Zuverlässigkeitstechnik

In meinem Studium der Schiffsbetriebstechnik an der Fachhochschule Flensburg hatte ich als Wahlfach unter anderem Zuverlässigkeitstechnik belegt. Das ist zwar schon ca. 35 Jahre her, aber das Wesentliche ist immer noch interessant, um Risiken und Lösungsmöglichkeiten in der Technik, aber auch in allen anderen Lebensbereichen bis hin zur Zuverlässigkeit der Funktion unserer Gesellschaft insgesamt zu sehen. Ich werde daher hier versuchen, kurz und möglichst verständlich das Wesentliche der Zuverlässigkeitstechnik zu erklären:

Die Zuverlässigkeit eines Maschinenteils oder einer Maschine wird mit einer Zahl von 0 bis 1 ausgedrückt. Da natürlich jedes Teil irgendwann kaputt geht, ist es nötig, dass man zusätzlich zur Angabe der Zuverlässigkeit eine bestimmte Zeit angibt für die die Zuverlässigkeit bestimmt wurde oder betrachtet werden soll.

Eine Zuverlässigkeit von 0 bedeutet extrem unzuverlässig. Ein Teil mit der Zuverlässigkeit null funktioniert von Anfang an nicht.

Eine Zuverlässigkeit von 1 bedeutet absolut zuverlässig. Ein Teil mit der Zuverlässigkeit 1 funktioniert immer.

Beispiel:

Man testet 1000 Lampen  5000 Stunden lang. Nach dieser Zeit sind 200 Lampen defekt.  Die Zuverlässigkeit der Lampen dieser Serie beträgt dann 0,8, wenn man diese Lampen 5000 Stunden brennen lässt.

Die Berechnung der Zuverlässigkeit einer Maschine oder eines Systems wird durchgeführt, indem man die Zuverlässigkeit aller für die Funktion erforderlichen Einzelteile miteinander multipliziert.

Beispiel:

Wir haben ein System, das aus zwei der oben erwähnten Lampen besteht. Wenn eine der Lampen ausfällt, ist das gesamte System funktionsunfähig. Wenn wir 1000 von diesen Systemen  bauen, wie viele Systeme davon werden voraussichtlich in 5000 Stunden ausfallen?

Die Zuverlässigkeit des Systems ist 0,8 x 0,8 = 0,64 Von den einhundert Systemen funktionieren nach 5000 Stunden also nur noch 640.

Wenn das System von der Funktion von 3 solcher Lampen abhängt, wäre die Gesamtzuverlässigkeit nur noch 0,8 x 0,8 x 0,8 = 0,512. Von 1000 solcher Systeme würden nach 5000 Stunden also nur noch 512 funktionieren.

Aber Vorsicht! Wenn jemand ganz unerwartet nach nur 1 Stunde Betriebsdauer kommt und nur eine der Lampen mutwillig zerstört, dann senkt er damit die Zuverlässigkeit für dieses eine System garantiert auf 0.

Wesentliche Erkenntnis: Je größer die Zahl der Einzelteile, desto geringer wird die Gesamtzuverlässigkeit. Zerstört jemand gezielt ein für die Funktion eines Systems unerlässliches Teil, dann wird damit das gesamte System funktionsunfähig.

Was kann man tun um die Zuverlässigkeit eines Systems zu verbessern?

  1. Man kann die Zahl der für die Funktion zwingend nötigen Teile verringern. Das heißt man kann die Komplexität des Systems vermindern.

  2. Man kann Teile, auf die man nicht verzichten kann mehrfach einbauen und zusätzlich eine Technik einführen, die dafür sorgt, dass ein Defekt eines solchen Teils automatisch erkannt wird und dass sofort auf eines der zusätzlichen Teile umgeschaltet wird. Zusätzlich muss man dann Alarm geben und damit die Reparatur oder den Austausch des defekten Teils anfordern. Auf großen Schiffen sind zum Beispiel alle wichtigen Schmierölpumpen und Kühlwasserpumpen doppelt vorhanden und können sich gegenseitig sofort ersetzen.  Außerdem hat man mindestens eine Garnitur Ersatzteile dabei. Wie man sieht, wird das System damit sehr schnell immer komplizierter, unübersichtlicher  und auch teurer. Außerdem sind die Systeme zur Überwachung und zum Reagieren beim Ausfall eines Teils ihrerseits wieder  fehleranfällig.

  3. Man kann einen Betrieb oder eine Gesellschaft so organisieren, dass man auf den Totalausfall eines Teils eines Systems und aller davon abhängigen Systeme flexibel und ohne katastrophale Schäden hinnehmen und sich in aller Ruhe an die Reparatur machen kann.

Kelberg, den 14. August 2014

Christoph Becker

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