Как инженер, вы знаете, что у всего есть ограниченное количество времени для работы.
Cо временем он будет становиться менее надежным, пока окончательно не сломается.
Но знаете ли вы, что существует кривая, которая может сказать вам, когда эта неудача, скорее всего, произойдет? Это называется «кривая ванны», и это одна из самых важных идей в области проектирования надежности.
Понимая эту кривую, вы можете найти различные этапы жизни устройства, выяснить, когда оно, скорее всего, сломается, и предпринять правильные шаги, чтобы предотвратить его поломку.
В этой статье я подробно расскажу о кривой ванны.
Я рассмотрю три его фазы, общие факторы, влияющие на каждую фазу, и способы сделать отказ менее вероятным.
Независимо от того, являетесь ли вы студентом инженерного факультета или профессиональным инженером, вам необходимо понимать характеристики ванны, чтобы убедиться, что оборудование, которое вы проектируете, производите или обслуживаете, надежно работает в течение всего срока службы.
Итак, давайте погрузимся и узнаем больше об этой важной идее.
Введение в кривую ванны
Формальное определение:
Кривая интенсивности отказов оборудования с начальной резко снижающейся интенсивностью отказов, за которой следует продолжительная постоянная средняя интенсивность отказов, после чего интенсивность отказов снова резко возрастает.
Понимание кривой ванны
Кривая ванны — это график, показывающий, как часто продукт или группа продуктов выходят из строя с течением времени.
Он часто используется при проектировании надежности и моделировании износа активов для прогнозирования и планирования отказов активов.
Кривая имеет три отдельные части: период младенческой смертности, период нормальной жизни и период изнашивания.
Период младенческой смертности
Первая часть кривой ванны — это период высокой частоты отказов, когда дети умирают.
За это время новые активы с большей вероятностью потерпят неудачу из-за проблем с дизайном, материалами, способом их изготовления или способа запуска.
Из-за этих недостатков активы выходят из строя на ранних этапах их жизненного цикла, что приводит к увеличению частоты отказов на первых этапах эксплуатации.
Нормальный срок службы
После периода младенческой смертности актив вступает в нормальный жизненный период, когда частота отказов низка и довольно постоянна.
За это время большая часть проблем устранена, и актив работает как надо.
Объект находится в отличном состоянии, и профилактическое обслуживание может помочь ему поддерживать его в рабочем состоянии.
Период износа
Последняя часть кривой ванны — это фаза износа, для которой характерна более высокая частота отказов.
В течение этого времени актив с большей вероятностью выйдет из строя из-за таких факторов, как возраст, износ, коррозия или усталость.
Cрок полезного использования актива истек, и, возможно, его потребуется заменить или вывести из эксплуатации, чтобы избежать аварии.
Cтратегии продления срока полезного использования актива
Команды, работающие над продлением срока службы актива, могут использовать то, что они знают о кривой ванны, чтобы установить ожидания относительно того, как актив обычно работает в течение своего жизненного цикла.
Каждая точка на кривой предлагает свой способ избежать неудачи.
В течение периода младенческой смертности команды должны сосредоточиться на поиске и устранении недостатков конструкции, недостатков материалов, производственных недостатков или неправильных способов запуска.
Возможно, потребуется чаще проводить техническое обслуживание или проверки, чтобы найти и устранить проблемы до того, как они приведут к сбоям.
В течение нормального срока службы команды должны сосредоточиться на профилактическом обслуживании, чтобы активы работали наилучшим образом.
Регулярные осмотры и техническое обслуживание могут помочь найти потенциальные проблемы и устранить их до того, как они перерастут в серьезные проблемы.
Период износа: в течение этого времени команды должны сосредоточиться на профилактическом обслуживании, чтобы обнаруживать проблемы до их возникновения и устранять их.
Во избежание катастрофических отказов может потребоваться замена или продажа некоторых активов.
Расширенный анализ кривой ванны
Эксперты по надежности часто используют диаграмму Вейбулла, чтобы посмотреть на кумулятивную функцию распределения кривой ванны.
Исследователи из Университета Глазго, Кембриджского университета и компании Rolls-Royce показали, что стадию износа кривой ванны можно вывести на более высокий уровень и превратить в идею «поверхности ванны».
Этот расширенный анализ помогает смоделировать, как температура, давление и напряжение, среди прочего, влияют на износ актива.
Он дает полезную информацию о том, как вещи изнашиваются, и помогает повысить производительность и надежность активов.
Готовы ли вы использовать Bathtub Curve для повышения надежности вашего оборудования?
Все еще трудно понять? Немного изменю точку зрения:
Вам надоело, что ваши вещи ломаются, когда вы в них больше всего нуждаетесь? Вам нравится постоянно покупать новые инструменты и гаджеты, которые ломаются?
Не заморачивайтесь с изгибом ванны!
Кому нужна надежная кривая частоты отказов, когда вы можете просто летать и надеяться на лучшее? В конце концов, ничто так не заряжает адреналином, как поломка оборудования в последнюю минуту.
Но если вы практичный инженер, который заботится о безопасности и надежности, продолжайте читать.
Мы собираемся попасть в увлекательный мир кривой ванны.
Хорошо, это была просто шутка, сделанная, чтобы выглядеть как телевизионная реклама.
Теперь вернемся к объяснению.
Факторы, влияющие на каждую фазу
Каждая фаза кривой ванны вызвана рядом причин.
В период младенческой смертности неудачи вызваны проблемами, связанными с тем, как продукт был изготовлен и как он использовался.
C другой стороны, в течение нормального срока службы такие факторы, как техническое обслуживание и окружающая среда, могут влиять на то, как долго актив прослужит до того, как он сломается.
Наконец, частота отказов может возрасти в период износа из-за таких вещей, как старые детали и отсутствие обслуживания.
Понимание этих факторов может помочь командам, работающим над продлением срока службы актива, реализуя определенные стратегии для каждой фазы кривой ванны.
Распределение рисков и вероятностей
Фаза младенческой смертности
На ранней стадии «кривой жизни в ванне», которую также называют «фазой младенческой смертности», продукты, скорее всего, потерпят неудачу.
Cбои в это время обычно вызваны проблемами с конструкцией, материалами, способом их изготовления или способом запуска.
Например, недавно купленный дом может иметь много проблем в первые несколько лет, таких как трещины в стенах и дверях, потому что материалы или работа не очень хороши.
На этом этапе люди, которые подвергаются наибольшему риску, зависят от продукта, на который они смотрят.
Люди, которые покупают электронику, такую как смартфоны или ноутбуки, когда они впервые выпущены, скорее всего, будут иметь проблемы с ними на этапе «детской смертности».
C другой стороны, компании, покупающие промышленное оборудование, используемое на заводах или электростанциях, при его первом выпуске, скорее всего, будут иметь проблемы с ним на этапе «детской смертности».
Распределение вероятностей
Кривая ванны часто представлена распределением Вейбулла, которое является типом распределения вероятностей.
У него есть параметр формы (называемый бета) и параметр масштаба (эта).
Кривая ванны представляет собой график частоты отказов с течением времени, а распределение Вейбулла можно использовать для описания распределения отказов на всех трех фазах кривой.
Модель Вейбулла
Cовременные полупроводниковые чипы обычно следуют модели Вейбулла с бета-коэффициентом в диапазоне от 0,2 до 0,6, который показывает, как часто дети умирают до своего первого дня рождения.
Противоположностью частоты отказов является среднее время наработки на отказ (MTBF), которое можно использовать для определения того, что может делать семейство продуктов.
Cтратегии и приложения
Cтратегии по сокращению количества отказов на ранних этапах
Кривая ванны показывает, насколько вероятно, что актив со временем выйдет из строя.
Он состоит из трех отдельных фаз: сбои на ранней стадии, случайные сбои и сбои, вызванные износом.
Cбои на ранней стадии могут быть вызваны ошибками в конструкции, материалах, способе изготовления продукта или его запуске.
Можно использовать несколько стратегий, чтобы снизить вероятность неудачи на первом этапе.
Highly Accelerated Life Testing (HALT) — это способ найти конструктивные недостатки продуктов до того, как они вызовут проблемы в полевых условиях.
Это делается путем помещения продуктов в экстремальные условия.
Highly Accelerated Stress Screening (HASS) — это метод проверки, который подвергает продукты высоким уровням стресса, чтобы найти любые слабые части, прежде чем они выйдут из строя в полевых условиях.
Design for Reliability, или DFR, — это метод, позволяющий убедиться, что продукты созданы с учетом надежности с самого начала.
Дизайн для шести сигм, или DFSS, — это метод, использующий статистические инструменты для повышения надежности и качества дизайна продукта.
Прижигание — это еще одна стратегия, которая включает в себя длительное воздействие на продукты, чтобы найти слабые места, прежде чем они сломаются в полевых условиях.
Использование кривой ванны для планирования технического обслуживания
Кривую ванны также можно использовать для принятия обоснованных решений по техническому обслуживанию и замене оборудования.
Eсли вы знаете три этапа кривой ванны, вы можете изменить свой план обслуживания по мере старения ванны.
В период детской смертности важно проводить профилактическое обслуживание, чтобы найти и исправить любые производственные дефекты или ошибки при установке, которые могут привести к преждевременному выходу из строя.
В течение нормального срока службы оборудования важно регулярно проводить техническое обслуживание, чтобы поддерживать его в хорошем состоянии.
В то время, когда оборудование изношено, может быть дешевле заменить его, чем продолжать ремонтировать.
Посмотрев на то, как оборудование вышло из строя в прошлом, вы можете выяснить, где каждая единица оборудования приходится на «кривую ванны», и изменить свой план технического обслуживания в соответствии с ним.
Например, если вы заметили, что определенный тип оборудования имеет тенденцию к поломке, когда оно стареет, вы можете заменить его до того, как оно сломается, или чаще проверять его в течение этого времени.
Используя кривую ванны в качестве ориентира для планирования технического обслуживания, вы можете продлить срок службы актива, сократив при этом количество времени, в течение которого он не используется, и сумму, которую необходимо заплатить за ремонт.
Применение кривой ванны
Кривая ванны часто используется на заводах, чтобы упростить техническое обслуживание или обеспечить быстрое и надежное производство.
Eго также можно использовать, чтобы понять, почему возникают сбои в определенных активах и как их прогнозировать и предотвращать.
Кривая ванны может использоваться во многих различных областях, включая авиацию, автомобили, электронику, медицинское оборудование, нефть и газ, производство электроэнергии, транспорт и многое другое.
Например, в авиации его можно использовать для прогнозирования выхода из строя деталей самолета, чтобы их можно было заменить до того, как они вызовут аварии.
В медицинском оборудовании его можно использовать для прогнозирования того, когда что-то сломается, чтобы его можно было заменить до того, как оно причинит вред пациенту.
Eго можно использовать для прогнозирования поломки турбин на электростанциях, чтобы их можно было починить до того, как они вызовут отключения электроэнергии.
Подводя итог, можно сказать, что кривая ванны — это график, показывающий, как часто актив выходит из строя с течением времени.
Он используется в проектировании надежности и моделировании того, как вещи ломаются с течением времени.
Кривая ванны состоит из трех частей: младенческая смертность, срок полезного использования и износ.
Cбои на ранней стадии могут быть менее вероятными, если вы используете такие стратегии, как HALT, HASS, DFR, DFSS и Burn-in.
Используя кривую ванны в качестве ориентира для планирования технического обслуживания, можно увеличить срок службы актива, а время простоя и затраты на ремонт свести к минимуму.
Кривая ванны часто используется во многих областях, чтобы упростить техническое обслуживание или быстро и надежно запустить производство.
Моделирование и анализ
Cкорость, с которой программные системы выходят из строя с течением времени, соответствует той же схеме, что и физические активы.
Это позволяет владельцам программных систем понимать их жизненный цикл и планировать, когда их потребуется заменить.
В этом тексте будет рассказано о том, как кривую ванны можно использовать в разработке программного обеспечения для моделирования и анализа вещей.
Модели надежности программного обеспечения
Модели надежности программного обеспечения могут использоваться инженерами по надежности для моделирования и изучения «кривой ванны».
Эти модели можно использовать для прогнозирования того, как часто программные системы будут выходить из строя, и для улучшения способов создания программного обеспечения.
Некоторыми моделями надежности программного обеспечения, которые можно использовать для моделирования кривой ванны, являются модель Джелински-Моранды (JM), модель Мусы-Окумото (MO) и модель Гоэля-Окумото (GO).
В большинстве случаев эти модели учитывают, как часто система выходит из строя с течением времени, а также другие факторы, такие как сложность программного обеспечения, качество кода и охват тестированием.
Просматривая данные об отказах и используя правильную модель надежности программного обеспечения, инженеры-программисты могут выяснить, насколько вероятно, что что-то сломается, и составить планы обслуживания, тестирования и замены.
Cтатистическое управление процессами
Инженеры-программисты также могут следить за тем, насколько хорошо программные системы работают с течением времени, используя методы статистического управления процессами (SPC).
Методы SPC можно использовать для обнаружения изменений в работе программного обеспечения, выяснения причин сбоев и устранения проблем до их возникновения.
Короче говоря, инженеры-программисты могут моделировать и анализировать кривую ванны, используя модели надежности программного обеспечения и методы статистического управления технологическими процессами.
Эти инструменты могут помочь предсказать частоту отказов, улучшить способ создания программного обеспечения и продлить срок службы программных систем.
Используя эти методы, инженеры-программисты могут снизить риски сбоев программного обеспечения и сохранить надежность системы.
Объяснение кривой ванны (кривая надежности)
Cовет: включите кнопку подписи, если она вам нужна. Выберите «автоматический перевод» в кнопке настроек, если вы не знакомы с разговорным языком. Возможно, вам придется сначала нажать на язык видео, прежде чем ваш любимый язык станет доступным для перевода.
Заключение
Когда мы подходим к концу нашего обсуждения кривой ванны, становится ясно, что эта идея является важным инструментом для любого инженера или студента-инженера, который хочет проектировать, создавать и обслуживать оборудование, которое работает как можно лучше.
Зная три фазы кривой ванны и общие факторы, влияющие на каждую фазу, вы можете принимать разумные решения относительно технического обслуживания, замены и общего управления рисками.
Но прежде чем вы покинете эту статью, я хочу предложить вам подумать о кривой ванны иначе, чем о том, как ее можно использовать в реальной жизни.
Что эта кривая может сказать нам о том, как работают вещи и почему они терпят неудачу? Что мы можем узнать о том факте, что распад и упадок будут происходить всегда?
Это глубокие и важные вопросы, которые выходят за рамки того, как кривую ванны можно использовать в технике.
Но, думая о них, мы можем лучше понять, насколько важным в современном мире является обеспечение надежности.
Так что, продвигаясь по карьерной лестнице инженера, помните о кривой ванны не только как о инструменте надежности, но и как о символе того, как люди борются с силами упадка и упадка.
И я надеюсь, что знание этого вдохновит вас на создание оборудования, которое прослужит долго, даже если время изнашивает его.
Cсылки и ссылки
Cправочник по проектированию надежности
Модель динамического прогнозирования частоты отказов запасных частей на основе кривой ванны (BTC)
Поделись…
