Testplanung

Die Produktlebensdauer ist in vielen Industriebereichen ein wesentliches Produktcharakteristikum. Setzen Ausfälle aufgrund von Alterung und Verschleiß zu früh ein, bedeutet dies, dass sämtliche im Feld befindlichen Produkte hiervon betroffen sind. Oft sind teure Kundendienstmaßnahmen, finanzielle Einbußen und Imageschäden die Folge.

Die Lebensdauerabsicherung hat die Aufgabe, das geforderte Lebensdauerziel möglichst effizient innerhalb der Entwicklungszeit nachzuweisen. Hierzu existieren verschiedene Testmethoden, welche abgestimmt auf die individuellen Randbedingungen zum Einsatz kommen können. Wesentlich in diesem Bereich sind Strategien zur Testzeitverkürzung.

Die Testplanung berücksichtigt das definierte und nachzuweisende Lebensdauerziel. Dieses besteht korrekterweise aus einem maximal zugelassenen Anteil ausgefallener Bauteile nach einer bestimmten Nutzungsdauer ergänzt um die geforderte Aussagesicherheit des Nachweises. Basierend auf dieser Forderung erfolgt in vielen Firmen die Testplanung auf Basis der Binomialstatistik, welche bei hohen Zuverlässigkeitsforderungen zu sehr hohen Prüfaufwänden führt.

So müssen zum Nachweis einer Lebensdaueranforderung von B5=10.000 Stunden mit einer Aussagewahrscheinlichkeit PA=95% insgesamt 59 Teile ausfallfrei bis 10.000 Stunden geprüft werden. Solche und noch schärfere Forderungen existieren z.B. im Zuliefererbereich. Dementsprechend besteht ein hohes Interesse an der Reduktion des Testaufwandes.

Möglichkeiten hierbei sind

  • die Berücksichtigung von variablen Prüfzeiten,
  • die Testzeitverkürzung durch beschleunigtes Testen (kein HALT),
  • die Anwendung statistischer Verfahren,
  • das Degradation Modelling,
  • die Berücksichtigung von Vorwissen und
  • unsere in der Praxis entwickelten Verfahren.

Die Anwendung der jeweiligen Methoden richtet sich u.a. danach, ob es sich um eine bekannte oder vollkommen neue Produkttechnologie handelt und ob das Ausfallverhalten beobachtbar ist oder spontan erfolgt.

Test mit variablen Prüfzeiten

Durch die Prüfung von Bauteilen über die geforderte Lebensdauer hinaus (auch bis zum Ausfall), ist es möglich, die Probandenanzahl zu senken

Tests unter erhöhten Belastungen

Dieses allgemein als „Raffung“ bezeichnete Vorgehen dient dazu, in möglichst kurzer Zeit eine Aussage bezüglich der Produktzuverlässigkeit zu erhalten. Bei richtiger Anwendung können hier in der Praxis sehr starke Testzeitreduktionen erreicht werden. Die Schwierigkeit bei der Umsetzung liegt in der Korrelation zwischen dem Versuch und dem späteren Feldeinsatz. Der so genannte „Raffungsfaktor“ beschreibt diesen Zusammenhang. Seine Bestimmung ist die eigentliche Herausforderung bei der Planung von Zuverlässigkeitstests unter erhöhten Belastungen. Hierbei gilt die Restriktion, dass der Ausfallmechanismus im Feld durch die Belastungen im Versuch angeregt wird. Ist dies nicht der Fall, so führen extrem hohe Versuchsbelastungen (wie bei der Anwendung der HALT-Methodik) zwar zu frühen Ausfällen, nur sind diese Informationen nicht geeignet eine Feldlebensdauer zu berechnen.

Der effektive Ablauf beschleunigter Tests ist sehr individuell und hängt u.a. davon ab, ob mehrere Ausfallarten möglich sind, wie viele Einflussgrößen und somit Testparameter berücksichtigt werden müssen und ob diese schon bekannt sind. So stellt z.B. das Step-Stress-Testing eine sehr effiziente Methode dar, wenn die Grundstruktur eines Lebensdauermodells bereits bekannt ist (z.B. Arrhenius, Eyring, Coffin-Manson, Norris-Landzberg, Wöhler).

Statistische Verfahren

Es existieren statistische Methoden zur Auswertung sog. zensierter Stichproben. Hierbei zu nennen sind z.B. das Sudden-Death Testing, die Auswertung zensierter Daten. Durch diese Methoden werden die vorhanden Informationen genutzt um eine maximal mögliche Zuverlässigkeitsaussage zu erreichen. So werden z.B. auch ausfallfreie Laufzeiten voll berücksichtigt.

Degradation Modelling

In vielen praktischen Fällen ist es möglich, die Degradation eines Qualitätsmerkmales zu verfolgen und somit Prognosen über das Erreichen des Ausfallkriteriums zu tätigen. Einfache Beispiele sind hier z.B. der Verschleiß von Belägen. Das Degradationsverhalten wird durch mehrmalige Zwischenmessungen verfolgt, wie z.B. der Innenwiderstand einer Batterie. Es wird ein (konservatives) Modell zur Prognose der End-of-Life Zeit erstellt und unter Berücksichtigung der individuellen Verläufe der Testkomponenten eine prognostizierte Lebensdauerverteilung erstellt. Dieses Verfahren lässt sich mit verschiedenen erhöhten Lastniveaus vorteilhaft kombinieren.

Vorwissen und Praxismethoden

Wir finden bei unseren Projekten sehr viele individuelle Randbedingungen bei unseren Kunden vor. Hierauf reagieren wir flexibel indem wir wissenschaftlich korrekte Anpassungen der bekannten Methoden an diese Bedingungen durchführen. Aus dieser Erfahrung heraus haben sich einige spezielle Ansätze entwickelt welche über den Stand der Technik hinausgehen. Eine Möglichkeit besteht z.B. in der Nutzung von Vorwissen oder aber in der Bestimmung eines sehr präzisen Raffungsfaktors durch Testen schon im Feldbetrieb gealterter Produkte.

Unsere Leistungen auf dem Gebiet Lebensdauerabsicherung - Testplanung

  • Definition von Lebensdauertests mit allen Vorarbeiten.
  • Identifikation von Möglichkeiten unter Ihren Randbedingungen Lebensdauertests zu verkürzen.
  • Bestimmung von Raffungsfaktoren und Prognosemodellen.
  • Unterstützung bei der Vertretung der Ansätze gegenüber Ihren Kunden.