Probabilistische Systemfehler- und Zuverlässigkeitsanalyse auf Basis von FMEA und hierarchischen Bayes-Netzwerken

Bei der Entwicklung technischer Produkte dienen Methoden zur Fehleranalyse dazu, den Systementwurf qualitativ zu verifizieren, sowie sicherheits- und zuverlässigkeitsrelevante Eigenschaften quantitativ zu bewerten. Die im Stand der Technik hierfür etablierten Methoden der Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA), Fehlerbaumanalyse (FTA) und des Zuverlässigkeitsblockdiagramms (RBD) werden oft ergänzend verwendet, was entsprechende Aufwände und die Gefahr inhaltlicher Divergenzen zwischen den Arbeitsergebnissen aufwirft. Ferner ermöglicht keine der Methoden eine quantitative Bewertung von Gesamtsystemen. In diesem Beitrag wird eine Methode zur Darstellung von Fehleranalysen von Mehrzustandssystemen auf der Grundlage bedingter Wahrscheinlichkeiten in hierarchisch ausgerichteten Bayes'schen Netzwerken vorgestellt. Es erlaubt die vollständige und probabilistisch konsistente Modellierung hierarchisch ausgerichteter Fehlermodelle in einem umfassenden Gesamtfehlermodell eines Systems. Dies ermöglicht eine differenzierte Systemzuverlässigkeitsbewertung, die sich unmittelbar aus dem Bayes-Netzwerk ergibt. Das Gesamtfehlermodell vereint dabei zugleich mehrere Fehlermodelle nach den Schemen von FMEA, FTA und RBD.

A method for system failure analysis is described that expresses hierarchically structured FMEA-failure-nets in accordingly arranged Bayesian Networks. Required probabilistic and algebraic basics taken from relevant research and standards are being supplemented with novel basics and techniques to allow for a probabilistically consistent integral model of a system´s set of failure cause and consequence relations. The technique produces results correlating to the schemes of FMEA, RBD and FTA in one integral model. Additionally, a quantitative evaluation of the system´s reliability is being deployed.