Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Organisationseinheit der BAM
Zuverlässigkeitsbetrachtungen bei der Ultraschallprüfung von Radsatzwellen im Ausbildungsbetrieb
(2019)
Im Rahmen der UT1-M1 Ausbildung im Ausbildungszentrum Wittenberge der DGZfP wurden statistische Untersuchungen am Beispiel der Radsatzwellenprüfung mit Testradsatzwellen durchgeführt. Diese Untersuchungen hatten zum Ziel, die wesentlichen Einflussparameter bei der Prüfung auf das Prüfergebnis zu evaluieren. Dabei wurde unter anderem die intrinsische Fähigkeit des Prüfverfahrens zum Auffinden verschiedener Reflektorgeometrien ermittelt. Die Ergebnisse der Handprüfung wurden mit Ergebnissen mechanisierter Prüfungen verglichen. Im Rahmen der Zuverlässigkeitsbetrachtung wurden die Probability of Detection (POD) und die Nachweisgrenzen ermittelt.
Ziel dieser Arbeit war es auch, menschliche und organisatorische Einflussfaktoren auf die Ultraschall-Handprüfung von Radsatzwellen zu identifizieren, um Empfehlungen zur Optimierung der Ausbildung auszuarbeiten. Dazu wurden prüfungsbezogene Risiken in der Praxis mittels Fehlzustandsart- und –auswirkungsanalyse (FMEA) analysiert sowie von den Prüfern empfundene Probleme während der Ausbildung und in der Praxis mittels Fragebogen identifiziert. Die Ergebnisse der FMEA haben gezeigt, dass während des gesamten Prozesses Fehler auftreten können, für die Gegenmaßnahmen getroffen und implementiert werden sollten. Aus den Hinweisen und Erkenntnissen wurden einige Empfehlungen zur Optimierung der Ausbildung erarbeitet.
In unserer heutigen Zeit werden die Zwischenräume innerhalb der einzelnen Abteilungen eines Betriebs und zwischen einzelnen nationalen oder globalen Akteuren immer wichtiger: Produzierbarkeit vs. Wirtschaftlichkeit, Fortschritt vs. Nachhaltigkeit. Auch die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) – bisher hauptsächlich als Endkontrolle oder Wartungselement wahrgenommen – kann und sollte im Wandel der Digitalisierung und Industrie 4.0 einen neuen Stellenwert erhalten.
Die ZfP kann schon während der Konstruktion helfen, sichere und zuverlässige Produkte zu erstellen. Jedoch müssen dafür eine adäquate Informationskultur und die notwendigen Kennzahlen vorhanden sein. Objektive, probabilistische Kennzahlen (wie die POD - Auffindwahrscheinlichkeit) sind hierbei der Schlüssel. Diese müssen jedoch unbedingt an Prüfverfahren, Prüfgegenstand und Prüfbedingung angepasst werden, da sonst die gesamte Aussage in Frage zu stellen ist. Im Vortrag werden Beispiele aus der Anwendung gezeigt, die die Aussagekraft der Kennzahl aber auch die Sorgfalt, mit denen die einzelnen Aussagen genutzt werden, unterstrichen werden soll. Bewertung von Daten von realen Fehler, Anpassung an die Bruchfestigkeit und die Betrachtung von mehreren Prüfparametern am Beispiel der Bewertung von radiographischen, Ultraschall- und Wirbelstromprüfung werden in dem Vortrag gezeigt.
Dass die Zuverlässigkeit der ZfP eine sehr wichtige Rolle bei der Bewertung sicherheitsrelevanter Systeme spielt, ist bekannt. Laut dem modularen Zuverlässigkeitsmodell für zerstörungsfreie Prüfprozesse hängt die Zuverlässigkeit von der innewohnenden (physikalisch-technischen) Fähigkeit der Prüfsystems, den Anwendungsparametern, den menschlichen Faktoren und dem organisatorischen Kontext ab. Seit Einführung des Modells während des ersten Workshops zur Zuverlässigkeit der ZfP (European-American Workshop on Reliability of NDE) wurde das Modell in weiteren fünf Workshops stetig weiterentwickelt, diskutiert und an den Stand der Wissenschaft angepasst. Das Ziel dieser Publikation ist es, den aktuellen Stand der Diskussion und die neusten Fragestellungen der internationalen Zuverlässigkeitsgemeinschaft vorzustellen. Im Einzelnen werden die Entwicklung fortgeschrittener Modelle zur Bewertung der Probability of Detection (POD), Bewertungsansätze im Bereich Structural Health Monitoring und Fragestellungen zu den menschlichen Faktoren dargestellt. Besonderer Wert wurde sowohl auf die Entwicklung, als auch auf die Anwendung der Ansätze in der industriellen Praxis gelegt.
Over the past couple of decades Non-Destructive Testing (NDT) has seen a significant increase in the use of automation. In addition to increased reliability, objectivity, consistency, repeatability, productivity, and so on, automating parts of the process is expected to decrease the potential for human error. However, the literature on human-automation interaction suggests that automation is not only associated with benefits, but also with new risks and risk sources. First, this paper will present the methodology used to identify—for the first time—possible risks associated with mechanised data acquisition and corresponding data evaluation. Moreover, it will highlight possible risks, their causes, consequences, and ways of preventing them. Second, those preventive measures will be further analysed by examining new risks that can arise from their implementation, i.e. potential for failure that can arise from (a) working with automated defect-detection and sizing aids, (b) implementing human redundancy, and (c) improvement of the inspection procedures without due consideration of the procedure users. And third, some optimisations strategies will be provided. The purpose of this work is to show that mechanised testing is associated with potential for failure and that the sources of those risks go beyond single inspectors and need to be looked at in the interaction of people with other systems, i.e. the technology, the team and, most importantly, the organisation.
The General Guidance in the Swedish regulations state that the safety assessment for a final repository for spent nuclear fuel should be 1 million years after closure. SKB developed the KBS-3 method, according to which the spent nuclear fuel is protected by three barriers. It is encapsulated in canisters with a diameter of 1 metre and a length of 5 metres. The canister consists of a cast iron insert surrounded by a 5 centimetre thick shell of copper. The canisters are disposed in the bedrock at a depth of about 500 meters surrounded by bentonite clay. In order to assess the safety over this extremely long period, an extensive quality control programme is applied to the canisters before deposit. In this programme, the use of
non-destructive testing (NDT) is vital. The safety assessment of the canister in turn places high demands on the coverage, detectability, and reliability of the applied NDT inspections of the canister parts, i.e. cast iron insert, copper base, tube and lid, and the copper friction stir welds (FSW). This paper presents the extensive full-scale inspection development programme that runs at the Canister Laboratory in Oskarshamn (Sweden). In order to fulfil the high demands, phased array ultrasonic inspection techniques are developed using practical trials aided by ultrasonic modelling. The techniques apply, for example, different frequencies, inspection angles, focus depths, and both longitudinal and shear waves. Increased inspection reliability of the FSW is achieved by applying digital X-ray technique using a 9 MeV linear accelerator and a line detector. To complete the coverage, complementary surface inspections methods, i.e. eddy current array, magnetic flux sensor techniques and magnetic particle inspection, are applied. The canister safety assessment was the driving force to include reliability studies during the NDT development. Initially, the technical reliability was considered, resulting in development of advanced POD models (probability of detection). In combination with human factors studies, these models were implemented as tools in the development of the NDT techniques. Human factors studies were also applied to improve the inspection procedures to be more user-friendly enabling reliable inspections.
Ultrasonic phased array is, currently, the technology which is being applied as the solution to a lot of inspection problems. The perceived benefits are seen to be worth the outlay on equipment and specialised personnel. Yet, there is a source of knowledge, freely available, which can also deliver immediate benefits, through more reliable inspection results, and consequently increased client confidence, but which is largely ignored by the greater part of the NDT community. This talk will review the latest Human Factors knowledge and provide practical illustrations of how companies can use it to improve their competitive edge.