Aktuelle Trends der Zuverlässigkeit von ZfP „Wie groß ist der ...Streuung der Amp. [dB 2...

ZfP im Eisenbahnwesen – Vortrag 4

Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/de/

Aktuelle Trends der Zuverlässigkeit von ZfP „Wie groß ist der Unterschied des

Qualifizierungsergebnisses zur Zuverlässigkeit vor Ort?“

Christina MÜLLER *, Marija BERTOVIC *, Thomas HECKEL *, Ralf HOLSTEIN **, Daniel KANZLER *, Martina ROSENTHAL *

* BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin ** DGZfP Ausbildung und Training GmbH, Berlin

Kurzfassung

In den letzten zwei Jahrzenten entwickelten sich sowohl mathematische Modelle zur Messung der Zuverlässigkeit wie die POD (Probability of Detection) oder ROC (Reciever Operating Characteristics) als auch praktische Qualifizierungsmethoden der ZfP erheblich weiter. Ein Motiv hierfür ist in Lebensdauervorhersagen von Anlagen oder Inspektionsintervallen im Transportwesen zu finden. Eine Art Schmelztiegel und Austauschplattform kam seit 1997 mit der Kette der „European-American Workshops on Reliability of NDE“ ins Spiel. Mit dem dort entstandenen modularen Modell, das die Einflussfaktoren in die innewohnenden Fähigkeit (Physik und Technik), Anwendungsfaktoren in der industriellen Umwelt und die menschlichen Faktoren unterteilte konnte gut zugeordnet werden, dass die innewohnende Fähigkeit in offenen Versuchen aber alle Anwendungs- und menschlichen Faktoren nur in Blindversuchen nachgewiesen werden können. Für die menschlichen Faktoren erweist es sich als vorteilhaft, die Bedingungen nach gegebenen Möglichkeiten optimal zu gestalten, damit der Mensch in der physischen und organisatorischen Umgebung zuverlässig arbeiten kann. Und dennoch kam es weltweit immer wieder zu Ausfällen oder gar Unfällen. Auf dem 5. European-American Workshop fragten wir uns deshalb eingehend: „Was ist das „Delta“ zwischen unseren Zuverlässigkeitsmodellen und Qualifizierungsergebnissen und der tatsächlichen Zuverlässigkeit vor Ort?“ Im Beitrag werden Beispiele zu bisher unbeachteten technischen und menschlichen Einflussfaktoren und eine systemische Sicht auf den organisatorischen Kontext gegeben. Es soll eine Diskussion dahingehend angeregt werden: „Welche dieser Faktoren und Prozesse sind für das Eisenbahnwesen relevant? Welche Lösungen bieten sich an?“

1

Mor

e in

fo a

bout

this

art

icle

: ht

tp://

ww

w.n

dt.n

et/?

id=

1594

4

Aktuelle Trends der Zuverlässigkeit von ZfP Aktuelle Trends der Zuverlässigkeit von ZfP „Wie groß ist der Unterschied des „Wie groß ist der Unterschied des

Qualifizierungsergebnisses zur Zuverlässigkeit Qualifizierungsergebnisses zur Zuverlässigkeit vor Ort?“vor Ort?“

Christina Müller, BAM, BerlinMarija Bertovic, Thomas Heckel, Daniel Kanzler, Martina Rosenthal, BAM, Berlin

Ralf Holstein, DGZfP Ausbildung und Training, BerlinRalf Holstein, DGZfP Ausbildung und Training, Berlin

8. Fachtagung Zerstörungsfreie Prüfung im EisenbahnwesenZfP an Schienenfahrzeug- und Fahrbahnkomponenten18. – 20. März 2014, Wittenberge

Wenn trotz 100%-iger Prüfung ein Riss übersehen wird – woran liegt das?

Was können wir zur Verbesserung tun?

8. Fachtagung Zerstörungsfreie Prüfung im EisenbahnwesenZfP an Schienenfahrzeug- und Fahrbahnkomponenten

18. - 22. März 2014, Wittenberge

2

Unterstützung des Lebensdauer-Management(Prüfintervalle) mit quantifizierter Zuverlässigkeit

Fehlerauffindwahrscheinlichkeit POD

Sicher auffindbare Defektgrößea90/95



+

Bekanntes Rißwachstum

-> Prüfintervalle optimal bestimmen in Balance von Sicherheit und Ökonomie

Zweiter European American Workshop für NDE Reliability, September 1999, Boulder, Colorado, USA:

Das ZfP-System besteht aus der Prüfanweisung, den Geräten und dem Personal, das bei der Prüfung eingesetzt wird.

Die Die ZfPZfP--Zuverlässigkeit ist der Grad mit dem das Zuverlässigkeit ist der Grad mit dem das ZfPZfP--System in der Lage ist, das System in der Lage ist, das PrüfzielPrüfziel bzgl. der bzgl. der

Definitions:Definitions:

4

System in der Lage ist, das System in der Lage ist, das PrüfzielPrüfziel bzgl. der bzgl. der Defektentdeckung, Defektentdeckung, --charakterisierung und der charakterisierung und der Falschanzeigenrate zu erreichen.Falschanzeigenrate zu erreichen.

Wie können wir diesen „Grad“ messen?



3

Innewohnende Fähigkeit

Signal

Organisationaler Kontext



Physik

e.g. Environment

IC

OptimizedDiagnostic

System

AP HF

Human FactorsAnwendungsparameter

e.g. experienced or unexperienced inspectors

Signal

Beispiele und Untersuchung des „Delta“Beispiele und Untersuchung des „Delta“

1. Innewohnende Fähigkeit: Physik und technische Einflüsse

2. Anwendungs-Parameter: Vor-Ort-Umgebung

3. Human Factors: bei der Kalibrierung, Prüf-Aufbau und Auswertung und Entscheidungsfindung sowie bzgl. Des organisatorischen Kontext

4. Organisatorischer Kontext: Geschäfts-, Inforamtions-, ZfPDurchführungs- Prozesse



4

AnforderungenAnforderungen an den an den ZfPZfP--IngenieurIngenieur

WahrheitWahrheit

ZfpZfp--systemsystem

PrüfprotokollPrüfprotokoll

Section No.

Defect Type

Importance

1 2 3 4 ...

Eb Aa - Ab

3 1 - 1

7

1 akzeptierter Fehler2 unentschieden / zusätzlich Radiographie 3 Nicht akzeptierter Fehler

Beschreibe den realen Zustand des BauteilsBeschreibe den realen Zustand des BauteilsGib eine Gib eine quantitative quantitative Zuverlässigkeitsinformation Zuverlässigkeitsinformation Zu den PrüfergebnissenZu den Prüfergebnissen

Importance 3 1 - 1



Für ein automatisches System mit einer Schwelle die Vorhersage der POD durch Für ein automatisches System mit einer Schwelle die Vorhersage der POD durch den statistischen Ansatz der den statistischen Ansatz der SignalanwortSignalanwort ((responseresponse signalsignal) POD möglich) POD möglich

a â POD

Fehlergröße Signal Größe Probability of Detection

Experimente oder Modellierung

Berechnung mitlog-Normal-Verteilung

(oder anderen math. Modellen)

Antwort

Status 2002: Status 2002: „â versus a“ Signal„â versus a“ Signal--ResponseResponse--PODPOD

aâ

Typische POD

POD

a

100 %

log a

log â

Linear oder allgemeinerer Zusammenhang



5

ErstesErstes “Delta”: “Delta”: MehrMehr alsals einein ParameterParameter

Anwendung der konv. POD für UT PA Prüfung an dickwandigen Komponenten führt zu hoher Streuung im â

vs. a Diagramm

Mehr Einflussfaktoren wirken auf die Fehlerdetektion alsnur die Größe (z.B. Position, Winkel, nur die Größe (z.B. Position, Winkel, Oberflächenrauhigkeit, Schwächung, Anisotropie)

Multi-Parameter-POD



PProbability of robability of DDetectionetection (POD(POD) ) –– ââ vs. vs. aa approachapproach

Wir brauchen multi-Parameter „a“ (Tiefe, Größe, Orientierung, Rauigkeit…)

und Datenfeld „â“ (mehr als ein Maximum) für den realen Einsatz



6

A=A(d, z, A=A(d, z, ββ, , …)…)



POD as function of diameter, depth, anglePOD as function of diameter, depth, angleMato PavlovicMato Pavlovic



7

PAUT Prüfgerät für die KupferPAUT Prüfgerät für die Kupfer--Kanister PrüfungKanister Prüfung

128 Kanal Phased Array

Prüfkopf

128 Elemente

Lineares Array,

Pitch: 1 mm,

Breite in passiver

Richtung 16 mm



POD für unterschiedliche Schwächungslevel als POD für unterschiedliche Schwächungslevel als Funktion des Fehlerdurchmessers in 49 mm Funktion des Fehlerdurchmessers in 49 mm TiefeTiefe

0,7

0,8

0,9

1

α min

14

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 1 2 3 4 5 6 7

PO

D [

%/1

00]

diameter [mm]

α maxα med

α

supermax



8

Min, Medium und Max Min, Medium und Max SchwächungskoeffizientenSchwächungskoeffizienten und und zugehörigezugehörigeentdeckbareentdeckbare (d90/95) KRS(d90/95) KRS--DurchmesserDurchmesser

α [dB/m] d90/95 [mm] Mean BWE [%]

Minimum 43 1.66 43.43

Medium 138 2.47 12.17

Maximum 193 3.36 6.33

Die POD und der entdeckbare KRS-Durchmesser nehmen stark abmit wachsender Schwächung. In Übereinstimmung mit T. Stepinskiet. al.

15

Super Maximum*

275 5.46



Zweites Delta: künstl. versus reale Defekte Ringversuche

9

Variation Variation derder PrüfergebnissePrüfergebnisse durchdurchmenschlichenmenschlichen EinflussEinflussErgebnisseErgebnisse des des RingversuchsRingversuchs in in derder RadiographischenRadiographischenSchweißnahtprüfungSchweißnahtprüfung

ROC von allen 20 Inspektoren

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Radiographische Filme von 40 Schweißnahtbereichen wurden von 20

17

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

p(FP)

p(T

P) Prüfern evaluiert

grau: die ROC-Kurven der einzelnen Prüfer

Rot: Mittelwertkurve für die Arbeitspunkte und dem maximalen Punkt mit Fehlerbalken

(In cooperation with Ferenc Fücsök, Hungary)



Die Entwicklungsphasen der Die Entwicklungsphasen der Sicherheitswissenschaft Sicherheitswissenschaft

(Reason, 1993; Wilpert & Fahlbruch, 1998; Fahlbruch, 2009)

Interorganisationale Phase

Soziotechnische Phase

Human Error

er T

echn

olog

ie

Dysfunktionale

Beziehungen vs.

Organisationen

als Fehlerquelle

Interaktion von

Subsytemen als

Haupt-

fehlerquelle

1995

Phase

Mensch als

Hauptfehler-

quelle

1990

Technische Phase

Technik als

Hauptfehler-

quelleKom

plex

ität d

er

Zeit1950

In Anlehnung an Reason (1993)



10

0

5

10

15

20

25

A B C

Str

euun

g de

r A

mp.

[dB

2]

Str

euu

ng

der

Am

pli

tud

e [d

B]

0

5

10

15

20

25

30

35

A B C

Str

euun

g de

s y_

max

[mm

2 ]

0

20

40

60

80

100

120

A B C

Str

euun

g de

s z_

max

[mm

2 ]

Str

euu

ng

der

y-P

osi

tio

n [

mm

]

Str

euu

ng

der

Tie

fen

lage

[m

m]

Ausgewähltes Ergebnis: Ausgewähltes Ergebnis: Einfluss des subjektiv Einfluss des subjektiv

empfundenen Zeitdrucks auf die Inspektionsgenauigkeitempfundenen Zeitdrucks auf die Inspektionsgenauigkeit

Subjektiver Zeitdruck

Legende

A ohne Zeitdruck

B mit mittlerem Zeitdruck

C mit hohem Zeitdruck

Hypothese: mit hohem Zeitdruck steigt die Streuung

(Inspektionsgenauigkeit nimmt ab)



"„Human Factors beziehen sich auf Faktoren aus der Umwelt, der Organisation und der Arbeit wie auch menschliche oder individuelle Charakteristika, die einen sicherheits- und gesundheitsrelevanten Einfluss auf das Arbeitsverhalten haben“ (Health and Safety Executive, HSE, 1999)

INDIVIDUELLE UNTERSCHIEDE

FähigkeitenPersönlichkeit

ErfahrungEntscheidungsvermögen

ORGANIZATIONAuswahl

MotivationFeedbackTraining

PrüfanweisungNormen

Organisatorische KulturOrganisationsdruck

Menschliche Faktoren bei der ZfP: EinflussfaktorenMenschliche Faktoren bei der ZfP: Einflussfaktoren

UMWELTHitzeLärm

StrahlungZeitdruck

Ablenkung...

GRUPPETeamarbeit

Menschliche Redundanz...

AUFGABESchwierigkeitTechnologieAutomation

Arbeitsbeanspruchung...

EntscheidungsvermögenMotivation

...

OrganisationsdruckVerantwortlichkeiten

...



11

Human Human factorsfactors StudienStudien

Arbeitsbedingungen

• Zeitdruck (insb. Individuell wahrgenommener) hat Einfluss auf die Qualität der UT-Prüfung

• Der organisatorische Kontext bestimmt wie die Prüfung ausgeführt wird und hat somit nachhaltigen Einfluss auf die Qualität

HUMAN REDUNDANCY• Wenn zwei Prüfer die gleiche Aufgabe

ausführen hat dies nicht notwendigerweise eine höhere Zuverlässigkeit zur Folge (Problem des sozialen Faulenzens)• Prüfaufgaben müssen vollständig

unabhängig und mit Gewahrsein des Faktors „Soziales Faulenzen“ ausgeführt werden

Wichtigsten Schlussfolgerungen M. Bertovic

AUTOMATION• Die Einführung der Automatisierung

verringert nicht immer menschliche Fehler, da die Rolle des Menschen von „Tun“ zu „Kontrolle“ wechselt – und damit neue Fehlerquellen entstehen • „Blindes Vertrauen“ in Automatisierung• Prüfer müssen angemessenes Vertrauen

lernen

Prüfanweisung

• Die Basis von Normen und Standards reicht für eine gute Prüfanweisung nicht aus

• Es müssen alle relevanten Informationen enthalten sein und sie muss nutzerfreundlich sein



Human Factor und Human Factor und OrganisationOrganisation

Alle drei Prozesse beeinflussen die Lesitung des Prüfers

Die Informationsmengen erfordern “Informations-Management”

Kommunikation zwischen

Endverbraucher - Dienstleister - Stufe III - Prüfer

sollte sorgfältig gehandhabt werden



12

EinbettungEinbettung derder ProzesseProzesse in in derder GesellschaftGesellschaft

Sicherheits-

kultur

TechnischeRegeln

Anforderungder Behörden

23

Regeln

Rahmen durchMarkt/Finanz

Sozial/Ethische

Kultur

der Behörden



SchlußfolgerungenSchlußfolgerungen und Ausblickund Ausblick

Die Zuverlässigkeit von Prüfprozessen unterliegt sehr komplexen Einflüssen -> systemische Betrachtung

POD ist ein gutes Hilfsmittel zur Optimierung von Prüfintervallen, wenn man sicher sein kann, dass alle relevanten Einflüsse adäquat berücksichtigt sind

Das modulare Modell hilft einzuordnen

Vor technischer Perfektion steht Verständnis für die Vor technischer Perfektion steht Verständnis für die Einflüsse auf den Menschen und Transparenz des organisatorischen Kontext

Gutes Management für die Geschäfts-, Informations- und Prüfprozesse im gesellschaftlichen Umfeld

Wo können wir unterstützen?



13

Aktuelle Trends der Zuverlässigkeit von ZfP „Wie groß ist der ...Streuung der Amp. [dB 2...

Documents

Transcript of Aktuelle Trends der Zuverlässigkeit von ZfP „Wie groß ist der ...Streuung der Amp. [dB 2...