Qualität
Aus ESOCAETWIKIPLUS
engl: quality Kategorie: Level 1 Praxis
Eine Simulation wird im technischen Alltag durchgeführt
- vom Anwender
- in einer Firma/Organisation
- mit Software, die von
- einem Software-Hersteller über
- einen Distributor
geliefert wird.
Die Qualität der Simulation und ihrer Ergebnisse ist beeinflusst durch Prozeduren und Vorkehrungen bei allen diesen Partnern und Stationen. Die Verantwortung für die Qualität liegt damit auch bei allen diesen Partnern.
Es wird berichtet, dass nach einem Schaden, für den ein FEM-Anwender verantwortlich gemacht wurde, der Richter fragte: "Wie können Sie sicher sein, dass Ihr Ergebnis richtig ist? Haben Sie das Programm geschrieben?" Die Antwort darauf lautete sicherlich "Nein", aber die Frage deutet auf das Verständnis der Nicht-Simulanten hin. Und sie weist darauf hin, dass viele Einflüsse auf die Qualität des Simulations-Ergebnisses zu berücksichtigen sind.
Inhaltsverzeichnis |
Anwender
Die Verantwortung des Anwenders umfasst sowohl die fachlichen und methodischen Fähigkeiten der spezifischen Anwendung als auch die Arbeitsprozesse in der Organisation.
Für die fachlichen und methodischen Fähigkeiten des Anwenders sind keine konkreten Festlegungen oder Standards bekannt. Modelle wie SQEP des Personals können in Einzelfällen hilfreich sein.
Vor der Durchführung der Anwendung gehört zur Verantwortung des Anwenders unter anderem die Beurteilung, ob die Software und die verwendeten Teile der Software für die Problemlösung geeignet sind (suitability for the intended use). Beispiel: soll plastisch gerechnet werden?
Zur Verantwortung des Anwenders gehört auch die Verifikation der Software auf dem eigenen Rechner. Damit ist sicherzustellen, dass die Software unter den Hardware- und Betriebssystem-Bedingungen beim Anwender bestimmungsgemäß arbeitet. Dafür stehen im allgemeinen Verifikationsbeispiele bereit.
Bei Beginn der Simulation werden bei der Idealisierung viele Entscheidungen getroffen über Näherungen, Vernachlässigungen, in Kauf genommene Unschärfen (siehe Fehlerquellen). Sie betreffen direkt die Qualität der Simulation und ihres Ergebnisses und liegen vollständig in der Hand des Anwenders.
Bei der Simulation zählt zu üblichen Maßnahmen zur Qualitätssicherung, die Simulation zu dokumentieren. Inhaltsvorschlag:
- Berechnungsziel,
- Quelle und Stand der Geometriebeschreibung,
- Idealisierung,
- Randbedingungen (Lagerungen und Lasten),
- Berechnungsoptionen,
- Ergebnisprüfungen (z.B. Gleichgewicht, Plausibilität, Kontinuität der Spannungsverläufe, ggf. Vergleich mit analytischen Lösungen),
- Ergebnisse, abgeleitete Werte und Schlussfolgerungen.
Außerdem sollte eine zweite Person Prüfungen durchführen, und zwar
- nach der Erstellung des Finite-Elemente-Modells,
- nach Erzielung von Ergebnissen und
- nach Erstellung eines etwaigen Berichtsentwurfes.
Firma/Organisation
Die Qualität der Arbeitsprozesse in der Organisation bzw. Firma, in der der Anwender tätig ist, wird im allgemeinen durch Management-Lösungen z.B. nach DIN-EN-ISO 9001 sichergestellt. Unterschätzen Sie nicht die Bedeutung dieses Anteils! Dazu zählt zum Beispiel die Kommunikation und der Informationsfluss vom Auftraggeber zum Anwender der Simulation. Davon hängt ab, ob die technischen Hintergründe der Aufgabe richtig übermittelt werden (der Anwender muss verstehen worum es geht). Der Anwender muss wiederum darüber informieren, dass Restriktionen, Vereinfachungen, Unschärfen auftreten, die nur der Anwender als Simulations-Fachmann erkennt und erläutern kann (der Auftraggeber muss gesagt bekommen, was die Simulation kann oder nicht kann).
Software
Es gibt keine allgemein anerkannte Zertifizierung von Simulations-Software. Dies trifft für den Flugzeugbau zu und ebenso für andere Bereiche der Technik wie Kerntechnik, Bauwesen, Schiffbau usw.
Technisch-wissenschaftliche Programme sind niemals völlig fehlerfrei. Es gilt vielmehr, die Wahrscheinlichkeit von Fehlern und ihre Konsequenzen soweit wie möglich und angemessen zu reduzieren.
Bereits bei der Herstellung der Software werden Verifikationsbeispiele verwendet, um die korrekte Funktion der Software zu prüfen. Die Wahrscheinlichkeit von Software-Fehlern wird umso geringer, je mehr solcher Beispiele geprüft werden. Die Beispiele sollten zielgerecht gestaltet sein. Solche Verifikationsbeispiele sollten im Lieferumfang der Software enthalten sein, so dass der Anwender selbst mit seiner Installation auf seinem Rechner und seiner Betriebssystem-Umgebung die Verifikation wiederholen kann. Damit sind dann noch weitere mögliche Fehlerquellen wie z.B. die Hardware in den Test einbezogen. Die Verifikationsbeispiele sollten so vorbereitet sein, dass sie automatisch ablaufen, automatisch einen Vergleich mit der Refernz herstellen und bei Abweichungen automatisch alarmieren.
Die Wahrscheinlichkeit von Fehlern der ausgelieferten Software wird auch umso geringer, je mehr Anwender es gibt und je länger das Programm genutzt wird. Zur optimalen Berücksichtigung der erkannten Fehler gehört ein schnelle und geplante Erfassung und eine Benachrichtigung aller Anwender. Diese Qualitätsanforderung ist bereits seit langem in US-Regeln für Simulations-Software in der Kerntechnik vorgegeben (10CFR50, Appendix B, USNRC, Title 10,Chapter 1, Part 21 "Reporting of Defects and Noncompliances" und Part 50, Appendix B. sowie ASME, NQA-1, Subpart 2.7 "Quality Assurance Requirements for Computer Software"). Diese Qualitätsanforderung betrifft Fehler der Kategorie "Class 3" (siehe auch Zertifizierung).
Immer sind auch Grenzfälle vorhanden. Ein Fall betraf zum Beispiel eine Gleichung, die in einer technischen Veröffentlichung gezeigt wurde und neben einflussreichen Termen auch Terme zweiter Ordnung mit geringerem Einfluss enthielt. Diese Gleichung wurde in ein technisches Regelwerk übernommen, wobei von dem Fachgremium entschieden wurde, dass die Terme zweiter Ordnung vernachlässigt werden können, weil sie unwesentlich sind. Was kann nun von einer FEM-Software erwartet werden? Soll die vollständige Gleichung abgebildet werden, weil "sie richtig ist"? Oder soll die Regelwerks-Gleichung abgebildet werden, weil sie "allgemein anerkannt ist"? Oder soll beides bereitgestellt werden und dem Anwender ein Schalter angeboten werden? Dieses Beispiel zeigt, dass in solchen Fällen eine Entscheidung über die Software-Qualität schwer zu treffen ist.
Es ist strittig, inwieweit juristisch Grundsätze der Produkthaftung auf Software anwendbar sind.
Software-Hersteller
Die Verantwortung des Software-Herstellers umfasst sowohl die Arbeitsprozesse in der Organisation als auch die fachlichen und methodischen Fähigkeiten zur Herstellung der spezifischen Software.
Die Qualität der Arbeitsprozesse in der Organisation wird im allgemeinen durch Management-Lösungen z.B. nach DIN-EN-ISO 9001 sichergestellt.
Für die fachlichen und methodischen Fähigkeiten des Software-Herstellers sind keine allgemein üblichen Festlegungen oder Standards bekannt. Es gibt Methoden oder Prozeduren zur Software-Entwicklung (z.B. CMMI), die auch Auswirkungen auf die Software-Qualität haben. Jeder Hersteller verfolgt eigene Lösungen.
Für die Verifikation und die Anwendung von Verifikationsbeispielen treffen die Anmerkungen zu, die bereits zu Software aufgeführt wurden.
Die Verantwortung des Software-Herstellers umfasst ebenso die schnelle und geplante Erfassung von erkannten Fehlern und die Benachrichtigung aller Anwender. Dazu war bereits bei Software auf 10CFR50, Appendix B, USNRC und ASME, NQA-1 hingewiesen worden (siehe auch bei Fehler oder Zertifizierung).
Es ist zu beachten, dass die Gewährleistung des Software-Herstellers endet, sobald die Software nicht bestimmungsgemäß angewendet wird. Solche Anwendungen werden als "Nonstandard use" bezeichnet. Die Software-Dokumentation sollte Angaben darüber enthalten, welche Anwendungen als nicht bestimmungsgemäß ("Nonstandard use") anzusehen sind.
Distributor
Die Verantwortung des Distributors umfasst sowohl die Arbeitsprozesse der Kundenbetreuung und -unterstützung als auch die dafür notwendigen fachlichen und methodischen Fähigkeiten.
Die Qualität der Arbeitsprozesse in der Organisation wird bei CADFEM GmbH durch ein zertifiziertes Qualitäts-Managementsystem nach DIN-EN-ISO 9001 sichergestellt.
Die fachlichen und methodischen Fähigkeiten bei der Kundenbetreuung und -unterstützung sind durch die besondere Qualifikation der Mitarbeiter gegeben.
Fallbeispiele
Bei den Fallbeispielen für Methoden finden Sie einen Anwendungsbericht über die Automatisierung von Beulsimulationen an Kranstrukturen. Es wird die Programmierung einer Benutzeroberfläche dargestellt. Das Ziel ist die Qualitätsverbesserung
- durch eine reduzierte Fehleranfälligkeit der Dateneingabe (Anwender) und
- durch die feste Vorgabe von firmenspezifischen Arbeitsschritten und Methoden (Organisation).
Sonstige Begriffe
Sonstige Bereiche, in denen von Qualität gesprochen wird:
- "Netz-Qualität": betrifft die Diskretisierung bei der Anwendung der Finite-Elemente-Methode, dazu finden Sie mehr bei Diskretisierung oder Vernetzung,
- "Kontakt-Qualität": betrifft Kontakte und Geometrie-Nichtlinearitäten bei der Anwendung der Finite-Elemente-Methode, insbesondere die Konvergenz, dazu finden Sie mehr bei Kontakten.
Weiterführende Informationen
Ein weiterführendes Seminar speziell hierzu finden Sie unter "Wissen" auf der Homepage von CADFEM, zum Beispiel
- Beurteilung der Qualität von FE-Simulationen
- Qualität und Recht
