DFR : Design for Reliability

Wprowadzenie

Design For Reliability (DFR) (pol. Projektowanie dla niezawodności) to metoda należąca do szerszego zbioru o nazwie Design For Excellence (DFX). DFR koncentruje się na zaleceniach związanych niezawodnością produktu.

Czym jest niezawodność?

"Niezawodność jest definiowana jako prawdopodobieństwo, że produkt, system lub usługa będzie odpowiednio spełniać swoją funkcję przez określony czas, lub będzie działać w określonym środowisku bez awarii"[1]

Kluczowe aspekty niezawodności

• Ciągłość osiągnięć. Produkt wykonuje swoje funkcje konsekwentnie w wielu zastosowaniach i w różnych warunkach.
• Bezawaryjność. Produkt będzie działał, gdy będzie to wymagane.
• Trwałość. Produkt jest odporny na zużycie, stres i czynniki środowiskowe.
• Łatwość konserwacji. Produkt można łatwo konserwować i naprawiać, aby nadal działał zgodnie z oczekiwaniami.
• Niski poziom wadliwości. Prawdopodobieństwo awarii produktu jest zminimalizowane i mieści się w dopuszczalnych granicach.

Etapy DFR

Projektowanie dla niezawodności (DFR) obejmuje kilka kroków i metod, aby osiągnąć swoje cele. DFR rozpoczyna się na wczesnym etapie procesu projektowania produktu, najlepiej podczas początkowej fazy koncepcyjnej. Rozważ następujące kroki:

Wyznaczanie celów niezawodności

Definiujemy jasne i mierzalne cele niezawodności w oparciu o potrzeby klienta i standardy branżowe. Określamy oczekiwany okres eksploatacji ograniczony przedziałami ufności.

Faza koncepcji

To bardzo ważna faza. Definjujemy architekturę systemu na jej najwyższym poziomie, mając na uwadze cele związane z niezawodnością.

Stosujemy S-FMEA do identyfikacji i redukcji ryzyka. Polecam użycie schematów blokowych do przedstawienia głównych podsystemów produktu. Na tej podstawie określamy podstawowe funkcje i interakcje. Identyfikujemy ryzyko. Skupiamy się na skutkach wad o wysokim znaczeniu. Redukujemy ryzyko przez działania na poziomie koncepcji, np. dodanie redundancji zmniejsza skutki wady.

Finalnie określamy konkretne wymagania związane z niezawodnością dla poszczególnych podsystemów analizowanego produktu.

Faza projektu

Ten etap to projektowanie poszczególnych podsystemów zgodnie z wcześniej zdefiniowanymi wymaganiami. Zalecane narzędzia i metody to:

• Zasady projektowania produktów o wysokiej niezawodności.
• Physics of Failure (PoF).
• Analiza Monte-Carlo.
• Margines bezpieczeństwa (ang. Derating, Safety Margin).
• Redudancja oraz mechanizmy bezpiecznego wyłączenia się (ang. Fail-safe mechanisms).
• D-FMEA.
• FMEDA (dla niektórych zastosowań).
• Wybór komponentów o sprawdzonej niezawodności.

Prototypowanie i testowanie

Poddanie prototypów różnym testom, takim jak testy funkcjonalne, testy do awarii (ALT, HALT) i testy degradacji. Gromadzenie danych dotyczących awarii. Analizowanie wad w celu zrozumienia przyczyn. Ulepszenie projektu.

Analiza niezawodności

Wykorzystanie wyników testów i historii awarii z terenu w celu oszacowania niezawodności produktu w czasie. Polecam zastosowanie odpowiednich metod statystycznych, takich jak analiza Weibulla.

Weryfikacja i walidacja projektu

Weryfikacja, a następnie walidacja, czy bieżący projekt spełnia wszystkie określone wymagania.

Sterowanie procesem produkcyjnym

Przeniesienie wymagań dotyczących niezawodności na proces produkcyjny. Na przykład, dostarczenie listy charakterystyk specjalnych i wymaganych metod nadzoru. Producent powinien wdrożyć wymagane metody nadzoru. W przypadku charakterystyk specjalnych należy zastosować statystyczną kontrolę procesu (SPC) lub test 100%. Udokumentowanie metod kontroli w odpowiednim P-FMEA i Planie Kontroli.

Ciągłe doskonalenie

Polega głównie na monitorowaniu wad w produkcji oraz awarii w terenie. Analizowanie zwróconych urządzeń w celu zrozumienia mechanizmów i przyczyn uszkodzeń. Przegląd i aktualizacja analizy niezawodności (np. Weibulla) w celu dopracowania modelu niezawodności.

Podsumowanie

Projektowanie pod kątem niezawodności (DFR) pomaga zapewnić, że produkt spełnia swoje zamierzone funkcje w czasie, w określonych warunkach i przy minimalnym poziomie awarii. DFR ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia satysfakcji klienta, sukcesu produktu i ogólnej reputacji firmy.