Projekte im Forschungsbereich Zuverlässigkeitstechnik

Die Kenntnis der realen Belastung im Feld ist für die Entwicklung eines zuverlässigen Produktes von größter Wichtigkeit. Im Rahmen dieses Projektes sollen Lastkollektive ermittelt werden, welche die Belastung von Bauteilen von Großdieselmotoren beschreiben. Dafür sollen virtuelle Sensoren zur Beschreibung des Zusammenhanges zwischen physikalischen Messgrößen und schadensrelevanten Einflussfaktoren dienen.

 

Für die im SFB 1244 angestrebten adaptiven Tragwerke ist eine Anpassung sowohl an die jeweilige aktuelle Lastsituation wie Wind und Wetter als auch an den Nutzer erforderlich. Neben der Sicherstellung einer hohen Zuverlässigkeit ist das Verhalten des Systems im Fehlerfall von besonderer Bedeutung. Ziel ist durch ein Fail-Safe-Konzept mittels einer angepassten Fehlerreaktion den Betriebszustand so weit und so lange wie möglich aufrecht zu erhalten. Außerdem werden Fail-Safe-Elemente entwickelt und eingesetzt.

 

Im Bereich der Refabrikation ist es das Ziel, die Wiederverwendungsquote zu maximieren um Ressourcen und Kapital einzusparen. Jedoch ohne abstriche hinsichtlich Qualität und Zuverlässigkeit der aufbereiteten Produkte. Hierbei muss sichergestellt werden, dass die ausgewählten Komponenten ein zweites Produktleben darstellen können. Erkenntnisse aus dem Refabrikationsprozess von tauschaufbereiteten PKW-Getrieben werden hierfür herangezogen.

 

Die zum Nachweis des Zuverlässigkeitsziels erforderliche Erprobungsaufwand kann bereits im frühen Entwicklungsprozess berücksichtigt werden. Ziel ist es, durch Anpassung der Überdimensionierung, ein Optimum zwischen Produktentwicklungskosten (Material, Fertigung, …) und Erprobungskosten (Testart, Prüflingszahl, Anzahl benötigter Prüfstände, Wahl der Belastungsniveaus im beschleunigten Test, …) zu finden. Die Wahl der geeigneten Erprobungsstrategie wird dabei objektiv mit Hilfe von Testkosten, Gesamtzeit und Erfolgswahrscheinlichkeit bewertet und von der im Entwicklungsprozess berücksichtigten Überdimensionierung einzelner Ausfallmechanismen beeinflusst.

 

Prognostics and Health Management ist eine technische Disziplin, die sich mit der Bewertung und Regelung der nutzbaren Restlebensdauer von Systemen beschäftigt. Getrieben vom Entwicklungstrend „Cyber-Physical-Systems“ wird der Zustand des Systems im Betrieb in Echtzeit diagnostiziert, prognostiziert und durch Regeleingriffe gezielt optimiert. PHM schließt somit Methoden und Modelle aus Zuverlässigkeitstechnik, Statistik, Maschinellem Lernen, Messtechnik etc. ein. Ein Ziel dieser Arbeit ist es, das Spektrum an Methoden und Modellen in einem gemeinsamen Theorieansatz zu bündeln. Der Einsatz des Maschinellen Lernens ermöglicht eine automatische Erkennung relevanter Muster und Trends in Daten, die dem Mensch nur schwer zugänglich sind. Fehlende Trainingsdaten, Labels und eine geringe Daten-Qualität können dem Einsatz entgegenstehen. In diesem Projekt wird untersucht wie Vorwissen in die Algorithmen implementiert werden kann um diese Defizite zu beheben.

 

Trotz einer langen Historie und einer immensen Vielfalt angebotener Riemenkonstruktionen ist deren Berechnung bis heute nicht genormt. Hinzu kommen fehlende quantitative Aussagen zu Zuverlässigkeit und Verschleiß von Zahnriemengetrieben. Daher soll eine Methodik entwickelt werden, mit der es möglich ist auf Basis relevanter Parameter ein anwendungsorientiertes Lebensdauermodell zu generieren, welches zur Prognose der Lebensdauer von Zahnriemenantrieben herangezogen werden kann.

 

Für die Entwicklung betriebsfester und zuverlässiger Komponenten und Systemen ist, neben der Belastbarkeit, die Kenntnis der im Feld auftretende Belastung notwendig. Aus diesem Grund werden für Nutzfahrzeug-Bremssysteme, im Rahmen eines Arbeitskreises mit zehn namenhaften Industriepartnern, Standard Lastkollektive aus der Feldbelastung abgeleitet. Ziel ist die Entwicklung eines branchenweiten Standards für Auslegung und Absicherung von Nutzfahrzeug-Bremsen.

 

Analyse der Zuverlässigkeit mechatronischer Systeme am Beispiel einer neuartigen Ventilinsel unter Berücksichtigung der mechanischen und elektronischen Komponenten sowie der Software. Planen und Durchführen von Zuverlässigkeitstests. Systematische Erarbeitung der Grundlagen zur Beschreibung der Zuverlässigkeit mechatronischer Systeme sowie die Erarbeitung der Möglichkeit zur Bestimmung der Systemzuverlässigkeit in frühen Phasen der Produktentwicklung.

 

Die Nachfrage von Rohstoffen aus der Tiefsee steigt stetig. Damit diese Rohstoffe gefördert werden können, werden Systeme benötigt, die umweltfreundlich, sicher, zuverlässig und verfügbar sind. Im Rahmen des Projektes wird eine Systemarchitektur mit Fokus auf mechatronische Antriebstechnik entwickelt, die die enormen Anforderungen, die in der Tiefsee herrschen, gerecht wird. Die Verifikation und Validierung an einer selbstentwickelten Prüfstands-Umgebung ist ebenfalls Teil des Projektes.

Analyse von Überwachungssystemen für Teilchenbeschleuniger zur Verbesserung der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Schutzfunktion. Erarbeitung einer methodischen Vorgehensweise für Entwurf, Produktion, Tests und den Betrieb verlässlicher elektronischer Systeme. Zugleich Anwendung der Methodik für die Zuverlässigkeitsanalyse, Definition der Betriebsstrategie und zur Durchführung von Funktions- sowie Zuverlässigkeitstests.

 

Die Förderung von Rohstoffen in der Tiefsee erfordert eine umweltfreundliche und sichere Antriebslösung. Die Systemarchitektur definiert die Komponenten und Schnittstellen des Systems in Art und Güte. Die Verarbeitungsqualität dieser Informationen über eine sichere Kommunikationsarchitektur entscheidet über den Diagnosedeckungsgrad und die funktionale Sicherheit des Systems. Der Entwurf eines Zustandsüberwachungssystems für den Einsatz in der Tiefsee ist das Ziel dieses Projektes.