Zuverlässigkeitsbewertung zukunftsorientierter Technologien:
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Braunschweig [u.a.]
Vieweg
1994
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Inhalt
1 Einleitung - Grundlagen der Zuverlässigkeitsbetrachtung 1
2 Probabilistische Verfahren zur quantitativen Zuverlässigkeitsbewertung -
Fehlerbaumanalyse 9
2.1 Allgemeine Übersicht 9
2.2 Bewertungskenngrößen 12
2.2.1 Zuverlässigkeitskenngrößen nicht reparierbarer Systeme 12
2.2.2 Empirische Zuverlässigkeitskenngrößen 17
2.2.3 Zuverlässigkeitskenngrößen reparierbarer Systeme,
Instandhaltung 20
2.2.4 Sicherheitskenngrößen 23
2.3 Boolesche Modellbildung (Georg Boole, 1815-1864) 29
2.3.1 Begriffe und Regeln der Booleschen Algebra 29
2.3.1.1 Die Boolesche Funktion 29
2.3.1.2 Die Grundverknüpfungen 32
2.3.1.3 Axiome der Booleschen Algebra 36
2.3.1.4 Das Karnaugh-Veitch-Diagramm 38
2.3.1.5 Kanonische Darstellung von Booleschen Funktionen ... 40
2.3.1.6 Shannonsche Zerlegung 49
2.3.1.7 Die Boolesche Funktion mit reellen Variablen 52
2.3.2 Die Systemfunktion 54
2.3.3 Einführung von Wahrscheinlichkeiten 59
2.3.4 Die Fehlerbaumanalyse 62
2.3.4.1 Einführung 62
2.3.4.2 Darstellung monotoner Strukturen durch
Minimalpfade und Minimalschnitte 67
2.3.4.3 Quantitative Fehlerbaumauswertung 72
2.3.5 Importanzkenngrößen 83
2.3.5.1 Die strukturelle Importanz 83
2.3.5.2 Die marginale Importanz 87
2.3.5.3 Die fraktionale Importanz 91
2.3.5.4 Die Barlow-Proschan-Importanz 92
3 Die Fehler-Möglichkeits- und Einflußanalyse (FMEA) als qualitatives
Verfahren zur Zuverlässigkeitsbewertung 95
3.1 Einführung 95
3.2 Die Listen-FMEA 97
VIII 3.3 Die Top-Down-FMEA 105
3.4 Die Matrix-FMEA 109
3.5 Design of Experiments 112
4 Fehlerbetrachtung, Strukturanalysen und Redundanzprinzipien bei
elektronischen Systemen 121
4.1 Charakterisierung von Fehlern 123
4.2 Zuverlässigkeit und Sicherheit durch Fehlerbeherrschung und
Fehlervermeidung 126
4.2.1 Beherrschung von Fehlern 128
4.2.2 Anforderungsklassen 132
4.2.3 Strukturelle Maßnahmen zur Fehlerbeherrschung auf
Systemebene 136
4.3 Schaltungskonzepte von Rechnerstrukturen 154
4.3.1 Vor- und Nachteile einkanaliger Strukturen 156
4.3.2 Einkanalige Strukturen mit Selbsttest 158
4.3.3 Einkanaliges Steuerungssystem mit sicherem Zustand 160
4.3.4 Zweikanaliges Steuerungssystem mit sicherem Zustand 162
4.3.5 Zweikanaliges Steuerungssystem ohne sicheren Zustand 164
4.3.6 Dreikanaliges Steuerungssystem ohne sicheren Zustand 166
5 Zuverlässigkeit von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS)
für Automatisierungssysteme 169
5.1 Aufbau einer speicherprogrammierbaren Steuerung 170
5.2 Anforderungen an sicherheitsgerichtete SPS 177
5.3 Bewertung fehlertoleranter SPS mittels Fehlerbaumanalyse 189
6 Das Zuverlässigkeits- und Sicherheitskonzept der Verkehrsluftfahrt 195
6.1 Die Sicherheitsphilosophie im Flugverkehr 198
6.2 Sicherheitsklassen 200
6.2.1 Die geforderte Zuverlässigkeit 201
6.2.2 Kategorisierung von Fehlern 202
6.3 Methodik zur Bestimmung von Gefährdungsklassen 207
6.3.1 Funktionen der Flugzeughilfsturbine APU 207
6.3.2 Bestimmung der Funktionskritikalität 208
7 Das Zuverlässigkeits- und Sicherheitskonzept des Schienenverkehrs ..214
7.1 Die Sicherheitsstrategie im schienengebundenen Verkehr 214
7.2 Die Sicherheitsphilosophie im Schienenverkehr 216
7.3 Klassifizierung der Sicherheit 217
7.4 Die technische Realisierung der Sicherheit 218
7.4.1 Der signaltechnisch sichere Gefahrenausschluß 218
7.4.1.1 Der direkte Gefahrenausschluß 218
IX
7.4.1.2 Der indirekte Gefahrenausschluß 219
7.4.2 SIMIS - Ein ausfallsicheres Mikrorechnersystem 223
7.4.2.1 Sicherheitsprinzip 223
7.4.2.2 Fehlerbeherrschung mit SIMIS 227
7.4.2.2.1 Einzelfehler 227
7.4.2.2.2 Systematische Mehrfachfehler 228
7.4.2.2.3 Folgeausfälle im gleichen Zeitintervall 230
7.4.2.2.4 Mehrfachausfälle 232
8 Zuverlässigkeits- und Sicherheitskonzept für elektrische Systeme im
Kraftfahrzeug 234
8.1 Einleitung 234
8.2 Charakterisierung des Kraftfahrzeug-Elektronikeinsatzes 239
8.2.1 Generelle Überlegung zur Konzeption und Lebensdauer 239
8.2.2 Einsatzbedingungen als Ausfallursache für die Elektronik
im Kraftfahrzeug 244
8.3 Zuverlässigkeit und Sicherheit eines Antiblockiersystems 254
8.3.1 Funktionsweise und Aufbau des ABS 257
8.3.2 Signalverarbeitung im ABS-Steuergerät 260
8.3.3 Beispielhafte Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanalyse
(Fehlerbaumanalyse) für das Steuergerät eines
Antiblockiersystems 270
9 Verkehrsleittech nische Systeme 282
9.1 Straßenverkehrs-Signalanlagen 283
9.2 Zuverlässigkeit von Straßenverkehrs-Signalanlagen 290
9.3 Verkehrsleit- und Informationssysteme 302
9.3.1 Übersicht 302
9.3.2 Verkehrsfunk 304
9.3.3 Elektronischer Verkehrslotse für Autofahrer (EVA) 307
9.3.4 Der Travelpilot 309
9.3.5 ALI-Scout 309
9.4 Das Europäische Forschungsprogramm PROMETHEUS 313
9.4.1 Programmorganisation 313
9.4.2 Programmansatz und Methodik 314
9.4.3 Programmaufbau (Kurzdarstellung) 316
9.4.3.1 PRO-CAR 316
9.4.3.2 PRO-NET 318
9.4.3.3 PRO-ROAD 319
9.4.3.4 PRO-ART (Artificial Intelligence) 320
9.4.3.5 PRO-CHIP 320
9.4.3.6 PRO-COM 320
9.4.3.7 PRO-GENERAL 320
9.4.4 Zuverlässigkeit und Sicherheit 320
x ^ 10 Verfügbarkeitsanalyse für Fertigungsanlagen 323
10.1 Zuverlässigkeitstechnische Untersuchung einer Fertigungsstraße
anhand ihrer Stillstands- und Instandsetzungszeiten 325
10.2 Verfügbarkeitsuntersuchung für eine flexible Fertigungsstraße zur
Produktion von Lenkgehäusen 331
10.2.1 Beschreibung der flexiblen Fertigungsanlage 331
10.2.2 Datenerfassung und -auswertung 337
10.2.3 Ermittlung der Dauerverfügbarkeit 341
11 Erfassung und Auswertung von empirischen Zuverlässigkeitsdaten ....344
11.1 Allgemeine Betrachtungen 344
11.2 Ermittlung empirischer Zuverlässigkeitskenngrößen 353
12 Zuverlässigkeitswachstum 368
12.1 Übersicht und Einteilung von Zuverlässigkeits-Wachstumsmodellen ....369
12.2 Das Duane-Modell 373
12.3 Das AMSAA-Modell 378
12.4 Anwendung des Zuverlässigkeitswachstums-Modells AMSAA
am Beispiel einer Flugzeughilfsturbine 380
12.4.1 Beschreibung des Systems 380
12.4.2 Datenauswahl 381
12.4.3 Datenmanipulation 382
12.4.4 Berechnung der Wachstumsparameter und graphische
Darstellung des Zuverlässigkeitswachstums 390
13 Zuverlässigkeit und Software 396
13.1 Zuverlässigkeit als Softwarequalität 399
13.2 Konstruktive Maßnahmen 403
13.3 Analytische Maßnahmen 405
13.3.1 Das Jelinski-Moranda-Modell 412
13.3.2 Das Goel-Okumoto-Modell 413
13.3.3 Neuere Modelle 418
13.4 Fehlertolerante Software 420
14 Literatur 429
14.1 Zitierte Quellen 429
14.2 Bücher 446
Register 452
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