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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Instandhaltung zur Erhaltung eines funktionsfähigen Zustands eines Produktes. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur prozessbasierten Überprüfung der Instandhaltbarkeit einer Produktstruktur.
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Technischer Hintergrund
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Bekannte Analyseverfahren berücksichtigen die digitale Analyse von denjenigen Strukturbauteilen, die entweder der im Englischen bezeichneten Kategorie ”structure significant item”, auf Deutsch frei übersetzt: ”Kritisches Strukturbauteil”, oder der Kategorie ”uncritical item”, auf Deutsch frei übersetzt: ”Unkritisches Strukturbauteil” entsprechen. Eine Analyse von Strukturbauteilen, die keiner dieser Kategorien angehören, fehlt.
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Heutige, in Produktkonstruktionen verwendete Strukturmaterialien können eine Mischung aus metallischen und nichtmetallischen Komponenten aufweisen, die untrennbar miteinander verbunden sind.
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Je nach Einbauort und Kontakt mit beeinflussenden Umweltfaktoren und einwirkenden Beschädigungsparametern können sich die Materialkomponenten gegenseitig beeinflussen, d. h. beschützen oder zusätzlich schädigen. Bekannte Analyseverfahren bieten keine Lösung zur Analyse solcher Strukturmaterialien unter Berücksichtigung der genannten Einflussfaktoren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte elektronische Assistenzfunktion zur prozessbasierten Überprüfung der Instandhaltbarkeit einer Produktstruktur bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur prozessbasierten Überprüfung der Instandhaltbarkeit einer Produktstruktur eines Produkts, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Auswertungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, eine Kritikalität eines Produktelements des Produkts zu ermitteln; eine Erfassungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, analyserelevante Daten und mindestens einen Einflussfaktor für das Produktelement zu bestimmen; und eine Rechnereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, eine Instandhaltbarkeitsanalyse in Abhängigkeit der ermittelten Kritikalität, der bestimmten analyserelevanten Daten und des bestimmten mindestens einen Einflussfaktors für das Produktelement durchzuführen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur prozessbasierten Überprüfung der Instandhaltbarkeit bzw. zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur eines Produkts, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: Ermitteln einer Kritikalität eines Produktelements des Produkts mittels einer Auswertungseinrichtung, Bestimmen von analyserelevanten Daten und mindestens eines Einflussfaktors für das Produktelement mittels einer Erfassungseinrichtung; und Anpassen und Durchführen einer Instandhaltbarkeitsanalyse für das Produktelement in Abhängigkeit der ermittelten Kritikalität, der bestimmten analyserelevanten Daten und des bestimmten mindestens einen Einflussfaktors mittels einer Rechnereinrichtung.
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Der Begriff „Produktstruktur”, wie von der vorliegenden Erfindung verwendet, umfasst eine Unterteilung des Produkts in Strukturbauteile oder in Strukturbaugruppen des Produkts.
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Der Begriff „Einflussfaktor”, wie von der vorliegenden Erfindung verwendet, umfasst jeglichen Parameter insbesondere bedingt durch Umwelteinflüsse und Beschädigungsgefahr, welche das analyserelevante Strukturbauteil oder die Strukturbaugruppe des Produktes beeinflussen kann und damit analyserelevant ist. In anderen Worten ausgedrückt beschreibt der Begriff „Einflussfaktor” eine oder mehrere Querempfindlichkeiten jeweils auf ein Strukturbauteil oder eine Strukturbaugruppe der Produktstruktur bezogen.
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Der Begriff „Instandhaltung”, wie von der vorliegenden Erfindung verwendet, umfasst Verfahrensschritte oder Prozeduren aus dem Bereich der Wartung, der Inspektion und Funktionsprüfung oder der Instandsetzung eines Produktes und seiner technischen Systeme, Baugruppen, Bauteile und Zonen.
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Unter dem Begriff „Produkt”, wie durch die vorliegende Erfindung verwendet, kann ein Fahrzeug, wie etwa ein Schiffe, ein Landfahrzeug, ein Luftfahrzeug, ein Raumfahrzeug, ein künstlicher Raumflugkörper, ein Schienenfahrzeug oder ein Kraftfahrzeug verstanden werden.
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Ferner kann unter dem Begriff „Produkt” auch eine Energieanlage, ein Kraftwerk oder ein Elektrizitätswerk oder eine sonstige technische Anlage zur Stromerzeugung und/oder zur Erzeugung von thermischer Energie verstanden werden, wie beispielsweise ein Wasserkraftwerk oder Windkraftwerk, ein Sonnenwärmekraftwerk, eine Photovoltaikanlage oder ein Geothermiekraftwerk oder eine Kernkraftwerk.
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Der Begriff „Produktsystem”, wie von der vorliegenden Erfindung verwendet, umfasst ein technisches System eines Produktes oder eine sonstige Komponente eines Produktes.
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Der Begriff „Produktelement”, wie von der vorliegenden Erfindung verwendet, umfasst ein Strukturbauteil oder eine Strukturbaugruppe eines Produktes.
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Der Begriff „Kritikalität”, wie von der vorliegenden Erfindung verwendet, umfasst die Auswirkung eines Produktelements, bei dem ein technischer Defekt oder eine sonstige Fehlfunktion des Produktelements vorliegt, in Bezug auf die Nutzung des gesamten Produktes.
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Der Begriff „prozessbasiert”, wie von der vorliegenden Erfindung verwendet, umfasst beispielsweise die Verwendung von komplexen Echtzeitsystemen (wie einer SPS oder einem als Echtzeitsystem agierenden Computer), auf welchen in der Regel verschiedene Prozesse gleichzeitig laufen können, mit unterschiedlicher Priorität, geregelt durch ein Echtzeitbetriebssystem.
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Der Begriff „Instandhaltbarkeit”, wie von der vorliegenden Erfindung verwendet, umfasst beispielsweise einerseits die Möglichkeit, das Produkt instand oder funktionsfähig zu halten, andererseits beispielsweise den Aufwand, der betrieben werden muss, um das System so instand zu halten, dass es seine volle Funktionalität und Verfügbarkeit behält.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhaft, die analyserelevanten Strukturbauteile mit Einstufung ihrer Kritikalität zu erfassen, analyserelevante Details an den Strukturbauteilen bei Bedarf festzulegen, Daten zur Bauweise festzuhalten und mögliche Einflussfaktoren jeweils pro Strukturbauteil aufzulisten.
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Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung vorteilhaft, eine Instandhaltbarkeitsanalyse in Abhängigkeit der ermittelten Kritikalität, der Bauweise und der Einflussfaktoren für das individuelle Strukturbauteil durchzuführen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgelegt ist, die Kritikalität des Produktelements basierend auf Simulationsdaten oder Testdaten zu ermitteln.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgelegt ist, einen Schadensbeginn, einen Schadensfortschritt oder einen Ausfallzeitpunkt des Produktelements zu ermitteln.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgelegt ist, die Kritikalität des Produktelements anhand von Betriebsdaten von vergleichbaren Produktelementen zu ermitteln.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Erfassungseinrichtung dazu ausgelegt ist, einen Bauzustand des Produktelements anhand von Konstruktionsdaten über einen Aufbau des Produkts zu ermitteln.
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Der Begriff „Bauzustand” kann dabei auch einen Montagezustand oder einen Fertigungszustand des Produktelements umfassen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln.
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Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung eines Client-Server-Systems mit einer Vorrichtung zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung eines Client-Server-Systems mit einer Vorrichtung zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
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5 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile, Komponenten oder Verfahrensschritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zur prozessbasierten Überprüfung der Instandhaltbarkeit bzw. zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Als ein erster Schritt des Verfahrens erfolgt ein Ermitteln S1 einer Kritikalität eines Produktelements des Produkts mittels einer Auswertungseinrichtung 10, in anderen Worten ausgedrückt, es wird die Kritikalität eines Strukturbauteiles oder einer Strukturbaugruppe des Produkts ermittelt.
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Als ein zweiter Schritt des Verfahrens erfolgt ein Bestimmen S2 von analyserelevanten Daten und mindestens eines Einflussfaktors für das Produktelement mittels einer Erfassungseinrichtung.
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Mit anderen Worten ausgedrückt erfolgt als zweiter Schritt ein Ermitteln S2 analyserelevanter Details, bei Bedarf eine Beschränkung auf ”structure significant items”, auf Deutsch etwa, „strukturwesentlicher Bauteile”, des zugehörigen Bauzustandes und der möglichen Einflussparameter während der Nutzungsphase des Produktes auf das Strukturbauteil bzw. das Produktelement mittels einer Erfassungseinrichtung 20.
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Als ein dritter Schritt des Verfahrens erfolgt ein Anpassen S3 und Durchführen einer Instandhaltbarkeitsanalyse für das Produktelement in Abhängigkeit der ermittelten Kritikalität, der bestimmten analyserelevanten Daten und des bestimmten mindestens einen Einflussfaktors mittels einer Rechnereinrichtung 30.
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Die Verfahrensschritte des Verfahrens können dabei iterativ oder rekursiv wiederholt werden und/oder in beliebiger Reihen- oder Rangfolge wiederholt werden.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Eine Vorrichtung 1 zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur eines Produkts umfasst beispielsweise eine Auswertungseinrichtung 10, eine Erfassungseinrichtung 20 und eine Rechnereinrichtung 30.
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Die Auswertungseinrichtung 10 kann dazu ausgelegt sein, eine Kritikalität eines Produktelements des Produkts zu ermitteln. Die Kritikalität des Produktelements des Produkts kann einer Kritikalität eines Strukturbauteiles oder einer Strukturbaugruppe des Produkts entsprechen.
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Die Erfassungseinrichtung 20 kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, analyserelevante Daten und mindestens einen Einflussfaktor für das Produktelement zu bestimmen.
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Die Erfassungseinrichtung 20 kann ferner dazu ausgelegt sein, die analyserelevanten Strukturbauteile mit Einstufung ihrer Kritikalität zu erfassen, analyserelevante Details an den Strukturbauteilen bei Bedarf festzulegen, Daten zur Bauweise festzuhalten und mögliche Einflussfaktoren jeweils pro Strukturbauteil aufzulisten.
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Die Rechnereinrichtung 30 kann dazu ausgelegt sein, eine Instandhaltbarkeitsanalyse in Abhängigkeit der ermittelten Kritikalität, der bestimmten analyserelevanten Daten und des bestimmten mindestens einen Einflussfaktors für das Produktelement durchzuführen.
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Die Rechnereinrichtung 30 kann ferner dazu ausgelegt sein, eine Instandhaltbarkeitsanalyse in Abhängigkeit der ermittelten Kritikalität, der Bauweise und der Einflussfaktoren für das individuelle Strukturbauteil bzw. das Produktelement durchzuführen.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Client-Server-Systems mit einer Vorrichtung zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Ein Client-Server-System kann einen Server 200 und eine Vielzahl von Clients 100 aufweisen, wobei der Server 200 und die Clients 100 über ein Internet oder ein sonstiges Netzwerk, umfassend viele Rechnernetzwerke, durch die Daten ausgetauscht werden, beispielsweise verbunden oder miteinander gekoppelt sind.
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Dabei können die Untereinheiten der Vorrichtung 1, wie etwa die Auswertungseinrichtung 10, die Rechnereinrichtung 30 oder die Erfassungseinrichtung 20, in beliebiger Weise auf den Server 200 und die Clients 100 verteilt werden. Insbesondere kann die Verteilung von Auswertungseinrichtung 10, die Rechnereinrichtung 30 oder die Erfassungseinrichtung 20 auf die vorhandenen Rechenleistungs- und/oder Speicherressourcen des Servers 200 bzw. der Clients 100 angepasst werden.
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Dabei können die Untereinheiten der Vorrichtung 1, wie etwa die Auswertungseinrichtung 10, die Rechnereinrichtung 30 oder die Erfassungseinrichtung 20, auch in der Form einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (englisch application-specific integrated circuit, ASIC, auch Custom Chip) realisiert werden oder als eine sonstige elektronische Schaltung, die als integrierter Schaltkreis realisiert wird.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Client-Server-Systems mit einer Vorrichtung zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Abweichend von dem in der 3 dargestellten Client-Server-System weist das in 4 dargestellte Client-Server-System gekoppelte Server 200 und Clients 100 auf. Mit anderen Worten ausgedrückt, der Server 200 und die Clients 100 sind beispielsweise unmittelbar miteinander verbunden oder gekoppelt.
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Die 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zur Instandhaltbarkeitsanalyse einer Produktstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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In einem Schritt S100 erfolgt beispielsweise ein Initialisieren einer Produktstruktur-Analyse-Prozedur.
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In einem Schritt S101 erfolgt beispielsweise ein Definieren der Produktstruktur und der Bereiche des Produkts, für welche die Produktstruktur-Analyse-Prozedur erfolgt.
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In einem Schritt S102 erfolgt beispielsweise ein Definieren eines Zuständigkeitsbereiches, falls Projektschnittstellen vorhanden sind.
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In einem Schritt S103 erfolgt beispielsweise ein Erfassen von Daten und Informationen aus Dokumentationen, technischen Zeichnungen und sonstigen Datenbanken.
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In einem Schritt D1 erfolgt beispielsweise eine Abfrage, ob ein Produktelement ein kritisches Strukturbauteil ist.
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Falls ja, erfolgt beispielsweise in einem Schritt S104 ein Auflisten der kritischen Strukturbauteile und der zugehörigen Daten.
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Anschließend erfolgt beispielsweise in einem Schritt S105 ein Zusammenstellen der analyserelevanten Daten für jedes kritische Strukturbauteil sowie das Definieren von örtlich oder räumlich begrenzten Details an diesen Strukturbauteilen.
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Anschließend erfolgt beispielsweise in einem Schritt D2 eine Abfrage, welches Konstruktionsprinzip für das ausgewählte kritische Strukturbauteil für die weitere Analyse gilt. Für das Konstruktionsprinzip ”safe life” (auf Deutsch frei übersetzt: sichere Auslegung für die vorhergesehene Lebensdauer) gilt.
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Falls in D2 die Abfrage, welches Konstruktionsprinzip für das ausgewählte kritische Strukturbauteil für die weitere Analyse gilt, positiv ausfiel, erfolgt beispielsweise in einem Schritt S106 ein Durchführen einer Analyse zur Feststellung der Lebensdauergrenze für das kritische Strukturbauteil.
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Anschließend erfolgt beispielsweise in einem Schritt S107 ein Definieren der Lebensdauergrenze für das kritische Strukturbauteil.
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Falls das Konstruktionsprinzip ”damage tolerant” (auf Deutsch frei übersetzt: Schadenstolerante Auslegung) für das ausgewählte kritische Strukturbauteil gilt, erfolgt beispielsweise in einem Schritt S108 eine Analyse zur Festigkeit des betroffenen Strukturbauteils.
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Parallel zu der Überprüfung des Konstruktionsprinzips in D2 erfolgt beispielsweise in einem Schritt D3 eine Abfrage, ob das kritische Strukturbauteil eine homogene Metallbauweise aufweist.
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Falls ja, erfolgt beispielsweise in einem Schritt S109 eine Analyse des kritischen metallischen Strukturbauteils.
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Falls nein, erfolgt beispielsweise in D4 eine Abfrage, ob das kritische Strukturbauteil eine homogen nicht-metallische Bauweise aufweist.
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Falls ja, erfolgt beispielsweise in einem Schritt S110 eine Analyse des kritischen nicht-metallischen Strukturbauteils.
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Falls nein, erfolgt in einem Schritt S111 eine Analyse des kritischen Strukturbauteils, welches aus einer Materialkombination (metallisch/nicht-metallisch) besteht.
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Anschließend an die Schritte von S108 bis S110 erfolgt jeweils in einem Schritt S112 ein Abstimmen und Angleichen der ermittelten Intervalle für die präventiven Instandhaltungsmaßnahmen für jedes kritische Strukturbauteil.
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Anschließend erfolgt in einem Schritt S113 ein Definieren der resultierenden präventiven Instandhaltungsmaßnahme(n) mit Intervall(en) für jedes kritische Strukturbauteil.
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Anschließend erfolgt in einem Schritt S114 eine Überprüfung, ob der Durchführungsumfang der präventiven Instandhaltungsmaßnahmen auf Stichproben kritischer Strukturbauteile und/oder Produkte reduziert werden kann.
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Falls die Abfrage, ob ein ausgewähltes Produktelement ein kritisches Strukturbauteil ist in dem Schritt D1 negativ ausgefallen ist, erfolgt in einem Schritt D5 eine Abfrage, ob das Strukturbauteil aufgrund einem möglichen großen Einfluß auf Produktverfügbarkeit und/oder Kosten instandhaltungsrelevant ist.
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Falls nein, erfolgt beispielsweise in einem Schritt A3 ein Definieren der ”unkritischen” Produktstruktur und ein Auslassen der Herleitung planmäßiger Instandhaltungsmaßnahmen.
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Die Schritte A0 und A1 stellen beispielsweise Daten von Simulationstests oder Strukturdaten oder Daten basierend auf Einstellungen oder Betriebsparameter der Strukturbauteile bereit.
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Falls ja, erfolgt beispielsweise in einem Schritt S115 ein Auflisten der Daten für das instandhaltungsrelevante Strukturbauteil.
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Anschließend erfolgt beispielsweise in einem Schritt D6 eine Abfrage, ob eine allgemeine Sichtprüfung im Rahmen der präventiven Zoneninspektion ausreichend anwendbar ist.
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Falls ja, erfolgt beispielsweise in einem Schritt S117 ein Durchführen der allgemeinen Sichtprüfung im Rahmen der präventiven Zoneninspektion für die betroffene Produktzone.
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Falls nein, erfolgt beispielsweise in einem Schritt S116 ein Durchführen einer allgemeinen Sichtprüfung im Rahmen eines präventiven Inspektionspaketes mit kleinerem Intervall im Vergleich zur Zoneninspektion, hier als ”Routine-Inspektion” bezeichnet.
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Anschließend erfolgt beispielsweise in einem Schritt S118 ein Abstimmen und Abgleichen aller ermittelten durchzuführenden präventiven Instandhaltungsmaßnahmen für die gesamte Produktstruktur.
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Anschließend erfolgt beispielsweise in einem Schritt S119 ein De-Initialisieren der Prozedur der Instandhaltbarkeitsanalyse.
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Der Typ für das planmäßige Intervall einer Instandhaltungsmaßnahme kann kalendarisch, d. h. täglich, monatlich, jährlich oder nach Ablauf eines sonstigen regelmäßigen Zeitintervalls und/oder basierend auf Nutzungsdaten, d. h. einer Anzahl von Betriebsstunden, Anlassvorgänge oder ähnliches, festgelegt werden.
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Die Verfahrensschritte stellen eine beispielhafte Abfragelogik zur Ermittlung anwendbarer und effektiver Instandhaltungsmaßnahmen für ein technisches System oder Teilsystem dar.
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Jede weitere und hiervon abweichende Abfragelogik für eine Instandhaltung kann jedoch von der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, so dass der funktionsfähige Zustand des Produkts erhalten bleibt oder bei Ausfall wieder hergestellt wird
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend” und „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
