Exponentialverteilung;544
8.3.6.2;16.6.2 Momentenschätzer für die Parameter einer Lognormalverteilung;545
8.3.6.3;16.6.3 Momentenschätzer für die Parameter einer Weibullverteilung;546
8.3.7;16.7 Lineare Regression und die Methode der kleinsten Quadrate;546
8.4;17 Bestimmung des Verteilungstyps;550
8.4.1;17.1 Wahrscheinlichkeitsnetz der Weibull-Verteilung;550
8.4.1.1;17.1.1 Konstruktion des Wahrscheinlichkeitsnetzes;550
8.4.1.2;17.1.2 Gebrauchsanweisung für das Wahrscheinlichkeitsnetz der Weibull-Verteilung nach Stange und Gumbel (DGQ-Lebensdauernetz);552
8.4.2;17.2 Test zur Überprüfung des Verteilungstyps – Anpassungstest;560
8.4.2.1;17.2.1 Der Chi-Quadrat-Anpassungstest;561
8.4.2.2;17.2.2 Der Kolmogorov-Smirnov-Test (K-S-T);569
8.4.3;17.3 Vergleich der beiden Anpassungstests;576
8.5;18 Test- und Prüfplanung;577
8.5.1;18.1 Statistische Verfahren;581
8.5.1.1;18.1.1 Der Binomialprüfplan als attributiver Abnahmeprüfplan;581
8.5.1.2;18.1.2 Sequentialprüfung;584
8.5.1.3;18.1.3 Success-Run;589
8.5.1.4;18.1.4 Sudden-Death;594
8.5.1.5;18.1.5 Lebensdauertests;601
8.5.1.6;18.1.6 End-of-Life-Tests;604
8.5.2;18.2 Laststeigerung zur Reduzierung des Prüfaufwandes;605
8.5.2.1;18.2.1 Temperaturabhängigkeit nach Arrhenius;605
8.5.2.2;18.2.2 Temperatur-Feuchte-Abhängigkeit nach Eyring;607
8.5.2.3;18.2.3 Mechanische Belastung nach Wöhler;608
8.5.2.4;18.2.4 Temperaturwechsel nach Coffin-Manson;610
8.5.2.5;18.2.5 HALT und HASS;612
8.5.3;18.3 Zusammmenfassung von Versuchsergebnissen;615
8.6;19 Zuverlässigkeitsprognosen für mechatronische Systeme im Kraftfahrzeug bei nicht vollständigen Daten;617
8.6.1;19.1 Einleitung;618
8.6.2;19.2 Fahrleistungsprognosen;620
8.6.3;19.3 Ausfallmodell;625
8.6.4;19.4 Zuverlässigkeitsprognose;626
8.6.4.1;19.4.1 Bestimmung der Anwärter;626
8.6.4.2;19.4.2 Km-abhängige Lebensdauerprognosen;627
8.6.4.3;19.4.3 Zeitabhängige Lebensdauerprognosen;628
8.6.5;19.5 Zuverlässigkeitsprognose für zeitnahe Garantiedaten;630
8.6.5.1;19.5.1 Einfluss Zulassungsverzug;631
8.6.5.2;19.5.2 Einfluss Meldeverzug;632
8.6.5.3;19.5.3 Korrigierte Berechnung der Anwärter;633
8.6.5.4;19.5.4 Gesamtmodell für zeitnahe Garantiedaten;634
8.6.6;19.6 Weitere Anwendungsbereiche;636
8.6.6.1;19.6.1 Verifizierung von Kundenaktionen;636
8.6.6.2;19.6.2 Serienersatzbedarf;637
8.6.6.3;19.6.3 Endbevorratungsmengen;638
8.6.6.4;19.6.4 Berechnung von Kosten bei Garantieerweiterung;639
8.6.6.5;19.6.5 Sonstige Anwendungsmöglichkeiten;640
8.7;20 Neuronale Netze;641
8.7.1;20.1 Grundlagen;642
8.7.1.1;20.1.1 Das biologische Paradigma;642
8.7.1.2;20.1.2 Aufbau und Arbeitsweise eines künstlichen Neurons;643
8.7.1.3;20.1.3 Aufbau eines neurolnalen Netzes;648
8.7.1.4;20.1.4 Arbeitsweise neuronaler Netze;650
8.7.2;20.2 Anwendung in der technischen Zuverlässigkeit;654
8.7.3;20.2.1 Neuronale Schätzung der Parameter einer Verteilungsfunktion;655
8.7.4;20.2.2 Neuronale Zuverlässigkeitsprognose;659
9;21 Literaturverzeichnis;664
10;22 Zuverlässigkeits- und sicherheitsrelevante Zeitschriften – www-Adressen;675
11;23 Softwareanbieter und Kontakte;677
12;Anhang;682
13;Stichwortverzeichnis;691
