Erprobung mit Stückzahl 1 - HALT Test und die Verifikation von Annahmen
Sie wollen mit der Stückzahl eins erproben? Und dabei möglichst alles bisherige Wissen Ihrer Entwicklung einbeziehen, bzw. Sie wollen Ihr Produkt erst einmal verstehen? In diesem dritten Artikel der dreiteiligen Artikelserie beleuchten wir zwei qualitative Erprobungskonzepte, den HALT Test und die Verifikation von Annahmen (bzw. die Suche nach schwarzen Schwänen)!
In diesem Artikel lernen Sie,
- Wie Sie ein komplett neues Produkt und dessen Schwachstellen experimentell sehr effizient kennenlernen können
- Wie Sie Ihre bisherige Zuverlässigkeitsarbeit (wie Simulationen, Berechnungen, Werkstoffuntersuchungen, ....) effektiv nutzen können um die Stückzahl zu reduzieren
- Welche Risiken Sie dabei eingehen, und worauf man bei einer Zuverlässigkeitsaussage achten muss
- Einen kurzen Überblick über alle vorgestellten Methoden kennen.
Inhalt
1 Kurzfassung
Erprobungskosten beeinflussen maßgeblich das Budget von Entwicklungsabteilungen auf Grund hoher Musterkosten, Erprobungsdauern und -komplexität sowie Stückzahlen der Erprobungsträger. Wir wollen in diesem Artikel auf die Erprobung mit zwei komplett unterschiedlichen Zielen schauen. D.h. wir betrachten die Erprobung von zwei unterschiedlichen Produktentwicklungen:
- Es wird ein komplett neues Produkt entwickelt, für welches im Unternehmen bisher kaum oder keine Erfahrungen vorliegen. Ziel ist es mit diesem Produkt z.B. neue Märkte zu erschließen.
- Es wird eine neue Generation eines bestehenden Produktes entwickelt. Ziel ist es z.B. neue Kundenwünsche zu berücksichtigen und die eigene Marktposition zu erhalten.
Beide Ziele kann man mit sog. qualitativen Erprobungsmethoden erreichen. Das sind Erprobungsmethoden, welche am Ende der Erprobung keine zahlenmäßige Aussage über die nachgewiesene Zuverlässigkeit liefern. Trotzdem sind die Ergebnisse dieser Erprobungskonzepte sehr wertvoll und direkt nutzbar.
Die beiden Konzepte sind:
- HALT-Tests (Highly Accelerated Life): Qualitative Tests zur Identifizierung von Schwachstellen durch extreme Belastungen.
- Verifikation von Annahmen: Erprobung während der Produktentwicklung zur Identifizierung von Unsicherheiten.
2 Zielsetzung
Generell gilt, je mehr Wissen im Unternehmen zur Zuverlässigkeit des Produktes vorhanden ist, umso geringer kann die Erprobung ausfallen. D.h. je genauer die Wirkzusammenhänge bzgl. der Zuverlässigkeit verstanden sind, umso geringer kann die Anzahl an Eprobungsträgern ausfallen.
Für komplett neue Produkte liegt kein oder kaum Vorwissen im Unternehmen vor. Im Sinne eines effektiven Entwicklungsablaufs gilt es also, möglichst schnell, möglichst viel Wissen aufzubauen. Am schnellsten ist dies wahrscheinlich experimentell möglich. Denn, das Experiment am realen Produkt unter realitätsnahmen Lasten zeigt direkt die Schwachstellen des Produktes auf. Nachteilig ist daran jedoch, dass ein Produkt als Hardware vorliegen muss.
Mit dem HALT Test kann diese Forderung nach dem Auffinden der potenziell kritischsten Schwachstellen mit sehr geringen Stückzahlen erreicht werden.
Für die nächste Generation eines bereits erfolgreichen Produktes liegt dagegen viel Vorwissen im Unternehmen vor. Schließlich wurde die Vorgängergeneration ja erfolgreich konstruiert, simuliert, ausgelegt, erprobt und verkauft. Jetzt befinden sich die Produkte im Feld und funktionieren zuverlässig. Vor diesem Hintergrund müsste sich jetzt, da mehr Wissen vorliegt auch die Erprobung reduzieren lassen.
Im zweiten Artikel zum Success Run dieser Artikelreihe wurde gezeigt, dass eine rein statistische Erprobung mit Stückzahl 1 theoretisch möglich, aber nur bedingt sinnvoll ist. Damit fällt der Success Run als mögliche Erprobung weg.
Andererseits ist die Erprobung üblicherweise ja immer der letzte Schritt im Prozess der Zuverlässigkeitsentwicklung. Es wurden vor der Erprobung viele Simulationen, Berechnungen, Auslegungen, Erprobungen, Werkstofftests, ... erfolgreich durchgeführt. Dadurch liegt ein hohes Maß an Wissen vor. Im besten Fall kann davon ausgegangen werden, dass das Produkt wegen der guten Auslegung in einer Erprobung nicht ausfallen wird. Denn es wurden ja alle potenziellen Risiken bereits in der Auslegung minimiert.
Einzige Ausnahme ist, dass im Rahmen des Entwicklungsprozesses Annahmen (z.B. zu Lasten oder Werkstoffeigenschaften) getroffen wurden, welche falsch waren.
Ziel des Erprobungskonzeptes zur Verifikation der Annahmen ist es, im Rahmen der Erprobung genau diese zu überprüfen. Dazu sind dann nur sehr geringe Stückzahlen nötig, da ja kein statistischer Nachweis geführt werden muss, sondern systematische Fehler gesucht werden.
3 Möglichkeit 4: Der HALT Test
Liegen keine oder kaum Erfahrungen zu dem zu entwickelnden Produkt vor, bietet sich der HALT Test an. Dieser findet potenzielle Schwachstellen sehr effektiv und identifiziert die kritischsten Schadensmechanismen.
3.1 Ziel
Nach dem White Paper von Hallmann zum HALT Test wurde der HALT Test in den 1980er Jahre entwickelt. Gunn, Malik und Mazumdar haben 1981 einen HAST Test (Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test Technique) vorgeschlagen (J. E. Gunn, K. M. Sushil und M. M. Purabi, „Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test Technique (HAST),“ 19th International Reliability Physics Symposium, 7 4 1981). Munikoti und Dhar schlugen dann einen HALT Test (HALT (Highly Accelerated Life Testing) für Keramik Kondensatoren vor (R. Munikoti und P. Dhar, „Low-voltage failures in multilayer ceramic capacitors: a new accelerated stress screen,“ IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, Bd. 11, pp. 346-350, 1988). Nach Hobbs wurde der Begriff HALT von ihm im Jahre 1988 geprägt.
Das wichtigste Ziel dieses Tests ist die Bestimmung von Belastungsgrenzen der Bauteile unter deutlich erhöhten (highly accelerated) Umweltbelastungen. D.h. es wird immer so lange getestet, bis das Bauteil ausfällt und die Belastungen liegen deutlich über den vorgegebenen Grenzlasten. Ziel ist immer die Grenze des Bauteils zu ermitteln, es ist nicht das Ziel, die erwarteten Ausfälle im Test zu simulieren! Leiter existiert kein internationaler Standard.
Dabei werden die Belastungen schrittweise bis zum Ausfall des Bauteils erhöht, siehe auch folgende Abbildung. Häufig wird auch zuerst nur die Temperatur schrittweise erhöht und abgesenkt, dann folgen im zweiten Schritt Temperaturwechsel, danach Vibrations-/Schockbelastungen unterschiedlicher Höhe und am Schluss dann eine kombinierte thermische und Vibrationsbelastung.

Abbildung 1: Vorgehen bei der HALT Erprobung
Diese Umweltbelastungen sind z.B. thermische-, elektrische- und Vibrationslasten. Wurden diese Belastungsgrenzen gefunden, da das Bauteil versagt hat, folgt eine Ursachenanalyse (d.h. alle Ausfälle / Fehler müssen verstanden sein). Daran anschließend geschieht die Produktoptimierung. D.h. die Entscheidung, welche der Fehler behoben werden sollen, und welche nicht.
Da es keine Korrelation zu den Feldlasten gibt, kann man auch keine Lebensdauer oder Ausfallwahrscheinlichkeit nachweisen. Der HALT / HAST Test hat damit nicht die Aufgabe die Lebensdauer oder auch die zu erwartende Ausfallwahrscheinlichkeit eines Produktes zu ermitteln. Vielmehr gilt es die Schwachstellen zu finden, und dann die Robustheit des Produkts zu optimieren. Der HALT / HAST ist damit eine qualitative Testmethode. Die Stückzahl für die Erprobung liegt bei wenigen Teilen (n = 1…10).
Dem HALT / HAST Test liegt folgende Philosophie zu Grunde. Es wird angenommen, dass die gefundenen Schwachstellen auch im Feld in derselben Reihenfolge auftreten. Außerdem werden die Lasten als zyklisch angenommen. Die Lasten sind damit nicht konstant über der Zeit, sondern variieren, etwa in Form von Temperaturhüben oder Vibrationen. Dadurch werden auch Feldlasten wie Tag-Nacht Zyklen abgebildet.
3.2 Vorgehen
Das typische Vorgehen eines HALT/HAST Tests folgt den fünf Schritten des Prüfzyklus von folgender Abbildung.

Abbildung 2: Prüfzyklus des HALT Tests
Nach obigem Zyklus wird zuerst der Prüfling hergestellt und in der Testvorrichtung aufgebaut.
Anschließend wird der eigentliche Test durchgeführt, d.h. es werden die Lasten auf den Prüfling aufgebracht und schrittweise erhöht, siehe dazu auch Abbildung 1. D.h. es können sowohl konstante Lasten, als auch Lastwechsel wie Temperaturhübe, Schwingungen realisiert werden. Üblicherweise werden die Prüflinge in Prüfkammern getestet, welche Temperaturbelastungen im Prüfling erzeugen. Da der Prüfling auf einem Schwingtisch in der Temperaturkammer montiert ist, können zusätzlich Vibrationslasten aufgebracht werden. Handelt es sich um einen elektronischen Prüfling, können auch noch elektrische Lasten variiert werden.
Die Lasten werden solange erhöht, bis es zum Ausfall des Prüflings kommt. Alle Ausfälle werden dann sorgsam analysiert und die Ausfallursache (der relevante Schadensmechanismus) bewertet und verstanden. Dieser Schritt ist oftmals der aufwändigste. Ausfallursachen können z.B. Ermüdung, Verscheiß, Reibkorrosion, … sein.
Für jeden Ausfall wird jetzt entschieden, wie weiter vorgegangen wird. Konkret wird entschieden ob der Fehler behoben werden soll, oder ob man mit dem Fehler leben kann.
Beispiele für zu behebende Fehler sind etwa feldrelevante und sicherheitsrelevante Fehler, oder einfach behebbare Fehler.
Beispiele für nicht zu behebende Fehler sind solche, die durch klare Überlasten außerhalb der Spezifikation hervorgerufen wurden.
Für alle zu behebenden Fehler müssen jetzt konstruktive Änderungen vorgeschlagen und umgesetzt werden. Anschließend kann der Test wiederholt werden um die Wirksamkeit zu bestätigen.
Typische Fehler die gefunden werden sind etwa:
- Lose schrauben,
- Lockere Kabel, oder Risse in Bauteilen
- Reibkorrosion
- Lose Stecker
- Gebrochene Schweißstellen.
Typische Beispiele sind Elektronikbauteile, oder Bauteile, die Elektronikkomponenten enthalten. Ein klassisches Beispiel ist die Erprobung von z.B. Schweinwerferanlagen für PKW, welche neu entwickelt werden. Hier gilt es bei einer Neuentwicklung die potenziell kritischsten Komponenten zu finden und dann das Produkt zu optimieren.
3.3 Fazit
Eine Erprobung mit n = 1 ist möglich, wenn man die Stückzahl auf jede Lastart bezieht.
Voraussetzung für die Anwendung dieses Konzepts ist, dass die speziellen Prüfkammern und die Lastprofile vorliegen.
Vorteile:
- Schnell und auch preiswert, da der Versuch nur etwa 2…5 Tage dauert
- Es werden erfahrungsgemäß die kritischsten Fehlermechanismen aufgedeckt
- Bietet sich für Nachweise an, die rechnerisch schwierig oder nicht möglich sind (z.B. Robustheit von Steckverbindungen)
- Potenzielle Schwachstellen neuer Produkte können gut identifiziert werden
- Bietet sich für Nachweise an, die rechnerisch schwierig oder nicht möglich sind (z.B. Robustheit von Steckverbindungen)
Nachteile dieser Versuchsführung sind:
- Es gibt keinen Beweis für die Wirksamkeit, da keine Korrelation zw. Feld und Test existiert
- Die Versuchsführung ist eine Philosophie / Haltung / Einstellung. Diese wird nicht von jedem mitgetragen
- Es muss ein Versuchsträger vorhanden sein, d.h. dieser Test ist in frühen Musterphase oder für sehr teure Prototypen nicht anwendbar
- Es kann schwierig sein, zu entscheiden, ob der gefundene Fehler im Feld relevant ist, und damit zu entscheiden, ob eine Konstruktive Anpassung erfolgen muss
- In deutschland kaum bekannt und deshalb kaum akzeptiert
Einsatzmöglichkeiten:
- Relativvergleiche sind gut möglich, etwa Vergleich von Entwicklungsschritten, Bewertung der Qualität von Zulieferern,
- Bei neuen Produkten mit wenig Erfahrungen lassen sich schnell potenzielle Fehler finden
Nicht geeignet ist der HALT/HAST dagegen für z.B.
- Den Nachweis einer geforderten Lebensdauer oder Ausfallwahrscheinlichkeit, da keine statistische oder auch physikalische Beziehung zur Feldbelastung vorliegt
- Potenzielle Fehler, deren Ursache sich nicht durch die Lasten in der Prüfkammer anregen lassen (z.B. Korrosion, Alterung, …).
4 Möglichkeit 5: Die Verifikation von Annahmen / das Finden schwarzer Schwäne
Die Idee für diesen unüblichen Begriff des Auffindens von schwarzen Schwänen liefert Taleb in seinem Buch „Der Schwarze Schwan“* . Dieser Begriff wurde für die Erprobung übernommen. Nach Taleb ist ein Schwarzer Schwan ein Ereignis, "auf das drei Dinge zutreffen: Es ist erstens ein Ausreißer – es liegt außerhalb der regulären Erwartungen, nichts in der Vergangenheit weist darauf hin. Es hat zweitens enorme Auswirkungen. Drittens bringt uns die menschliche Natur dazu, im Nachhinein Erklärungen für sein Eintreten zu konstruieren, um es erklärbar und vorhersagbar zu machen."
Taleb beschreibt, wie unvorhersehbare, bezeichnet seltene Ereignisse mit enormen Auswirkungen (z.B. die Finanzkrise 2007, oder den technologischen Durchbruch des Handys) als Schwarze Schwäne. Diese Ereignisse werden im Nachhinein! als logisch erklärt.
Der Begriff des schwarzen Schwans wurde geprägt, da man in Europa nur weiße Schwäne kannte und deshalb davon ausging, dass alle Schwäne weiß sind. Diese Annahme stellte sich als falsch heraus, als Seefahrer schwarze Schwäne in Australien fanden und damit ein ganzes Weltbild auf den Kopf stellten.
Gemeinsam haben diese Ereignisse, dass sie sich nicht mit statischen Methoden vorhersagen lassen! Am Beispiel der Schwäne war man sich zu 100% sicher, dass Schwäne weiß sind, da alle Stichproben genau darauf hindeuteten.
Die Schlussfolgerung daraus ist, dass man Unsicherheiten akzeptiert, und sich nicht blind auf reine Statistik verlässt.
Dieses Wissen kann man auf die Erprobung übertragen. Denn auch hier gilt, man kann Bauteile mit beliebig hohe Stückzahlen testen, oder auch auf beliebige kleine Ausfallwahrscheinlichkeiten auslegen und sich dann sehr sicher fühlen. Wurden allerdings bei der Berechnung oder der Erprobung relevante Einflüsse z.B. Wechselwirkungen zwischen Bauteilen vergessen (etwa Korrosion, oder durchfahrene Eigenfrequenzen), dann werden diese Einflüsse irgendwann zum plötzlichen und massenhaften Ausfall des Bauteils führen. Und dies trotz der vorigen hohen Stückzahlen in der Erprobung oder der sehr guten Berechnung.
Häufig liegen diese Unsicherheiten in den mehr oder weniger bewussten Annahmen, die bei der Auslegung oder Berechnung des Bauteils zugrunde gelegt wurden.
4.1 Ziel
Die Idee für dieses Konzept ist folgende. Im Rahmen der Entwicklungstätigkeit wird die Zuverlässigkeit (ZUV) von Produkten durch eine Vielzahl an Maßnahmen sichergestellt (siehe Abbildung 3). Diese Maßnahmen sind neben der Erprobung
- Simulationen,
- Rechnungen,
- Messungen,
- Kundenbefragungen, ….

Abbildung 3: Maßnahmen zur Absicherung der Zuverlässigkeit (ZUV) neben der Erprobung
Man erkennt, dass die Erprobung nur einen kleinen Teil der gesamten Zuverlässigkeitsabsicherung darstellt.
Wurden alle diese Maßnahmen erfolgreich umgesetzt ist man sich eigentlich sicher, dass das Produkt zuverlässig funktioniert. Die Erprobung mit n = 1 dient dazu, die getroffenen Annahmen zu überprüfen und die Zuverlässigkeitsarbeit zu
bestätigen. Ist eine falsche Annahme getroffen worden, dann ist dies ein systematischer Fehler, der deutlich vor der nachzuweisenden Einsatzdauer auftritt. Es handelt sich also um einen systematischen Fehler. Deshalb ist nur eine Erprobung mit geringen Stichprobenumfängen nötig.
4.2 Vorgehen
Zur Erklärung dieses Erprobungskonzeptes dient untere Abbildung 4. In diesem Beispiel soll das Produkt (ein Elektromotor eines PKW) durch eine Erprobung freigegeben werden. Es werden zwei Konzepte als Gegenpole zueinander miteinander verglichen. Der linke (rote) Ast beschreibt die rein statistische Erprobung. Der rechte (grüne) Ast beschreibt die Verifikation der Annahmen.

Abbildung 4: Vergleich der beiden Validierungsmöglichkeiten (links: statistische Erprobung, rechts: Verifikation von Annahmen)
Beiden Konzepten ist gleich, dass die Anforderungen und die Belastungen an das Produkt bekannt sind (z.B. Lastkollektive, Umgebungstemperaturen, Nutzertypen, geforderte Zuverlässigkeiten und Nutzungsdauern). Sie unterscheiden sich in der Anzahl der Versuchsträger (Stichprobe) bei der Erprobung.
4.3.1 Die rein statistische Erprobung
Bei der rein statistischen Erprobung ist relativ wenig Vorarbeit in Form von Simulationen, Berechnungen oder Werkstoffversuchen zur Auslegung der Bauteile auf die Zuverlässigkeit erfolgt. Der Nachweis der Zuverlässigkeit des Produktes geschieht allein durch eine genügend große Anzahl an Versuchen (eine große Stichprobe) z.B. durch Success-Run Erprobungen am Prüfstand (für ein bis zwei Schadensmechanismen je Erprobung). Die Erprobung geschieht überwiegend auf Baugruppen- oder Produktebene und setzt nur grundlegende Kenntnisse der relevanten Schadensmechanismen (SM) voraus. Schadensmechanismen sind die physikalische Ursache für den Ausfall eines Bauteils, z.B. der Bruch einer Welle, das Altern des Fettes eines Kugellagers, das Pitting in einem Zahnrad, Spannungsdurchschläge in einer elektrischen Isolation, Versprödung einer Dichtung. Auf dieses Konzept wird hier nicht näher eingegangen.
4.3.2 Die Verifikation der Annahmen / das Finden schwarzer Schwäne
Bei der Verifikation der getroffenen Annahmen (rechter, grüner Ast von Abbildung 4‑3) wird die Zuverlässigkeit des Produktes in zwei Schritten verifiziert.
- Zuverlässigkeitsgestaltung: Zuerst erfolgt eine Zuverlässigkeitsgestaltung. In diesem Schritt werden alle getroffenen Annahmen (z.B. die Vernachlässigung von Wechselwirkungen zwischen Bauteilen oder die Annahmen oder dass alle Schadensmechanismen gefunden wurden) dokumentiert.
- Verifikation von Annahmen: Danach werden die offenen Annahmen durch gezielte Maßnahmen verifiziert.
Beim ersten Schritt, der Zuverlässigkeitsgestaltung, wird viel Vorarbeit geleistet. Diese Vorarbeit erfolgt durch eine genaue Analyse der möglichen Schadensmechanismen. Diese können z.B. mittels der FMEA (Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse) oder aus Erfahrung bestimmt werden. Sind diese gesammelt und bekannt, dann kann jeder dieser SM ausgelegt werden. D.h. der Bruch einer Welle kann durch Simulationen und Berechnungen nach Normen berechnet oder die Versprödung einer Dichtung kann durch Werkstoffversuche bestimmt werden. Dadurch kann dann das Design des Bauteils so angepasst werden, dass es den Anforderungen an das Produkt zuverlässig widersteht. Eine solche Auslegung muss für jeden bekannten SM erfolgen. In diesem Schritt werden alle getroffenen Annahmen, z.B. die Vernachlässigung von Wechselwirkungen zwischen Bauteilen oder die Annahmen, dass alle Schadensmechanismen gefunden wurden, dokumentiert.
In diesem Schritt entsteht somit automatisch ein hohes Maß an Wissen im Unternehmen. Dieses Wissen kann dann bei der Auslegung der nächsten Produktgeneration (oder bei Produktvarianten) als Vorwissen genutzt werden. Die Aussagen daraus sind meist sehr genau und können oft gut auf andere Designs oder Werkstoffe übertragen werden. Nachteilig ist, dass hierfür viel Zeit und Engineering Aufwand nötig ist.
Im zweiten Schritt, werden die bewusst, oder unbewusst getroffenen Annahmen (z.B. die Vernachlässigung von Wechselwirkungen zwischen Bauteilen oder der Annahme, dass alle Schadensmechanismen gefunden wurden) durch gezielte Maßnahmen verifiziert. Das können z.B. sein: Dauerläufe zur Absicherung, dass nicht weitere Schadensmechanismen angeregt werden oder keine Wechselwirkungen zwischen den Schadensmechanismen vorliegen. Weitere Maßnahmen können Messungen sein, um die realen Lasten im Fahrzeug um abzusichern und damit sicherzustellen, dass die Lastannahmen der Simulationen richtig waren.
4.3 Fazit
Eine Erprobung mit n=1 ist sinnvoll möglich, wenn eine gute Zuverlässigkeitsarbeit vorab geleistet wurde.
Vorteile:
- Nutzt das Vorwissen
- Ist effizient
- Wird oft bereits mehr oder weniger bewusst gemacht. Denn meistens werden Erprobungen mit n = 1...2 Dauerläufen durchgeführt.
- Gute Bestätigung einer Auslegung
Nachteile:
- Keine quantitative Aussage möglich. D.h. nicht geeignet für Nachweis einer geforderten Lebensdauer oder Zuverlässigkeit. Kann aber um einen rechnerischen Nachweis ergänzt werden, welcher dann diese Aussagen trifft.
- Versuchsführung ist eine Philosophie / Haltung / Einstellung. Diese wird nicht von jedem mitgetragen
- Ist wegen der Vorarbeit aufwändig
Einsatzmöglichkeiten:
Wird, wie oben beschrieben in vielen Fällen bereits mehr oder weniger bewusst gemacht. Die Verifikation von Annahmen eignet sich gut für den Nachweis der Zuverlässigkeit, wenn gute Zuverlässigkeitsarbeit möglich ist.
5 Auf den Punkt:
Im ersten Blogartikel wurden die grundlegenden Herausforderungen bei der Erprobung mit sehr kleinen Stückzahlen beleuchtet. Außerdem wurde der rechnerische Nachweis vorgestellt.
Im zweiten Blogartikel haben wir die erfahrungsbasierte Erprobung und den Success Run erklärt.
In diesem dritten Teil haben wir die zwei zusätzlichen, qualitativen Erprobungen vorgestellt:
- der HALT Test
- die Verifikation von Annahmen.
5.1 Zusammenfassung
Es werden die Erprobungskonzepte noch einmal kurz zusammengefasst.
5.1.1 Der rein rechnerische Nachweis:
- der rechnerische Nachweis nutzt bewährte Normen und Richtlinien, um auf umfangreiche physische Tests zu verzichten – vorausgesetzt, die von der Norm / Richtlinie geforderten Lasten und Randbedingungen werden exakt eingehalten ist dies eine sehr gute und sichere Methode
- außerdem besticht der rechnerische Nachweis durch seine Schnelligkeit und Kostenersparnis
- das Risiko ist jedoch, dass bei der Berechnung wesentliche Einflüsse vernachlässigt werden, welche dann zu Feldproblemen führen können.
5.1.2 Die erfahrungsbasiert Erprobung:
- die erfahrungsbasierte Erprobung nutzt bewährte Versuche und Erprobungen von Vorgängerprodukten, um das neu freizugebende Produkt zu Erproben.
- Vorteil dieses Konzeptes sind die einfache Festlegung der Erprobung
- Voraussetzung für die Anwendung dieses Konzepts ist, dass robuste, im Feld befindliche Referenzbauteile vorliegen und die Vergleichbarkeit hinsichtlich Materialien, Prozesse, Dimensionen und Lasten gegeben und quantifizierbar ist.
5.1.3 Der Success Run Versuch:
- Statistisch lässt sich beim Success Run die notwendige Stichprobengröße durch Lebensdauerverhältnisse und Raffungsfaktoren auf einen Prüfling begrenzen.
- Ein Prüfling liefert keine statistischen Aussagen. Deshalb muss mit Grenzmustern gearbeitet werden.
- Durch die große Verbreitung und Bekanntheit des Success Run Versuches ist dieser gerne genutzt
- Es kann keine Aussagen über den Schadensmechanismus getroffen werden.
- Es müssen der Formparameter b der Weibullverteilung sowie ein etwaiger Raffungsfaktor AF bekannt sein.
- Da den Vorteilen bei sehr geringen Stichproben viele Nachteile gegenüberstehen, wird diese Versuchsführung nur selten angewandt.
5.1.4 Der HALT Test:
- der HALT Test liefert quantitative Aussagen und lässt sich auf einen Prüfling je Lastart beschränken.
- Es werden erfahrungsgemäß die kritischsten Fehlermechanismen aufgedeckt
- Bietet sich für Nachweise an, die rechnerisch schwierig oder nicht möglich sind (z.B. Robustheit von Steckverbindungen)
- Es gibt keinen Beweis für die Wirksamkeit, da keine Korrelation zw. Feld und Test existiert
- Einsatzmöglichkeiten sind Relativvergleiche und neuen Produkten mit wenig Erfahrungen um potenzielle Risiken schnell zu finden
5.1.5 Die Verifikation von Annahmen:
- Die Verifikation von Annahmen nutzt das Vorwissen effektiv und lässt sich auf einen Prüfling begränzen
- Wird oft bereits mehr oder weniger bewusst gemacht. Denn meistens werden Erprobungen mit n = 1...2 Dauerläufen durchgeführt.
- Liefert eine gute Bestätigung der Zuverlässigkeitsarbeit
- Keine quantitative Aussage möglich. D.h. nicht geeignet für Nachweis einer geforderten Lebensdauer oder Zuverlässigkeit. Kann aber um einen rechnerischen Nachweis ergänzt werden, welcher dann diese Aussagen trifft.
- Benötigt unbedingt eine gute Zuverlässigkeitsarbeit!
- Wird, wie oben beschrieben in vielen Fällen bereits mehr oder weniger bewusst gemacht. Die Verifikation von Annahmen eignet sich gut für den Nachweis der Zuverlässigkeit, wenn gute Zuverlässigkeitsarbeit möglich ist.
5.2 Schlussfolgerung und Empfehlung
Aus den Ausführungen des obigen Berichts lässt sich folgendes Schlussfolgern:
Kombination von rechnerischem und experimentellem Nachweis:
- Ein rein experimenteller Nachweis hoher Zuverlässigkeit ist nicht praktikabel, da der Stichprobenumfang zu hoch wäre.
- Ein rein rechnerischer Nachweis ist ebenfalls unzureichend, da viele Annahmen getroffen werden müssen, die die Aussagegenauigkeit mindern.
- Die optimale Lösung liegt in einer Kombination aus beiden Ansätzen.
Minimierung des Stichprobenumfangs:
- Der rein experimentelle Nachweis nach dem Success Run benötigt oft große Stichproben, um statistische Aussagen zu ermöglichen.
- Alternativ kann durch eine gezielte Validierung von Annahmen der Stichprobenumfang reduziert werden, indem bekannte Schadensmechanismen rechnerisch abgesichert werden. Eine Erprobung ist dann nur noch dazu da, um bisher unbekannte, und nicht vorstellbare Schadensmechnismen oder Schwachstellen aufzudecken (sog. Schwarze Schwäne)
Kosten-Nutzen-Abwägung:
- Der experimentelle Ansatz liefert präzisere Ergebnisse zur Zuverlässigkeit, ist jedoch teuer und aufwendig.
- Der rechnerische Ansatz ist günstiger und schneller, setzt jedoch präzise Eingangsdaten und Annahmen voraus.
- Eine ausgewogene Kombination beider Methoden führt zur effektivsten Lösung und benötigt dann nur geringe Stichprobenanzahlen (Bsp: Konzept der Validierung der Annahmen / das Finden des Schwarzen Schwans)
5.3 Empfehlung und Auswahl der richtigen Erprobung
Ein zuverlässiger Nachweis der Produktqualität erfordert ein Gleichgewicht zwischen rechnerischen und experimentellen Methoden. Durch die gezielte Nutzung von Vorwissen, Validierung von Annahmen kann eine effiziente und wirtschaftliche experimentelle Absicherung der Zuverlässigkeit erreicht werden.
Leider gibt es gibt keinen „magischen“ Trick, um von 50 Prüflingen auf 1 Prüfling zu reduzieren.
Ziel einer Erprobung ist es immer, möglichst valide Aussagen zu erzeugen (mit allen Vor- und Nachteilen). Um dies zu erreichen, empfiehlt sich meistens eine gute Kombination aus den beschriebenen Verfahren wie der rechnerischen Freigabe, einer erfahrungsbasierten Erprobung, dem Auffinden potenzieller Schwachstellen, der statistischen Freigabe und der Validierung von Annahmen.
Wahrscheinlich ist bei vorhandenen Erprobungskonzepten schon viel Wissen genutzt worden, und es wurde der Stichprobenumfang deutlich reduziert.
Die folgende Abbildung 5 illustriert das Vorgehen zu Auswahl des richtigen Erprobungskonzeptes auch noch einmal übersichtlich.

Abbildung 5: Flowchart zur Auswahl der effektivsten Erprobungsart
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