Como ingeniero, sabes que todo tiene una cantidad limitada de tiempo para funcionar.
Con el tiempo, se volverá menos confiable hasta que finalmente se rompa.
Pero, ¿sabía que hay una curva que puede decirle cuándo es más probable que ocurra esa falla? Se llama la "curva de la bañera" y es una de las ideas más importantes en la ingeniería de confiabilidad.
Al comprender esta curva, puede encontrar las diferentes etapas de la vida útil de un dispositivo, determinar cuándo es más probable que se rompa y tomar las medidas adecuadas para evitar que se rompa.
En este artículo, entraré en detalles sobre la curva de la bañera.
Examinaré sus tres fases, los factores comunes que contribuyen a cada fase y las formas de hacer que el fracaso sea menos probable.
Ya sea que sea un estudiante de ingeniería o un ingeniero profesional, debe comprender la curva de la bañera para asegurarse de que el equipo que diseñe, construya o mantenga funcione de manera confiable durante toda su vida útil.
Así que profundicemos y aprendamos más sobre esta importante idea.
Introducción a la curva de la bañera
Definicion formal:
Una curva de tasa de fallas del equipo con una tasa de fallas inicial que desciende bruscamente, seguida de una tasa de fallas promedio constante y prolongada, después de lo cual la tasa de fallas vuelve a aumentar considerablemente.
Comprender la curva de la bañera
La curva de la bañera es un gráfico que muestra la frecuencia con la que un producto o grupo de productos se descompone con el tiempo.
A menudo se usa en ingeniería de confiabilidad y modelado del deterioro de activos para predecir y planificar fallas de activos.
La curva tiene tres partes separadas: el período de mortalidad infantil, el período de vida normal y el período de desgaste.
Período de mortalidad infantil
La primera parte de la curva de la bañera es el período de altas tasas de fracaso, que es cuando mueren los bebés.
Durante este tiempo, es más probable que los activos nuevos fallen debido a problemas con el diseño, los materiales, la forma en que se fabricaron o la forma en que se pusieron en marcha.
Debido a estas fallas, los activos fallan temprano en su ciclo de vida, lo que hace que la tasa de falla aumente durante las primeras etapas de operación.
Período de vida normal
Después del período de mortalidad infantil, un activo ingresa al período de vida normal, donde la tasa de falla es baja y bastante constante.
Durante este tiempo, la mayoría de los problemas se han solucionado y el activo funciona como debería.
El activo está en excelente estado y el mantenimiento preventivo puede ayudarlo a seguir funcionando bien.
Período de desgaste
La última parte de la curva de la bañera es la fase de desgaste, que tiene una mayor tasa de fallas.
Durante este tiempo, es más probable que el activo se descomponga debido a cosas como la edad, el desgaste, la corrosión o la fatiga.
El activo ha llegado al final de su vida útil y es posible que deba ser reemplazado o puesto fuera de servicio para evitar un desastre.
Estrategias para Extender la Vida Útil de un Activo
Los equipos que trabajan para extender la vida útil de un activo pueden usar lo que saben sobre la curva de la bañera para establecer expectativas sobre cómo funciona normalmente el activo durante su ciclo de vida.
Cada punto de la curva sugiere una forma diferente de evitar fallar.
Durante el Período de Mortalidad Infantil, los equipos deben enfocarse en encontrar y corregir fallas de diseño, fallas materiales, fallas de producción o formas incorrectas de comenzar.
Puede ser necesario realizar tareas de mantenimiento o inspecciones con más frecuencia para encontrar y solucionar problemas antes de que provoquen fallas.
Durante el período de vida normal, los equipos deben centrarse en el mantenimiento preventivo para mantener los activos funcionando al máximo.
Las inspecciones y el mantenimiento de rutina pueden ayudar a encontrar problemas potenciales y solucionarlos antes de que se conviertan en problemas mayores.
Período de desgaste: durante este tiempo, los equipos deben concentrarse en el mantenimiento predictivo para encontrar problemas antes de que sucedan y solucionarlos.
Para evitar fallas catastróficas, puede ser necesario reemplazar o vender algunos activos.
Análisis avanzado de la curva de la bañera
Los expertos en confiabilidad a menudo usan un gráfico de Weibull para observar la función de distribución acumulativa de una curva de bañera.
Investigadores de la Universidad de Glasgow, la Universidad de Cambridge y Rolls-Royce han demostrado que la etapa de desgaste de la curva de la bañera puede llevarse a un nivel superior y convertirse en la idea de la "superficie de la bañera".
Este análisis avanzado ayuda a modelar cómo la temperatura, la presión y el estrés, entre otras cosas, afectan el desgaste de un activo.
Brinda información útil sobre cómo se desgastan las cosas y ayuda a mejorar el rendimiento y la confiabilidad de los activos.
¿Está listo para usar la curva de bañera para mejorar la confiabilidad de su equipo?
¿Todavía es difícil de entender? Déjame cambiar un poco el punto de vista:
¿Estás harto de que tus cosas se rompan cuando más las necesitas? ¿Te gusta la emoción de tener que comprar siempre nuevas herramientas y aparatos que se rompen?
¡No te molestes con la curva de la bañera!
¿Quién necesita una curva confiable de tasa de fallas cuando puede improvisar y esperar lo mejor? Después de todo, nada aumenta la adrenalina como una pieza del equipo que se estropea en el último minuto.
Pero si usted es un ingeniero práctico que se preocupa por la seguridad y la confiabilidad, siga leyendo.
Estamos a punto de adentrarnos en el fascinante mundo de la curva de la bañera.
De acuerdo, solo fue una broma hecha para parecer un anuncio de televisión.
Ahora volvamos a la explicación.
Factores que contribuyen a cada fase
Cada fase de la curva de la bañera es causada por una serie de cosas.
Durante el período de mortalidad infantil, las fallas son causadas por problemas con la forma en que se fabricó el producto y cómo se usó.
Durante el período de vida normal, por otro lado, factores como el mantenimiento y el medio ambiente pueden afectar la duración de un activo antes de que se rompa.
Por último, las tasas de falla pueden aumentar en el período de desgaste debido a cosas como piezas viejas y falta de mantenimiento.
Comprender estos factores puede ayudar a los equipos que trabajan para extender la vida útil de un activo mediante la implementación de estrategias específicas para cada fase a lo largo de la curva de la bañera.
Distribución de Riesgo y Probabilidad
Fase de Mortalidad Infantil
En la primera parte de la curva de la bañera, también llamada "fase de mortalidad infantil", es más probable que los productos fallen.
Las fallas durante este tiempo generalmente son causadas por problemas con el diseño, los materiales, la forma en que se fabricaron o la forma en que se pusieron en marcha.
Por ejemplo, una casa recién comprada puede tener muchos problemas en los primeros años, como grietas en las paredes y puertas, porque los materiales o el trabajo no son muy buenos.
Durante esta fase, las personas que están en mayor riesgo dependen del producto que se está analizando.
Las personas que compran productos electrónicos como teléfonos inteligentes o computadoras portátiles cuando se lanzan por primera vez tienen más probabilidades de tener problemas con ellos durante la fase de "mortalidad infantil".
Por otro lado, las empresas que compran equipos industriales utilizados en fábricas o centrales eléctricas cuando se lanzan por primera vez tienen más probabilidades de tener problemas durante la fase de "mortalidad infantil".
Distribución de probabilidad
La curva de la bañera a menudo se representa mediante la distribución de Weibull, que es un tipo de distribución de probabilidad.
Tiene un parámetro de forma (llamado beta) y un parámetro de escala (eta).
La curva de la bañera es un gráfico de la tasa de fallas a lo largo del tiempo, y la distribución de Weibull se puede usar para describir la distribución de las fallas en las tres fases de la curva.
Modelo Weibull
Los chips semiconductores modernos suelen seguir un modelo Weibull con una beta en el rango de 0,2 a 0,6 para la frecuencia con la que los bebés mueren antes de su primer cumpleaños.
Lo opuesto a la tasa de fallas es el tiempo medio entre fallas (MTBF), que se puede usar para determinar qué es probable que haga una familia de productos.
Estrategias y Aplicaciones
Estrategias para reducir las fallas de fase temprana
La curva de la bañera muestra la probabilidad de que un activo se descomponga con el tiempo.
Tiene tres fases distintas: fallas en la fase temprana, fallas aleatorias y fallas causadas por el desgaste.
Las fallas de fase temprana pueden ser causadas por errores en el diseño, en los materiales, en la forma en que se fabrica el producto o en cómo se pone en marcha.
Se pueden utilizar varias estrategias para que sea menos probable que la primera fase fracase.
La prueba de vida altamente acelerada (HALT) es una forma de encontrar fallas de diseño en los productos antes de que causen problemas en el campo.
Esto se logra sometiendo los productos a condiciones extremas.
La detección de tensión altamente acelerada (HASS) es un método de detección que somete a los productos a altos niveles de tensión para encontrar piezas débiles antes de que fallen en el campo.
Design for Reliability, o DFR, es un método para garantizar que los productos se construyan teniendo en cuenta la confiabilidad desde el principio.
Design for Six Sigma, o DFSS, es un método que utiliza herramientas estadísticas para mejorar la confiabilidad y la calidad del diseño de un producto.
El quemado es otra estrategia que implica someter los productos a mucha tensión durante mucho tiempo para encontrar las piezas débiles antes de que se rompan en el campo.
Uso de la curva de la bañera para la planificación del mantenimiento
La curva de la bañera también se puede usar para tomar decisiones informadas sobre el mantenimiento y reemplazo de equipos.
Si conoce las tres etapas de la curva de la bañera, puede cambiar su plan de mantenimiento a medida que la bañera envejece.
Durante el período de mortalidad infantil, es importante realizar un mantenimiento preventivo para encontrar y corregir cualquier falla de fabricación o errores de instalación que puedan provocar fallas prematuras.
Durante la vida normal de un equipo, es importante realizar un mantenimiento regular para mantenerlo en buen estado.
Durante el tiempo en que el equipo está desgastado, puede ser más económico reemplazarlo que seguir reparándolo.
Al observar cómo se ha averiado el equipo en el pasado, puede averiguar dónde cae cada pieza del equipo en la "curva de la bañera" y cambiar su plan de mantenimiento para que se ajuste.
Por ejemplo, si nota que cierto tipo de equipo tiende a averiarse cuando envejece, es posible que desee reemplazarlo antes de que se averíe o revisarlo más a menudo durante este tiempo.
Al usar la curva de la bañera como guía para planificar el mantenimiento, puede extender la vida útil de un activo mientras reduce la cantidad de tiempo que está fuera de uso y la cantidad que cuesta repararlo.
Aplicaciones de la curva de la bañera
La curva de la bañera se utiliza a menudo en las fábricas para facilitar el mantenimiento o para que la producción funcione de forma rápida y fiable.
También se puede usar para ayudar a comprender por qué ocurren fallas en ciertos activos y cómo predecirlas y prevenirlas.
La curva de la bañera se puede utilizar en muchos campos diferentes, incluidos la aviación, los automóviles, la electrónica, los equipos médicos, el petróleo y el gas, la generación de energía, el transporte y más.
Por ejemplo, en aviación, se puede usar para predecir cuándo fallarán las piezas de la aeronave para que puedan reemplazarse antes de que causen accidentes.
En el equipo médico, se puede usar para predecir cuándo algo se descompondrá para que pueda reemplazarse antes de que lastime a un paciente.
Se puede usar para predecir cuándo se averiarán las turbinas en las centrales eléctricas para que puedan repararse antes de que provoquen apagones.
En resumen, la curva de la bañera es un gráfico que muestra con qué frecuencia falla un activo a lo largo del tiempo.
Se utiliza en ingeniería de confiabilidad y modelado de cómo las cosas se descomponen con el tiempo.
Hay tres partes en la curva de la bañera: mortalidad infantil, vida útil y desgaste.
Es menos probable que ocurran fallas en las primeras fases si utiliza estrategias como HALT, HASS, DFR, DFSS y burn-in.
Al usar la curva de la bañera como guía para planificar el mantenimiento, la vida útil de un activo puede extenderse mientras que el tiempo de inactividad y los costos de reparación se reducen al mínimo.
La curva de bañera se utiliza a menudo en muchos campos para facilitar el mantenimiento o iniciar la producción de forma rápida y fiable.
Modelado y Análisis
La velocidad a la que los sistemas de software fallan con el tiempo sigue el mismo patrón que el de los activos físicos.
Esto permite a los propietarios de sistemas de software comprender su ciclo de vida operativo y planificar cuándo será necesario reemplazarlos.
Este texto hablará sobre cómo se puede usar la curva de la bañera en la ingeniería de software para modelar y analizar cosas.
Modelos de confiabilidad del software
Los ingenieros de confiabilidad pueden usar modelos de confiabilidad de software para modelar y estudiar la "curva de la bañera".
Estos modelos se pueden utilizar para predecir con qué frecuencia fallarán los sistemas de software y para mejorar la forma en que se fabrica el software.
Algunos modelos de confiabilidad de software que se pueden usar para modelar la curva de la bañera son el modelo Jelinski-Moranda (JM), el modelo Musa-Okumoto (MO) y el modelo Goel-Okumoto (GO).
La mayoría de las veces, estos modelos analizan la frecuencia con la que un sistema falla con el tiempo, así como otros factores como la complejidad del software, la calidad del código y la cobertura de las pruebas.
Al observar los datos de fallas y usar el modelo de confiabilidad de software correcto, los ingenieros de software pueden determinar la probabilidad de que algo se rompa y hacer planes para el mantenimiento, las pruebas y el reemplazo.
Control del Proceso Estadístico
Los ingenieros de software también pueden controlar qué tan bien funcionan los sistemas de software a lo largo del tiempo mediante el uso de técnicas de control estadístico de procesos (SPC).
Las técnicas de SPC se pueden usar para encontrar cambios en el funcionamiento del software, descubrir qué causa las fallas y solucionar los problemas antes de que sucedan.
En resumen, los ingenieros de software pueden modelar y analizar la curva de la bañera mediante el uso de modelos de confiabilidad de software y técnicas de control estadístico de procesos.
Estas herramientas pueden ayudar a predecir las tasas de fallas, mejorar la forma en que se fabrica el software y hacer que los sistemas de software duren más.
Mediante el uso de estos métodos, los ingenieros de software pueden reducir los riesgos de fallas del software y mantener la confiabilidad del sistema.
Explicación de la curva de la bañera (curva de confiabilidad)
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Conclusión
A medida que llegamos al final de nuestra discusión sobre la curva de la bañera, está claro que esta idea es una herramienta importante para cualquier ingeniero o estudiante de ingeniería que desee diseñar, construir y mantener equipos que funcionen lo mejor posible.
Al conocer las tres fases de la curva de la bañera y los factores comunes que afectan cada fase, puede tomar decisiones inteligentes sobre el mantenimiento, el reemplazo y la gestión general de riesgos.
Pero antes de que dejes este artículo, quiero desafiarte a que pienses en la curva de la bañera de una manera diferente a cómo se puede usar en la vida real.
¿Qué nos puede decir esta curva sobre cómo funcionan las cosas y por qué fallan? ¿Qué podemos aprender sobre el hecho de que la decadencia y el declive siempre van a ocurrir?
Estas son preguntas profundas e importantes que van más allá de cómo se puede usar la curva de la bañera en ingeniería.
Pero al pensar en ellos, podemos comprender mejor la importancia de la ingeniería de confiabilidad en el mundo actual.
Entonces, a medida que avance en su carrera de ingeniería, recuerde la curva de la bañera, no solo como una herramienta de confiabilidad, sino también como un símbolo de cómo las personas luchan contra las fuerzas de la decadencia y el declive.
Y espero que saber esto lo inspire a crear equipos que duren, incluso cuando se desgasten con el tiempo.
Enlaces y referencias
Manual de diseño de confiabilidad
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