Як інженер ви знаєте, що все має обмежений час для роботи.
З часом він буде ставати менш надійним, поки остаточно не зламається.
Але чи знаєте ви, що існує крива, яка може вказати вам, коли ця невдача найімовірніше станеться? Її називають «кривою ванни», і це одна з найважливіших ідей у розробці надійності.
Розуміючи цю криву, ви можете знайти різні етапи життя пристрою, з’ясувати, коли він найімовірніше поламається, і вжити правильних заходів, щоб запобігти його поломці.
У цій статті я детально розповім про вигин ванни.
Я розгляну його три фази, загальні фактори, які сприяють кожній фазі, і способи зменшити ймовірність невдачі.
Незалежно від того, чи ви студент технічного факультету, чи професійний інженер, ви повинні розуміти криву ванни, щоб переконатися, що обладнання, яке ви проектуєте, будуєте чи обслуговуєте, надійно працює протягом усього терміну служби.
Тож давайте поглибимося та дізнаємося більше про цю важливу ідею.
Вступ до кривої ванни
Формальне визначення:
Крива інтенсивності відмов обладнання з початковою різко знижуваною інтенсивністю відмов, за якою слідує тривалий постійний середній інтенсивність відмов, після чого інтенсивність відмов знову різко зростає.
Розуміння кривої ванни
Крива ванни – це графік, який показує, як часто продукт або група продуктів виходить з ладу з часом.
Його часто використовують у розробці надійності та моделюванні зношення активів для прогнозування та планування відмов активів.
Крива має три окремі частини: період дитячої смертності, період нормального життя і період зношування.
Період дитячої смертності
Перша частина кривої ванни – це період високого рівня несправностей, коли діти помирають.
Протягом цього часу нові активи, швидше за все, вийдуть з ладу через проблеми з дизайном, матеріалами, способом їх виготовлення або способом запуску.
Через ці недоліки активи виходять з ладу на ранніх стадіях свого життєвого циклу, що призводить до підвищення рівня відмов на перших етапах експлуатації.
Нормальний період життя
Після періоду дитячої смертності актив вступає в нормальний життєвий період, коли рівень виходу з ладу низький і досить постійний.
За цей час більшість проблем усунуто, і актив працює як треба.
Об’єкт знаходиться в чудовому стані, і профілактичне обслуговування може допомогти йому продовжувати працювати.
Період зносу
Останньою частиною кривої ванни є фаза зношування, яка має вищий рівень виходу з ладу.
Протягом цього часу актив, швидше за все, виходить з ладу через старіння, знос, корозію або втому.
Термін корисного використання активу закінчився, і, можливо, його потрібно буде замінити або вивести з експлуатації, щоб уникнути катастрофи.
Стратегії продовження терміну корисного використання активу
Команди, які працюють над продовженням терміну корисного використання активу, можуть використовувати те, що вони знають про криву ванни, щоб визначити очікування щодо того, як актив зазвичай працює протягом життєвого циклу.
Кожна точка на кривій пропонує інший спосіб уникнути невдачі.
Під час періоду дитячої смертності команди повинні зосередитися на пошуку та виправленні недоліків конструкції, матеріалів, виробничих недоліків або неправильних способів запуску.
Можливо, знадобиться проводити технічне обслуговування або перевірки частіше, щоб знайти та усунути проблеми, перш ніж вони спричинять збої.
Протягом нормального життєвого циклу команди повинні зосередитися на профілактичному обслуговуванні, щоб активи працювали якнайкраще.
Регулярні перевірки та технічне обслуговування можуть допомогти виявити потенційні проблеми та усунути їх до того, як вони стануть серйозними.
Період зносу: протягом цього часу команди повинні зосередитися на прогнозному обслуговуванні, щоб виявити проблеми до їх виникнення та усунути їх.
Щоб уникнути катастрофічних збоїв, може знадобитися замінити або продати деякі активи.
Розширений аналіз кривої ванни
Експерти з надійності часто використовують діаграму Вейбулла, щоб переглянути кумулятивну функцію розподілу кривої ванни.
Дослідники з Університету Глазго, Кембриджського університету та Rolls-Royce показали, що стадію зношування кривої ванни можна підняти на вищий рівень і перетворити на ідею «поверхні ванни».
Цей розширений аналіз допомагає змоделювати, як температура, тиск і навантаження, серед іншого, впливають на знос активу.
Він надає корисну інформацію про те, як речі зношуються, і допомагає покращити продуктивність і надійність активів.
Ви готові використовувати Bathtub Curve для підвищення надійності вашого обладнання?
Усе ще важко зрозуміти? Дозвольте трохи змінити точку зору:
Вам набридло, що ваші речі ламаються, коли вони вам найбільше потрібні? Чи подобається вам хвилювання, коли завжди потрібно купувати нові інструменти та гаджети, які ламаються?
Не переймайтеся вигином ванни!
Кому потрібна надійна крива інтенсивності відмов, якщо ви можете просто сподіватися на краще? Зрештою, ніщо так не піднімає адреналін, як поломка обладнання в останню хвилину.
Але якщо ви практичний інженер, який дбає про безпеку та надійність, продовжуйте читати.
Ось-ось ми потрапимо у захоплюючий світ кривої ванни.
Гаразд, це був просто жарт, схожий на телевізійну рекламу.
Тепер повернемося до пояснення.
Фактори, що сприяють кожному етапу
Кожна фаза кривої ванни спричинена кількома факторами.
У період дитячої смертності невдачі викликані проблемами з тим, як продукт був виготовлений і як він використовувався.
З іншого боку, протягом нормального терміну служби такі фактори, як технічне обслуговування та навколишнє середовище, можуть впливати на те, скільки прослужить актив до того, як він зламається.
Нарешті, рівень відмов може зрости в період зносу через такі речі, як старі деталі та відсутність технічного обслуговування.
Розуміння цих факторів може допомогти командам, які працюють над продовженням терміну корисного використання активу шляхом реалізації конкретних стратегій для кожної фази вздовж кривої ванни.
Розподіл ризику та ймовірності
Фаза дитячої смертності
На ранній частині кривої ванни, яку також називають «фазою дитячої смертності», продукти, швидше за все, вийдуть з ладу.
Збої протягом цього часу зазвичай викликані проблемами з конструкцією, матеріалами, способом їх виготовлення або способом їх запуску.
Наприклад, щойно куплений будинок може мати багато проблем у перші кілька років, як-от тріщини в стінах і дверях, тому що матеріали або робота не дуже хороші.
Під час цієї фази люди, які піддаються найбільшому ризику, залежать від продукту, на який дивляться.
Люди, які купують електроніку, наприклад смартфони чи ноутбуки, коли вони вперше випускаються, швидше за все, матимуть проблеми з нею під час фази «дитячої смертності».
З іншого боку, компанії, які купують промислове обладнання, що використовується на заводах або електростанціях, коли воно вперше випускається, швидше за все, матимуть проблеми з ним під час фази «дитячої смертності».
Розподіл ймовірностей
Криву ванни часто представляють розподілом Вейбулла, який є типом розподілу ймовірностей.
Він має параметр форми (званий бета) і параметр масштабу (ета).
Крива ванни є графіком інтенсивності відмов у часі, а розподіл Вейбулла можна використовувати для опису розподілу відмов у всіх трьох фазах кривої.
Модель Weibull
Сучасні напівпровідникові чіпи зазвичай відповідають моделі Вейбулла з бета-версією в діапазоні від 0,2 до 0,6 для того, як часто діти помирають до свого першого дня народження.
Протилежним до частоти відмов є середній час між відмовами (MTBF), який можна використовувати, щоб визначити, що, ймовірно, буде робити сімейство продуктів.
Стратегії та застосування
Стратегії зменшення збоїв на ранній стадії
Крива ванни показує, наскільки ймовірно, що актив з часом зламається.
Він має три чіткі фази: відмови на ранній стадії, випадкові відмови та відмови, спричинені зносом.
Відмови на ранній стадії можуть бути спричинені помилками в дизайні, матеріалах, способі виготовлення продукту або способі його запуску.
Можна використати кілька стратегій, щоб знизити ймовірність провалу першого етапу.
Високоприскорене тестування терміну експлуатації (HALT) — це спосіб виявити недоліки конструкції в продуктах, перш ніж вони спричинять проблеми в польових умовах.
Це робиться шляхом випробування продуктів в екстремальних умовах.
Високоприскорений скринінг стресу (HASS) — це метод скринінгу, який піддає продукти високим рівням стресу, щоб знайти слабкі частини, перш ніж вони вийдуть з ладу в польових умовах.
Проектування для надійності, або DFR, є методом, який гарантує, що продукти створюються з урахуванням надійності з самого початку.
Дизайн для шести сигм, або DFSS, — це метод, який використовує статистичні інструменти для підвищення надійності та якості дизайну продукту.
Вигорання — це ще одна стратегія, яка передбачає тривале навантаження на продукти, щоб знайти слабкі частини, перш ніж вони зламаються в польових умовах.
Використання кривої ванни для планування технічного обслуговування
Криву ванни також можна використовувати для прийняття обґрунтованих рішень щодо обслуговування та заміни обладнання.
Якщо ви знаєте три етапи кривої ванни, ви можете змінювати план технічного обслуговування в міру старіння ванни.
У період дитячої смертності важливо проводити профілактичне технічне обслуговування, щоб знайти та усунути будь-які виробничі недоліки або помилки встановлення, які можуть призвести до ранньої поломки.
Протягом нормального терміну служби обладнання важливо проводити регулярне технічне обслуговування, щоб підтримувати його в хорошому стані.
У той час, коли обладнання зношене, може бути дешевше замінити його, ніж постійно ремонтувати.
Подивившись на те, як устаткування виходило з ладу в минулому, ви можете визначити, де кожна частина обладнання потрапляє на «криву ванни», і змінити план технічного обслуговування, щоб він відповідав.
Наприклад, якщо ви помітили, що певний тип обладнання має тенденцію виходити з ладу, коли воно старіє, ви можете замінити його, перш ніж воно зламається, або перевіряти його частіше протягом цього часу.
Використовуючи криву ванни як орієнтир для планування технічного обслуговування, ви можете продовжити термін корисного використання активу, скоротивши час, протягом якого він не використовується, і витрати на ремонт.
Застосування кривої ванни
Крива ванни часто використовується на заводах, щоб спростити технічне обслуговування або запустити виробництво швидко та надійно.
Його також можна використовувати, щоб допомогти зрозуміти, чому виникають збої в певних активах і як їх передбачити та запобігти.
Криву ванни можна використовувати в багатьох галузях, включаючи авіацію, автомобілі, електроніку, медичне обладнання, нафту і газ, виробництво електроенергії, транспорт тощо.
Наприклад, в авіації його можна використовувати, щоб передбачити, коли частини літака вийдуть з ладу, щоб їх можна було замінити, перш ніж вони спричинять аварії.
У медичному обладнанні його можна використовувати, щоб передбачити, коли щось зламається, щоб його можна було замінити, перш ніж це завдасть шкоди пацієнту.
Його можна використовувати, щоб передбачити, коли турбіни зламаються на електростанціях, щоб їх можна було відремонтувати до того, як вони спричинять відключення електроенергії.
Підсумовуючи, крива ванни – це графік, який показує, як часто актив виходить з ладу з часом.
Він використовується в розробці надійності та моделюванні того, як речі ламаються з часом.
Є три частини кривої ванни: дитяча смертність, термін корисного використання та знос.
Збої на ранніх етапах можуть бути менш імовірними, якщо ви використовуєте такі стратегії, як HALT, HASS, DFR, DFSS і burn-in.
Використовуючи криву ванни як орієнтир для планування технічного обслуговування, термін корисного використання активу можна подовжити, а час простою та витрати на ремонт зведено до мінімуму.
Крива ванни часто використовується в багатьох сферах, щоб полегшити технічне обслуговування або швидко та надійно почати виробництво.
Моделювання та аналіз
Швидкість, з якою програмні системи з часом виходять із ладу, відбувається за тією ж схемою, що й фізичні активи.
Це дозволяє власникам програмних систем зрозуміти їхній робочий життєвий цикл і спланувати, коли їх потрібно буде замінити.
У цьому тексті йтиметься про те, як криву ванни можна використовувати в розробці програмного забезпечення для моделювання та аналізу речей.
Моделі надійності програмного забезпечення
Моделі надійності програмного забезпечення можуть використовуватися інженерами з надійності для моделювання та вивчення «кривої ванни».
Ці моделі можна використовувати для прогнозування того, як часто програмні системи будуть виходити з ладу, і покращувати спосіб створення програмного забезпечення.
Деякі моделі надійності програмного забезпечення, які можна використовувати для моделювання кривої ванни, це модель Єлінські-Моранда (JM), модель Муси-Окумото (MO) і модель Гоела-Окумото (GO).
У більшості випадків ці моделі розглядають, як часто система виходить з ладу з часом, а також інші фактори, як-от складність програмного забезпечення, якість коду та охоплення тестуванням.
Переглядаючи дані про збої та використовуючи правильну модель надійності програмного забезпечення, інженери програмного забезпечення можуть визначити, наскільки ймовірно, що щось зламається, і скласти плани обслуговування, тестування та заміни.
Статистичний контроль процесів
Інженери-програмісти також можуть стежити за тим, наскільки добре програмні системи працюють з часом, використовуючи методи статистичного керування процесами (SPC).
Методи SPC можна використовувати для виявлення змін у роботі програмного забезпечення, з’ясування причин збоїв і вирішення проблем до того, як вони виникнуть.
Коротше кажучи, інженери програмного забезпечення можуть моделювати та аналізувати криву ванни за допомогою моделей надійності програмного забезпечення та методів статистичного керування процесом.
Ці інструменти можуть допомогти передбачити рівень відмов, покращити спосіб створення програмного забезпечення та подовжити термін служби програмних систем.
Використовуючи ці методи, розробники програмного забезпечення можуть зменшити ризики програмних збоїв і зберегти надійність системи.
Пояснення кривої ванни (крива надійності)
Порада: увімкніть кнопку субтитрів, якщо вона вам потрібна. Виберіть «автоматичний переклад» у кнопці налаштувань, якщо ви не знайомі з розмовною мовою. Можливо, вам доведеться спершу натиснути мову відео, перш ніж ваша улюблена мова стане доступною для перекладу.
Висновок
Коли ми підходимо до кінця нашого обговорення кривої ванни, стає зрозуміло, що ця ідея є важливим інструментом для будь-якого інженера чи студента, який хоче проектувати, будувати та обслуговувати обладнання, яке працює якомога краще.
Знаючи три фази кривої ванни та загальні фактори, що впливають на кожну фазу, ви можете приймати розумні рішення щодо обслуговування, заміни та загального управління ризиками.
Але перш ніж залишити цю статтю, я хочу запропонувати вам подумати про вигин ванни іншими способами, ніж те, як його можна використовувати в реальному житті.
Що ця крива може розповісти нам про те, як речі працюють і чому вони виходять з ладу? Що ми можемо дізнатися про той факт, що розпад і занепад завжди відбуватимуться?
Це глибокі та важливі питання, які виходять за рамки того, як криву ванни можна використовувати в техніці.
Але, думаючи про них, ми можемо краще зрозуміти, наскільки важлива техніка надійності в сучасному світі.
Тому, просуваючись у своїй інженерній кар’єрі, пам’ятайте про криву ванни не лише як про інструмент надійності, а й як символ того, як люди борються проти сил занепаду та занепаду.
І я сподіваюся, що знання про це надихне вас створювати обладнання, яке буде служити, навіть коли час його зношує.
Посилання та посилання
Довідник з проектування надійності
Модель динамічного прогнозування частоти відмов для запчастин на основі кривої ванни (BTC)
Поділіться на…
