Độ tin cậy hệ thống Khoa học về độ tin cậy potx

Thử nghiệm về ñộ chín chắn của thiết kế minh chứng là tốc ñộ hỏng hóc của sản phẩm thỏa mãn ñược nhu cầu của khách hàng khi ñưa ra thị trường.. Thiết kế ñộ tin cậy “ theo hướng cổng giai

CHƯƠNG MỘT

KHOA HỌC VỀ ðỘ TIN CẬY

1 Mở ñầu:

ðộ tin cậy giữ vai trò quan trọng trên thương trường Từ ñó, cần có nhóm kỹ thuật

về ñộ tin cậy ñể hỗ trợ quá trình thiết kế-phát triển sản phẩm Hình 1 mô tả ba chức năng

cơ bản của nhóm là: thiết kế ñộ tin cậy, kiểm tra ñộ tin cậy và phân tích vật lý Các hoạt ñộng này rất quan trọng

trong chương trình về ñộ

tin cậy

Hoạt ñộng ñầu tiên

của khoa học về ñộ tin

cậy khi hỗ trợ phát triển

sản phẩm là thiết kế ñộ

tin cậy (DfR: Design for

Reliability) ðây là bước

ñầu trong pha ý tưởng

(idea phase) của chu kỳ

phát triển và tiếp tục cho

ñến giai ñoạn lỗi thời

(obsolescence) của sản

phẩm Bước thiết kế ñộ

tin cậy ñược dùng nhằm cải thiện ñộ tin cậy của sản phẩm thông qua việc ứng dụng kiến thức về hỏng hóc vật lý Quá trình này có quan hệ chặc chẽ với hai khối chức năng khác, tạo quá trình thiết kế các pha/ cổng có quan hệ với nhau

Chức năng thứ hai là kiểm tra ñộ tin cậy (reliability verification), trong bước này cần

có nghiên cứu kiểm tra và thử nghiệm minh chứng nhằm bảo ñảm tính phù hợp của sản phẩm với yêu cầu ñộ tin cậy của khách hành Có hai dạng kiểm tra ñộ tin cậy: ñộ tin cậy quá trình (process reliability) và thử nghiệm ñộ chín chắn của thiết kế (design maturity testing) ðộ tin cậy quá trình

chú trọng phát triển kiến thức

cơ bản về ñộ tin cậy cố hữu

của hệ thống, tạo cơ sở phát

triển thử nghiệm thực tế về ñộ

chín chắn của thiết kế Thử

nghiệm về ñộ chín chắn của

thiết kế minh chứng là tốc ñộ

hỏng hóc của sản phẩm thỏa

mãn ñược nhu cầu của khách

hàng khi ñưa ra thị trường

Chức năng thứ ba là phân

tích vật lý (analytical physics)

nhằm thu thập kiến thức về

hỏng hóc vật lý của sản phẩm

Hiểu ñược bản chất của nguyên

nhân và phương thức hỏng hóc của sản phẩm là yếu tố chủ yếu ñể thiết kế và tạo ñược sản phẩm phù hợp với khách hàng

2 Thiết kế ñộ tin cậy “ theo hướng cổng giai ñoạn: a stage gate approach”

Kỹ thuật ñộ tin cậy với ba chức năng cơ bản hỗ trợ chu kỳ phát triển sản phẩm ñược gọi là cổng giai ñoạn (stage gate) Hình 2 trình bày về phương pháp cổng giai ñoạn, nhằm củng cố quá trình phát triển sản phẩm, từ khi thai nghén cho ñến khi trở thành lỗi thời, gồm cả bước sau-sản xuất (post-production) Phương pháp cổng giai ñoạn cần cho thiết

kế sản phẩm có ñộ tin cậy thỏa mãn kỳ vọng của khách hàng ðể sản phẩm phù hợp ñược với nhu cầu của khách hàng thì cần hiểu biết về yêu cầu thiết kế toàn cục, môi trường nhiễu tác ñộng lên chu kỳ hoạt ñộng, năng lực sản xuất và các yếu ñiểm, mục tiêu chi phí chung của sản phẩm và nhu cầu về thời gian của dịch vụ ñộ tin cậy

2.1 Giai ñoạn ý tưởng

Cổng giai ñoạn 1: Quá trình DfR bắt ñầu bằng việc tìm hiểu yêu cầu của khách hàng

Thường gồm công cụ của mô hình phân tích hỏng hóc và hiệu quả FMEA (failure model and effect analysis), ñánh giá về yếu tố cạnh tranh sản phẩm và mô hình dự báo ñộ tin cậy dùng trực tiếp trong thiết kế Quá trình này bắt ñầu từ bước giai ñoạn ý tưởng cho ñến chu kỳ phát triển sản phẩm Các công cụ này ñược phát triển nhằm giảm rủi ro trong bước ñầu, khi ñưa sản phẩm ra thị trường Tác ñộng thực tế về ñộ tin cậy xuất hiện ban ñầu trong giai ñoạn này, do ñó ñây là lúc chọn giải pháp thiết kế, ñịnh nghĩa yêu cầu về

ñộ tin cậy cần thực hiện

2.2 Giai ñoạn ñánh giá

Cổng giai ñoạn 2: Thiết kế chức năng giảm rủi ro sẽ xuất hiện trong giai ñoạn ñánh giá,

ñể giải quyết các bất ñịnh quanh xu hướng thiết kế Các nghiên cứu thử nghiệm về ñánh

giá ñộ tin cậy của thiết kế (DART: design assessement reliability test) không chỉ dùng

mẫu thử thống kê mà còn giải quyết các sai sót tiềm tàng hiện hữu khi chọn thiết kế (xem hình 3) Tăng trưởng ñộ tin cậy là trọng tâm của giai ñoạn ñánh giá với khả năng ñạt mức cải thiện ñến 65% ñộ tin cậy ban ñầu (xem hình 3) Chức năng này ñược thực hiện

dùng phân tích - thử nghiệm (test-analyse) và hành ñộng sửa chữa (fix activities) trong

nghiên cứu giảm rủi ro

2.3 Giai ñoạn phát triển

Cổng giai ñoạn 3: Chức năng cơ bản của kỹ thuật ñộ tin cậy trong công ñoạn này

nằm ở phía cuối của quá trình phát triển Dùng thử nghiệm ñộ chín chắn của thiết kế (DMT: design maturity testing) ñể minh chứng và kiểm ñịnh tính phù hợp với chu kỳ hoạt ñộng ñã nhận dạng ở cổng giai ñoạn 1 Thử nghiệm về ñộ chín chắn của thiết kế DMT tìm hiểu về tính chất vật lý của hỏng hóc, dùng kết quả này vào phạm vi thiết kế,

và chứng tõ rằng kết quả này sẽ không xung ñột trong ñiều kiện chu kỳ sống hữu dụng của sản phẩm Chức năng này ñược thực hiện qua phép thử lão hóa gia tốc không hỏng hóc thống kê Ngoài ra, phép thử tính chín chắn của thiết kế còn ñược phát triển từ tính chất vật lý của hỏng hóc Các phép thử trong giai ñoạn này dùng cơ sở của khoa học về

ñộ tin cậy, thông tin lịch sử (quá khứ), tính chất vật lý của hỏng hóc, cũng như mục tiêu của môi trường sản phẩm Thông thường, phép thử thống kê quan trọng bảo ñảm ñược là sản phẩm sẽ phù hợp ñến 90% mục tiêu ñộ tin cậy

2.4 Giai ñoạn chuyển tiếp

Cổng giai ñoạn 4: Các tác ñộng giảm ñộ tin cậy xuất hiện trong giai ñoạn này, nên

kỹ thuật ñộ tin cậy có chức năng hỗ trợ tìm ra phép thẩm tra thích hợp ñể ngăn ngừa hỏng hóc do chết yểu của sản phẩm khi ñến khách hàng Xác ñịnh phương pháp thẩm tra thích hợp thường không ñơn giản mà cần tìm từ cơ chế hỏng hóc Kỹ thuật thẩm tra ñúng thì kích thích ñược cơ chế nhận dạng hỏng hóc ở mức ñộ thích hợp, cho phép phát hiện sai sót nhưng không làm giảm chu kỳ sống của sản phẩm hay ñưa thêm vào yếu tố

hỏng hóc tiềm tàng

2.5 Giai ñoạn sản xuất

Cổng giai ñoạn 5: Chức năng chính của kỹ thuật ñộ tin cậy lúc này giới hạn trong

việc xác ñịnh quá trình giám sát ñộ tin cậy thích hợp cùng bảo ñảm ñược là thiết kế tiếp

tục giữ vững tính năng trong suất chu kỳ sống của sản phẩm Giám sát ñộ tin cậy nhằm làm biến thiên của chu kỳ sản xuất không ảnh hưởng ñược lên ñộ tin cậy của sản phẩm

2.6 Xác ñịnh yếu tố cần

Kỹ thuật ñộ tin cậy tham gia rất sớm trong chu kỳ thiết kế và hỗ trợ thiết kế cho ñến khi sản phẩm thành lỗi thời (obsolescence), ñảm bảo thành công của thiết kế Muốn xác ñịnh cấp tin cậy liên quan ñến quá trình phát triển sản phẩm thì cần ñánh giá ñược ñộ rủi

ro của dự án Một thiết kế thường dùng kết quả từ thiết kế hiện hữu hay ñôi khi chỉ là một thay ñổi nhỏ của một thiết kế ñã có Các sản phẩm này không thể khống chế một cách tự ñộng toàn bộ một quá trình thiết kế cổng giai ñoạn, với tất cả công cụ của kỹ thuật ñộ tin cậy Nếu sản phẩm dùng công nghệ mới và là một thay ñổi cách mạng về bản chất, thì cần thực hiện cổng giai ñoạn ở mức ñộ cao hơn Các rủi ro về tài chính cũng ảnh hưởng nhiều ñến công nghệ, nên cần xem như một tham số ñánh giá Việc cân nhắc và chọn lọc công cụ này là cần thiết ñể bảo ñảm thực hiện cấp ñộ tin cậy cao, tuy nhiên, yếu tố chi phí cũng cần ñược quan tâm khi ñưa sản phẩm ra thị trường Ý niệm về rủi ro sẽ ñược trình bày trong chương 13 Bảng 1 mô tả bản chất công tác cần thực hiện trong mỗi bước của quá trình thiết kế

Bảng 1: Cổng giai ñoạn của ñộ tin cậy

Bước Cổng giai ñoạn Công việc Mô tả

yêu cầu của

Các xu hướng dùng công cụ kỹ thuật ñồng hành như FMEA và ñánh giá về tính cạnh

khách hàng tranh ựể xác ựịnh ựúng yêu cầu thực

ựánh giá thiết

kế ựộ tin cậy

Nghiên cứu giảm thiểu rủi ro và tác ựộng tăng trưởng ựộ tin cậy nhằm tìm ra và cố ựịnh chế ựộ hỏng hóc trong thời gian thực, ựồng hành với quá trình thiết kế, dùng kỹ thuật tăng trưởng ựộ tin cậy dùng gia tốc cao, thử nghiệm lão hóa nhanh (HALT), dùng Test-Analyse and Fix (TAAF) và phương pháp khác cần cho công nghệ này

tắnh chắn chắn của thiết kế

Chứng minh là thiết kế này có ựộ tin cậy phù hợp với kỳ vọng của khách hàng Thực hiện thử nghiệm thống kê quan trọng về gia tốc, thường là không hỏng hóc

thẩm tra

Bảo ựảm tắnh bền vững của các sản phẩm ựầu tiên Kiểm tra vấn ựề chết non

cậy

Bảo ựảm ựộ tin cậy và chất lượng của dòng sản phẩm cho ựến giai ựoạn lỗi thời của thiết kế

3 Thiết kế công cụ cho ựộ tin cậy

Thiết kế ựộ tin cậy của sản phẩm ngày nay thực sự ựã thành kỹ thuật ựồng hành Mọi

xu hướng thiết kế ựều phải

ựóng góp vào quá trình

phát triển sản phẩm, bảo

ựảm có thiết kế bền vững,

thỏa mãn ựược nhu cầu

của khách hàng Kỹ thuật

ựộ tin cậy cùng công cụ

giúp ựịnh hướng cho quá

trình thiết kế Tổng quan về

công cụ này ựươc mô tả ở

hình 4

Công cụ cơ bản ựầu

FMEA/Benchmarking

(Failure Modes and Effects

Analysis /Benchmarking) đây là một công cụ quan trọng nhằm ựảm bảo tắch hợp ựược

ựộ tin cậy vào quá trình thiết kế, có bao nhiêu hỏng hóc có thể xảy ra, mức ựộ hỏng hóc

ra sao và xác suất xuất hiện hỏng hóc Khi ựã nhận dạng ựược tham số này, ta ựịnh hướng ựược quá trình thiết kế vào kết quả của sản phẩm cũng như năng lực của môi trường sử dụng FMEA luôn cho lợi nhuận lớn nhất khi dùng với kỹ thuật ựồng hành thắch hợp

đánh giá mức ựộ cạnh tranh cũng rất quan trọng trong quá trình DfR, bảo ựảm là ựã tắch hợp ựược mọi khắa cạnh quan trọng nhất của thiết kế đánh giá về ựối thủ cạnh tranh cũng quan trọng như tự ựánh giá mình Tận dụng tác dụng ựòn bẩy của mọi ngõ vào mà ựối thủ cạnh tranh hiện có trên thương trường cũng là một phần trong thông lệ tốt nhất

của thương mãi, nhằm tạo ra sản phẩm có vật liệu, ñóng gói, tính năng tốt nhất, ñồng thời tích hợp yếu tố ñiện, cơ cùng yếu tố về chi phí

Mô hình hóa dự báo tạo ước lượng ban ñầu về thời gian giữa hai lần hỏng hóc MTBF (Mean Time Between Failure), thời gian hỏng hóc trung bình MTTF (Mean Time To Failure) Tỉ số MTBF/MTTF ước lượng tầm quan trọng về tính khả thi của thiết kế có ñáp ứng ñược ñộ tin cậy thực tế, thỏa mãn yêu cầu của khách hàng ðồng thời tính toán này cũng ñịnh hướng và tham gia vào quá trình xác ñịnh yếu tố tranh chấp trong thiết kế, cho phép chọn lọc ñược thiết kết tốt nhất Các chức năng về mô hình hóa dự báo tiếp tục trong suốt quá trình các cổng giai ñoạn nhằm ñịnh nghĩa lại ước lượng MTBF/MTTF và bảo ñảm là sản phẩm ñạt ñược mục tiêu về ñộ tin cậy Phương pháp mô hình dự báo tuy

có những giới hạn về ñộ chính xác về mô hình và cơ sở dữ liệu nên hiện ñang tiếp tục hướng nghiên cứu ñịnh lượng

Hỏng hóc vật lý cho thấy tác ñộng của kỹ thuật ñộ tin cậy lên quá trình thiết kế Hỏng

hóc vật lý là hiểu biết về tính chất của vật liệu, quá trình, và công nghệ ñược dùng trong thiết kế và phương thức tác ñộng của ñặc tính này lên các ñiều kiện ngẫu nhiên của thiết

kế chu kỳ sống sản phẩm Kỹ sư về ñộ tin cậy cần hiểu biết về ñiều kiện sử dụng ñúng và chưa ñúng của khách hàng và tính tương tác của linh kiện và môi trường ñể tham gia vào nhóm thiết kế hoạt ñộng xung quanh giới hạn của thiết kế ñược chọn

Một tác ñộng của quá trình ñộ tin cậy, thí dụ khi nghiên cứu thiết kế, ñã và ñang là một cổng giai ñoạn phát

triển hoàn chỉnh, có

liên quan quá trình phát

triển sản phẩm Nghiên

cứu thiết kế giúp xác

ñịnh khả năng của thiết

kế thỏa mãn yêu cầu

cho ñến cuối chu kỳ

sống của sản phẩm

Ngoài ra, còn cung cấp

dữ liệu tính toán ước

lượng MTBF/MTTF và

thông tin cần thiết ñể

thiết kế các bước cho

thử nghiệm ñộ chín

chắn của thiết kế không

bị lỗi, chứng minh là

thiết kế thỏa mãn ñược nhu cầu của khách hàng

4 Kiểm tra ñộ tin cậy

Kiểm tra ñộ tin cậy là khối chức năng thứ hai thường ñược hiểu là nhóm thử nghiệm, thực ra thì kiểm tra ñộ tin cậy còn có nhiều chức năng khác nữa ðể kiểm tra ñộ tin cậy một cách hiệu quả, cần ñến khả năng kích thích yếu tố ngẫu nhiên của ñiều kiện môi trường cũng như thử nghiệm về gia tốc sản phẩm và công nghệ Như thế cần thêm công cụ về môi trường thích hợp ñể kích khởi ñược các yếu ñiểm của thiết kế như vẽ ở

hình 5

5 Phân tích vật lý

Khối chức năng thứ ba là Phân tích Vật lý, cung cấp dữ liệu vật lý của hỏng hóc cần cho việc xây dựng một công nghệ bền vững phù hợp với nhu cần hiện tại của thị trường Công nghệ và sản phẩm ngày càng phát triển và càng tinh vi nên khả năng phân tích cũng cần có các bước tương ứng Các bước phát triển này có tính chu kỳ, thay ñổi và hoàn thiện với chu kỳ

khoảng sáu năm

ðể giải quyết

thách thức này, cần ñến

phương tiện phân tích

tại chổ có tầm vóc quốc

tế (in house world-class

analysis facility) Các

phương tiện này phải

phân tích ñược về sản

phẩm và quá trình, kỹ

thuật kiến tạo và kỹ

reverse engineering),

phân tích vật lý và vật

liệu, nghiên cứu ñiều

tra chế ñộ hỏng hóc,

bao gồm cả việc tìm kiếm các yếu tố nhiệt ñộ và phóng tỉnh ñiện Các phương tiện phân tích này ñược xây dựng dựa vào thông tin từ kinh nghiệm và quá khứ Khi có thông tin ñúng ñắn và kịp thời thì nhóm thiết kế sẽ ra ñược những quyết ñính ñúng ñắn và kịp thời khi thiết kế sản phẩm Các công cụ phân tích ở hình 6 sẽ ñược mô tả ở chương 7

Công nghệ thông tin hiện ñại về cơ sở dữ liệu, intranet và công cụ tìm kiếm cho phép ta ñưa thông tin quá khứ trực tuyến vào mạng nội bộ của công ty ðiều này là bảo ñảm là thông tin vật lý về hỏng hóc phải dùng ñược ñể loại trừ ñược chế ñộ hỏng hóc Kết nối công cụ phân tích với cơ sở dữ liệu trung tâm và việc truy cập trực tiếp qua intranet, cung cấp cơ sở ảo nhằm lưu trữ dữ liệu dùng hỗ trợ hoạt ñộng kỹ thuật toàn

cầu

6 Mục tiêu là sự thỏa mãn của khách hàng

ðể ñưa công ty tham gia tích cực vào thị trường thế giới, cần có chương trình về khoa học ñộ tin cậy một cách dài hạn Quá trình cần có cải cách lớn hoạt ñộng về ñộ tin cậy toàn cầu Cần có nhóm kỹ sư chuyên về ñộ tin cậy hoạt ñộng trên nhiều lĩnh vực thương mãi, bảo ñảm ñược là sản phẩm thỏa mãn ñược kỳ vọng của khách hàng Yếu tố phát triển từ dưới lên (bottom –line) cho phép quá trình cổng giai ñoạn sản xuất ra ñược sản phẩm với tỉ lệ bị trả về thấp nhất Việc thiết kế ñúng ñắn trong giai ñoạn ñầu và ñưa

ra thị trường kịp thời sẽ làm thỏa mãn khách hàng

Các chương kế tiếp sẽ ñiểm lại chi tiết về khoa học ñộ tin cậy nhằm cung cấp công

cụ cần thiết ñể khởi ñầu và thiết lập chương trình ñộ tin cậy có ñẳng cấp thế giới