Analyse und Nachweis der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer

Zuverlässigkeit und nutzungsgerechte Lebensdauer sind essentielle Anforderungen an automobile Komponenten und Systeme wobei Zuverlässigkeit hier auch die funktionelle Sicherheit nach VDI 26262 umfasst. Zuverlässigkeitsbetrachtungen können dabei sowohl auf technische Produkte als auch Prozesse wie Fertigungsprozesse oder Supply-Chain Management angewendet werden. Fraunhofer Automotive fokussiert vor allem auf die Zuverlässigkeit und nutzungsgerechte Lebensdauer von automobilen Komponenten und Systeme, Produktions-relevante Aspekte werden u.a. durch die Fraunhofer Automobilproduktion abgedeckt. Innerhalb Fraunhofer-Automotive werden Methoden und Verfahren entwickelt, die eine Analyse und Simulation der Nutzungsphase erlauben, um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb über eine definierte Lebensdauer zu gewährleisten.

Grundlage hierfür ist die klassische Betriebsfestigkeit, die zur zuverlässigen Bemessung von sicherheitsrelevanten Bauteilen und Systemen eingesetzt wird. Für die Lebensdauerabschätzung werden integrierte numerische und experimentelle Methoden verwendet. Genaue Kenntnisse über Schädigungsmechanismen des Werkstoffs, des Fertigungsverfahrens und der Bauteilgeometrie sowie Unsicherheiten im Entwicklungsprozess und während der Nutzungsphase erhöhen die Abschätzungsgüte. Komplementär dazu werden Methoden der Systemzuverlässigkeit wie FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) oder FTA (Fault Tree Analysis) eingesetzt, die die Berücksichtigung von Wirkbeziehung und Wahrscheinlichkeiten erlauben.

Darüber hinaus spielen bei der Auslegung und Beurteilung mechanisch oder elektro-mechanisch beanspruchter Bauteile hinsichtlich ihrer Betriebsfestigkeit/Zuverlässigkeit statistische Methoden eine zentrale Rolle. Der zu durchlaufende Prozess beginnt bei der Erfassung, Beschreibung und Modellierung der Nutzungsvariabilität und der resultierenden Beanspruchung, die sich durch Kombination des unterschiedlichen Verhaltens der Nutzer mit der jeweiligen Umgebung ergibt, auch unter Verwendung geo-referenzierter Daten. Anschließend wird ein statistisches Modell der Festigkeit benötigt. Hier greifen statistische Methoden, die gut mit kleinen Stichprobenumfängen und zensierten Daten (Durchläufern) umgehen können. Abschließend können Prognosen für die Ausfallwahrscheinlichkeit beim Kunden erstellt werden, in dem die Festigkeit mit der zeitlich fortschreibenden Beanspruchung verglichen wird.