Fehler im System?

Zuverlässig und widerstandsfähig, im Idealfall fehlertolerant – das sind die gewünschten Eigenschaften eines funktionierenden Systems und seiner zugehörigen Komponenten. Innerhalb des Systems Engineering bildet die Zuverlässigkeitstechnik eine wichtige Teildisziplin, die sich auf Instandhaltungsmaßnahmen und daraus hervorgehende Kosten bezieht. Dabei gilt es die Wahrscheinlichkeit eines Systemausfalls schon im Voraus zu definieren. Wann und wie oft ist mit Fehlern zu rechnen? Was muss in Bezug auf die Anlagenverfügbarkeit beachtet werden? „Designentscheidungen, Datenerfassung, Funktionsanalysen, Prüfvorgänge, technische Dokumentation – all diese Faktoren müssen Unternehmer frühzeitig in den Fokus nehmen und entsprechend reagieren“, so Georg Hünnemeyer, Geschäftsführer der Hünnemeyer Consulting GmbH.

Prävention betreiben
Personalengpässe, fehlende Ersatzteilverfügbarkeit, Verzögerungen in der Logistik, Reparatur- oder Nachrüstungsbedarf: Die mangelnde Zuverlässigkeit eines Systems führt zu Komplikationen und hohen Kosten. „Systems Engineering als Methode zur Optimierung von Entwicklungsprozessen unterstützt im Bereich der Zuverlässigkeitstechnik mit verschiedenen Maßnahmen, beispielsweise der Definition von Fehlerarten, Verschleißberechnungen, Risikoanalysen oder Instandhaltungsstrategien wie Reliability Centred Maintenance“, erklärt Hünnemeyer. Im ersten Schritt sollten die Verantwortlichen die Risiken identifizieren: Welche Fehler können potenziell auftreten? Dazu zählen sowohl menschliche als auch Systemfehler. Spezifische Analysen helfen Designanforderungen und Wartungsmaßnahmen festzulegen. Präventive Vorbereitung bedeutet, Schäden und Ausfälle zu vermeiden, Grundlage dafür ist eine Kosten-Nutzen-Analyse. Im Voraus sollten Unternehmer außerdem entscheiden, welche Fehler akzeptabel sind und wie schwer diese sich auf den Gesamtprozess auswirken könnten. Hierbei spielen alle Kosten von Reparaturen und Ersatzteilbeschaffungen über Stillstandzeiten und logistische Prozesse bis hin zum Lieferverzug eine Rolle.

Handlung mit System
Zuverlässigkeitstechnik dient dazu, das bestehende System zu überwachen, zu bewerten und zu korrigieren – also Mängel auszuräumen. „Inwiefern eine umfangreiche Datenerfassung notwendig ist, hängt von der Situation ab und entscheidet sich nach Art des Systems“, erläutert Hünnemeyer. „Eine Bewertung der Ausfälle erfolgt in der Regel über einen systematischen Ansatz mithilfe eines Reportings, einer Analyse und anschließender Korrekturmaßnahmen.“ Im Vorfeld gilt es die Kundenanforderungen genau zu ermitteln, denn diese sind für die Bewertung aller Maßnahmen im Bereich der Zuverlässigkeit entscheidend. Außerdem sollte vorab auch der Ressourceneinsatz exakt festgelegt werden. Eine RAMS-Analyse (Reliability, Availability, Maintainability, Safety) unterstützt bei der Auswertung dieser Parameter.

Redundanz schaffen
Schon während des Designs können die Entwickler eine Redundanz definieren – fällt ein Teil des Systems aus, sorgt eine Back-up-Lösung für den weiterhin reibungslosen Betrieb. Fehlertolerante Regelsysteme wie die Redundanz 2oo2 oder 2oo3 erfüllen ihre Aufgaben auch während eines Schadens. „Im Zusammenhang mit einer Ausfallüberwachung unterstützt die Redundanz zudem bei der Ermittlung von Fehlerursachen, um Qualitätsansprüche zu erfüllen, beispielsweise bei Defekten an Sensoren, Aktoren oder in der Software“, so der Systems Engineer. Weitere Techniken zur Reaktion auf Stillstände sind die Physik des Scheiterns, bei der Versagensmechanismen in Bezug auf Statik, Dynamik und Physik ausgemacht werden, oder auch das Derating. Hier lässt sich die maximal zulässige Verlustleistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ermitteln. Im Betrieb gibt es verschiedene Möglichkeiten, Zuverlässigkeit zu integrieren: Zum einen kann der Projektverantwortliche direkt im betroffenen Bereich Ingenieure einsetzen, die sich allein auf die Verlässlichkeit der Anlage konzentrieren. Zum anderen kann ein Team oder eine eigene Abteilung in die Verantwortung der Zuverlässigkeitstechnik gezogen werden, die sich dann mit Wartungsmaßnahmen, Qualitätssicherung und Ähnlichem auseinandersetzt sowie den Verantwortlichen über alle Auswertungen berichtet. „Auf ein zuverlässiges und widerstandsfähiges System können Unternehmer nur setzen, wenn sie sich selbst von Beginn an mit den entscheidenden Fragen beschäftigen und dann auch entsprechend reagieren“, bekräftigt Hünnemeyer.