DE102018217729B4 - Method and device for estimating at least one performance indicator of a system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen von mindestens einer Leistungskennzahl (32, 33, 34) eines Systems, umfassend die folgenden Schritte: Empfangen einer funktionalen Strukturinformation (20) des Systems mittels einer Eingangseinrichtung (2), wobei die funktionale Strukturinformation (20) Informationen zu einzelnen Komponenten (22) des Systems und deren struktureller Anordnung umfasst und mittels einer Berechnungseinrichtung (3): Erzeugen eines mehrere Systemzustände (Zx) umfassenden Zustandsdiagramms (23) des Systems, wobei die Systemzustände (Zx) des Systems auf Grundlage von Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen zwischen Komponentenzuständen der einzelnen Komponenten (22) miteinander verknüpft werden, Festlegen von Kategorien der mindestens einen Leistungskennzahl (32, 33, 34) und Zuordnen der festgelegten Kategorien zu Systemzuständen (Zx), Ermitteln von Aufenthaltswahrscheinlichkeitswerten (30) des Systems in den einzelnen Systemzuständen (Zx), Ermitteln der mindestens einen Leistungskennzahl (32, 33, 34) für jede der festgelegten Kategorien auf Grundlage der ermittelten Aufenthaltswahrscheinlichkeitswerte (30) und Ausgeben der ermittelten mindestens einen Leistungskennzahl (32, 33, 34) für jede der festgelegten Kategorien als Leistungskennzahlsignal (11) mittels einer Ausgabeeinrichtung (4). Ferner betrifft die Erfindung eine zugehörige Vorrichtung (1).The invention relates to a method for estimating at least one key performance indicator (32, 33, 34) of a system, comprising the following steps: receiving functional structural information (20) of the system by means of an input device (2), the functional structural information (20) being information to individual components (22) of the system and their structural arrangement, and by means of a calculation device (3): generating a state diagram (23) of the system comprising a plurality of system states (Zx), the system states (Zx) of the system being based on transition probability information between component states of the individual components (22) are linked to one another, defining categories of the at least one performance indicator (32, 33, 34) and assigning the defined categories to system states (Zx), determining probability of residence values (30) of the system in the individual system states (Zx) , Determine the minimum at least one performance indicator (32, 33, 34) for each of the defined categories on the basis of the determined residence probability values (30) and outputting the determined at least one performance indicator (32, 33, 34) for each of the defined categories as a performance indicator signal (11) by means of an output device (4). The invention further relates to an associated device (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen von mindestens einer Leistungskennzahl eines Systems.The invention relates to a method and a device for estimating at least one performance indicator of a system.
Es ist bekannt, komplexe Systeme mit mehreren Komponenten hinsichtlich einer Ausfallwahrscheinlichkeit zu beurteilen und hierzu eine entsprechende Leistungskennzahl zu ermitteln. Hierbei werden auf Grundlage von funktionalen Strukturinformationen des Systems in Form von Zuverlässigkeitsblockschaltbildern verschiedene miteinander verknüpfte Systemzustände definiert und auf Grundlage von Eigenschaften der einzelnen Komponenten ein Ausfallverhalten des Systems simuliert. Aus dem Simulationsergebnis wird anschließend die Leistungskennzahl ermittelt.It is known to assess complex systems with several components with regard to a failure probability and to determine a corresponding key performance indicator. Here, on the basis of functional structural information of the system in the form of reliability block diagrams, various interrelated system states are defined and a failure behavior of the system is simulated on the basis of properties of the individual components. The key performance indicator is then determined from the simulation result.
Aus der
Aus der
Insbesondere bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen mit erhöhten Zuverlässigkeitsanforderungen beim halbautomatisierten oder automatisierten Fahren ist das Berechnen einer die Ausfallwahrscheinlichkeit charakterisierenden Leistungskennzahl derzeit jedoch nur unbefriedigend gelöst.In particular, in applications in motor vehicles with increased reliability requirements in semi-automated or automated driving, the calculation of a performance indicator that characterizes the probability of failure is currently only unsatisfactorily solved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen von mindestens einer Leistungskennzahl eines Systems zu schaffen, bei denen eine Leistungskennzahl des Systems verbessert geschätzt werden kann.The invention is based on the object of providing a method and a device for estimating at least one performance indicator of a system, in which a performance indicator of the system can be estimated in an improved manner.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a method with the features of
Insbesondere wird ein Verfahren zum Schätzen von mindestens einer Leistungskennzahl eines Systems zur Verfügung gestellt, umfassend die folgenden Schritte: Empfangen einer funktionalen Strukturinformation des Systems mittels einer Eingangseinrichtung, wobei die funktionale Strukturinformation Informationen zu einzelnen Komponenten des Systems und deren struktureller Anordnung umfasst und mittels einer Berechnungseinrichtung:
- (a) Erzeugen eines mehrere Systemzustände umfassenden Zustandsdiagramms des Systems auf Grundlage der einzelnen Komponenten und deren struktureller Anordnung, wobei die Systemzustände des Systems auf Grundlage von Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen zwischen Komponentenzuständen der einzelnen Komponenten miteinander verknüpft werden,
- (b) Festlegen von Kategorien der mindestens einen Leistungskennzahl und Zuordnen der festgelegten Kategorien zu Systemzuständen des Zustandsdiagramms,
- (c) Ermitteln von Aufenthaltswahrscheinlichkeitswerten des Systems in den einzelnen Systemzuständen auf Grundlage der Verknüpfungen zwischen den einzelnen Systemzuständen,
- (d) Ermitteln der mindestens einen Leistungskennzahl für jede der festgelegten Kategorien auf Grundlage der ermittelten Aufenthaltswahrscheinlichkeitswerte, und
- (a) generating a state diagram of the system comprising several system states based on the individual components and their structural arrangement, the system states of the system being based on transition probability information between component states of the individual components are linked together,
- (b) defining categories of the at least one performance indicator and assigning the defined categories to system states of the state diagram,
- (c) determining the probability of residence values of the system in the individual system states on the basis of the links between the individual system states,
- (d) determining the at least one key performance indicator for each of the defined categories on the basis of the determined residence probability values, and
Ferner wird eine Vorrichtung zum Schätzen von mindestens einer Leistungskennzahl eines Systems geschaffen, umfassend eine Eingangseinrichtung, wobei die Eingangseinrichtung derart ausgebildet ist, eine funktionale Strukturinformation des Systems zu empfangen, wobei die funktionale Strukturinformation Informationen zu einzelnen Komponenten des Systems und deren struktureller Anordnung umfasst, eine Berechnungseinrichtung, wobei die Berechnungseinrichtung derart ausgebildet ist, die folgenden Schritte auszuführen:
- (a) Erzeugen eines mehrere Systemzustände umfassenden Zustandsdiagramms des Systems auf Grundlage der einzelnen Komponenten und deren struktureller Anordnung, wobei die Systemzustände des Systems auf Grundlage von Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen zwischen Komponentenzuständen der einzelnen Komponenten miteinander verknüpft werden,
- (b) Festlegen von Kategorien der mindestens einen Leistungskennzahl und Zuordnen der festgelegten Kategorien zu Systemzuständen des Zustandsdiagramms,
- (c) Ermitteln von Aufenthaltswahrscheinlichkeitswerten des Systems in den einzelnen Systemzuständen auf Grundlage der Verknüpfungen zwischen den einzelnen Systemzuständen,
- (d) Ermitteln der mindestens einen Leistungskennzahl für jede der festgelegten Kategorien auf Grundlage der ermittelten Aufenthaltswahrscheinlichkeitswerte, und
- (a) generating a state diagram of the system comprising a plurality of system states on the basis of the individual components and their structural arrangement, the system states of the system being linked to one another on the basis of transition probability information between component states of the individual components,
- (b) defining categories of the at least one performance indicator and assigning the defined categories to system states of the state diagram,
- (c) determining the probability of residence values of the system in the individual system states on the basis of the links between the individual system states,
- (d) determining the at least one key performance indicator for each of the defined categories on the basis of the determined residence probability values, and
Eine Grundidee der Erfindung ist, mehrere Kategorien von Leistungskennzahlen vorzusehen, welche Systemzuständen eines Systems zugeordnet werden. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass einzelnen Systemzuständen mehrere Kategorien zugeordnet werden. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass einem oder mehreren Systemzuständen gar keine Kategorie zugeordnet wird. Durch diese übergeordnete Ebene lassen sich verbesserte Aussagen über ein Zuverlässigkeitsverhalten des Systems treffen. Insbesondere bei Systemen, bei denen hohe Sicherheitsanforderungen bestehen, kann das System hierdurch verbessert beurteilt werden, da verschiedene Abstufungen im Verhalten des Systems unterschieden werden können.A basic idea of the invention is to provide several categories of performance indicators, which system states are assigned to a system. In particular, it can be provided that several system categories are assigned to individual system states. It can also be provided that no category is assigned to one or more system states. This higher level enables improved statements to be made about the reliability behavior of the system. In particular in the case of systems in which there are high security requirements, the system can thereby be assessed in an improved manner, since different levels can be distinguished in the behavior of the system.
Das System soll insbesondere aus mehreren Komponenten bestehen. Das System ist erfindungsgemäß in einem Kraftfahrzeug angeordnet. Das System in dem Kraftfahrzeug ist erfindungsgemäß eine Einrichtung zum Unterstützen eines Fahrers des Kraftfahrzeugs oder zum halb- oder vollautomatisierten Fahren des Kraftfahrzeugs.In particular, the system should consist of several components. According to the invention, the system is arranged in a motor vehicle. According to the invention, the system in the motor vehicle is a device for supporting a driver of the motor vehicle or for semi-or fully automated driving of the motor vehicle.
Die funktionale Strukturinformation ist insbesondere eine technische Systembeschreibung in Form eines Zuverlässigkeitsblockschaltbildes. In diesem Zuverlässigkeitsblockschaltbild ist eine Anordnung der einzelnen Komponenten des Systems im Hinblick auf eine Zuverlässigkeit abgebildet. Hierbei unterscheidet man in der Regel zwischen einer Reihenschaltung, einer Parallelschaltung, einer mvn-Anordnung und einer Standby-Anordnung der einzelnen Komponenten zueinander. Bei einer Reihenschaltung sind die Komponenten in einem Strukturpfad hintereinander in Serie geschaltet und ein Ausfall einer Komponente führt zum Ausfall des Strukturpfades. In einer Parallelschaltung von zwei Komponenten führen beide Komponenten parallel die gleichen Aufgaben aus. In diesem Fall müssen beide Strukturpfade ausfallen, damit die Funktion bzw. das System ausfallen. Bei einer mvn-Anordnung handelt es sich um eine parallele Systemstruktur, bei der immer m von n Strukturpfade funktionsfähig sein müssen. Z.B. dürfte bei einer 2v3-Anordnung maximal ein Strukturpfad ausfallen sein, damit das System noch funktionsfähig ist. Diese Anordnung wird unter anderem bei sicherheitskritischen Systemen eingesetzt, bei denen ein aktiver Strukturpfad mindestens durch einen zweiten aktiven Strukturpfad überprüft werden muss. Standby-Anordnungen sind ebenfalls parallele Systemstrukturen, die Besonderheit hierbei ist jedoch, dass es nur einen aktiven Strukturpfad gibt, die restlichen parallelen Strukturpfade sind im Hinblick auf die Zuverlässigkeit inaktiv. Fällt der aktive Strukturpfad aus, wird der nächste Strukturpfad aktiviert und übernimmt die Funktion des ausgefallenen Strukturpfades.The functional structure information is in particular a technical system description in the form of a reliability block diagram. This reliability block diagram shows an arrangement of the individual components of the system with regard to reliability. A distinction is usually made between a series connection, a parallel connection, an mvn arrangement and a standby arrangement of the individual components. In the case of a series connection, the components are connected in series in a structure path and a failure of a component leads to the failure of the structure path. In a parallel connection of two components, both components perform the same tasks in parallel. In this case, both structure paths must fail for the function or the system to fail. An mvn arrangement is a parallel system structure in which m of n structure paths must always be functional. E.g. With a 2v3 arrangement, a maximum of one structure path should fail so that the system is still functional. This arrangement is used, among other things, in safety-critical systems in which an active structure path must be checked at least by a second active structure path. Standby arrangements are also parallel system structures, but the special feature of this is that there is only one active structure path, the remaining parallel structure paths are inactive with regard to reliability. If the active structure path fails, the next structure path is activated and takes over the function of the failed structure path.
Die funktionale Strukturinformation wird der Eingangseinrichtung bereitgestellt. Dies kann beispielsweise in Form eines entsprechend ausgebildeten Datenpakets erfolgen, das von der Eingangseinrichtung empfangen wird und die funktionale Strukturinformation enthält. The functional structure information is provided to the input device. This can take place, for example, in the form of a correspondingly designed data packet that is received by the input device and contains the functional structure information.
Auf Grundlage der funktionalen Strukturinformation, das heißt auf Grundlage der einzelnen in der Strukturinformation beschriebenen Komponenten und deren struktureller Anordnung, erzeugt die Berechnungseinrichtung ein mehrere Systemzustände umfassendes Zustandsdiagramm des Systems. Hierbei werden insbesondere die Komponentenzustände „funktionsfähig“ und „ausgefallen“ für jede der einzelnen Komponenten unterschieden, wobei sich die einzelnen Systemzustände aus Kombinationen der Komponentenzustände ergeben. Die einzelnen Systemzustände des Systems sind in diesem Zustandsdiagramm auf Grundlage von Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen miteinander verknüpft. Die Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen beschreiben eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Komponente, die sich in einem bestimmten Komponentenzustand befindet, in einen anderen Komponentenzustand wechselt. Insbesondere ist die Übergangswahrscheinlichkeitsinformation in Bezug auf eine Zeit festgelegt. Alternativ kann die Übergangswahrscheinlichkeitsinformation auch in Bezug auf eine Kilometerzahl (z.B. eine Laufleistung) oder eine Belastung festgelegt sein. Die Übergangswahrscheinlichkeitsinformation umfasst beispielsweise eine Übergangswahrscheinlichkeit oder eine Übergangswahrscheinlichkeitsverteilung. Das Zustandsdiagramm muss nicht als (graphisches) Diagramm ausgebildet sein, sondern kann auch abstrakt als entsprechende Definition der einzelnen Systemzustände mit den zugehörigen Verknüpfungen erstellt werden.On the basis of the functional structure information, that is to say on the basis of the individual components described in the structure information and their structural arrangement, the calculation device generates a state diagram of the system comprising several system states. In particular, the component states "functional" and "failed" are differentiated for each of the individual components, whereby the individual system states result from combinations of the component states. The individual system states of the system are linked to one another in this state diagram on the basis of transition probability information. The transition probability information describes a probability that a component that is in a particular component state changes to another component state. In particular, the transition probability information is fixed with respect to a time. Alternatively, the transition probability information can also be defined in relation to a number of kilometers (e.g. a mileage) or a load. The transition probability information includes, for example, a transition probability or a transition probability distribution. The state diagram does not have to be designed as a (graphic) diagram, but can also be created abstractly as a corresponding definition of the individual system states with the associated links.
Die Übergangswahrscheinlichkeitsinformation zu jeder der Komponenten wird beispielsweise ebenfalls von der Eingangseinrichtung empfangen oder auf andere Weise erzeugt, beispielsweise kann diese auf Grundlage einer Klasse oder eines Herstellers der Komponenten abgeleitet oder geschätzt werden.The transition probability information for each of the components is, for example, also received by the input device or generated in another way, for example it can be derived or estimated on the basis of a class or a manufacturer of the components.
Ist das Zustandsdiagramm mit den einzelnen Systemzuständen des Systems und deren Verknüpfungen erzeugt, so werden den einzelnen Systemzuständen des Systems festgelegte Kategorien der mindestens einen Leistungskennzahl zugeordnet. Hierbei können den einzelnen Systemzuständen insbesondere auch mehrere Kategorien zugeordnet sein.Once the state diagram with the individual system states of the system and their links has been generated, the categories of the at least one performance indicator are assigned to the individual system states of the system. Several categories can be assigned to the individual system states.
Beim Zuordnen der einzelnen Kategorien zu den Systemzuständen des Systems kann vorgesehen sein, dass hierbei eine Zustandshistorie berücksichtigt wird. So kann eine Zuordnung von einzelnen Kategorien zu einem Systemzustand je nach vorheriger Zustandshistorie anders sein. Beispielsweise kann die Zuordnung unterschiedlich sein in Abhängigkeit davon, ob das System vorher bereits schon einmal ausgefallen ist oder nicht.When assigning the individual categories to the system states of the system, it can be provided that a state history is taken into account here. An assignment of individual categories to a system status can be different depending on the previous status history. For example, the assignment may differ depending on whether the system has already failed before or not.
Das Ermitteln von Aufenthaltswahrscheinlichkeitswerten des Systems in den einzelnen Systemzuständen erfolgt auf Grundlage der Verknüpfungen zwischen den einzelnen Systemzuständen. Hierbei wird insbesondere jeweils betrachtet, ob eine einzelne Komponente ausgefallen ist oder nicht. In einem Anfangszustand sind alle Komponenten funktionsfähig. Ausgehend von dem Anfangszustand werden dann in Abhängigkeit der jeweiligen Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen zwischen einzelnen Komponentenzuständen der Komponenten Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des Systems in den einzelnen Systemzuständen des Zustandsdiagramms ermittelt. Das Ermitteln der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten erfolgt unter vorgegebenen Randbedingungen. Insbesondere kann eine solche Randbedingung eine vorgegebene Zeitdauer sein, beispielsweise ein Zeitraum von 10 Jahren, für den die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten bestimmt werden. Es kann auch eine Anzahl an Zustandswechseln vorgegeben sein. Auch eine zum Ermitteln verwendete Anzahl von Systemzustandsverläufen kann eine solche Randbedingung sein. Hierbei wird die Aussagekraft der geschätzten mindestens einen Leistungskennzahl jedoch umso besser, je mehr Zustandsverläufe für eine vorgegebene Zeitdauer durchlaufen wurden.The determination of the probability of residence of the system in the individual system states takes place on the basis of the connections between the individual system states. In particular, it is considered whether a single component has failed or not. In an initial state, all components are functional. Starting from the initial state, residence probabilities of the system in the individual system states of the state diagram are then determined as a function of the respective transition probability information between individual component states of the components. The probabilities of residence are determined under specified boundary conditions. In particular, such a boundary condition can be a predetermined period of time, for example a period of 10 years, for which the probabilities of residence are determined. A number of changes of state can also be predetermined. Such a boundary condition can also be a number of system status profiles used for determining. Here, however, the meaningfulness of the estimated at least one key performance indicator becomes better the more status trends have been run through for a predetermined period of time.
Das Ermitteln der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten erfolgt insbesondere, indem Aufenthaltsdauern in den einzelnen Systemzuständen für jeden der Zustandsverläufe über Abschnitte des Zustandsverlaufs oder den gesamten Zustandsverlauf aufsummiert werden. Für die Abschnitte oder den gesamten Zustandsverlauf werden diese aufsummierten Aufenthaltsdauern in Bezug gesetzt zu einer Dauer des Abschnitts bzw. des gesamten Verlaufs. Auf diese Weise können Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des Systems in den Systemzuständen in Bezug auf die betrachteten Zeiträume abgeleitet werden. Auf Grundlage der ermittelten Aufenthaltswahrscheinlichkeiten wird die mindestens eine Leistungskennzahl ermittelt.The residence probabilities are determined in particular by adding up residence times in the individual system states for each of the state courses over sections of the state course or the entire state course. For the sections or the entire course of the condition, these accumulated periods of stay are related to a duration of the section or the entire course. In this way, system probabilities of the system in the system states can be derived in relation to the periods under consideration. The at least one key performance indicator is determined on the basis of the residence probabilities determined.
Werden die festgelegten Kategorien berücksichtigt, so ergeben sich die Wahrscheinlichkeiten, dass das System sich in einer der festgelegten Kategorien befindet und die entsprechende Leistungskennzahl kann daraus ermittelt werden. Das Verfahren ermöglicht somit, einen zeitlichen Verlauf der Leistungskennzahlen zu ermitteln.If the defined categories are taken into account, the probabilities arise that the system is in one of the defined categories and the corresponding key performance indicator can be determined from this. The method thus makes it possible to determine a time profile of the performance indicators.
Die ermittelte mindestens eine Leistungskennzahl für jede der festgelegten Kategorien wird anschließend mittels der Ausgabeeinrichtung als Leistungskennzahlsignal ausgegeben. Das Leistungskennzahlsignal kann insbesondere in digitaler Form, beispielsweise als Datenpaket, ausgegeben werden. The determined at least one key performance indicator for each of the defined categories is then output as a key performance indicator signal by means of the output device. The performance indicator signal can be output in particular in digital form, for example as a data packet.
Die mindestens eine Leistungskennzahl soll insbesondere ein Maß für eine Zuverlässigkeit des Systems in Bezug auf einzelne Komponentenzustände darstellen. Die Zuverlässigkeit gibt an, wie zuverlässig ein System funktioniert. Hierbei wird insbesondere von einem Verhalten der einzelnen Komponenten auf das gesamte System geschlossen. Mit Hilfe der einzelnen Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen für die einzelnen Komponentenzustände kann das Verhalten des gesamten Systems im Zeitverlauf geschätzt werden. Aus dem geschätzten Verhalten des gesamten Systems ergibt sich dann die mindestens eine Leistungskennzahl.The at least one performance indicator should in particular represent a measure of the reliability of the system in relation to individual component states. Reliability indicates how reliably a system works. The behavior of the individual components is used to infer the entire system. With the help of the individual transition probability information for the individual component states, the behavior of the entire system can be estimated over time. The at least one key performance indicator is then derived from the estimated behavior of the entire system.
Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Leistungskennzahl für mehrere Zeitpunkte bzw. Zeiträume ermittelt und ausgegeben wird. Auf diese Weise lässt sich die Entwicklung des Systems im Zeitverlauf beobachten. Sind hingegen eine Abhängigkeit von einer Kilometeranzahl oder einer Belastung durch entsprechende Abhängigkeiten der Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen der einzelnen Komponenten vorgesehen, kann die Entwicklung des Systems entsprechend in Abhängigkeit des Verlaufs dieser Größen ermittelt und beobachtet werden.It can be provided that the at least one key performance indicator is determined and output for several points in time or periods. In this way, the development of the system can be observed over time. If, on the other hand, a dependency on a number of kilometers or a load is provided by corresponding dependencies of the transition probability information of the individual components, the development of the system can be determined and observed depending on the course of these variables.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Erzeugen des Zustandsdiagramms eine Hardware und eine Software der Komponenten jeweils einzeln berücksichtigt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Verhalten der Hardware und der Software im Rahmen von einzelnen Zuständen im Zustandsdiagramm berücksichtigt werden kann. Dies ermöglicht beispielsweise getrennte Aussagen darüber, wie wahrscheinlich ein Ausfall der Software bzw. der Hardware des Systems ist.In one embodiment it is provided that hardware and software of the components are taken into account individually when generating the state diagram. This has the advantage that the behavior of the hardware and software in the context of individual states can be taken into account in the state diagram. This allows, for example, separate statements about how likely a failure of the software or the hardware of the system is.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Übergangswahrscheinlichkeitsinformation mindestens einer der Komponenten eine Ausfallswahrscheinlichkeitsinformation und eine Reparaturwahrscheinlichkeitsinformation umfasst. Dies ermöglicht es, eine richtungsabhängige Verknüpfung zwischen einzelnen Systemzuständen des Zustandsdiagramms auszubilden. Ein Zustand des Systems umfasst beispielsweise eine Komponente in einem funktionsfähigen Komponentenzustand. Mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit, welche sich aus der Ausfallwahrscheinlichkeitsinformation dieser Komponente ableiten lässt, fällt die funktionsfähige Komponente aus. Der Komponentenzustand ist dann ein anderer und das System wechselt in einen anderen Systemzustand, in dem die Komponente ausgefallen ist. Mit einer Wahrscheinlichkeit, welche sich aus der Reparaturwahrscheinlichkeitsinformation ableiten lässt, kann die Komponente wieder repariert werden. Der Komponentenzustand ändert sich dann entsprechend wieder und der Systemzustand des Systems geht wieder auf den ursprünglich betrachteten Systemzustand zurück, in dem die Komponente funktionsfähig war. Die Ausfallswahrscheinlichkeitsinformation kann beispielsweise eine Ausfallwahrscheinlichkeit oder eine Ausfallwahrscheinlichkeitsverteilung umfassen. Entsprechend kann die Reparaturwahrscheinlichkeitsinformation eine Reparaturwahrscheinlichkeit oder eine Reparaturwahrscheinlichkeitsverteilung umfassen.In one embodiment it is provided that the transition probability information of at least one of the components comprises failure probability information and repair probability information. This makes it possible to form a direction-dependent link between individual system states of the state diagram. A state of the system includes, for example, a component in a functional component state. With a certain probability, which can be derived from the failure probability information of this component, the functional component fails. The component state is then different and the system changes to a different system state in which the component has failed. The component can be repaired again with a probability that can be derived from the repair probability information. The component status then changes again accordingly and the system status of the system goes back to the system status in which the component was functional. The failure probability information can comprise, for example, a failure probability or a failure probability distribution. Correspondingly, the repair probability information can include a repair probability or a repair probability distribution.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Schritt (d) Kategorien für eine Zuverlässigkeit des Systems und/oder eine Verfügbarkeit des Systems und/oder für eine Sicherheit des Systems festgelegt und zugeordnet werden. Diese Kategorien können das System hinsichtlich der Zuverlässigkeit, Sicherheit und Verfügbarkeit in feinerer Abstufung und hierdurch verbessert beschreiben. Eine Zuverlässigkeit kann hierbei insbesondere Systemzuständen zugeordnet werden, in denen einzelne Komponenten noch nicht ausgefallen sind oder in denen einzelne Komponenten ausgefallen sind, das komplette System in der Vergangenheit bisher jedoch noch nicht ausgefallen ist. Eine Verfügbarkeit kann hierbei insbesondere Systemzuständen zugeordnet werden, in denen das System unabhängig von einer Zustandshistorie überhaupt funktionsfähig und damit verfügbar ist. Eine Sicherheit kann hierbei beispielsweise insbesondere Systemzuständen zugeordnet werden, in denen eine Redundanz einzelner Strukturpfade gewährleistet ist.In one embodiment it is provided that in step (d) categories for a reliability of the system and / or an availability of the system and / or for a security of the system are defined and assigned. These categories can describe the system in terms of reliability, security and availability in finer gradations and thereby improved. Reliability can in particular be assigned to system states in which individual components have not yet failed or in which individual components have failed but the complete system has not yet failed in the past. In this case, availability can in particular be assigned to system states in which the system is functional and therefore available regardless of a state history. For example, security can in particular be assigned to system states in which redundancy of individual structure paths is guaranteed.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des Systems in den einzelnen Systemzuständen mittels einer Monte-Carlo-Simulation erfolgt, wobei die Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen jeweils Übergangswahrscheinlichkeitsverteilungen zwischen Komponentenzuständen der Komponenten umfassen. Umfassen die Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen und Reparaturwahrscheinlichkeitsinformationen, so sind die Übergangswahrscheinlichkeitsverteilungen richtungsabhängig und umfassen dann je nach Komponente Ausfallwahrscheinlichkeitsverteilungen und Reparaturwahrscheinlichkeitsverteilungen. Die Verteilungen sollen insbesondere in Abhängigkeit der Zeit definiert sein. Beispielsweise können die Verteilungen als Exponentialverteilungen mit einem entsprechenden Erwartungswert für die Zeit bis zu einem Ausfall der entsprechenden Komponente ausgebildet sein. Alternativ können die Verteilungen auch in Abhängigkeit einer Laufleistung (z.B. Kilometer) oder einer Belastung (z.B. Betriebsstunden) definiert sein. Entsprechend ergibt sich die mindestens eine Leistungskennzahl in Abhängigkeit von der Zeit, der Laufleistung oder der Belastung.In one embodiment it is provided that the probabilities of the system in the individual system states are determined by means of a Monte Carlo simulation, the transition probability information in each case comprising transition probability distributions between component states of the components. If the transition probability information includes failure probability information and repair probability information, then the transition probability distributions are direction-dependent and then include failure probability distributions and repair probability distributions depending on the component. The distributions should in particular be defined as a function of time. For example, the distributions can be designed as exponential distributions with a corresponding expected value for the time until the corresponding component fails. Alternatively, the distributions can also be made in Dependency on a mileage (e.g. kilometers) or a load (e.g. operating hours) can be defined. Accordingly, the at least one performance indicator results depending on the time, the mileage or the load.
Insbesondere liefert die Monte-Carlo-Simulation als Ergebnis der einzelnen Simulationsdurchläufe eine Verteilung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten und/oder eine Verteilung der mindestens einen Leistungskennzahl. Es kann vorgesehen sein, dass diese Verteilungen weiter ausgewertet werden und beispielsweise ein Mittelwert und ein Maß für die Varianz bestimmt werden. Der Mittelwert und die Varianz werden dann ebenfalls ausgegeben. Es kann vorgesehen sein, dass der Mittelwert anstelle der Leistungskennzahl als Leistungskennzahlsignal ausgegeben wird.In particular, the Monte Carlo simulation delivers a distribution of the probabilities of stay and / or a distribution of the at least one key performance indicator as a result of the individual simulation runs. It can be provided that these distributions are evaluated further and, for example, an average and a measure for the variance are determined. The mean and the variance are then also output. It can be provided that the mean value is output as a performance indicator signal instead of the performance indicator.
In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass für mindestens eine der Komponenten des Systems die zugehörige Übergangswahrscheinlichkeitsinformation mindestens zwei voneinander verschiedene Übergangswahrscheinlichkeitsverteilungen umfasst und diese beim Ermitteln der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten berücksichtigt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Komponente zwei voneinander verschiedene Ausfallwahrscheinlichkeiten oder Ausfallwahrscheinlichkeitsverteilungen aufweist, beispielsweise eine kurzfristige und eine längerfristige. Da beispielsweise Software keinem festem Ausfallverhalten folgt, sondern lediglich Muster unterschiedlicher Ausfallmodi zeigt, kann dieses Verhalten über mehrere Übergangswahrscheinlichkeitsverteilungen bzw. Ausfallwahrscheinlichkeitsverteilungen berücksichtigt und abgebildet werden. Das Schätzen der Leistungskennzahlen kann daher deutlich verbessert erfolgen. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass auch mehrere Reparaturwahrscheinlichkeiten und/oder Reparaturwahrscheinlichkeitsverteilungen vorgesehen sind.In a further embodiment it is provided that for at least one of the components of the system the associated transition probability information comprises at least two different transition probability distributions and these are taken into account when determining the probabilities of stay. For example, it can be provided that a component has two different default probabilities or default probability distributions, for example a short-term and a longer-term one. Since, for example, software does not follow a fixed failure behavior, but only shows patterns of different failure modes, this behavior can be taken into account and mapped over several transition probability distributions or failure probability distributions. The key performance indicators can therefore be estimated significantly improved. It can also be provided that several repair probabilities and / or repair probability distributions are also provided.
Es kann ferner vorgesehen sein, weitere Regeln für Übergänge zwischen Komponentenzuständen der Komponenten bzw. zwischen Systemzuständen des Systems vorzusehen. Dies ermöglicht es, auch ein komplexes Verhalten und zusätzliche Bedingungen beim Schätzen der mindestens einen Leistungskennzahl zu berücksichtigen.Provision can also be made to provide further rules for transitions between component states of the components or between system states of the system. This enables complex behavior and additional conditions to be taken into account when estimating the at least one performance indicator.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Ermitteln der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten mittels der Monte-Carlo-Simulation erzeugte Zustandsverläufe aufgezeichnet werden. Dies ermöglicht es, die aufgezeichneten Zustandsverläufe zu analysieren und weitere Informationen über das Systemverhalten hieraus abzuleiten. Zum Aufzeichnen kann ein entsprechender Speicher vorgesehen sein.In one embodiment, it is provided that when the residence probabilities are determined, the state profiles generated using the Monte Carlo simulation are recorded. This makes it possible to analyze the recorded state profiles and to derive further information about the system behavior from this. A corresponding memory can be provided for recording.
In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine durchschnittliche Übergangsdauer zwischen Systemzuständen des Systems und/oder eine Häufigkeit von vorgegebenen Zustandsverläufen auf Grundlage der aufgezeichneten Zustandsverläufe bestimmt werden. Beispielsweise kann eine durchschnittliche Reparaturdauer des Systems bestimmt werden, indem die Zeiten, bis zu denen einzelne Komponenten oder das System repariert wurden für jeden einzelnen Zustandsverlauf aufsummiert werden und die jeweiligen Summen anschließend über alle Zustandsverläufe gemittelt werden. Mit Hilfe der bestimmten Häufigkeit von vorgegebenen Zustandsverläufen können beispielsweise Schwachstellen in dem System gezielt gefunden und analysiert werden. Hierdurch können beispielsweise besonders kritische Zustandsverläufe untersucht und bewertet werden.In a further embodiment, it is provided that an average transition duration between system states of the system and / or a frequency of predetermined state profiles are determined on the basis of the recorded state profiles. For example, an average repair time of the system can be determined by adding up the times until which individual components or the system have been repaired for each individual status curve and then averaging the respective sums over all status profiles. With the help of the specific frequency of predefined state profiles, weak points in the system can be found and analyzed, for example. In this way, particularly critical state profiles can be examined and evaluated.
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des Systems in den einzelnen Systemzuständen mittels eines stochastischen Prozesses durchgeführt wird, wobei die Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen jeweils Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen Komponentenzuständen der einzelnen Komponenten umfassen. Umfassen die Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen Ausfallwahrscheinlichkeitsinformationen und Reparaturwahrscheinlichkeitsinformationen, so sind die Übergangswahrscheinlichkeiten richtungsabhängig und umfassen eine Ausfallwahrscheinlichkeit und eine Reparaturwahrscheinlichkeit. Ein solcher stochastischer Prozess kann beispielsweise ein Markov-Prozess oder ein Semi-Markov-Prozess sein.In an alternative embodiment it is provided that the determination of the residence probabilities of the system in the individual system states is carried out by means of a stochastic process, the transition probability information in each case comprising transition probabilities between component states of the individual components. If the transition probability information comprises failure probability information and repair probability information, the transition probabilities are directional and include a failure probability and a repair probability. Such a stochastic process can be, for example, a Markov process or a Semi-Markov process.
In der Vorrichtung ist die Berechnungseinrichtung entsprechend dazu ausgebildet, die einzelnen Ausführungsformen des Verfahrens auszuführen.In the device, the calculation device is designed to carry out the individual embodiments of the method.
Teile der Vorrichtung können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.Parts of the device can be designed individually or in combination as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Schätzen von mindestens einer Leistungskennzahl eines Systems; -
2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Schätzen von mindestens einer Leistungskennzahl eines Systems; -
3 a eine schematische Darstellung einer funktionalen Strukturinformation eines Beispielsystems; -
3b eine schematische Darstellung einer funktionalen Strukturinformation des in3a gezeigten Beispielsystems mit einer Aufteilung in Hardwarekomponenten und Softwarekomponenten; -
3c eine schematische Darstellung eines Zustandsdiagramms für das in3b gezeigte Beispielsystem; -
4 eine schematische Darstellung einer Abstufung der Funktionsfähigkeit des in3b gezeigten Beispielsystems; -
5 eine schematische Darstellung von Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des in3b gezeigten Systems in (gruppierten) Systemzuständen; -
6a eine schematische Darstellung der Leistungskennzahl für die Zuverlässigkeit des in3b gezeigten Beispielsystemsim Zeitverlauf über 10 Jahre berechnet mittels einer Monte-Carlo-Simulation; -
6b eine schematische Darstellung der Leistungskennzahl für die Verfügbarkeit des in3b gezeigten Beispielsystemsim Zeitverlauf über 10 Jahre berechnet mittels einer Monte-Carlo-Simulation; -
6c eine schematische Darstellung der Leistungskennzahl für die Sicherheit des in3b gezeigten Beispielsystemsim Zeitverlauf über 10 Jahre berechnet mittels einer Monte-Carlo-Simulation; -
7a eine schematische Darstellung einer funktionalen Strukturinformation eines weiteren Beispielsystems; -
7b eine schematische Darstellung einer funktionalen Strukturinformation des in7a gezeigten Beispielsystems mit einer Aufteilung in Hardwarekomponenten und Softwarekomponenten; -
8 eine schematische Darstellung eines Zustandsdiagramms für das in7b gezeigte Beispielsystem; -
9 eine schematische Darstellung einer Abstufung der Funktionsfähigkeit des in7b gezeigten Beispielsystems; -
10 eine schematische Darstellung der Leistungskennzahl für die Zuverlässigkeit des in7b gezeigten Beispielsystemsim Zeitverlauf über 10 Jahre, berechnet mittels einer Monte-Carlo-Simulation; -
11 eine schematische Darstellung der Leistungskennzahl für die Verfügbarkeit des in3b gezeigten Beispielsystemsim Zeitverlauf über 10 Jahre, berechnet mittels einer Monte-Carlo-Simulation; -
12 eine schematische Darstellung der Leistungskennzahl für die Sicherheit des in7b gezeigten Beispielsystemsim Zeitverlauf über 10 Jahre, berechnet mittels einer Monte-Carlo-Simulation; -
13 eine Tabelle mit sämtlichen Systemzuständen des in7b gezeigten Beispielsystems zur Verdeutlichung der Ermittlung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten mittels einer Markov-Kette; -
14 eine schematische Darstellung eines Zustandsdiagramms des in7b gezeigten Beispielsystems zur Verdeutlichung der Ermittlung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten mittels einer Markov-Kette; -
15 eine schematische Darstellung der Leistungskennzahl für die Zuverlässigkeit des in7b gezeigten Beispielsystemsim Zeitverlauf über 10 Jahre, berechnet mittels einer Markov-Kette; -
16 eine schematische Darstellung der Leistungskennzahl für die Verfügbarkeit des in7b gezeigten Beispielsystemsim Zeitverlauf über 10 Jahre, berechnet mittels einer Markov-Kette; -
17 eine schematische Darstellung der Leistungskennzahl für die Sicherheit des in7b gezeigten Beispielsystemsim Zeitverlauf über 10 Jahre, berechnet mittels einer Markov-Kette.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the device for estimating at least one performance indicator of a system; -
2nd a schematic flow diagram of an embodiment of the method for estimating at least one key performance indicator of a system; -
3 a a schematic representation of a functional structural information of an example system; -
3b a schematic representation of a functional structural information of the in3a shown example system with a division into hardware components and software components; -
3c is a schematic representation of a state diagram for the in3b shown example system; -
4th a schematic representation of a gradation of the functionality of the in3b shown example system; -
5 a schematic representation of probabilities of residence of the in3b shown system in (grouped) system states; -
6a is a schematic representation of the key performance indicator for the reliability of the in3b Example system shown over time over 10 years calculated using a Monte Carlo simulation; -
6b is a schematic representation of the key performance indicator for the availability of the in3b Example system shown over time over 10 years calculated using a Monte Carlo simulation; -
6c is a schematic representation of the key performance indicator for the security of the3b Example system shown over time over 10 years calculated using a Monte Carlo simulation; -
7a a schematic representation of functional structural information of a further example system; -
7b a schematic representation of a functional structural information of the in7a shown example system with a division into hardware components and software components; -
8th is a schematic representation of a state diagram for the in7b shown example system; -
9 a schematic representation of a gradation of the functionality of the in7b shown example system; -
10th is a schematic representation of the key performance indicator for the reliability of the in7b Example system shown over time over 10 years, calculated using a Monte Carlo simulation; -
11 is a schematic representation of the key performance indicator for the availability of the in3b Example system shown over time over 10 years, calculated using a Monte Carlo simulation; -
12th is a schematic representation of the key performance indicator for the security of the7b Example system shown over time over 10 years, calculated using a Monte Carlo simulation; -
13 a table with all system states of the in7b Example system shown to clarify the determination of the probabilities of residence using a Markov chain; -
14 is a schematic representation of a state diagram of the in7b Example system shown to clarify the determination of the probabilities of residence using a Markov chain; -
15 is a schematic representation of the key performance indicator for the reliability of the in7b Example system shown over time over 10 years, calculated using a Markov chain; -
16 is a schematic representation of the key performance indicator for the availability of the in7b Example system shown over time over 10 years, calculated using a Markov chain; -
17th is a schematic representation of the key performance indicator for the security of the7b Example system shown over time over 10 years, calculated using a Markov chain.
In
Die Eingangseinrichtung
Die Berechnungseinrichtung
- (a) Erzeugen eines mehrere Systemzustände umfassenden Zustandsdiagramms des Systems auf Grundlage der einzelnen Komponenten und deren struktureller Anordnung, wobei die Systemzustände des Systems auf Grundlage von Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen zwischen Komponentenzuständen der einzelnen Komponenten miteinander verknüpft werden,
- (b) Festlegen von Kategorien der mindestens einen Leistungskennzahl und Zuordnen der festgelegten Kategorien zu Systemzuständen des Zustandsdiagramms,
- (c) Ermitteln von Aufenthaltswahrscheinlichkeitswerten des Systems in den einzelnen Systemzuständen auf Grundlage der Verknüpfungen zwischen den einzelnen Systemzuständen,
- (d) Ermitteln der mindestens einen Leistungskennzahl für jede der festgelegten Kategorien auf Grundlage der ermittelten Aufenthaltswahrscheinlichkeitswerte.
- (a) Generating a state diagram of the system comprising a plurality of system states on the basis of the individual components and their structural arrangement, the system states of the system being based on Basis of transition probability information between component states of the individual components are linked to one another,
- (b) defining categories of the at least one performance indicator and assigning the defined categories to system states of the state diagram,
- (c) determining the probability of residence values of the system in the individual system states on the basis of the links between the individual system states,
- (d) determining the at least one key performance indicator for each of the defined categories on the basis of the ascertained probability of residence values.
Es kann vorgesehen sein, dass die Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen ebenfalls von den empfangenen funktionalen Strukturinformation umfasst ist. Die funktionale Strukturinformation enthält dann beispielsweise Übergangswahrscheinlichkeiten oder Übergangswahrscheinlichkeitsverteilungen für Übergänge zwischen Komponentenzuständen der Komponenten. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen auf andere Weise bereitgestellt werden. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass die Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen von einem zentralen Server abgefragt werden oder von einem Hersteller der einzelnen Komponenten des Systems bereitgestellt werden. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass die Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen auf Grundlage bestimmter Typen oder Klassen der Komponenten geschätzt werden.It can be provided that the transition probability information is also included in the received functional structure information. The functional structure information then contains, for example, transition probabilities or transition probability distributions for transitions between component states of the components. However, it can also be provided that the transition probability information is provided in a different way. For example, provision can also be made for the transition probability information to be queried by a central server or to be provided by a manufacturer of the individual components of the system. Furthermore, it can also be provided that the transition probability information is estimated on the basis of certain types or classes of the components.
Bei den Übergangswahrscheinlichkeitsinformationen kann es sich beispielsweise um Übergangswahrscheinlichkeiten oder um Übergangswahrscheinlichkeitsverteilungen handeln.The transition probability information can be, for example, transition probabilities or transition probability distributions.
Es kann vorgesehen sein, dass die Berechnungseinrichtung
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Übergangswahrscheinlichkeitsinformation mindestens einer der Komponenten eine Ausfallswahrscheinlichkeitsinformation und eine Reparaturwahrscheinlichkeitsinformation umfasst. Entsprechend ist das Zustandsdiagramm in Bezug auf diese Komponente dann richtungsabhängig ausgebildet, d.h. die betroffene Komponente kann dann ausfallen und wieder repariert werden.Furthermore, it can be provided that the transition probability information comprises at least one of the components, failure probability information and repair probability information. Accordingly, the state diagram with respect to this component is then direction-dependent, i.e. the affected component can then fail and be repaired again.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Berechnungseinrichtung
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Berechnungseinrichtung
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Berechnungseinrichtung
Die mittels der Berechnungseinrichtung
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Berechnungseinrichtung
Es kann in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Berechnungseinrichtung
Es kann vorgesehen sein, dass für mindestens eine der Komponenten des Systems die zugehörige Übergangswahrscheinlichkeitsinformation mindestens zwei voneinander verschiedene Übergangswahrscheinlichkeitsverteilungen umfasst und diese beim Ermitteln der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten berücksichtigt werden. It can be provided that for at least one of the components of the system the associated transition probability information comprises at least two different transition probability distributions and these are taken into account when determining the probabilities of residence.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Berechnungseinrichtung
Die Ausgabeeinrichtung
Es kann vorgesehen sein, dass die Leistungskennzahlen für mehrere Zeitpunkte bzw. Zeiträume ermittelt und ausgegeben werden.It can be provided that the key performance indicators are determined and output for several points in time or periods.
In
Im Verfahrensschritt
Dies ist schematisch in den
In der gezeigten Ausführungsform ist die Verknüpfung richtungsabhängig. So umfasst die Übergangswahrscheinlichkeitsinformation Ausfallwahrscheinlichkeitsverteilungen für einen Ausfall
Insbesondere umfassen die einzelnen Systemzustände
- Z1: beide Hardwarekomponenten
22-1 und beide Softwarekomponenten22-2 sind funktionsfähig; - Z1-1 beide Hardwarekomponenten
22-1 und eine Softwarekomponenten22-2 sind funktionsfähig, die andere Softwarekomponente22-1 ist ausgefallen; - Z1-2: beide Hardwarekomponenten
22-1 sind funktionsfähig, beide Softwarekomponenten22-1 sind ausgefallen; - Z2: eine Hardwarekomponente
22-1 ist funktionsfähig, die andere Hardwarekomponente22-1 ist ausgefallen, sowie automatisch die der ausgefallenen Hardware-Komponente22-1 zugeordnete Software-Komponente22-2 ; somit ist nur noch eine Software-Komponente22-2 funktionsfähig; - Z2-1 eine Hardwarekomponente
22-1 ist funktionsfähig, die andere Hardwarekomponente22-1 und beide Softwarekomponenten22-2 sind ausgefallen; - Z3: beide Hardwarekomponenten
22-1 sind ausgefallen.
- Z1: both hardware components
22-1 and both software components22-2 are functional; - Z1-1 both hardware components
22-1 and a software component22-2 are functional, the other software component22-1 has failed; - Z1-2: both hardware components
22-1 are functional, both software components22-1 were cancelled; - Z2: a hardware component
22-1 is functional, the other hardware component22-1 has failed, as well as automatically that of the failed hardware component22-1 assigned software component22-2 ; thus it is only a software component22-2 functioning; - Z2-1 a hardware component
22-1 is functional, the other hardware component22-1 and both software components22-2 were cancelled; - Z3: both hardware components
22-1 were cancelled.
Das System kann sich innerhalb dieses Zustandsdiagramms
Im Verfahrensschritt
In dem gezeigten Beispiel sind die folgenden Zuordnungen vorgesehen: The following assignments are provided in the example shown:
Dem Systemzustand
Den Systemzuständen
Den Systemzuständen
Da zusätzlich betrachtet wird, ob das System bereits einmal ausgefallen ist oder nicht, ist im Hinblick auf die Leistungskennzahl für die Zuverlässigkeit eine Reparatur der Softwarekomponenten nach einen Totalausfall des Systems nicht mehr möglich, das heißt Übergänge von einem Systemzustand
Im Verfahrensschritt
Hierzu wird eine Monte-Carlo-Simulation auf Grundlage der einzelnen Ausfallwahrscheinlichkeitsverteilungen und Reparaturwahrscheinlichkeitsverteilungen der Komponenten durchgeführt. Dies erfolgt unter vorgegebenen Randbedingungen, beispielsweise einem vorgegeben Simulationszeitraum, der betrachtet werden soll. Dies können beispielsweise 10 Jahre sein, für die das System simuliert werden soll.For this purpose, a Monte Carlo simulation is carried out based on the individual failure probability distributions and repair probability distributions of the components. This takes place under predefined boundary conditions, for example a predefined simulation period that is to be considered. For example, this can be 10 years for which the system is to be simulated.
Alternativ können auch eine vorgegebene Anzahl von Kilometern oder eine vorgegebene Gesamtbelastung als Rand- bzw. Abbruchbedingung für die Simulation vorgesehen sein. In diesem Fall müssen die Übergangswahrscheinlichkeitsverteilungen der einzelnen Komponenten in entsprechender Form bereitgestellt werden.Alternatively, a predetermined number of kilometers or a predetermined total load can also be provided as a boundary or termination condition for the simulation. In this case, the transition probability distributions of the individual components must be provided in an appropriate form.
Im Verfahrensschritt
In Verfahrensschritt
Auf Grundlage der summierten Zeiten, die das System jeweils in einem der Systemzustände
Diese Aufenthaltswahrscheinlichkeiten
Es kann auch vorgesehen sein, dass die mittels der Monte-Carlo-Simulation erzeugten Verteilungen für die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten und/oder die mindestens eine Leistungskennzahl bereitgestellt werden.It can also be provided that the distributions generated by means of the Monte Carlo simulation are provided for the probabilities of stay and / or the at least one performance indicator.
Es kann in Verfahrensschritt
In Verfahrensschritt
Im letzten Verfahrensschritt
Es kann vorgesehen sein, dass beim Ermitteln der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten
Ferner kann vorgesehen sein, dass eine durchschnittliche Übergangsdauer zwischen Systemzuständen
In den
Durch die jeweils parallel geschalteten Softwarekomponenten
Insbesondere umfassen die einzelnen Systemzustände
- Z1: beide Hardwarekomponenten
22-1 und alle vier Softwarekomponenten22-2 sind funktionsfähig; - Z1-1 beide Hardwarekomponenten
22-1 und drei der Softwarekomponenten22-2 sind funktionsfähig, die vierte Softwarekomponente22-1 ist ausgefallen; - Z1-2: beide Hardwarekomponenten
22-1 sind funktionsfähig, zwei Softwarekomponenten22-1 sind funktionsfähig, zwei Softwarekomponenten22-1 sind ausgefallen; - Z1-3: beide Hardwarekomponenten
22-1 sind funktionsfähig, eine Softwarekomponente22-1 ist funktionsfähig, drei Softwarekomponenten22-1 sind ausgefallen; - Z1-4: beide Hardwarekomponenten
22-1 sind funktionsfähig, alle vier Softwarekomponenten22-1 sind ausgefallen - Z2: eine Hardwarekomponente
22-1 ist funktionsfähig, die andere Hardwarekomponente22-1 ist ausgefallen, beide noch relevanten Softwarekomponenten22-2 sind funktionsfähig; - Z2-1 eine Hardwarekomponente
22-1 ist funktionsfähig, die andere Hardwarekomponente22-1 ist ausgefallen, eine Softwarekomponente22-2 ist funktionsfähig, eine Softwarekomponente22-2 ist ausgefallen; - Z2-2: eine Hardwarekomponente
22-1 ist funktionsfähig, die andere Hardwarekomponente22-1 ist ausgefallen, beide noch relevanten Softwarekomponenten22-2 sind ausgefallen; - Z3: beide Hardwarekomponenten
22-1 sind ausgefallen.
- Z1: both hardware components
22-1 and all four software components22-2 are functional; - Z1-1 both hardware components
22-1 and three of the software components22-2 are functional, the fourth software component22-1 has failed; - Z1-2: both hardware components
22-1 are functional, two software components22-1 are functional, two software components22-1 were cancelled; - Z1-3: both hardware components
22-1 are functional, a software component22-1 is functional, three software components22-1 were cancelled; - Z1-4: both hardware components
22-1 are functional, all four software components22-1 were cancelled - Z2: a hardware component
22-1 is functional, the other hardware component22-1 has failed, both still relevant software components22-2 are functional; - Z2-1 a hardware component
22-1 is functional, the other hardware component22-1 has failed, a software component22-2 is functional, a software component22-2 has failed; - Z2-2: a hardware component
22-1 is functional, the other hardware component22-1 has failed, both still relevant software components22-2 were cancelled; - Z3: both hardware components
22-1 were cancelled.
Die einzelnen Systemzustände
In diesem Beispiel sind erneut drei Kategorien für die Leistungskennzahlen vorgesehen: Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Sicherheit. Dies ist schematisch in
Ist das System vorher noch nicht ausgefallen, so werden den Systemzuständen
Sofern das System vorher noch nicht ausgefallen ist, werden den Systemzuständen
Den Systemzuständen
Da zusätzlich betrachtet wird, ob das System bereits einmal ausgefallen ist oder nicht, ist im Hinblick auf die Leistungskennzahl für die Zuverlässigkeit eine Reparatur der Softwarekomponenten nach einen Totalausfall des Systems nicht mehr möglich, das heißt Übergänge von einem Systemzustand
Nach Ausführen des Verfahrens ergeben sich dann die in den
In einer weiteren Ausführungsform werden die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten mittels einer Markov-Kette über die Annahme eines Markov-Prozess berechnet. Hierzu werden alle möglichen Fehlerkombinationen des in
Anschließend werden diese Systemzustände hinsichtlich möglicher Übergänge in andere Systemzustände untersucht. Sind alle Übergänge definiert, so kann ein Zustandsdiagramm
Auf Grundlage des Zustandsdiagramms
Die Leistungskennzahlen
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22nd
- EingangseinrichtungEntrance facility
- 33rd
- BerechnungseinrichtungCalculation device
- 44th
- AusgabeeinrichtungOutput device
- 1010th
- funktionale Strukturinformationfunctional structural information
- 1111
- LeistungskennzahlsignalPerformance indicator signal
- 2020
- funktionale Strukturinformationfunctional structural information
- 2121st
- StrukturpfadStructure path
- 2222
- Komponentecomponent
- 22-122-1
- HardwarekomponenteHardware component
- 22-222-2
- SoftwarekomponenteSoftware component
- 2323
- ZustandsdiagrammState diagram
- 2424th
- Ausfallfailure
- 2525th
- Reparaturrepair
- 3030th
- (gemittelte) Aufenthaltswahrscheinlichkeit(Average) probability of residence
- 3131
- Zeittime
- 3232
- Leistungskennzahl (Zuverlässigkeit)Key performance indicator (reliability)
- 3333
- Leistungskennzahl (Verfügbarkeit)Key performance indicator (availability)
- 3434
- Leistungskennzahl (Sicherheit)Key performance indicator (security)
- 100-107100-107
- VerfahrensschritteProcedural steps
- ZxZx
- SystemzustandSystem state
Claims (10)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102018217729.5A DE102018217729B4 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Method and device for estimating at least one performance indicator of a system |
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---|---|---|---|
DE102018217729.5A DE102018217729B4 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Method and device for estimating at least one performance indicator of a system |
Publications (2)
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DE102018217729A1 DE102018217729A1 (en) | 2020-04-23 |
DE102018217729B4 true DE102018217729B4 (en) | 2020-07-09 |
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ID=70468382
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102018217729.5A Active DE102018217729B4 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Method and device for estimating at least one performance indicator of a system |
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DE60106799T2 (en) | 2000-03-22 | 2005-04-28 | Agilent Technologies, Inc. (n.d.Ges.d.Staates Delaware), Palo Alto | Probabilistic diagnosis, especially for embedded remote applications |
WO2016183332A1 (en) | 2015-05-13 | 2016-11-17 | Sikorsky Aircraft Corporation | Integrated model for failure diagnosis and prognosis |
-
2018
- 2018-10-17 DE DE102018217729.5A patent/DE102018217729B4/en active Active
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---|---|
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