SMAR²T – Systematic Methodology for Robust Reliability-Testing

Kundenanforderungen, Qualität und Kosten sind ausschlaggebende Einflussfaktoren, ob ein Produkt im Markt den gewünschten Effekt erzielt. Daher gilt es, auf diese Merkmale frühzeitig im Produktentwicklungsprozess einzugehen und Optimierungsmöglichkeiten zu schaffen. Verschiedene Methodiken haben sich bisher etabliert, deren Anwendung aber unabhängig voneinander erfolgt. Eine ganzheitliche Betrachtung liefert die hier vorgestellte SMAR²T-Methodik (Systematic Methodology for Axiomatic Reliability Robustness-Testing). Diese orientiert sich chronologisch an der VDI-Richtlinie 2221 mit den vier Schritten: Planung, Konzeption, Entwurf und Ausarbeitung [1]. Ein weiterer Zusammenhang stellt diese mit der automobilkonformen Vorgehensweise der ABCD-Bemusterung her (vgl. Bild 3.1).

 

Bild 3.1: Produktentwicklungsprozess nach [1,5].

Unter dem Begriff ABCD-Muster verbirgt sich eine Unterteilung des Produktentwicklungsprozesses in sechs Phasen: Initiierung, Konzeption, Applikationsentwicklung, Produktionsvorbereitung, Serienanlauf und Serie. A-Muster sind in der zweiten Phase bei der Projektfreigabe zu finden. Das B-Muster bildet eine Basis für die folgende Produktionsvorbereitung. Nach Beschaffungsfreigabe steht das C-Muster fest. Das fertige Produkt ist als D-Muster gekennzeichnet und mit diesem startet der Serienanlauf [2].

SMAR²T bedient sich zum einen der Methode von Taguchi. Diese untergliedert sich in die Phasen System Design (SD), Parameter Design (PD) und Toleranz Design (TD) [3]. Zum anderen wird das Axiomatic Design (AD) von Suh als ein Hilfsmittel im SD herangezogen [4].

Eine Neuerung hat SMAR²T durch die Angliederung einer vierten Phase, dem Robust Testing, erfahren. Dadurch ist es möglich, auf Basis eines robusten und zuverlässigen Designs, gewonnen aus den ersten drei Phasen, eine effiziente Testplanung durchzuführen. Der Gedanke der Robust Reliability spielt eine große Rolle. Das übergeordnete Ziel ist daher die Generierung eines Produktes, das sowohl zuverlässig als auch robust während der Produktlebensdauer seine Funktionalität gewährleistet.

 

Aufbau von SMAR²T

Eine Übersicht der SMAR²T-Methode zeigt Bild 3.2. Die Methodik steigt im System Design (SD) ein und beginnt mit der Entwurfsfindung. Dazu findet das Axiomatic Design Anwendung, das die Komplexität des Design-Konzepts untersucht. Optimierungsschleifen helfen, ein zufriedenstellendes Design zu finden. Ist dieses vorhanden, geht es weiter in die Parameter Design (PD) -Phase.

Anhand des P-Diagramms nach Taguchi können wichtige Parameter erfasst und anschließend ein Design of Experiment (DOE) zum Erhalt der robusten Einstellstufen durchgeführt werden. Das darauffolgende Bestätigungsexperiment evaluiert die bereits gewonnen Erkenntnisse. Danach kann eine erste Zuverlässigkeitsanalyse stattfinden, um den Einfluss der Streuungen der Design Parameter auf das Ausfallverhalten zu ermitteln. Das definierte Nominal-Design wird im TD hinsichtlich Kosten und Robustheit optimiert und durch einen Grenzmusterversuch validiert. Die Integration der gewonnenen Erkenntnisse in RT erfolgt als Vorwissen über den Satz von Bayes mit der a priori- und a posteriori-Verteilung. Auf dieser Basis ist es möglich, die Stichprobenanzahl, Kapazitäten und Teststrategie festzulegen und somit einen effizienten Test zu gestalten. Nach erfolgreicher Testdurchführung kann die Systemlebensdauer prognostiziert und eine abschließende Dokumentation ausgeführt werden. Eine detailliertere Beschreibung der einzelnen Phasen sowie die Korrelation mit der Degradation liefern die weiteren Unterseiten dieser Webside.

 

Bild 3.2: Schematische Darstellung des Produktentwicklungsprozess nach SMAR²T  – Quelle: Kemmler, Dissertation 2018

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[1] Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte. Techn. Ber. 1993-05.
[2] G. Hab und R. Wagner. Projektmanagement in der Automobilindustrie. Springer, 2007.
[3] G. Taguchi, S. Chowdhury and Y. Wu. Praise for Taguchi’s Quality Engineering Handbook. John Wiley & Sons, Inc., 2005.
[4] S. Kemmler und B. Bertsche. »Gestalten robuster und zuverlässiger Produkte mit der SMART-Methode«. In: DfX Symposium 2014 (2014).