Technische Zuverlässigkeit: Problematik · Mathematische Grundlagen Untersuchungsmethoden · Anwendungen

320 Pages·1977·6.16 MB·German

by  Peter Bitter

Technische Zuverlassigkeit
Technische
Zuverlassigkeit
Problematik . Mathematische Grundlagen
Untersuchungsmethoden . Anwendungen
Herausgegeben von der
Messerschmitt-B6Ikow-Blohm GmbH, Munchen
Zweite, neubearbeitete Auflage
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1977
Bearbeitet von:
Peter Bitter' Dr. Helmut GroB . Harald Hillebrand· Dieter Schmidt· Artfried Weihe
Messerschmitt-Bolkow-Blohm GmbH, MOnchen
Mit 89 Abbildungen
Library of Congress Cataloging in Publication Data Main entry under title: Technische Zuverlassigkeit.
Bibliography: p. Includes index. I. Reliability (Engineering) I. Bitter, Peter.
II. Messerschmitt-B6Ikow-Blohm G.m.b.H. TS173.T43 1977 620'.004'5 77-9294
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ISBN 978-3-540-08237-8 IS BN 978-3-662-13106-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-13106-0
© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1971 and 1977.
UrsprOnglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1977.
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von jedermann benutzt werden durften.
Offsetdruck: fotokop wilhelm weihert kg, Darmstadt· Binde!lrbeiten: Konrad Triltsch, WQrzburg
2062/3020 5 4 3 2 1 0
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage
1m Sommer 1967 begannen in der Abteilung Zuverlassigkeit der Entwick
lungsring Slid GmbH die Arbeiten im Rahmen des sog. Informationspro
gramms Zuverlassigkeit: 1m A uftrag des Bundesverteidigungsministeri
urns wurden im Laufe von eineinhalb Jahren etwa 60 "Zuverlassigkeits
Lehrbriefe" von je 5 bis 10 Seiten Umfang verfaBt und in unregelmaBiger
Folge an Dienststellen des A uftraggebers und an die Industrie verschickt.
Die einzelnen Serien behandelten die Gebiete Mathematische Grundlagen,
Methoden der Zuverlassigkeitsanalysen, Experimentelle Zuverlassigkeits
untersuchungen, Datenerfassung und -auswertung sowie Wartbarkeit.
Die Resonanz auf diese erste deutschsprachige Darstellung der Zuverliis
sigkeitsgrundlagen war liberraschend groB. Die kleine Erstauflage war
rasch vergriffen, und viele spatere Anfragen konnten nicht mehr befriedigt
werden. Von vielen Seiten wurde der Wunsch nach einer Neuauflage laut.
Nachdem die Zustimmung des AuftraggeLers zu einer Buchveri::iffentlichung
vorlag, stand der Verwirklichung dieses Vorhabens nichts mehr im Wege.
Allerdings muBten die ursprlinglich auf eine zwanglose A ufeinanderfolge
abgestimmten Texte zuvor noch einer grlindlichen Bearbeitung unterworfen
werden. Teile wurden gestrichen, andere erganzt, geandert oder neu zu
sammengefaBt.
An dieser Stelle sei dem Bundesverteidigungsministerium fUr die Freigabe
des Manuskripts zur Veri::iffentlichung ebenso gedankt wie dem Springer
Verlag fUr die sorgfaltige und solide Drucklegung.
Das Erscheinen des Buches rallt in eine Zeit, in der den Zuverlassigkeits
problem en zunehmendes Interesse entgegengebracht wird. Spektakulare
Raumfahrterfolge wurden durch die Entwicklung neuer hochzuverliissiger
V
Systeme erm6glicht. Das Gebiet der technischen ZuverHi.ssigkeit, vor nicht
allzu langer Zeit noch Domiine einige weniger Idealisten, ist heute eine
weithin anerkannte Fachdisziplin, die auch an Hochschulen und Universi
tiiten Eingang zu finden beginnt. Wir hoffen und wiinschen, mit diesem Buch
einen Beitrag zur weiteren Verbreitung diesesoArbeitsgebiets leisten zu
k6nnen.
Miinchen, im Friihjahr 1971
Der Herausgeber
VI
Vorwort zur zweiten Auflage
Seit dem Erscheinen der ersten Auflage dieses Buches sind sechs Jahre
vergangen. In diesem Zeitraum haben sich, zum Teil durch auBere Impulse
ausgel6st, auf dem noch jungen Arbeitsgebiet der Zuverlassigkeit sptirbare
Entwicklungen vollzogen. Die Neuauflage bot die Gelegenheit, die daraus ab
geleiteten Erkenntnisse einzuarbeiten und gleichzeitig Mangel der ersten
Auflage zu beseitigen, ohne die Gesamtkonzeption des Buches und das be
wahrte Gliederungsschema zu andern.
1m Zuge der Uberarbeitung wurden einige Abschnitte zusatzlich aufgenom
men, so unter anderem im Einftihrungskapitel eine Ubersicht tiber vorhan
dene Institutionen, Richtlinien urid Normen auf dem Zuverlassigkeitsgebiet,
im analytischen Teil je ein Abschnitt tiber Nii.herungsformeln, verborgene
Fehler, Fehlerbaumanalysen und Computerprogramme sowie im statisti
schen Teil eine Darstellung der Bayesschen Methode und eine ausftihrliche
A bleitung sequentieller Prtifverfahren wii.hrend der Produktion. V6llig tiber
arbeitet wurden die A bschnitte tiber Wartbarkeit und Materialerhaltung im
6. Kapitel. Ein zusatzlich angeftigtes Kapitel tiber die Zuverlassigkeit in
Beschaffungsvertragen spiegelt die bei GroBprojekten gewonnenen Erfah
rungen der jtingsten Zeit wieder.
Es liegt auf der Hand, daB bei so zahlreichen irihaltlichen Erganzungen eine
Erweiterung des Gesamtumfangs nicht zu vermeiden war. Wenn darunter
Ubersichtlichkeit und Verstandlichkeit nicht gelitten haben, ist dies ein be
sonderes Verdienst der Bearbeiter. Die zustimmenden Reaktionen auf die
erste Auflage des Buches haben gerade diese Eigenschaften hervorgehoben;
sie geben uns die Hoffnung. daB auch die Neuaufla;ge eine freundliche Auf
nahme bei den Lesern finden wird.
VII
An der Bearbeitung des Manuskripts fUr die zweite Auflage waren die fol
genden A utoren beteiligt:
Peter Bitter, Helmut GroB, Harald Hillebrand, Ernst Trotsch, Artfried
Weihe.
Munchen, im September 1977
Der Herausgeber
VIII
In haltsverzeichnis
1. Einftihrung • • • • • • • • • • • • . • • . • . • • • . . • • • . . • • • . • . . • 1
1.1. Zuverlassigkeitsbegriff und Zuverlassigkeitsarbeit. • . . . . 1
1. 2. Das Zuverlassigkeitsprogramm. • • • • • • . • • • • . . . . . • . 6
1.3. Festlegung und Optimierung von Zuverlassigkeits-
forderungen. • . . • • • • • . • • • • • • • . • • . • • • • • • • • • . . 9
1. 4. Realisierung von Zuverlassigkeitsforderungen. • • • . • • • • 15
1. 5. Zuverlassigkeitsprtifungen und Zuverlassigkeitsnachweis.. 26
1. 6. Die Zuverlassigkeitsorganisation. • . . . . . . • . • . • . • . •• 31
1.7. Institutionen, Normen und Richtlinien auf dem Zuver-
lassigkeit sgebiet ••••.•••••••.•.••.•.•••••.•• 35
Anhang 1. Definition einiger wichtiger Zuverlassigkeits-
beg riffe ••••..•..•.•.•.•.••.••••.•...••.•• 39
2. Mathematische Wahrscheinlichkeit und Boolesches Modell. • • .. 44
2.1. Der Wahrscheinlichkeitsbegriff. . • • • • • • . • • . . . • • . •• 44
2.2. Boolesche Grundstrukturen. • • • • • • • • • • • • . • • . • • . • • 50
2.3. Verallgemeinerte Boolesche Strukturen • • . • . • • • • • . •• 61
2.4. Bestimmung der Zuverlassigkeitsfunktion mit Hilfe des
Tafel verfahrens • • • • • . • • • . • . • • . . . • • • • • • • . . • .. 65
Anhang 2. Mathematische Erganzungen . . . • • . • • • . . • . . • •• 72
3. Die Zuverlassigkeitsfunktion . • • • . • • • • • • • • • • • • • • • . • .• 80
3.1. Allgemeine Betrachtungen . . • • . • • • • • • . . . • • . • • . •• 80
3.2. Zufallsausfalle und Exponentialverteilung • . . . • • . • • . •. 87
3.3. Frtih- und VerschleiBausfalle • . • . . • • • . • • • • . • . • • •• 91
Anhang 3. Mathematische Erganzungen • • • • • • • . • • • • • • • •• 102
4. Zuverlassigkeit von Systemen. • • • . . . . . . • • • • • • • . . • • . •. 105
4.1. Besonderheiten bei Systemanalysen . • • • • • . • • • • • • . •. 105
4.2. Anordnungen von Einheiten mit konstanter Ausfallrate. . .• 107
4.3. Partielle Redundanz • • • . • . • . • • • . • • • . . . . . . • . . .• 114
4.4. Stand-by-Redundanz . • • • . • • . • . • • . . . • • • • . • . • . .• 120
IX
4.5. Naherungsformeln zur Berechnung der Zuverlassigkeit
eines Systems • . • . • • . • • . • . . • • . . . • . • • • • . • • • •• 126
4.6. Verborgene Fehler • . . . • • • • • • • • • • • • . • • • • • • • . •• 131
4.7. Grenzen der Redundanz • • • • • • • • • • • • • • • • • • . • • . •• 134
4.8. Die Methode der Markow-Ketten. • • • • • • • • • • • • • • . •. 136
4.9. Fehlerbaumanalysen.......................... 155
4.10.Computerprogramme. • • • • • • • • • • • • • • • • . • • • • • . •• 156
Anhang 4. Mathematische Erganzungen . • • . • • • • • • • • . • . .. 158
5. Statistische Verfahren. • • . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . • . . •• 165
5.1. Graphische Ermittlung von ZuverlassigkeitskenngroBen. •• 165
5.2. Bestimmung von Vertrauensgrenzen fi.ir die Parameter
von Verteilungsfunktionen. • • • • • • • • • • . . . • • . . . . . •. 177
5.3. Bayessche Methode. • • • • • • . • • • • . • • . • . . . • • • • . •• 193
5. 4. Statistische Pri.ifplanung. . • • • • . • • • • • • • • • • • • • • • .• 196
Anhang 5. Mathematische Erganzungen • • . • • • . . . • . • • . . •. 215
6. Wartbarkeit und Materialerhaltung • • • • • • • • • • • • . • • • • . •• 237
6.1. Grundlagen . • • • . • . . . • • • . • • • • • • . • • • • . • • • • • .. 237
6.2. Bereitstellung gut wartbaren Gerates. . . • • • • . . • • • • •• 242
6.3. Materialerhaltungsverfahren..................... 248
6.4. Zuverlassigkeit gewarteter Systeme. • . • . • • • . • • . • • .. 253
Anhang 6. Mathematische Erganzungen • • • • . • . . . . • • • • • •• 263
7. Datenerfassung • • • • .. • • . • • . • . • • • • • • • • • . • • . • • • • • .• 266
7. 1. Grundlagen und Voraussetzungen. • • • • • • • • • • • • • • • •• 266
7.2. Erfassung der Rohdaten. • • • • • • . . • • • • . • • • • • • . • •. 270
7.3. Datenaufbereitung und A uswertung. • • • • • . . • • • • . . . •• 274
Anhang 7. ZuverliissigkeitskenngroBen und die zu ihrer
Ermittlung erforderlichen Angaben • • . • . • • • . • . . • . • • • • •• 277
8. Die Zuverlassigkeit in Beschaffungsvertragen. • • • • . • • . • • •• 280
8.1. Anwendung und Umfang . • • • • • . • . • • • • • • • • • • • • . .. 280
8.2. Zuverlassigkeitsforderungen an Systeme und Gerate. • • •• 281
8.3. Zuverlassigkeitstestvorschriften. • • • • • . . • • • • • • • • •. 287
8.4. Zuverlassigkeitstatigkeiten (auBer Tests) wahrend der
Entwicklung und Serienproduktion . . • • • • • • • • • • • • • .. 295
8.5. Zuverlassigkeitsgarantien • . • • • • • • • •• . . • • • • • • • •• 298
Anhang 8. Beispiel einer Zuverlassigkeitsspezifikation fUr
System e oder Gerate. • • • . • • • • • • • . • • • • • • • • • • • . • • • •• 302
Literaturverzeichnis • • • • • • • • • • • • • • • . . • . • . . • . . • • • • . •• 304
Sachverzeichnis • . • • • • • •. 306
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