Como engenheiro, você sabe que tudo tem um tempo limitado para funcionar.
Com o tempo, ele se tornará menos confiável até que finalmente quebre.
Mas você sabia que existe uma curva que pode dizer quando é mais provável que essa falha aconteça? É chamada de "curva da banheira" e é uma das ideias mais importantes na engenharia de confiabilidade.
Ao entender essa curva, você pode encontrar os diferentes estágios da vida de um dispositivo, descobrir quando é mais provável que ele quebre e tomar as medidas certas para impedir que ele quebre.
Neste artigo, entrarei em detalhes sobre a curva da banheira.
Examinarei suas três fases, os fatores comuns que contribuem para cada fase e as maneiras de tornar o fracasso menos provável.
Seja você um estudante de engenharia ou um engenheiro profissional, você precisa entender a curva da banheira para garantir que o equipamento que você projeta, constrói ou mantém funcione de forma confiável durante toda a sua vida útil.
Então, vamos nos aprofundar e aprender mais sobre essa ideia importante.
Introdução à curva da banheira
Definição formal:
Uma curva de taxa de falha do equipamento com uma taxa de falha inicial acentuadamente declinante, seguida por uma taxa de falha média constante prolongada, após a qual a taxa de falha novamente aumenta acentuadamente.
Entendendo a curva da banheira
A curva da banheira é um gráfico que mostra com que frequência um produto ou grupo de produtos quebra ao longo do tempo.
É frequentemente usado em engenharia de confiabilidade e modelagem de deterioração de ativos para prever e planejar falhas de ativos.
A curva tem três partes distintas: o período de mortalidade infantil, o período de vida normal e o período de desgaste.
Período de Mortalidade Infantil
A primeira parte da curva da banheira é o período de altas taxas de falha, que é quando os bebês morrem.
Durante esse período, é mais provável que novos ativos falhem devido a problemas com o projeto, os materiais, a forma como foram feitos ou como foram iniciados.
Por causa dessas falhas, os ativos falham no início de seu ciclo de vida, o que faz com que a taxa de falhas aumente durante os primeiros estágios de operação.
Período de vida normal
Após o período de mortalidade infantil, um ativo entra no período de vida normal, onde a taxa de falha é baixa e razoavelmente constante.
Durante esse período, a maioria dos problemas foi corrigida e o ativo está funcionando como deveria.
O ativo está em ótimo estado e a manutenção preventiva pode ajudá-lo a continuar funcionando bem.
Período de Desgaste
A última parte da curva da banheira é a fase de desgaste, que apresenta maior taxa de falhas.
Durante esse período, é mais provável que o ativo quebre devido a coisas como idade, desgaste, corrosão ou fadiga.
O ativo atingiu o fim de sua vida útil e pode precisar ser substituído ou retirado de serviço para evitar um desastre.
Estratégias para prolongar a vida útil de um ativo
As equipes que trabalham para estender a vida útil de um ativo podem usar o que sabem sobre a curva da banheira para definir expectativas de como o ativo geralmente funciona ao longo de seu ciclo de vida.
Cada ponto na curva sugere uma maneira diferente de evitar falhas.
Durante o Período de Mortalidade Infantil, as equipes devem se concentrar em encontrar e corrigir falhas de projeto, falhas de material, falhas de produção ou maneiras erradas de iniciar.
Pode ser necessário fazer manutenção ou inspeções com mais frequência para encontrar e corrigir problemas antes que eles causem falhas.
Durante o período de vida normal, as equipes devem se concentrar na manutenção preventiva para manter os ativos funcionando da melhor maneira possível.
Inspeções de rotina e manutenção podem ajudar a encontrar possíveis problemas e corrigi-los antes que se tornem grandes problemas.
Período de desgaste: durante esse período, as equipes devem se concentrar na manutenção preditiva para encontrar problemas antes que eles aconteçam e corrigi-los.
Para evitar falhas catastróficas, pode ser necessário substituir ou vender alguns ativos.
Análise avançada da curva da banheira
Os especialistas em confiabilidade costumam usar um gráfico de Weibull para observar a função de distribuição cumulativa da curva de uma banheira.
Pesquisadores da Universidade de Glasgow, da Universidade de Cambridge e da Rolls-Royce mostraram que o estágio de desgaste da curva da banheira pode ser levado a um nível mais alto e transformado na ideia da "superfície da banheira
Essa análise avançada ajuda a modelar como temperatura, pressão e tensão, entre outras coisas, afetam o desgaste de um ativo.
Ele fornece informações úteis sobre como as coisas se desgastam e ajuda a melhorar o desempenho e a confiabilidade dos ativos.
Você está pronto para usar a Curva da Banheira para melhorar a confiabilidade do seu equipamento?
Ainda difícil de entender? Deixe-me mudar um pouco o ponto de vista:
Você está cansado de suas coisas quebrarem quando você mais precisa delas? Você gosta da emoção de sempre ter que comprar novas ferramentas e aparelhos que quebram?
Não se preocupe com a curva da banheira!
Quem precisa de uma curva de taxa de falha confiável quando você pode simplesmente improvisar e esperar o melhor? Afinal, nada aumenta a adrenalina como um equipamento quebrando no último minuto.
Mas se você é um engenheiro prático que se preocupa com segurança e confiabilidade, continue lendo.
Estamos prestes a entrar no fascinante mundo da curva da banheira.
Ok, isso foi apenas uma piada feita para parecer um anúncio de TV.
Agora vamos voltar para a explicação.
Fatores que contribuem para cada fase
Cada fase da curva da banheira é causada por várias coisas.
Durante o período de mortalidade infantil, as falhas são causadas por problemas de como o produto foi feito e como foi usado.
Durante o período de vida normal, por outro lado, fatores como manutenção e meio ambiente podem afetar quanto tempo um ativo dura antes de quebrar.
Por fim, as taxas de falha podem aumentar no período de desgaste devido a coisas como peças velhas e falta de manutenção.
Compreender esses fatores pode ajudar as equipes que trabalham para prolongar a vida útil de um ativo, implementando estratégias específicas para cada fase ao longo da curva da banheira.
Distribuição de risco e probabilidade
Fase da Mortalidade Infantil
Na parte inicial da curva da banheira, também chamada de "fase de mortalidade infantil", é mais provável que os produtos falhem.
As falhas durante esse período geralmente são causadas por problemas com o projeto, os materiais, a maneira como foram feitos ou como foram iniciados.
Por exemplo, uma casa recém-comprada pode apresentar muitos problemas nos primeiros anos, como rachaduras nas paredes e portas, porque os materiais ou o trabalho não são muito bons.
Durante esta fase, as pessoas que estão em maior risco dependem do produto em questão.
As pessoas que compram eletrônicos como smartphones ou laptops quando são lançados pela primeira vez têm maior probabilidade de ter problemas com eles durante a fase de "mortalidade infantil".
Por outro lado, as empresas que compram equipamentos industriais usados em fábricas ou usinas de energia quando são lançados pela primeira vez têm maior probabilidade de ter problemas com eles durante a fase de "mortalidade infantil".
Distribuição de probabilidade
A curva da banheira é muitas vezes representada pela distribuição Weibull, que é um tipo de distribuição de probabilidade.
Possui um parâmetro de forma (chamado beta) e um parâmetro de escala (eta).
A curva da banheira é um gráfico da taxa de falhas ao longo do tempo, e a distribuição Weibull pode ser usada para descrever a distribuição de falhas em todas as três fases da curva.
Modelo Weibull
Os chips semicondutores modernos geralmente seguem um modelo Weibull com um beta na faixa de 0,2 a 0,6 para a frequência com que os bebês morrem antes de seu primeiro aniversário.
O oposto da taxa de falha é o tempo médio entre falhas (MTBF), que pode ser usado para descobrir o que uma família de produtos provavelmente fará.
Estratégias e Aplicações
Estratégias para reduzir as falhas na fase inicial
A curva da banheira mostra a probabilidade de um ativo quebrar com o tempo.
Possui três fases distintas: falhas na fase inicial, falhas aleatórias e falhas causadas por desgaste.
Falhas na fase inicial podem ser causadas por erros no projeto, nos materiais, na forma como o produto é feito ou na forma como é inicializado.
Várias estratégias podem ser usadas para tornar menos provável que a primeira fase falhe.
O teste de vida altamente acelerado (HALT) é uma maneira de encontrar falhas de projeto em produtos antes que causem problemas no campo.
Isso é feito colocando os produtos em condições extremas.
A Triagem de Estresse Altamente Acelerada (HASS) é um método de triagem que coloca os produtos em altos níveis de estresse para encontrar quaisquer peças fracas antes que elas falhem no campo.
Design for Reliability, ou DFR, é um método para garantir que os produtos sejam construídos com a confiabilidade em mente desde o início.
Design for Six Sigma, ou DFSS, é um método que usa ferramentas estatísticas para melhorar a confiabilidade e a qualidade do design de um produto.
Burn-in é outra estratégia que envolve colocar os produtos sob muito estresse por um longo tempo para encontrar quaisquer peças fracas antes que quebrem no campo.
Usando a curva da banheira para planejamento de manutenção
A curva da banheira também pode ser usada para tomar decisões informadas sobre manutenção e substituição de equipamentos.
Se você conhece os três estágios da curva da banheira, pode alterar seu plano de manutenção à medida que a banheira envelhece.
Durante o período de mortalidade infantil, é importante fazer manutenção preventiva para encontrar e corrigir quaisquer falhas de fabricação ou erros de instalação que possam levar à falha precoce.
Durante a vida normal de um equipamento, é importante fazer manutenção regular para mantê-lo em bom estado.
Durante o tempo em que o equipamento está desgastado, pode ser mais barato substituí-lo do que continuar consertando.
Observando como o equipamento quebrou no passado, você pode descobrir onde cada peça do equipamento se enquadra na "curva da banheira" e alterar seu plano de manutenção para ajustá-lo.
Por exemplo, se você perceber que um determinado tipo de equipamento tende a quebrar quando está envelhecendo, convém substituí-lo antes que quebre ou verifique-o com mais frequência durante esse período.
Ao usar a curva da banheira como guia para o planejamento da manutenção, você pode estender a vida útil de um bem, reduzindo o tempo de inatividade e o custo de conserto.
Aplicações da Curva da Banheira
A curva da banheira é frequentemente usada em fábricas para facilitar a manutenção ou para iniciar a produção de forma rápida e confiável.
Também pode ser usado para ajudar a entender por que ocorrem falhas em determinados ativos e como prever e evitá-las.
A curva da banheira pode ser usada em muitos campos diferentes, incluindo aviação, carros, eletrônicos, equipamentos médicos, petróleo e gás, geração de energia, transporte e muito mais.
Por exemplo, na aviação, pode ser usado para prever quando as peças da aeronave irão falhar para que possam ser substituídas antes que causem acidentes.
Em equipamentos médicos, pode ser usado para prever quando algo vai quebrar para que possa ser substituído antes que machuque o paciente.
Ele pode ser usado para prever quando as turbinas vão quebrar nas usinas de energia, para que possam ser consertadas antes que causem apagões.
Resumindo, a curva da banheira é um gráfico que mostra com que frequência um ativo falha ao longo do tempo.
É usado em engenharia de confiabilidade e modelagem de como as coisas quebram ao longo do tempo.
Existem três partes na curva da banheira: mortalidade infantil, vida útil e desgaste.
Falhas na fase inicial podem ser menos prováveis de acontecer se você usar estratégias como HALT, HASS, DFR, DFSS e burn-in.
Ao usar a curva da banheira como um guia para planejar a manutenção, a vida útil de um ativo pode ser estendida enquanto o tempo de inatividade e os custos de reparo são reduzidos ao mínimo.
A curva da banheira é frequentemente usada em muitos campos para facilitar a manutenção ou iniciar a produção de forma rápida e confiável.
Modelagem e Análise
A taxa na qual os sistemas de software quebram ao longo do tempo segue o mesmo padrão dos ativos físicos.
Isso permite que os proprietários de sistemas de software entendam seu ciclo de vida operacional e planejem quando eles precisarão ser substituídos.
Este texto falará sobre como a curva da banheira pode ser usada na engenharia de software para modelar e analisar coisas.
Modelos de Confiabilidade de Software
Os modelos de confiabilidade de software podem ser usados por engenheiros de confiabilidade para modelar e estudar a "curva da banheira".
Esses modelos podem ser usados para prever com que frequência os sistemas de software falharão e para melhorar a maneira como o software é feito.
Alguns modelos de confiabilidade de software que podem ser usados para modelar a curva da banheira são o modelo Jelinski-Moranda (JM), o modelo Musa-Okumoto (MO) e o modelo Goel-Okumoto (GO).
Na maioria das vezes, esses modelos analisam a frequência com que um sistema falha ao longo do tempo, bem como outros fatores, como complexidade do software, qualidade do código e cobertura do teste.
Observando os dados de falha e usando o modelo de confiabilidade de software correto, os engenheiros de software podem descobrir a probabilidade de algo quebrar e fazer planos para manutenção, teste e substituição.
Controle Estatístico de Processos
Os engenheiros de software também podem ficar de olho em como os sistemas de software funcionam ao longo do tempo usando técnicas de controle estatístico de processo (SPC).
As técnicas de SPC podem ser usadas para encontrar mudanças no funcionamento do software, descobrir o que causa falhas e corrigir problemas antes que eles aconteçam.
Em suma, os engenheiros de software podem modelar e analisar a curva da banheira usando modelos de confiabilidade de software e técnicas de controle estatístico de processos.
Essas ferramentas podem ajudar a prever taxas de falha, melhorar a maneira como o software é feito e fazer com que os sistemas de software durem mais.
Ao usar esses métodos, os engenheiros de software podem reduzir os riscos de falhas de software e manter a confiabilidade do sistema.
Explicação da curva da banheira (curva de confiabilidade)
Dica: Ative o botão de legenda se precisar. Escolha “tradução automática” no botão de configurações, se você não estiver familiarizado com o idioma falado. Pode ser necessário clicar primeiro no idioma do vídeo antes que seu idioma favorito fique disponível para tradução.
Conclusão
Ao chegarmos ao final de nossa discussão sobre a curva da banheira, fica claro que essa ideia é uma ferramenta importante para qualquer engenheiro ou estudante de engenharia que deseja projetar, construir e manter equipamentos que funcionem da melhor maneira possível.
Ao conhecer as três fases da curva da banheira e os fatores comuns que afetam cada fase, você pode tomar decisões inteligentes sobre manutenção, substituição e gerenciamento geral de riscos.
Mas antes de terminar este artigo, quero desafiá-lo a pensar na curva da banheira de outras maneiras além de como ela pode ser usada na vida real.
O que essa curva pode nos dizer sobre como as coisas funcionam e por que falham? O que podemos aprender sobre o fato de que a decadência e o declínio sempre vão acontecer?
São questões profundas e importantes que vão além de como a curva da banheira pode ser utilizada na engenharia.
Mas, pensando sobre eles, podemos entender melhor a importância da engenharia de confiabilidade no mundo de hoje.
Portanto, à medida que avança em sua carreira de engenheiro, lembre-se da curva da banheira, não apenas como uma ferramenta de confiabilidade, mas também como um símbolo de como as pessoas lutam contra as forças da decadência e do declínio.
E espero que saber disso o inspire a fabricar equipamentos que durem, mesmo com o desgaste do tempo.
Links e referências
Manual de Projeto de Confiabilidade
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