Uncertainty in Reliability Evaluation : A Framework and Practical Case Studies
In modern society, human became dependent on sophisticated engineering systems. During the recent years, the major man-made disasters triggered more concerns on reliability and dependability of these systems. More public attention is paid to the presence of uncertainty and risk regarding reliability of engineering systems. This dissertation focuses on the identification of uncertainty and its effects, and on the determination of a framework of reliability evaluation under the presence of uncertainty.
This dissertation is based on the definitions and terminologies from renowned international standards and literature. The fundamentals and basic formulas are adequately explained. Existing works of similar topic have been compared and their advantages and limitations are mentioned. A novel framework is proposed to overcome the limitations of the existing works. The framework is designed to be compatible with the guidelines in risk management, and is composed of three approaches for different types of uncertainty. These approaches are: 1) approach for aleatory uncertainty, 2) approach for epistemic uncertainty, and 3) approach for early design stage. Practical case studies are demonstrated at the end of the chapter of each approach. The uncertainty information, which is obtained from this framework, can improve the confidence in the application of reliability studies to critical engineering systems.
Der technologische Fortschritt, das Zusammenfügen unterschiedlicher technologischer Bereiche und die steigende Komplexität von Systemen machen Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsanalysen unverzichtbar und bereits in der Planungsphase zum integralen Bestandteil von Systemauslegung, um später finanzielle Schäden und hohe Strafzahlungen zu vermeiden. Bisher angewandte Verfahren zur Bestimmung von Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitskennwerten haben den Nachteil, dass Unsicherheiten nicht ausreichend berücksichtigt werden und deshalb auch keine Aussage über deren Einfluss auf die Kenngrößen gemacht werden können.
Die Dissertation basiert auf den Definitionen und Terminologien internationaler Normen und wissenschaftlicher Erkenntnisse. Divere Grundlagen und die grundlegenden Verfahren werden erklärt. Bestehende Werke zu Unsicherheiten werden verglichen und deren Vor- und Nachteile genannt. Ein neues Rahmenwerk wird vorgeschlagen, um die Beschränkungen der bestehenden Werke zu überwinden. Dieses orientiert sich an den Leitlinien des Risikomanagements und besteht aus drei Ansätzen zur Berücksichtigung verschiedener Arten von Unsicherheiten. Diese Ansätze sind: 1) Ansatz für aleatorische Unsicherheit, 2) Ansatz für epistemische Unsicherheit und 3) Ansatz von Unsicherheit in frühen Planungs- bzw. Entwicklungsphasen (Early Design Stage). Praktische Fallstudien zu Unsicherheiten werden am Ende der jeweiligen Kapitel aufgezeigt. Die aus den Analysen gewonnenen Informationen können zur Verbesserung des Vertrauens bei der Anwendung von Zuverlässigkeitsstudien dienen.
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