Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit technischer Anlagen und Geräte

Das zufällige Versagen einzelner Bauteile kann die Arbeitsweise einer Maschine, eines Gerätes oder einer Anlage gefährden, es kann ihre Funktion in Frage stellen. Ganz anders ist das Verhalten, als man es vorgesehen hatte und eigentlich erwartete; es weicht ab von den ursprünglich gestellten Anforderungen. Mehr oder weniger schwer können die Folgen wiegen. Sie reichen bei übelstem Ausgang vom Personenschaden, der eine Gruppe oder einen einzelnen Menschen betrifft, bis zur Zerstörung, zum Verlust sachlicher Werte. Ausdrücklich zählen wir zu solchen Einbußen auch wiederholte Störungen im Arbeitsablauf kostspieliger Anlagen, wie Kraftwerken, Raffinerien oder Fertigungsstraßen mit vielen Arbeitsplätzen und komplizierten Maschinen. Je umfangreicher und weniger übersichtlich eine Anlage ist, je mehr Bauteile sie für ihre Aufgaben benötigt, um so eher überlagern sich Fehlermöglichkeiten: die Häufigkeit der Ausfälle steigt, sofern man dieser Entwicklung nicht in geeigneter Weise begegnet.

Womit befaßt sich die Wahrscheinlichkeitsrechnung? Van der Waerden sagt dazu: “In der Wahrscheinlichkeitsrechnung werden ‘Ereignisse’ betrachtet, deren Eintreffen vom ‘Zufall’ abhängt und deren ‘Wahrscheinlichkeiten’ durch Zahlen ausdrückbar sind.”

Bisher haben wir uns mit der Wahrscheinlichkeitsrechnung befaßt, wobei die Beispiele in der Regel den Umgang mit dem gewöhnlichen Würfel behandelten. Wenn wir nun Wahrscheinlichkeiten berechnen wollen, um mit ihrer Hilfe die Zuverlässigkeit technischer Systeme im Sinne der amerikanischen “reliability” zu bestimmen, dann müssen wir uns zunächst über die Ereignisse klar werden, deren Wahrscheinlichkeiten wir berechnen wollen.

Nicht alle Anordnungen lassen sich in einfacher Weise in die bisher behandelten Grundanordnungen zerlegen, ohne im Zuverlässigkeitsblockdiagramm eine oder mehrere Komponenten zu wiederholen; die einfachen Rechenregeln dürfen wir dann nicht mehr in einer hierarchischen Folge anwenden, weil wir in ihnen diese besondere Art nicht berücksichtigen können, in der einzelne der Blöcke möglicherweise voneinander abhängen. Auch gibt es Blockdiagramme wie etwa Brückenanordnungen, auf die unser bisheriges Vorgehen sich nicht anwenden läßt. Deswegen ist ein systematischer Ansatz erforderlich, der stets einen Ausdruck für die Funktionsfähigkeit oder den Ausfall des Systems liefert und der es weiterhin gestattet, daraus die Zuverlässigkeit oder die Ausfallwahrscheinlichkeit zu berechnen. Wir greifen hier einige Redeweisen sowie verschiedene Begriffe der Graphentheorie auf und skizzieren die Zusammenhänge in Zuverlässigkeitsgraphen.

Bislang haben wir uns um das Bestimmen der Zuverlässigkeit bemüht, indem wir untersuchten, wie wir die Ausfallwahrscheinlichkeit zu berechnen haben und dabei den Klippen ausweichen, die unser Vorhaben gefährden könnten. Mit keinem Wort gingen wir ein auf den Anspruch in allen Definitonen, daß die Zeit eine wesentliche Rolle spielt, wenn wir derartigen Fragen nachgehen.

Bereits im letzten Kapitel haben wir unsere bisherigen Überlegungen erweitert. Dabei können wir nicht stehen bleiben; wir müssen nochmals uns umstellen und den Rahmen erneut weiter ziehen. Warum das? Bislang erfaßten wir in unserer Betrachtensweise ein Modell, das folgendes Verhalten wiedergibt:

Wir schalten eine Anlage oder ein Gerät ein. Danach stecken wir die Hände in die Taschen, und gespannt sehen wir zu, wie sich die Dinge weiter entwickeln. Voller Teilnahme registrieren wir einen Komponentenausfall nach dem anderen, bis das System schließlich versagt. Darauf drehen wir uns um und stellen fest: nun ist es aus.

Bislang haben wir uns mit der Frage beschäftigt, wie wir Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit berechnen. Was sagen uns nun diese Kenngrößen? Sie geben an, wie sich das berechnete Modell verhält, in welchem Umfang das Abbild von Ausfällen oder Betriebsunterbrechungen betroffen ist. Ob sich die Werte auf die realen Verhältnisse übertragen lassen, das hängt davon ab, ob es uns gelungen ist, die wesentlichen Eigenschaften der ursprünglichen Anlage, der Maschine oder des Gerätes in unser Modell zu übernehmen, dem wir neben der Struktur der Anordnung auch die Daten der Komponenten zurechnen.