Като инженер знаете, че всичко има ограничено време за работа.
С течение на времето той ще стане по-малко надежден, докато накрая се счупи.
Но знаете ли, че има крива, която може да ви каже кога е най-вероятно да се случи този провал? Нарича се "кривата на ваната" и е една от най-важните идеи в инженерството за надеждност.
Като разберете тази крива, можете да намерите различните етапи от живота на устройството, да разберете кога е най-вероятно то да се счупи и да предприемете правилните стъпки, за да спрете счупването му.
В тази статия ще разгледам подробно извивката на ваната.
Ще разгледам трите му фази, общите фактори, които допринасят за всяка фаза, и начините за намаляване на вероятността от провал.
Независимо дали сте студент по инженерство или професионален инженер, трябва да разберете кривата на ваната, за да сте сигурни, че оборудването, което проектирате, изграждате или поддържате, работи надеждно през целия си живот.
Така че нека се потопим и научим повече за тази важна идея.
Въведение в кривата на ваната
Официална дефиниция:
Крива на степента на повреда на оборудването с първоначална рязко намаляваща степен на повреда, последвана от продължителна постоянна средна степен на повреда, след което честотата на повреда отново рязко се увеличава.
Разбиране на кривата на ваната
Кривата на ваната е графика, която показва колко често даден продукт или група от продукти се поврежда с течение на времето.
Често се използва в инженеринга за надеждност и моделиране на влошаване на активите за прогнозиране и планиране на повреди на активи.
Кривата има три отделни части: период на детска смъртност, период на нормален живот и период на износване.
Период на детската смъртност
Първата част от кривата на ваната е периодът на високи нива на неуспех, когато бебетата умират.
През това време е по-вероятно новите активи да се провалят поради проблеми с дизайна, материалите, начина, по който са направени или начина, по който са стартирани.
Поради тези недостатъци активите се провалят в началото на жизнения си цикъл, което води до повишаване на процента на неизправности по време на първите етапи на експлоатация.
Нормален период на живот
След периода на детска смъртност активът навлиза в нормалния жизнен период, където процентът на отказ е нисък и сравнително постоянен.
През това време повечето от проблемите са отстранени и активът работи както трябва.
Активът е в отлично състояние и превантивната поддръжка може да му помогне да продължи да работи добре.
Период на износване
Последната част от кривата на ваната е фазата на износване, която има по-висок процент на отказ.
През това време е по-вероятно активът да се повреди поради неща като възраст, износване, корозия или умора.
Активът е достигнал края на полезния си живот и може да се наложи да бъде заменен или изваден от експлоатация, за да се избегне бедствие.
Стратегии за удължаване на полезния живот на актив
Екипите, които работят за удължаване на полезния живот на даден актив, могат да използват това, което знаят за кривата на ваната, за да определят очаквания за това как активът обикновено работи през жизнения си цикъл.
Всяка точка от кривата предлага различен начин за избягване на провал.
По време на периода на детска смъртност екипите трябва да се съсредоточат върху намирането и коригирането на недостатъци в дизайна, материални недостатъци, производствени недостатъци или грешни начини за стартиране.
Може да се наложи по-често да извършвате поддръжка или инспекции, за да откриете и отстраните проблемите, преди те да причинят повреди.
По време на нормалния жизнен период екипите трябва да се съсредоточат върху превантивната поддръжка, за да поддържат активите да работят по най-добрия начин.
Рутинните проверки и поддръжка могат да помогнат за откриване на потенциални проблеми и отстраняването им, преди да са станали големи проблеми.
Период на износване: През това време екипите трябва да се съсредоточат върху предсказуемата поддръжка, за да открият проблемите, преди да се появят, и да ги коригират.
За да се избегнат катастрофални повреди, може да се наложи да се заменят или продадат някои активи.
Разширен анализ на кривата на ваната
Експертите по надеждност често използват диаграма на Weibull, за да разгледат функцията на кумулативното разпределение на кривата на ваната.
Изследователи от университета в Глазгоу, университета в Кеймбридж и Rolls-Royce показаха, че етапът на износване на кривата на ваната може да бъде издигнат на по-високо ниво и да се превърне в идеята за "повърхността на ваната
Този усъвършенстван анализ помага да се моделира как температурата, налягането и напрежението, наред с други неща, влияят върху износването на даден актив.
Той дава полезна информация за това как нещата се износват и помага за подобряване на производителността и надеждността на активите.
Готови ли сте да използвате Bathtub Curve, за да подобрите надеждността на вашето оборудване?
Все още трудно за разбиране? Да променя малко гледната точка:
Писнало ли ви е нещата ви да се развалят, когато имате най-голяма нужда от тях? Харесвате ли тръпката от това винаги да купувате нови инструменти и джаджи, които се повреждат?
Не се занимавайте с извивката на ваната!
Кой се нуждае от надеждна крива на честотата на отказите, когато можете просто да се надявате на най-доброто? В края на краищата нищо не повишава адреналина така, както част от оборудването, което се поврежда в последния момент.
Но ако сте практичен инженер, който се грижи за безопасността и надеждността, продължете да четете.
Предстои ни да навлезем в очарователния свят на извивката на ваната.
Добре, това беше просто шега, направена да изглежда като телевизионна реклама.
Сега да се върнем към обяснението.
Фактори, допринасящи за всяка фаза
Всяка фаза на извивката на ваната се причинява от редица неща.
По време на периода на детска смъртност неуспехите са причинени от проблеми с това как е направен продуктът и как е използван.
По време на нормалния жизнен период, от друга страна, фактори като поддръжка и околната среда могат да повлияят на продължителността на живот на даден актив, преди да се счупи.
И накрая, процентът на повреда може да се увеличи в периода на износване поради неща като стари части и липса на поддръжка.
Разбирането на тези фактори може да помогне на екипи, работещи за удължаване на полезния живот на даден актив чрез прилагане на специфични стратегии за всяка фаза по кривата на ваната.
Разпределение на риска и вероятността
Фаза на детската смъртност
В ранната част на кривата на ваната, която също се нарича "фаза на детската смъртност", продуктите са най-вероятно да се провалят.
Повредите през това време обикновено са причинени от проблеми с дизайна, материалите, начина, по който са направени или начина, по който са стартирани.
Например, новозакупена къща може да има много проблеми през първите няколко години, като пукнатини по стените и вратите, защото материалите или работата не са много добри.
По време на тази фаза хората, които са най-застрашени, зависят от разглеждания продукт.
Хората, които купуват електроника като смартфони или лаптопи, когато бъдат пуснати за първи път, най-вероятно ще имат проблеми с тях по време на фазата на „детската смъртност“.
От друга страна, компаниите, които купуват индустриално оборудване, използвано във фабрики или електроцентрали, когато то бъде пуснато за първи път, най-вероятно ще имат проблеми с него по време на фазата на „детската смъртност“.
Разпределение на вероятностите
Кривата на ваната често се представя от разпределението на Weibull, което е вид разпределение на вероятностите.
Той има параметър за форма (наречен бета) и параметър за мащаб (eta).
Кривата на ваната е диаграма на степента на повреда във времето и разпределението на Weibull може да се използва за описване на разпределението на повредата във всичките три фази на кривата.
Модел на Weibull
Съвременните полупроводникови чипове обикновено следват модел на Weibull с бета в диапазона от 0,2 до 0,6 за това колко често бебетата умират преди първия си рожден ден.
Обратното на степента на неуспех е средното време между неуспехите (MTBF), което може да се използва, за да се разбере какво е вероятно да направи едно продуктово семейство.
Стратегии и приложения
Стратегии за намаляване на неуспехите в ранна фаза
Кривата на ваната показва колко вероятно е даден актив да се развали с течение на времето.
Той има три различни фази: повреди в ранната фаза, случайни повреди и повреди, причинени от износване.
Отказите в ранната фаза могат да бъдат причинени от грешки в дизайна, в материалите, в начина, по който е направен продуктът или в това как е стартиран.
Могат да се използват няколко стратегии, за да се намали вероятността първата фаза да се провали.
Силно ускореното тестване на живота (HALT) е начин да се открият дефекти в дизайна на продуктите, преди те да причинят проблеми на място.
Това става чрез поставяне на продуктите в екстремни условия.
Силно ускорен скрининг на стрес (HASS) е метод за скрининг, който подлага продуктите на високи нива на стрес, за да открие слаби части, преди да се повредят на полето.
Проектиране за надеждност, или DFR, е метод за гарантиране, че продуктите са създадени с мисъл за надеждността от самото начало.
Дизайн за Six Sigma, или DFSS, е метод, който използва статистически инструменти за подобряване на надеждността и качеството на дизайна на продукта.
Изгарянето е друга стратегия, която включва подлагане на продуктите на голям стрес за дълго време, за да се намерят слаби части, преди да се счупят на полето.
Използване на кривата на ваната за планиране на поддръжката
Кривата на ваната може да се използва и за вземане на информирани решения относно поддръжката и подмяната на оборудването.
Ако знаете трите етапа на кривата на ваната, можете да промените плана си за поддръжка, докато ваната старее.
По време на периода на детска смъртност е важно да се извършва превантивна поддръжка, за да се открият и поправят всякакви производствени дефекти или грешки при монтажа, които биха могли да доведат до ранен отказ.
По време на нормалния живот на дадено оборудване е важно да се извършва редовна поддръжка, за да се поддържа в добро състояние.
През времето, когато оборудването е износено, може да е по-евтино да го смените, отколкото да продължите да го поправяте.
Като разгледате как оборудването се е повредило в миналото, можете да разберете къде попада всяко оборудване на "кривата на ваната" и да промените плана си за поддръжка, за да пасне.
Например, ако забележите, че определен тип оборудване има тенденция да се поврежда, когато остарее, може да искате да го смените, преди да се е счупило, или да го проверявате по-често през това време.
Като използвате кривата на ваната като ръководство за планиране на поддръжката, можете да удължите полезния живот на даден актив, като същевременно намалите времето, през което не се използва, и сумата, която струва ремонтът.
Приложения на кривата на ваната
Кривата на ваната често се използва във фабриките, за да се улесни поддръжката или да се задвижи производството бързо и надеждно.
Може също да се използва, за да помогне да се разбере защо възникват повреди на определени активи и как да ги предвидите и предотвратите.
Кривата на ваната може да се използва в много различни области, включително авиация, автомобили, електроника, медицинско оборудване, нефт и газ, производство на електроенергия, транспорт и др.
Например в авиацията може да се използва за прогнозиране кога частите на самолета ще се повредят, така че да могат да бъдат заменени, преди да причинят инциденти.
В медицинското оборудване може да се използва за прогнозиране кога нещо ще се повреди, така че да може да бъде заменено, преди да нарани пациента.
Може да се използва за прогнозиране кога ще се повредят турбините в електроцентралите, така че да могат да бъдат поправени, преди да причинят спиране на тока.
За да обобщим, кривата на ваната е графика, която показва колко често един актив се проваля с течение на времето.
Използва се в инженеринга за надеждност и моделиране на това как нещата се развалят с течение на времето.
Има три части на кривата на ваната: детска смъртност, полезен живот и износване.
По-малко вероятно е да се случат повреди в ранна фаза, ако използвате стратегии като HALT, HASS, DFR, DFSS и изгаряне.
Използвайки кривата на ваната като ръководство за планиране на поддръжката, полезният живот на даден актив може да бъде удължен, докато времето за престой и разходите за ремонт са сведени до минимум.
Кривата на ваната често се използва в много области, за да улесни поддръжката или да стартира производството бързо и надеждно.
Моделиране и анализ
Скоростта, с която софтуерните системи се разпадат с течение на времето, следва същия модел като този на физическите активи.
Това позволява на собствениците на софтуерни системи да разберат техния оперативен жизнен цикъл и да планират кога ще трябва да бъдат заменени.
Този текст ще говори за това как кривата на ваната може да се използва в софтуерното инженерство за моделиране и анализиране на нещата.
Модели за надеждност на софтуера
Моделите за надеждност на софтуера могат да се използват от инженерите по надеждност за моделиране и изследване на „кривата на ваната.
Тези модели могат да се използват за прогнозиране колко често софтуерните системи ще се провалят и за подобряване на начина, по който се прави софтуерът.
Някои модели за надеждност на софтуера, които могат да се използват за моделиране на кривата на ваната, са моделът Jelinski-Moranda (JM), моделът Musa-Okumoto (MO) и моделът Goel-Okumoto (GO).
През повечето време тези модели разглеждат колко често дадена система се проваля с течение на времето, както и други фактори като сложност на софтуера, качество на кода и обхват на тестване.
Като разглеждат данните за грешките и използват правилния модел за надеждност на софтуера, софтуерните инженери могат да разберат колко е вероятно нещо да се счупи и да направят планове за поддръжка, тестване и подмяна.
Статистически контрол на процеса
Софтуерните инженери могат също така да следят колко добре работят софтуерните системи във времето, като използват техники за статистически контрол на процеса (SPC).
Техниките на SPC могат да се използват за намиране на промени в начина на работа на софтуера, за установяване на причините за неуспехите и отстраняване на проблеми, преди те да се случат.
Накратко, софтуерните инженери могат да моделират и анализират кривата на ваната, като използват модели за надеждност на софтуера и техники за статистически контрол на процеса.
Тези инструменти могат да помогнат за прогнозиране на процента на неуспех, да подобрят начина, по който се прави софтуерът, и да направят софтуерните системи по-дълготрайни.
Използвайки тези методи, софтуерните инженери могат да намалят рисковете от софтуерни повреди и да запазят надеждността на системата.
Обяснена крива на ваната (крива на надеждност)
Съвет: Включете бутона за надписи, ако имате нужда от него. Изберете „автоматичен превод“ в бутона за настройки, ако не сте запознати с говоримия език. Може да се наложи първо да щракнете върху езика на видеоклипа, преди любимият ви език да стане достъпен за превод.
Заключение
Докато стигаме до края на нашето обсъждане на кривата на ваната, става ясно, че тази идея е важен инструмент за всеки инженер или студент по инженерство, който иска да проектира, изгражда и поддържа оборудване, което работи възможно най-добре.
Познавайки трите фази на кривата на ваната и общите фактори, които влияят на всяка фаза, можете да вземете интелигентни решения относно поддръжката, подмяната и цялостното управление на риска.
Но преди да напуснете тази статия, искам да ви предизвикам да помислите за извивката на ваната по начини, различни от това как може да се използва в реалния живот.
Какво може да ни каже тази крива за това как работят нещата и защо се провалят? Какво можем да научим от факта, че разпадът и упадъкът винаги ще се случват?
Това са дълбоки и важни въпроси, които надхвърлят как кривата на ваната може да се използва в инженерството.
Но като мислим за тях, можем да разберем по-добре колко важно е инженерството за надеждност в днешния свят.
Така че, докато напредвате във вашата инженерна кариера, помнете кривата на ваната не само като инструмент за надеждност, но и като символ на това как хората се борят срещу силите на разпадането и упадъка.
И се надявам, че знанието за това ще ви вдъхнови да правите оборудване, което ще издържи, дори когато времето го износи.
Връзки и препратки
Наръчник за проектиране на надеждност
Сподели на…
