Jako inżynier wiesz, że wszystko ma ograniczoną ilość czasu na pracę.
Z biegiem czasu stanie się mniej niezawodny, aż w końcu się zepsuje.
Ale czy wiesz, że istnieje krzywa, która może powiedzieć, kiedy ta awaria jest najbardziej prawdopodobna? Nazywa się to „krzywą wanny” i jest jedną z najważniejszych idei inżynierii niezawodności.
Znając tę krzywą, możesz znaleźć różne etapy życia urządzenia, dowiedzieć się, kiedy jest najbardziej prawdopodobne, że się zepsuje, i podjąć odpowiednie kroki, aby temu zapobiec.
W tym artykule omówię szczegółowo krzywą wanny.
Przyjrzę się jego trzem fazom, wspólnym czynnikom, które składają się na każdą fazę, oraz sposobom zmniejszenia prawdopodobieństwa niepowodzenia.
Niezależnie od tego, czy jesteś studentem inżynierii, czy zawodowym inżynierem, musisz zrozumieć krzywiznę wanny, aby mieć pewność, że sprzęt, który projektujesz, budujesz lub konserwujesz, działa niezawodnie przez całe życie.
Zanurzmy się więc i dowiedzmy więcej o tej ważnej idei.
Wprowadzenie do krzywej wanny
Formalna definicja:
Krzywa wskaźnika awaryjności sprzętu z początkowym gwałtownie spadającym wskaźnikiem awaryjności, po którym następuje przedłużona stała średnia awaryjności, po której wskaźnik awaryjności ponownie gwałtownie wzrasta.
Zrozumienie krzywej wanny
Krzywa wanny to wykres, który pokazuje, jak często produkt lub grupa produktów psuje się w czasie.
Jest często używany w inżynierii niezawodności i modelowaniu pogorszenia stanu aktywów w celu przewidywania i planowania awarii aktywów.
Krzywa ma trzy oddzielne części: okres śmiertelności niemowląt, okres normalnego życia i okres zużycia.
Okres śmiertelności niemowląt
Pierwsza część krzywej wanny to okres dużej awaryjności, czyli śmierć dzieci.
W tym czasie nowe aktywa są bardziej narażone na awarie z powodu problemów z projektem, materiałami, sposobem ich wykonania lub sposobem ich uruchomienia.
Z powodu tych wad aktywa psują się na wczesnym etapie swojego cyklu życia, co powoduje, że wskaźnik awaryjności wzrasta podczas pierwszych etapów eksploatacji.
Normalny okres życia
Po okresie śmiertelności niemowląt składnik aktywów wchodzi w normalny okres życia, w którym wskaźnik awarii jest niski i dość stały.
W tym czasie większość problemów została naprawiona, a zasób działa tak, jak powinien.
Zasób jest w doskonałym stanie, a konserwacja zapobiegawcza może pomóc mu w utrzymaniu dobrego działania.
Okres zużycia
Ostatnią częścią krzywej wanny jest faza zużycia, która ma wyższy wskaźnik awaryjności.
W tym czasie zasób jest bardziej narażony na awarię z powodu wieku, zużycia, korozji lub zmęczenia materiału.
Składnik aktywów osiągnął koniec okresu użytkowania i może wymagać wymiany lub wycofania z eksploatacji, aby uniknąć katastrofy.
Strategie wydłużania okresu użytkowania aktywów
Zespoły pracujące nad przedłużeniem okresu użytkowania zasobu mogą wykorzystać swoją wiedzę na temat krzywej wanny, aby określić oczekiwania dotyczące tego, jak dany zasób zwykle działa w całym cyklu życia.
Każdy punkt na krzywej sugeruje inny sposób uniknięcia porażki.
W okresie śmiertelności niemowląt zespoły powinny skupić się na znajdowaniu i naprawianiu wad projektowych, wad materiałowych, wad produkcyjnych lub niewłaściwych sposobów uruchamiania.
Może być konieczne częstsze przeprowadzanie konserwacji lub przeglądów, aby znaleźć i naprawić problemy, zanim spowodują awarie.
W normalnym okresie eksploatacji zespoły powinny koncentrować się na konserwacji zapobiegawczej, aby zasoby działały jak najlepiej.
Rutynowe przeglądy i konserwacja mogą pomóc znaleźć potencjalne problemy i naprawić je, zanim staną się poważnymi problemami.
Okres zużycia: w tym czasie zespoły powinny skoncentrować się na konserwacji zapobiegawczej, aby znaleźć problemy przed ich wystąpieniem i je naprawić.
Aby uniknąć katastrofalnych awarii, może być konieczna wymiana lub sprzedaż niektórych aktywów.
Zaawansowana analiza krzywej wanny
Eksperci od niezawodności często używają wykresu Weibulla, aby przyjrzeć się skumulowanej funkcji rozkładu krzywej wanny.
Naukowcy z University of Glasgow, University of Cambridge i Rolls-Royce wykazali, że etap zużycia krzywej wanny można przenieść na wyższy poziom i przekształcić w ideę „powierzchni wanny
Ta zaawansowana analiza pomaga modelować, w jaki sposób między innymi temperatura, ciśnienie i naprężenia wpływają na zużycie zasobów.
Dostarcza przydatnych informacji o tym, jak rzeczy się zużywają i pomaga poprawić wydajność i niezawodność zasobów.
Czy jesteś gotowy, aby użyć krzywej wannowej, aby poprawić niezawodność swojego sprzętu?
Nadal trudno to zrozumieć? Zmienię trochę punkt widzenia:
Masz dość psucia się rzeczy, kiedy najbardziej ich potrzebujesz? Czy lubisz dreszczyk emocji związany z ciągłym kupowaniem nowych narzędzi i gadżetów, które się psują?
Nie przejmuj się krzywizną wanny!
Kto potrzebuje niezawodnej krzywej wskaźnika awaryjności, kiedy można po prostu przyspieszyć i mieć nadzieję na najlepsze? W końcu nic tak nie podnosi adrenaliny jak zepsuty sprzęt w ostatniej chwili.
Ale jeśli jesteś praktycznym inżynierem, któremu zależy na bezpieczeństwie i niezawodności, czytaj dalej.
Za chwilę wkroczymy w fascynujący świat zakrzywionej wanny.
Dobra, to był tylko żart upozorowany na reklamę telewizyjną.
Wróćmy teraz do wyjaśnienia.
Czynniki wpływające na każdą fazę
Każda faza krzywej wanny jest spowodowana wieloma czynnikami.
W okresie śmiertelności niemowląt awarie spowodowane są problemami z wykonaniem produktu i jego użytkowaniem.
Z drugiej strony, w normalnym okresie eksploatacji czynniki takie jak konserwacja i środowisko mogą wpływać na to, jak długo dany składnik aktywów będzie działał, zanim się zepsuje.
Wreszcie, wskaźniki awaryjności mogą wzrosnąć w okresie zużycia z powodu takich rzeczy, jak stare części i brak konserwacji.
Zrozumienie tych czynników może pomóc zespołom pracującym nad przedłużeniem okresu użytkowania aktywów poprzez wdrożenie określonych strategii dla każdej fazy wzdłuż krzywej wanny.
Rozkład ryzyka i prawdopodobieństwa
Faza śmiertelności niemowląt
We wczesnej części krzywej wanny, która jest również nazywana „fazą śmiertelności niemowląt”, produkty najprawdopodobniej zawiodą.
Awarie w tym czasie są zwykle spowodowane problemami z projektem, materiałami, sposobem ich wykonania lub sposobem ich uruchomienia.
Na przykład nowo kupiony dom może mieć wiele problemów w ciągu pierwszych kilku lat, takich jak pęknięcia w ścianach i drzwiach, ponieważ materiały lub wykonanie nie są zbyt dobre.
Na tym etapie ludzie, którzy są najbardziej zagrożeni, polegają na oglądanym produkcie.
Ludzie, którzy kupują elektronikę, taką jak smartfony lub laptopy, gdy są one po raz pierwszy wypuszczone na rynek, najprawdopodobniej będą mieli z nimi problemy w fazie „śmiertelności niemowląt”.
Z drugiej strony firmy, które kupują sprzęt przemysłowy używany w fabrykach lub elektrowniach, gdy jest on po raz pierwszy wypuszczony na rynek, najprawdopodobniej będą miały z nim problemy w fazie „śmiertelności niemowląt”.
Rozkład prawdopodobieństwa
Krzywa wanny jest często reprezentowana przez rozkład Weibulla, który jest rodzajem rozkładu prawdopodobieństwa.
Ma parametr kształtu (zwany beta) i parametr skali (eta).
Krzywa wanny jest wykresem wskaźnika awaryjności w czasie, a rozkład Weibulla można wykorzystać do opisania rozkładu awarii we wszystkich trzech fazach krzywej.
modelu Weibulla
Nowoczesne chipy półprzewodnikowe zwykle są zgodne z modelem Weibulla z beta w zakresie od 0,2 do 0,6 dla tego, jak często dzieci umierają przed pierwszymi urodzinami.
Przeciwieństwem wskaźnika awaryjności jest średni czas między awariami (MTBF), który można wykorzystać do ustalenia, co prawdopodobnie zrobi rodzina produktów.
Strategie i zastosowania
Strategie ograniczania awarii wczesnej fazy
Krzywa wanny pokazuje, jakie jest prawdopodobieństwo, że składnik aktywów ulegnie awarii w czasie.
Ma trzy odrębne fazy: awarie we wczesnej fazie, awarie przypadkowe i awarie spowodowane zużyciem.
Awarie wczesnej fazy mogą być spowodowane błędami w projekcie, materiałach, sposobie wykonania produktu lub w sposobie jego uruchomienia.
Można zastosować kilka strategii, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo niepowodzenia pierwszej fazy.
Highly Accelerated Life Testing (HALT) to sposób na znalezienie wad konstrukcyjnych produktów, zanim spowodują one problemy w terenie.
Odbywa się to poprzez poddanie produktów ekstremalnym warunkom.
Highly Accelerated Stress Screening (HASS) to metoda przesiewowa, która poddaje produkty wysokim poziomom stresu, aby znaleźć słabe części, zanim ulegną awarii w terenie.
Design for Reliability (DFR) to metoda zapewniająca, że produkty są tworzone z myślą o niezawodności od samego początku.
Design for Six Sigma lub DFSS to metoda wykorzystująca narzędzia statystyczne do poprawy niezawodności i jakości projektu produktu.
Wypalanie to kolejna strategia, która polega na wystawianiu produktów na duże obciążenia przez długi czas, aby znaleźć słabe części, zanim zepsują się w terenie.
Wykorzystanie krzywej wanny do planowania konserwacji
Krzywa wanny może być również wykorzystana do podejmowania świadomych decyzji dotyczących konserwacji i wymiany sprzętu.
Jeśli znasz trzy etapy krzywej wanny, możesz zmienić plan konserwacji w miarę starzenia się wanny.
W okresie śmiertelności noworodków ważne jest przeprowadzanie konserwacji zapobiegawczej w celu znalezienia i naprawienia wszelkich wad produkcyjnych lub błędów instalacyjnych, które mogą prowadzić do przedwczesnej awarii.
Podczas normalnej eksploatacji urządzenia ważne jest, aby przeprowadzać regularną konserwację, aby utrzymać je w dobrym stanie.
W czasie, gdy sprzęt jest już zużyty, tańsza może być jego wymiana niż ciągłe naprawianie.
Patrząc na to, jak sprzęt się psuł w przeszłości, możesz dowiedzieć się, gdzie każdy element wyposażenia przypada na „krzywą wanny” i dostosować plan konserwacji.
Na przykład, jeśli zauważysz, że pewien rodzaj sprzętu ma tendencję do psucia się, gdy się starzeje, możesz go wymienić, zanim się zepsuje, lub częściej sprawdzać w tym czasie.
Wykorzystując krzywą wanny jako wskazówkę przy planowaniu konserwacji, można wydłużyć okres użytkowania zasobu, jednocześnie zmniejszając czas, w którym nie jest on używany, i koszt naprawy.
Zastosowania krzywej wannowej
Krzywa wanny jest często stosowana w fabrykach w celu ułatwienia konserwacji lub szybkiego i niezawodnego uruchomienia produkcji.
Może być również wykorzystany do zrozumienia, dlaczego awarie występują w niektórych zasobach oraz jak je przewidywać i im zapobiegać.
Krzywa wanny może być stosowana w wielu różnych dziedzinach, w tym w lotnictwie, samochodach, elektronice, sprzęcie medycznym, ropie naftowej i gazie, energetyce, transporcie i innych.
Na przykład w lotnictwie można go wykorzystać do przewidywania, kiedy części samolotu ulegną awarii, aby można je było wymienić, zanim spowodują wypadek.
W sprzęcie medycznym można go wykorzystać do przewidywania, kiedy coś się zepsuje, aby można było to wymienić, zanim zaszkodzi pacjentowi.
Można go wykorzystać do przewidywania, kiedy turbiny w elektrowniach ulegną awarii, aby można je było naprawić, zanim spowodują przerwy w dostawie prądu.
Podsumowując, krzywa wanny to wykres, który pokazuje, jak często zasób ulega awarii w czasie.
Jest używany w inżynierii niezawodności i modelowaniu rozkładu rzeczy w czasie.
Krzywa wanny składa się z trzech części: śmiertelności niemowląt, okresu użytkowania i zużycia.
Awarie wczesnej fazy mogą być mniej prawdopodobne, jeśli zastosujesz strategie takie jak HALT, HASS, DFR, DFSS i wypalanie.
Wykorzystując krzywą wanny jako wskazówkę przy planowaniu konserwacji, można wydłużyć okres użytkowania składnika aktywów, jednocześnie ograniczając przestoje i koszty napraw do minimum.
Krzywa wanny jest często stosowana w wielu dziedzinach, aby ułatwić konserwację lub szybko i niezawodnie rozpocząć produkcję.
Modelowanie i analiza
Tempo, w jakim systemy oprogramowania psują się w czasie, ma ten sam wzorzec, co w przypadku zasobów fizycznych.
Pozwala to właścicielom systemów oprogramowania zrozumieć ich cykl życia operacyjnego i zaplanować, kiedy trzeba będzie je wymienić.
Ten tekst mówi o tym, jak krzywą wanny można wykorzystać w inżynierii oprogramowania do modelowania i analizowania rzeczy.
Modele niezawodności oprogramowania
Modele niezawodności oprogramowania mogą być wykorzystywane przez inżynierów niezawodności do modelowania i badania „krzywej wanny”.
Modele te można wykorzystać do przewidywania, jak często systemy oprogramowania będą zawodzić, oraz do ulepszania sposobu tworzenia oprogramowania.
Niektóre modele niezawodności oprogramowania, które można wykorzystać do modelowania krzywej wanny, to model Jelińskiego-Morandy (JM), model Musa-Okumoto (MO) i model Goela-Okumoto (GO).
W większości przypadków modele te uwzględniają częstotliwość awarii systemu w czasie, a także inne czynniki, takie jak złożoność oprogramowania, jakość kodu i zakres testów.
Analizując dane o awariach i korzystając z odpowiedniego modelu niezawodności oprogramowania, inżynierowie oprogramowania mogą określić prawdopodobieństwo, że coś się zepsuje, i zaplanować konserwację, testowanie i wymianę.
Statystyczna kontrola procesu
Inżynierowie oprogramowania mogą również obserwować, jak dobrze działają systemy oprogramowania w czasie, korzystając z technik statystycznej kontroli procesu (SPC).
Techniki SPC można wykorzystać do znajdowania zmian w sposobie działania oprogramowania, ustalania przyczyn awarii i rozwiązywania problemów, zanim one wystąpią.
Krótko mówiąc, inżynierowie oprogramowania mogą modelować i analizować krzywą wanny za pomocą modeli niezawodności oprogramowania i technik statystycznej kontroli procesu.
Narzędzia te mogą pomóc przewidywać wskaźniki awaryjności, ulepszać sposób tworzenia oprogramowania i zwiększać trwałość systemów oprogramowania.
Korzystając z tych metod, inżynierowie oprogramowania mogą zmniejszyć ryzyko awarii oprogramowania i zachować niezawodność systemu.
Objaśnienie krzywej wanny (krzywa niezawodności)
Wskazówka: włącz przycisk napisów, jeśli go potrzebujesz. Wybierz „automatyczne tłumaczenie” w przycisku ustawień, jeśli nie znasz języka mówionego. Może być konieczne kliknięcie najpierw języka filmu, zanim Twój ulubiony język będzie dostępny do tłumaczenia.
Wniosek
Gdy zbliżamy się do końca naszego omówienia krzywej wanny, jasne jest, że ten pomysł jest ważnym narzędziem dla każdego inżyniera lub studenta inżynierii, który chce projektować, budować i konserwować sprzęt, który działa jak najlepiej.
Znając trzy fazy krzywej wanny i wspólne czynniki wpływające na każdą fazę, możesz podejmować mądre decyzje dotyczące konserwacji, wymiany i ogólnego zarządzania ryzykiem.
Ale zanim opuścisz ten artykuł, chcę rzucić ci wyzwanie, abyś pomyślał o krzywej wanny w inny sposób niż to, jak można ją wykorzystać w prawdziwym życiu.
Co ta krzywa może nam powiedzieć o tym, jak rzeczy działają i dlaczego zawodzą? Czego możemy się dowiedzieć o fakcie, że rozkład i upadek zawsze będą miały miejsce?
Są to głębokie i ważne pytania, które wykraczają poza to, w jaki sposób krzywa wanny może być wykorzystana w inżynierii.
Ale myśląc o nich, możemy lepiej zrozumieć, jak ważna jest inżynieria niezawodności w dzisiejszym świecie.
Tak więc, idąc naprzód w swojej karierze inżynierskiej, pamiętaj o krzywej wanny, nie tylko jako narzędziu zapewniającym niezawodność, ale także jako symbol tego, jak ludzie walczą z siłami rozkładu i upadku.
I mam nadzieję, że wiedza o tym zainspiruje Cię do tworzenia sprzętu, który przetrwa, nawet jeśli czas się zużyje.
Linki i referencje
Podręcznik projektowania niezawodności
Podziel się na…
