Kot inženir veste, da ima vse omejen čas za delo.
Sčasoma bo postal manj zanesljiv, dokler se končno ne zlomi.
Toda ali ste vedeli, da obstaja krivulja, ki vam lahko pove, kdaj se bo ta napaka najverjetneje zgodila? Imenuje se "krivulja kopalne kadi" in je ena najpomembnejših idej v inženiringu zanesljivosti.
Če razumete to krivuljo, lahko najdete različne faze življenjske dobe naprave, ugotovite, kdaj je najverjetneje, da se bo pokvarila, in naredite prave korake, da preprečite njeno pokvaritev.
V tem članku bom podrobno obravnaval krivuljo kopalne kadi.
Ogledal si bom njegove tri faze, skupne dejavnike, ki prispevajo k vsaki fazi, in načine, kako zmanjšati verjetnost neuspeha.
Ne glede na to, ali ste študent strojništva ali poklicni inženir, morate razumeti krivuljo kopalne kadi, da zagotovite, da bo oprema, ki jo načrtujete, izdelujete ali vzdržujete, delovala zanesljivo vso svojo življenjsko dobo.
Zato se poglobimo in izvemo več o tej pomembni zamisli.
Uvod v krivuljo kadi
Formalna opredelitev:
Krivulja stopnje odpovedi opreme z začetno močno padajočo stopnjo odpovedi, ki ji sledi dolgotrajna konstantna povprečna stopnja odpovedi, po kateri se stopnja odpovedi spet močno poveča.
Razumevanje krivulje kopalne kadi
Krivulja kopalne kadi je graf, ki prikazuje, kako pogosto se izdelek ali skupina izdelkov pokvari skozi čas.
Pogosto se uporablja pri inženiringu zanesljivosti in modeliranju propadanja sredstev za napovedovanje in načrtovanje okvar sredstev.
Krivulja ima tri ločene dele: obdobje umrljivosti dojenčkov, obdobje normalnega življenja in obdobje iztrošenosti.
Obdobje umrljivosti dojenčkov
Prvi del krivulje kopalne kadi je obdobje visokih stopenj napak, ko dojenčki umrejo.
V tem času je večja verjetnost, da bodo nova sredstva propadla zaradi težav z zasnovo, materiali, načinom izdelave ali načinom zagona.
Zaradi teh napak sredstva odpovejo zgodaj v svojem življenjskem ciklu, zaradi česar se stopnja odpovedi poveča v prvih fazah delovanja.
Običajno življenjsko obdobje
Po obdobju umrljivosti dojenčkov sredstvo vstopi v normalno življenjsko obdobje, kjer je stopnja odpovedi nizka in dokaj stalna.
V tem času je bila večina težav odpravljenih in sredstvo deluje kot mora.
Sredstvo je v odličnem stanju in preventivno vzdrževanje mu lahko pomaga, da še naprej dobro deluje.
Obdobje obrabe
Zadnji del krivulje kopalne kadi je faza obrabe, ki ima večjo stopnjo okvare.
V tem času je večja verjetnost, da se bo sredstvo pokvarilo zaradi stvari, kot so starost, obraba, korozija ali utrujenost.
Sredstvo je doseglo konec svoje življenjske dobe in ga bo morda treba zamenjati ali izločiti iz uporabe, da bi se izognili katastrofi.
Strategije za podaljšanje življenjske dobe sredstva
Skupine, ki si prizadevajo podaljšati življenjsko dobo sredstva, lahko uporabijo tisto, kar vedo o krivulji kopalne kadi, da določijo pričakovanja o tem, kako sredstvo običajno deluje v svojem življenjskem ciklu.
Vsaka točka na krivulji predlaga drugačen način, kako se izogniti neuspehu.
Med obdobjem umrljivosti dojenčkov bi se morale ekipe osredotočiti na iskanje in odpravljanje napak v načrtu, materialnih napak, proizvodnih napak ali napačnih načinov zagona.
Morda bo treba pogosteje izvajati vzdrževanje ali preglede, da bi našli in odpravili težave, preden povzročijo okvare.
Med običajnim življenjskim obdobjem bi se morale ekipe osredotočiti na preventivno vzdrževanje, da bi sredstva delovala kar najbolje.
Redni pregledi in vzdrževanje lahko pomagajo odkriti morebitne težave in jih odpraviti, preden postanejo velike težave.
Obdobje izrabe: V tem času se morajo ekipe osredotočiti na predvideno vzdrževanje, da odkrijejo težave, preden se pojavijo, in jih odpravijo.
Da bi se izognili katastrofalnim okvaram, bo morda treba zamenjati ali prodati nekatera sredstva.
Napredna analiza krivulje kopalne kadi
Strokovnjaki za zanesljivost pogosto uporabljajo Weibullov grafikon, da si ogledajo kumulativno porazdelitveno funkcijo krivulje kopalne kadi.
Raziskovalci z Univerze v Glasgowu, Univerze v Cambridgeu in Rolls-Royce so pokazali, da je mogoče stopnjo obrabe krivulje kopalne kadi dvigniti na višjo raven in spremeniti v idejo o "površini kopalne kadi
Ta napredna analiza pomaga modelirati, kako temperatura, pritisk in napetost med drugim vplivajo na obrabo sredstva.
Zagotavlja koristne informacije o tem, kako se stvari obrabljajo, in pomaga izboljšati delovanje in zanesljivost sredstev.
Ali ste pripravljeni uporabiti Bathtub Curve za izboljšanje zanesljivosti vaše opreme?
Še vedno težko razumeti? Naj malo spremenim pogled:
Ste siti tega, da se vaše stvari pokvarijo, ko jih najbolj potrebujete? Vam je všeč vznemirjenje, ko morate vedno kupovati nova orodja in pripomočke, ki se pokvarijo?
Ne obremenjujte se z ukrivljenostjo kopalne kadi!
Kdo potrebuje zanesljivo krivuljo stopnje odpovedi, če se lahko samo zamislite in upate na najboljše? Navsezadnje nič ne dvigne adrenalina kot kos opreme, ki se pokvari v zadnjem trenutku.
Če pa ste praktični inženir, ki mu je mar za varnost in zanesljivost, nadaljujte z branjem.
Kmalu bomo vstopili v fascinanten svet krivulje kopalne kadi.
V redu, to je bila samo šala, ki je izgledala kot TV oglas.
Zdaj pa se vrnimo k razlagi.
Dejavniki, ki prispevajo k vsaki fazi
Vsako fazo krivulje kopalne kadi povzroči več stvari.
V obdobju umrljivosti dojenčkov so napake posledica težav s tem, kako je bil izdelek narejen in kako je bil uporabljen.
Po drugi strani pa lahko med običajnim življenjskim obdobjem dejavniki, kot sta vzdrževanje in okolje, vplivajo na trajanje sredstva, preden se pokvari.
Nazadnje, stopnja napak se lahko poveča v obdobju obrabe zaradi stvari, kot so stari deli in pomanjkanje vzdrževanja.
Razumevanje teh dejavnikov lahko pomaga ekipam, ki si prizadevajo podaljšati življenjsko dobo sredstva z izvajanjem posebnih strategij za vsako fazo vzdolž krivulje kopalne kadi.
Porazdelitev tveganja in verjetnosti
Faza umrljivosti dojenčkov
V zgodnjem delu krivulje kopalne kadi, ki se imenuje tudi "faza umrljivosti dojenčkov", izdelki najverjetneje ne bodo uspeli.
Napake v tem času običajno povzročijo težave z zasnovo, materiali, načinom izdelave ali načinom zagona.
Na primer, na novo kupljena hiša ima lahko v prvih nekaj letih veliko težav, kot so razpoke v stenah in vratih, ker materiali ali delo niso zelo dobri.
V tej fazi so ljudje, ki so najbolj ogroženi, odvisni od izdelka, ki si ga ogledujejo.
Ljudje, ki kupijo elektroniko, kot so pametni telefoni ali prenosni računalniki, ko jo prvič izdajo, bodo najverjetneje imeli težave z njo v fazi "umrljivosti dojenčkov".
Po drugi strani pa imajo podjetja, ki kupujejo industrijsko opremo, ki se uporablja v tovarnah ali elektrarnah, ko jo prvič izdajo, najverjetneje težave z njo v fazi "umrljivosti dojenčkov".
Porazdelitev verjetnosti
Krivulja kopalne kadi je pogosto predstavljena z Weibullovo porazdelitvijo, ki je vrsta verjetnostne porazdelitve.
Ima parameter oblike (imenovan beta) in parameter merila (eta).
Krivulja kopalne kadi je graf stopnje napak skozi čas, Weibullova porazdelitev pa se lahko uporablja za opis porazdelitve napak v vseh treh fazah krivulje.
Weibullov model
Sodobni polprevodniški čipi običajno sledijo Weibullovemu modelu z beta v območju od 0,2 do 0,6 za to, kako pogosto otroci umrejo pred prvim rojstnim dnevom.
Nasprotje od stopnje napak je srednji čas med napakami (MTBF), ki ga je mogoče uporabiti za ugotovitev, kaj bo družina izdelkov verjetno naredila.
Strategije in aplikacije
Strategije za zmanjšanje napak v zgodnji fazi
Krivulja kadi prikazuje, kako verjetno je, da se bo sredstvo sčasoma pokvarilo.
Ima tri različne faze: okvare v zgodnji fazi, naključne okvare in okvare zaradi obrabe.
Napake v zgodnji fazi lahko povzročijo napake v načrtovanju, v materialih, v načinu izdelave izdelka ali v načinu zagona.
Za zmanjšanje verjetnosti neuspeha prve faze je mogoče uporabiti več strategij.
Visoko pospešeno testiranje življenjske dobe (HALT) je način za iskanje konstrukcijskih napak v izdelkih, preden povzročijo težave na terenu.
To dosežemo tako, da izdelke postavimo v ekstremne pogoje.
Highly Accelerated Stress Screening (HASS) je metoda presejanja, ki izdelke izpostavi visokim obremenitvam, da bi odkrili morebitne šibke dele, preden odpovejo na terenu.
Oblikovanje za zanesljivost ali DFR je metoda za zagotavljanje, da so izdelki izdelani z mislijo na zanesljivost že od samega začetka.
Design for Six Sigma ali DFSS je metoda, ki uporablja statistična orodja za izboljšanje zanesljivosti in kakovosti zasnove izdelka.
Burn-in je še ena strategija, ki vključuje dolgotrajno obremenitev izdelkov, da bi našli vse šibke dele, preden se pokvarijo na terenu.
Uporaba krivulje kopalne kadi za načrtovanje vzdrževanja
Krivulja kopalne kadi se lahko uporablja tudi za sprejemanje premišljenih odločitev o vzdrževanju in zamenjavi opreme.
Če poznate tri stopnje krivulje kopalne kadi, lahko spremenite načrt vzdrževanja, ko se kad stara.
Med obdobjem umrljivosti dojenčkov je pomembno izvajati preventivno vzdrževanje, da odkrijemo in odpravimo morebitne proizvodne napake ali napake pri namestitvi, ki bi lahko povzročile zgodnjo okvaro.
Med običajno življenjsko dobo opreme je pomembno, da jo redno vzdržujete, da jo ohranite v dobrem stanju.
V času, ko je oprema dotrajana, jo bo morda ceneje zamenjati kot pa jo popravljati.
Če pogledate, kako se je oprema v preteklosti pokvarila, lahko ugotovite, kje posamezen kos opreme pade na "krivuljo kopalne kadi", in spremenite svoj načrt vzdrževanja, da bo ustrezal.
Na primer, če opazite, da se določena vrsta opreme, ko se stara, pokvari, jo boste morda želeli zamenjati, preden se pokvari, ali pa jo v tem času pogosteje preverjati.
Če uporabite krivuljo kopalne kadi kot vodilo za načrtovanje vzdrževanja, lahko podaljšate življenjsko dobo sredstva, hkrati pa skrajšate čas, ko ni v uporabi, in stroške popravila.
Uporaba kopalne kadi Curve
Krivulja kopalne kadi se pogosto uporablja v tovarnah za lažje vzdrževanje ali za hitro in zanesljivo proizvodnjo.
Lahko se uporablja tudi za pomoč pri razumevanju, zakaj pride do napak na določenih sredstvih ter kako jih predvideti in preprečiti.
Krivulja kopalne kadi se lahko uporablja na številnih različnih področjih, vključno z letalstvom, avtomobili, elektroniko, medicinsko opremo, nafto in plinom, proizvodnjo električne energije, transportom itd.
Na primer, v letalstvu se lahko uporablja za napovedovanje, kdaj bodo deli letala odpovedali, da jih je mogoče zamenjati, preden povzročijo nesrečo.
V medicinski opremi se lahko uporablja za napovedovanje, kdaj se bo nekaj pokvarilo, tako da ga je mogoče zamenjati, preden poškoduje bolnika.
Uporablja se lahko za napovedovanje, kdaj se bodo turbine v elektrarnah pokvarile, tako da jih je mogoče popraviti, preden povzročijo izpad električne energije.
Če povzamemo, je krivulja kopalne kadi graf, ki prikazuje, kako pogosto sredstvo skozi čas odpove.
Uporablja se pri inženiringu zanesljivosti in modeliranju, kako se stvari sčasoma pokvarijo.
Obstajajo trije deli krivulje kadi: umrljivost dojenčkov, življenjska doba in obraba.
Če uporabljate strategije, kot so HALT, HASS, DFR, DFSS in Burn-in, je manj verjetno, da se bodo zgodile napake v zgodnji fazi.
Z uporabo krivulje kopalne kadi kot vodila za načrtovanje vzdrževanja je mogoče podaljšati življenjsko dobo sredstva, medtem ko so izpadi in stroški popravil minimalni.
Krivulja kadi se pogosto uporablja na številnih področjih za lažje vzdrževanje ali hiter in zanesljiv zagon proizvodnje.
Modeliranje in analiza
Hitrost, s katero se programski sistemi sčasoma pokvarijo, sledi istemu vzorcu kot fizična sredstva.
To omogoča lastnikom sistemov programske opreme, da razumejo njihov življenjski cikel delovanja in načrtujejo, kdaj jih bo treba zamenjati.
To besedilo bo govorilo o tem, kako lahko krivuljo kopalne kadi uporabimo v programskem inženirstvu za modeliranje in analizo stvari.
Modeli zanesljivosti programske opreme
Modele zanesljivosti programske opreme lahko uporabljajo inženirji zanesljivosti za modeliranje in preučevanje "krivulje kadi".
Te modele je mogoče uporabiti za napovedovanje, kako pogosto bodo programski sistemi odpovedali, in za izboljšanje načina izdelave programske opreme.
Nekateri modeli zanesljivosti programske opreme, ki jih je mogoče uporabiti za modeliranje krivulje kopalne kadi, so model Jelinski-Moranda (JM), model Musa-Okumoto (MO) in model Goel-Okumoto (GO).
Večino časa ti modeli obravnavajo, kako pogosto sistem odpove skozi čas, pa tudi druge dejavnike, kot so kompleksnost programske opreme, kakovost kode in pokritost testiranja.
Če pogledajo podatke o napakah in uporabijo pravi model zanesljivosti programske opreme, lahko programski inženirji ugotovijo, kako verjetno je, da se bo nekaj pokvarilo, in pripravijo načrte za vzdrževanje, testiranje in zamenjavo.
Statistična kontrola procesov
Programski inženirji lahko z uporabo tehnik statističnega nadzora procesov (SPC) tudi spremljajo, kako dobro programski sistemi delujejo skozi čas.
S tehnikami SPC je mogoče najti spremembe v delovanju programske opreme, ugotoviti, kaj povzroča napake, in odpraviti težave, preden se zgodijo.
Skratka, programski inženirji lahko modelirajo in analizirajo krivuljo kopalne kadi z uporabo modelov zanesljivosti programske opreme in statističnih tehnik nadzora procesov.
Ta orodja lahko pomagajo napovedati stopnje napak, izboljšajo način izdelave programske opreme in podaljšajo življenjsko dobo programskih sistemov.
Z uporabo teh metod lahko programski inženirji zmanjšajo tveganja napak programske opreme in ohranijo zanesljivost sistema.
Razlaga krivulje kopalne kadi (krivulja zanesljivosti)
Nasvet: Vklopite gumb za napise, če ga potrebujete. V gumbu z nastavitvami izberite »samodejno prevajanje«, če govorjenega jezika niste seznanjeni. Morda boste morali najprej klikniti jezik videoposnetka, preden postane vaš najljubši jezik na voljo za prevod.
Zaključek
Ko smo prišli do konca naše razprave o krivulji kopalne kadi, je jasno, da je ta ideja pomembno orodje za vsakega inženirja ali študenta inženirstva, ki želi načrtovati, izdelati in vzdrževati opremo, ki deluje čim bolje.
Če poznate tri faze krivulje kopalne kadi in skupne dejavnike, ki vplivajo na vsako fazo, se lahko pametno odločite glede vzdrževanja, zamenjave in splošnega obvladovanja tveganja.
Toda preden zapustite ta članek, vas želim izzvati, da razmislite o krivulji kopalne kadi na druge načine kot o tem, kako jo je mogoče uporabiti v resničnem življenju.
Kaj nam lahko ta krivulja pove o tem, kako stvari delujejo in zakaj ne uspejo? Kaj se lahko naučimo o dejstvu, da se bosta propad in propad vedno zgodila?
To so globoka in pomembna vprašanja, ki presegajo, kako se lahko krivulja kopalne kadi uporablja v inženirstvu.
Toda če razmišljamo o njih, lahko bolje razumemo, kako pomemben je inženiring zanesljivosti v današnjem svetu.
Torej, ko napredujete v svoji inženirski karieri, se spomnite krivulje kopalne kadi, ne samo kot orodja za zanesljivost, ampak tudi kot simbola, kako se ljudje borijo proti silam propadanja in propadanja.
In upam, da vas bo vedenje o tem navdihnilo, da izdelate opremo, ki bo trajala, tudi ko jo čas izčrpa.
Povezave in reference
Priročnik za načrtovanje zanesljivosti
Dinamični model napovedovanja stopnje napak za servisne dele na podlagi krivulje kadi (BTC)
Delite na...
