كمهندس ، فأنت تعلم أن كل شيء لديه فترة زمنية محدودة للعمل.
بمرور الوقت ، ستصبح أقل موثوقية حتى تنكسر أخيرًا.
لكن هل تعلم أن هناك منحنى يمكن أن يخبرك عندما من المرجح أن يحدث هذا الفشل؟ يطلق عليه "منحنى حوض الاستحمام" ، وهو أحد أهم الأفكار في هندسة الموثوقية.
من خلال فهم هذا المنحنى ، يمكنك العثور على المراحل المختلفة من عمر الجهاز ، ومعرفة متى يكون من المرجح أن ينكسر ، واتخاذ الخطوات الصحيحة لمنعه من الانهيار.
في هذه المقالة ، سأخوض في التفاصيل حول منحنى حوض الاستحمام.
سوف ألقي نظرة على مراحلها الثلاث ، والعوامل المشتركة التي تساهم في كل مرحلة ، وطرق تقليل احتمال الفشل.
سواء كنت طالبًا في الهندسة أو مهندسًا محترفًا ، فأنت بحاجة إلى فهم منحنى حوض الاستحمام للتأكد من أن المعدات التي تصممها أو تبنيها أو تحافظ عليها تعمل بشكل موثوق طوال حياتها.
لذلك دعونا نتعمق في هذه الفكرة المهمة ونتعلم المزيد عنها.
مقدمة لمنحنى حوض الاستحمام
تعريف رسمي:
منحنى معدل فشل المعدات مع انخفاض حاد في معدل الفشل الأولي ، متبوعًا بمتوسط معدل فشل ثابت مطول ، وبعد ذلك يرتفع معدل الفشل مرة أخرى بشكل حاد.
فهم منحنى حوض الاستحمام
منحنى حوض الاستحمام هو رسم بياني يوضح عدد مرات تعطل منتج أو مجموعة منتجات بمرور الوقت.
غالبًا ما يستخدم في هندسة الموثوقية ونمذجة تدهور الأصول للتنبؤ والتخطيط لفشل الأصول.
يتكون المنحنى من ثلاثة أجزاء منفصلة: فترة وفيات الأطفال ، وفترة الحياة الطبيعية ، وفترة التآكل.
فترة وفيات الرضع
الجزء الأول من منحنى حوض الاستحمام هو فترة معدلات الفشل المرتفعة ، أي عندما يموت الأطفال.
خلال هذا الوقت ، من المرجح أن تفشل الأصول الجديدة بسبب مشاكل في التصميم أو المواد أو طريقة صنعها أو الطريقة التي بدأت بها.
بسبب هذه العيوب ، تفشل الأصول في وقت مبكر من دورة حياتها ، مما يجعل معدل الفشل يرتفع خلال المراحل الأولى من التشغيل.
فترة الحياة الطبيعية
بعد فترة وفيات الرضع ، يدخل أحد الأصول فترة الحياة الطبيعية ، حيث يكون معدل الفشل منخفضًا وثابتًا إلى حد ما.
خلال هذا الوقت ، تم إصلاح معظم المشكلات وعمل الأصل كما ينبغي.
الأصل في حالة جيدة ، ويمكن أن تساعده الصيانة الوقائية على الاستمرار في العمل بشكل جيد.
فترة التآكل
الجزء الأخير من منحنى حوض الاستحمام هو مرحلة التآكل ، والتي يكون لها معدل فشل أعلى.
خلال هذا الوقت ، من المرجح أن تتعطل الأصول بسبب أشياء مثل العمر أو البلى أو التآكل أو التعب.
وصل الأصل إلى نهاية عمره الإنتاجي ، وقد يحتاج إلى استبداله أو إخراجه من الخدمة لتجنب وقوع كارثة.
استراتيجيات لإطالة العمر المفيد للأصل
يمكن للفرق التي تعمل على إطالة العمر الإنتاجي للأصل استخدام ما يعرفونه عن منحنى حوض الاستحمام لتحديد التوقعات لكيفية عمل الأصل عادةً خلال دورة حياته.
تشير كل نقطة على المنحنى إلى طريقة مختلفة لتجنب الفشل.
خلال فترة وفيات الرضع ، يجب أن تركز الفرق على إيجاد وإصلاح عيوب التصميم أو العيوب المادية أو عيوب الإنتاج أو الطرق الخاطئة للبدء.
قد يكون من الضروري القيام بالصيانة أو الفحص في كثير من الأحيان للعثور على المشكلات وإصلاحها قبل أن تتسبب في حدوث أعطال.
خلال فترة الحياة العادية ، يجب أن تركز الفرق على الصيانة الوقائية للحفاظ على تشغيل الأصول في أفضل حالاتها.
يمكن أن تساعد عمليات الفحص والصيانة الروتينية في العثور على المشكلات المحتملة وحلها قبل أن تصبح مشكلات كبيرة.
فترة التآكل: خلال هذا الوقت ، يجب أن تركز الفرق على الصيانة التنبؤية للعثور على المشكلات قبل حدوثها وإصلاحها.
لتجنب الإخفاقات الكارثية ، قد يكون من الضروري استبدال أو بيع بعض الأصول.
التحليل المتقدم لمنحنى حوض الاستحمام
غالبًا ما يستخدم خبراء الموثوقية مخطط Weibull للنظر في وظيفة التوزيع التراكمي لمنحنى حوض الاستحمام.
أظهر باحثون من جامعة جلاسكو وجامعة كامبريدج ورولز رويس أن مرحلة التآكل في منحنى حوض الاستحمام يمكن نقلها إلى مستوى أعلى وتحويلها إلى فكرة "سطح البانيو"
يساعد هذا التحليل المتقدم في نمذجة كيفية تأثير درجة الحرارة والضغط والضغط ، من بين أشياء أخرى ، على تآكل أحد الأصول.
يوفر معلومات مفيدة حول كيفية تآكل الأشياء ويساعد على تحسين أداء وموثوقية الأصول.
هل أنت مستعد لاستخدام منحنى حوض الاستحمام لتحسين موثوقية أجهزتك؟
لا يزال من الصعب فهمها؟ اسمحوا لي أن أغير وجهة النظر قليلاً:
هل سئمت من تعطل الأشياء الخاصة بك عندما تكون في أمس الحاجة إليها؟ هل تحب إثارة الاضطرار دائمًا إلى شراء أدوات وأدوات جديدة تتعطل؟
لا تهتم بمنحنى البانيو!
من يحتاج إلى منحنى معدل فشل يمكن الاعتماد عليه بينما يمكنك فقط الجناح والأمل في الأفضل؟ بعد كل شيء ، لا شيء يجعل الأدرينالين يذهب مثل قطعة من المعدات تتعطل في اللحظة الأخيرة.
ولكن إذا كنت مهندسًا عمليًا يهتم بالسلامة والموثوقية ، فاستمر في القراءة.
نحن على وشك الدخول في عالم رائع لمنحنى حوض الاستحمام.
حسنًا ، كانت هذه مجرد مزحة لتبدو وكأنها إعلان تلفزيوني.
الآن دعنا نعود إلى الشرح.
العوامل المساهمة في كل مرحلة
كل مرحلة من مراحل منحنى حوض الاستحمام ناتجة عن عدد من الأشياء.
خلال فترة وفيات الرضع ، تحدث حالات الفشل بسبب مشاكل في كيفية صنع المنتج وكيفية استخدامه.
من ناحية أخرى ، خلال فترة الحياة العادية ، يمكن لعوامل مثل الصيانة والبيئة أن تؤثر على المدة التي يستمر فيها الأصل قبل أن ينكسر.
أخيرًا ، يمكن أن ترتفع معدلات الفشل في فترة التآكل بسبب أشياء مثل الأجزاء القديمة ونقص الصيانة.
يمكن أن يساعد فهم هذه العوامل الفرق التي تعمل على إطالة العمر الإنتاجي للأصل من خلال تنفيذ استراتيجيات محددة لكل مرحلة على طول منحنى حوض الاستحمام.
توزيع المخاطر والاحتمالات
مرحلة وفيات الرضع
في الجزء الأول من منحنى حوض الاستحمام ، والذي يُطلق عليه أيضًا "مرحلة وفيات الرضع" ، من المرجح أن تفشل المنتجات.
عادة ما تكون حالات الفشل خلال هذا الوقت ناتجة عن مشاكل في التصميم أو المواد أو طريقة صنعها أو الطريقة التي بدأت بها.
على سبيل المثال ، قد يواجه المنزل الذي تم شراؤه حديثًا العديد من المشكلات في السنوات القليلة الأولى ، مثل التشققات في الجدران والأبواب ، لأن المواد أو العمل ليس جيدًا جدًا.
خلال هذه المرحلة ، يعتمد الأشخاص الأكثر تعرضًا للخطر على المنتج الذي يتم النظر إليه.
الأشخاص الذين يشترون الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف الذكية أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة عندما يتم إصدارها لأول مرة هم أكثر عرضة لمشاكل معهم خلال مرحلة "وفيات الرضع".
من ناحية أخرى ، من المرجح أن تواجه الشركات التي تشتري المعدات الصناعية المستخدمة في المصانع أو محطات الطاقة عند إطلاقها لأول مرة مشاكل معها خلال مرحلة "وفيات الرضع".
توزيع الاحتمالات
غالبًا ما يتم تمثيل منحنى حوض الاستحمام بتوزيع وايبول ، وهو نوع من توزيع الاحتمالات.
يحتوي على معلمة شكل (تسمى بيتا) ومعلمة مقياس (eta).
منحنى حوض الاستحمام عبارة عن مخطط لمعدل الفشل بمرور الوقت ، ويمكن استخدام توزيع Weibull لوصف توزيع حالات الفشل في جميع مراحل المنحنى الثلاثة.
نموذج ويبل
عادة ما تتبع رقائق أشباه الموصلات الحديثة نموذج Weibull مع بيتا في حدود 0.2 إلى 0.6 لعدد المرات التي يموت فيها الأطفال قبل عيد ميلادهم الأول.
إن عكس معدل الفشل هو متوسط الوقت بين حالات الفشل (MTBF) ، والذي يمكن استخدامه لمعرفة ما من المحتمل أن تقوم به عائلة المنتج.
الاستراتيجيات والتطبيقات
استراتيجيات للحد من فشل المرحلة المبكرة
يوضح منحنى حوض الاستحمام مدى احتمالية انهيار أحد الأصول بمرور الوقت.
لها ثلاث مراحل متميزة: الفشل في المرحلة المبكرة ، والفشل العشوائي ، والفشل الناجم عن البلى.
يمكن أن يكون سبب فشل المرحلة المبكرة هو أخطاء في التصميم ، أو في المواد ، أو في طريقة صنع المنتج ، أو في كيفية بدء تشغيله.
يمكن استخدام عدة استراتيجيات لتقليل احتمالية فشل المرحلة الأولى.
يعد اختبار الحياة المتسارع للغاية (HALT) طريقة للعثور على عيوب التصميم في المنتجات قبل أن تسبب مشاكل في هذا المجال.
يتم ذلك عن طريق وضع المنتجات في ظروف قاسية.
فحص الإجهاد المتسارع للغاية (HASS) هو طريقة فحص تضع المنتجات في مستويات عالية من الضغط للعثور على أي أجزاء ضعيفة قبل أن تفشل في هذا المجال.
يُعد التصميم من أجل الموثوقية ، أو DFR ، طريقة للتأكد من أن المنتجات قد تم إنشاؤها مع وضع الموثوقية في الاعتبار من البداية.
تصميم Six Sigma ، أو DFSS ، هو طريقة تستخدم الأدوات الإحصائية لتحسين موثوقية وجودة تصميم المنتج.
الاحتراق هو إستراتيجية أخرى تتضمن وضع المنتجات تحت ضغط كبير لفترة طويلة للعثور على أي أجزاء ضعيفة قبل أن تنكسر في المجال.
استخدام منحنى حوض الاستحمام لتخطيط الصيانة
يمكن أيضًا استخدام منحنى حوض الاستحمام لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن صيانة المعدات واستبدالها.
إذا كنت تعرف المراحل الثلاث لمنحنى حوض الاستحمام ، فيمكنك تغيير خطة الصيانة الخاصة بك مع تقدم عمر حوض الاستحمام.
خلال فترة وفيات الرضع ، من المهم إجراء صيانة وقائية لإيجاد وإصلاح أي عيوب في التصنيع أو أخطاء في التركيب قد تؤدي إلى فشل مبكر.
خلال الحياة الطبيعية لأي قطعة من المعدات ، من المهم إجراء صيانة دورية لإبقائها في حالة جيدة.
خلال الوقت الذي تهالك فيه المعدات ، قد يكون استبدالها أرخص من الاستمرار في إصلاحها.
من خلال النظر في كيفية تعطل المعدات في الماضي ، يمكنك معرفة مكان سقوط كل قطعة من المعدات على "منحنى حوض الاستحمام" وتغيير خطة الصيانة الخاصة بك لتلائم.
على سبيل المثال ، إذا لاحظت أن نوعًا معينًا من المعدات يميل إلى التعطل عند تقدمه في السن ، فقد ترغب في استبداله قبل أن ينكسر أو التحقق منه كثيرًا خلال هذا الوقت.
باستخدام منحنى حوض الاستحمام كدليل لتخطيط الصيانة ، يمكنك إطالة العمر الإنتاجي للأصل مع تقليل مقدار الوقت الذي لا يستخدم فيه والمبلغ الذي يكلف إصلاحه.
تطبيقات منحنى البانيو
غالبًا ما يستخدم منحنى حوض الاستحمام في المصانع لتسهيل الصيانة أو لجعل الإنتاج سريعًا وموثوقًا به.
يمكن استخدامه أيضًا للمساعدة في فهم سبب حدوث الإخفاقات في أصول معينة وكيفية التنبؤ بها ومنعها.
يمكن استخدام منحنى حوض الاستحمام في العديد من المجالات المختلفة ، بما في ذلك الطيران والسيارات والإلكترونيات والمعدات الطبية والنفط والغاز وتوليد الطاقة والنقل وغير ذلك.
على سبيل المثال ، في مجال الطيران ، يمكن استخدامه للتنبؤ بموعد تعطل أجزاء الطائرة بحيث يمكن استبدالها قبل أن تتسبب في وقوع حوادث.
في المعدات الطبية ، يمكن استخدامه للتنبؤ بموعد انهيار شيء ما بحيث يمكن استبداله قبل أن يؤذي المريض.
يمكن استخدامه للتنبؤ بموعد تعطل التوربينات في محطات الطاقة بحيث يمكن إصلاحها قبل أن تتسبب في انقطاع التيار الكهربائي.
باختصار ، منحنى حوض الاستحمام هو رسم بياني يوضح عدد مرات فشل أحد الأصول بمرور الوقت.
يتم استخدامه في هندسة الموثوقية ونمذجة كيفية انهيار الأشياء بمرور الوقت.
هناك ثلاثة أجزاء لمنحنى حوض الاستحمام: وفيات الرضع ، والعمر النافع ، والبلى.
يمكن أن تكون حالات فشل المرحلة المبكرة أقل احتمالا إذا كنت تستخدم استراتيجيات مثل HALT و HASS و DFR و DFSS و burn-in.
باستخدام منحنى حوض الاستحمام كدليل لتخطيط الصيانة ، يمكن إطالة العمر الإنتاجي للأصل بينما يتم تقليل وقت التوقف عن العمل وتكاليف الإصلاح إلى الحد الأدنى.
غالبًا ما يستخدم منحنى حوض الاستحمام في العديد من المجالات لتسهيل الصيانة أو بدء الإنتاج بسرعة وموثوقية.
النمذجة والتحليل
يتبع معدل تعطل أنظمة البرامج بمرور الوقت نفس نمط الأصول المادية.
يتيح ذلك لمالكي أنظمة البرامج فهم دورة الحياة التشغيلية والتخطيط للوقت الذي سيحتاجون فيه إلى الاستبدال.
سيتحدث هذا النص عن كيفية استخدام منحنى حوض الاستحمام في هندسة البرمجيات لنمذجة وتحليل الأشياء.
نماذج موثوقية البرامج
يمكن لمهندسي الموثوقية استخدام نماذج موثوقية البرامج لنمذجة ودراسة "منحنى حوض الاستحمام".
يمكن استخدام هذه النماذج للتنبؤ بعدد المرات التي تفشل فيها أنظمة البرامج ولتحسين طريقة صنع البرامج.
بعض نماذج موثوقية البرامج التي يمكن استخدامها لنمذجة منحنى حوض الاستحمام هي نموذج Jelinski-Moranda (JM) ونموذج Musa-Okumoto (MO) ونموذج Goel-Okumoto (GO).
في معظم الأحيان ، تبحث هذه النماذج في عدد مرات فشل النظام بمرور الوقت ، بالإضافة إلى عوامل أخرى مثل تعقيد البرامج وجودة الكود وتغطية الاختبار.
من خلال النظر في بيانات الفشل واستخدام نموذج موثوقية البرنامج الصحيح ، يمكن لمهندسي البرمجيات معرفة مدى احتمالية تعطل شيء ما ووضع خطط للصيانة والاختبار والاستبدال.
التحكم في العمليات الإحصائية
يمكن لمهندسي البرمجيات أيضًا مراقبة مدى جودة عمل أنظمة البرامج بمرور الوقت باستخدام تقنيات التحكم في العمليات الإحصائية (SPC).
يمكن استخدام تقنيات SPC لإيجاد تغييرات في كيفية عمل البرامج ، ومعرفة أسباب الفشل ، وإصلاح المشكلات قبل حدوثها.
باختصار ، يمكن لمهندسي البرمجيات نمذجة وتحليل منحنى حوض الاستحمام باستخدام نماذج موثوقية البرامج وتقنيات التحكم في العمليات الإحصائية.
يمكن أن تساعد هذه الأدوات في التنبؤ بمعدلات الفشل ، وتحسين طريقة صنع البرامج ، وجعل أنظمة البرامج تدوم لفترة أطول.
باستخدام هذه الأساليب ، يمكن لمهندسي البرمجيات تقليل مخاطر فشل البرامج والحفاظ على موثوقية النظام.
شرح منحنى حوض الاستحمام (منحنى الموثوقية)
نصيحة: قم بتشغيل زر التسمية التوضيحية إذا كنت بحاجة إليه. اختر "ترجمة آلية" في زر الإعدادات ، إذا لم تكن معتادًا على اللغة المنطوقة. قد تحتاج إلى النقر فوق لغة الفيديو أولاً قبل أن تصبح لغتك المفضلة متاحة للترجمة.
خاتمة
مع وصولنا إلى نهاية مناقشتنا لمنحنى حوض الاستحمام ، من الواضح أن هذه الفكرة هي أداة مهمة لأي مهندس أو طالب هندسة يرغب في تصميم وبناء وصيانة المعدات التي تعمل بشكل جيد قدر الإمكان.
من خلال معرفة المراحل الثلاث لمنحنى حوض الاستحمام والعوامل المشتركة التي تؤثر على كل مرحلة ، يمكنك اتخاذ قرارات ذكية بشأن الصيانة والاستبدال وإدارة المخاطر بشكل عام.
لكن قبل أن تغادر هذا المقال ، أريد أن أتحداك أن تفكر في منحنى حوض الاستحمام بطرق أخرى غير كيفية استخدامه في الحياة الواقعية.
ماذا يمكن أن يخبرنا هذا المنحنى عن كيفية عمل الأشياء ولماذا تفشل؟ ما الذي يمكن أن نتعلمه عن حقيقة أن الاضمحلال والانحدار سيحدثان دائمًا؟
هذه أسئلة عميقة ومهمة تتجاوز كيفية استخدام منحنى حوض الاستحمام في الهندسة.
ولكن من خلال التفكير فيها ، يمكننا الحصول على فهم أفضل لمدى أهمية هندسة الموثوقية في عالم اليوم.
لذلك ، بينما تمضي قدمًا في مسيرتك الهندسية ، تذكر منحنى حوض الاستحمام ، ليس فقط كأداة للاعتمادية ولكن أيضًا كرمز لكيفية مقاومة الناس لقوى الانحلال والانحدار.
وآمل أن يلهمك معرفة ذلك بصنع معدات تدوم ، حتى مع نفاد الوقت.
الروابط والمراجع
نموذج ديناميكي للتنبؤ بمعدل الفشل لأجزاء الخدمة بناءً على منحنى حوض الاستحمام (BTC)
مشاركه فى…
