DIN EN 61649-2009 Weibull analysis (IEC 61649 2008) German version EN 61649 2008《魏布尔分析》.pdf

1、Mrz 2009DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 29DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 03.120

2、.30!$U6“1501961www.din.deDDIN EN 61649Weibull-Analyse (IEC 61649:2008);Deutsche Fassung EN 61649:2008Weibull analysis (IEC 61649:2008);German version EN 61649:2008Analyse de Weibull (CEI 61649:2008);Version allemande EN 61649:2008Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beu

3、th.deGesamtumfang 73 SeitenDIN EN 61649:2009-03 2 Beginn der Gltigkeit Die von CENELEC am 2008-10-01 angenommene EN 61649 gilt als DIN-Norm ab 2009-03-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 61649:2004-11. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 132 Zuverlssigkeit“ d

4、er DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 56 Dependability“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (maintenance result date) unve

5、rndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verwe

6、isung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normati

7、ven Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist

8、als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 61649 November 2008 ICS 03.120.01; 03.120.30 Deutsche Fassung Weibull-Analyse (IEC 61649:2008) Weibull analysis (IEC 61649:2008) Ana

9、lyse de Weibull (CEI 61649:2008) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2008-10-01 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer national

10、en Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch).

11、 Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechn

12、ischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tsche

13、chischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel 2008 CENELEC Alle Re

14、chte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 61649:2008 DDIN EN 61649:2009-03 EN 61649:2008 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 56/1269/FDIS, zuknftige 2. Ausgabe von IEC 61649, ausgearbeitet von dem IEC/TC 5

15、6 Dependability“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2008 10 01 als EN 61649 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung ber

16、nommen werden muss (dop): 2009-07-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2011-10-01 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 61649:2008 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnder

17、ung als Europische Norm angenommen. In der offiziellen Fassung sind unter Literaturhinweise“ zu den aufgelisteten Normen die nachstehenden Anmerkungen einzutragen: IEC 60300-1 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 60300-1:2003 (nicht modifiziert). IEC 60300-2 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 60300-2:2004 (nich

18、t modifiziert). IEC 60300-3-1 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 60300-3-1:2004 (nicht modifiziert). IEC 60300-3-2 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 60300-3-2:2005 (nicht modifiziert). IEC 60300-3-4 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 60300-3-4:2008 (nicht modifiziert). IEC 61703 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 6170

19、3:2002 (nicht modifiziert). DIN EN 61649:2009-03 EN 61649:2008 3 Inhalt SeiteVorwort .2 Einleitung7 1 Anwendungsbereich.7 2 Normative Verweisungen .7 3 Begriffe, Abkrzungen und Formelzeichen8 3.1 Begriffe .8 3.2 Abkrzungen 9 3.3 Formelzeichen10 4 Anwendung der Verfahren .10 5 Die Weibull-Verteilung1

20、1 5.1 Die zweiparametrige Weibull-Verteilung 11 5.2 Die dreiparametrige Weibull-Verteilung .13 6 Datenmerkmale13 6.1 Datenarten13 6.2 Dauer bis zum ersten Ausfall .13 6.3 Materialeigenschaften und die Weibull-Verteilung.13 6.4 Stichprobenumfang 14 6.5 Zensorisierte und gestutzte Daten .14 7 Graphisc

21、he Methoden und Passgenauigkeit .14 7.1 berblick 14 7.2 Einzeichnen der Stichprobendaten in das Weibull-Netz15 7.3 Hazard plotting“-Verfahren18 8 Interpretation des Weibull-Wahrscheinlichkeitsdiagramms .19 8.1 Badewannenkurve .19 8.2 Verdeckte bzw. maskierte Ausfallarten21 8.3 Kleine Stichproben .21

22、 8.4 Ausreier22 8.5 Interpretation nicht-linearer Diagramme 22 9 Numerische Verfahren und Passgenauigkeit.26 9.1 Einfhrung26 9.2 Annahmen und Bedingungen.26 9.3 Einschrnkungen und Genauigkeit 26 9.4 Ein- und Ausgabedaten26 9.5 Statistischer Test der Passgenauigkeit (en: goodness-of-fit test)27 9.6 M

23、LE Punktschtzungen der Verteilungsparameter und .28 9.7 Punktschtzung der mittleren Dauer bis zum Ausfall 28 9.8 Punktschtzung des Quantils (10 %) der Dauer bis zum Ausfall 28 DIN EN 61649:2009-03 EN 61649:2008 4 Seite9.9 Punktschtzung der berlebenswahrscheinlichkeit zur Zeit t (t T) 29 9.10 Softwar

24、eprogramme 29 10 Vertrauensbereiche . 29 10.1 Intervallschtzung von 29 10.2 Intervallschtzung von . 30 10.3 Median-Rank-Regression (MRR) zur Ermittlung der binomialen Grenzen. 31 10.4 Grenzen nach der Methode Fisher-Matrix“ 31 10.5 Untere Vertrauensgrenze fr B1031 10.6 Untere Vertrauensgrenze fr R 3

25、2 11 Vergleich der Schtzverfahren Median-Rank-Regression (MRR) und Maximum-Likelihood-Schtzung (MLE). 32 11.1 Graphische Darstellung. 32 11.2 Schtzungen der B-Lebensdauer, manchmal auch B- oder L-Quantile genannt . 32 11.3 Kleine Stichprobenumfnge 32 11.4 Formparameter . 33 11.5 Vertrauensbereiche .

26、 33 11.6 Ein einziger Ausfall 33 11.7 Mathematische Strenge. 33 11.8 Prsentation der Ergebnisse . 33 12 WeiBayes-Methode . 33 12.1 Beschreibung. 33 12.2 Methode. 34 12.3 WeiBayes ohne Ausflle 34 12.4 WeiBayes mit Ausfllen. 34 12.5 WeiBayes-Fallbeispiel . 35 13 Methode pltzlicher Tod“ 36 14 Andere Ve

27、rteilungen 38 Anhang A (informativ) Beispiele und Fallstudien 39 A.1 Ausflle kurzlebiger Teile 39 A.2 Nah beisammen liegende Seriennummern. 39 A.3 Steile Geraden. 40 Anhang B (informativ) Rechenbeispiel . 41 Anhang C (informativ) Median-Rank-Tabellen . 43 C.1 Median-Rank-Tabellen, 5-%-Ranks 43 C.2 M

28、edian-Rank-Tabellen, 95-%-Ranks 45 C.3 Median-Rank-Tabellen 50-%-Ranks 47 C.4 Ranks mittels eines Tabellenkalkulationsprogramms erzeugen . 48 Anhang D (normativ) Statistische Tabellen 49 D.1 Tabelle der Gammafunktion 49 DIN EN 61649:2009-03 EN 61649:2008 5 SeiteD.2 Quantile der Normalverteilung .50

29、Anhang E (informativ) Beispiel einer Tabellenkalkulation.51 E.1 Beispiel einer Weibull-Analyse mittels einer Tabellenkalkulation 51 E.2 Beispiel mit gestutzten Merkmalswerten52 E.3 Hazard plotting“ Beispiel 1.54 E.4 Hazard plotting“ Beispiel 2.56 Anhang F (informativ) Beispiel eines Weibull-Wahrsche

30、inlichkeitsnetzes59 Anhang G (informativ) Mischung mehrerer Ausfallarten .60 G.1 Beschreibung .60 G.2 Konkurrierende Risiken61 G.3 Einfache Mischung.61 G.4 Konkurrierende Risikomischungen 61 Anhang H (informativ) Beispiel einer dreiparametrigen Weibull-Verteilung62 Anhang I (informativ) Konstruktion

31、 eines Weibull-Netzes .64 I.1 Weibull-Wahrscheinlichkeitsnetz64 I.2 Verwendung eines Tabellenkalkulationsprogramms zur Konstruktion eines Weibull-Diagramms65 I.3 Handelsbliche Software .66 Anhang J (informativ) Technische Hintergrundinformation und Verweise 67 J.1 Statistischer Test der Passgenauigk

32、eit (en: goodness of fit test) 67 J.2 Maximum-Likelihood-Schtzung von und 67 J.3 Vertrauensbereiche und untere Vertrauensgrenzen67 J.4 Genauigkeit der genormten Verfahren.67 J.4.1 Bain und Engelhardt (1986) .67 J.4.2 Lawless (1978).68 J.4.3 Meeker und Nelson (1976).68 J.4.4 Guida (1985) 68 J.5 Schri

33、ftstckverweise 68 Literaturhinweise 69 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen71 Bild 1 Die Formen der Wahrscheinlichkeitsdichte der Weibull-Familie fr = 1,0 .12 Bild 2 Gesamtprfdauer (in Minuten) 17 Bild 3 Typis

34、che Badewannenkurve einer Einheit 20 Bild 4 Weibull-Diagramm mit mglicherweise maskierten Ausfallarten 21 Bild 5 Stichprobenumfang 10 22 Bild 6 Stichprobenumfang 100 22 Bild 7 Beispiel einer ungengenden Passung einer zweiparametrigen Weibull-Verteilung23 DIN EN 61649:2009-03 EN 61649:2008 6 SeiteBil

35、d 8 Dieselben mit einer dreiparametrigen Weibull-Verteilung aufgetragenen Daten zeigen eine gute Einpassung bei einem Versatz von 3 Monaten (Verschiebungsparameter: 2,99 Monate) . 24 Bild 9 Beispiel einer Schtzung von t0mit dem Auge 25 Bild 10 Neue WeiBayes-Kompressorkonstruktion gegen alte Konstruk

36、tion. 36 Bild A.1 Kurzlebige Teile einer Hauptlpumpe. 39 Bild A.2 Lagerausflle bei Druckerhhungspumpen 40 Bild A.3 Steile Geraden (sehr groe ) verbergen Probleme 40 Bild B.1 In ein Weibull-Netz eingetragene numerische Berechnungen 42 Bild E.1 Weibull-Diagramm zur graphischen Analyse 52 Bild E.2 Weib

37、ull-Diagramm zensorisierter Merkmalswerte 54 Bild E.3 Kumulierte momentane Ausfallrate H(t), aufgetragen mit den Daten der Tabelle E.4 56 Bild E.4 Diagramm der kumulierten momentanen Ausfallraten mit den Daten aus Tabelle E.6 58 Bild F.1 Weibull-Wahrscheinlichkeitsnetz. 59 Bild H.1 Bruchfestigkeit v

38、on Stahl kurvige Daten 62 Bild H.2 Ursprungsverschiebung t0verbessert die Einpassung der Daten von Bild H.1 . 63 Tabelle 1 Anleitung zur Anwendung der Norm IEC 61649. 10 Tabelle 2 Geordnete Merkmalswerte (Ausfallzeitpunkt) von losen Nieten. 15 Tabelle 3 Angepasste Rangfolgen bei gestutzten oder zens

39、orisierten Daten . 16 Tabelle 4 Untergruppengre zur Schtzung der Dauer bis X % Ausflle mittels der Methode pltzlicher Tod“ . 37 Tabelle 5 Ergebnisse aus einer Prfung von Ketten: Zyklen bis zum Ausfall 38 Tabelle B.1 Dauern bis zum Ausfall 41 Tabelle B.2 Ergebniszusammenfassung 42 Tabelle C.1 Median-

40、Rank, 5-%-Ranks . 43 Tabelle C.2 Median-Rank, 95-%-Ranks . 45 Tabelle C.3 Median-Rank, 50-%-Ranks . 47 Tabelle D.1 Werte der Gammafunktion 49 Tabelle D.2 Quantile der Normalverteilung 50 Tabelle E.1 Beispiel einer praktischen Analyse 51 Tabelle E.2 Aufbau einer Tabellenkalkulation zur Analyse zensor

41、isierter Daten. 53 Tabelle E.3 Beispiel einer Weibull-Analyse mit gestutzten Daten 53 Tabelle E.4 Beispiel einer auf zensorisierte Daten angewendeten Tabellenkalkulation 55 Tabelle E.5 Beispiel Tabellenkalkulation 55 Tabelle E.6 Von IEC/TC94 zur Verfgung gestellte Relaisdaten und Hazard-Analyse“ fr

42、Ausfallart Modus 1 57 Tabelle I.1 Konstruktion der Ordinate (Y) . 65 Tabelle I.2 Konstruktion der Abszisse (t) 65 Tabelle I.3 Zur Eingabe in ein Tabellenkalkulationsprogramm aufbereitete Daten 65 DIN EN 61649:2009-03 EN 61649:2008 7 Einleitung Mit der Weibull-Verteilung kann man die Ausfallrate unab

43、hngig davon modellieren, ob sie zu- oder abnimmt oder gleich bleibt. Die Weibull-Verteilung ist flexibel und kann an einen weiten Datenbereich angepasst werden. Von allen Einheiten mssen die Dauer bis zum Ausfall, die Anzahl der Zyklen bis zum Ausfall, die Entfernung bis zum Ausfall, die mechanische

44、 Beanspruchung oder hnliche kontinuierlich wirkende Parameter aufgezeichnet werden. Selbst wenn nicht alle Einheiten ausgefallen sind, kann die Lebensdauer-verteilung modelliert werden. In dieser Norm wird zur Datenanalyse mittels eines Tabellenkalkulationsprogramms angeleitet. Ebenfalls wird dazu a

45、ngeleitet, verschiedene Ausfallarten getrennt zu analysieren und eine mglicherweise schwache Grundgesamtheit zu identifizieren. Mittels der dreiparametrigen Weibull-Verteilung kann man Informationen ber die Dauer bis zum ersten Ausfall oder ber die minimale Lebensdauer der Einheiten einer Stichprobe

46、 erhalten. 1 Anwendungsbereich Diese internationale Norm enthlt Verfahren zur Analyse von Daten, die einer Weibull-Verteilung folgen, wobei kontinuierliche Parameter wie Dauer bis zum Ausfall, Anzahl der Zyklen bis zum Ausfall, mechanische Beanspruchung usw. verwendet werden. Diese Norm ist dann anw

47、endbar, wenn Daten ber die Beanspruchbarkeit, also etwa Daten zu Ausfllen, Zyklen, Beanspruchung usw., von einer Stichprobe von Einheiten verfgbar sind und diese Einheiten dabei entweder unter Prfbedingungen betrieben werden oder aus dem tatschlichen Betrieb stammen, um anhand dieser Angaben Magren

48、der Zuverlssigkeit (Funktionsfhigkeit) fr die Grundgesamtheit zu schtzen, aus der diese Stichprobe entnommen wurde. Diese Norm ist dann anwendbar, wenn die zu analysierenden Daten statistisch voneinander unabhngig und in gleicher Weise verteilt sind. Diese Annahme sollte entweder durch statistische

49、Tests besttigt oder als wahr angenommen werden (siehe IEC 60300-3-5). In dieser Norm werden numerische und graphische Verfahren beschrieben, mittels derer man Daten gra-phisch auftragen, einen Anpassungstest machen, die Parameter einer zweiparametrigen oder dreipara-metrigen Weibull-Verteilung schtzen und die Vertrauensgrenze graph