Keboleharapan Minggu 2 Jun/Julai, 04
Minggu 2
Teknik untuk membuat jangkaan – FMEA, FMECA, FTA; ujian stres keboleharapan – kitar haba, kitar getaran, HALT
Perkara-perkara yang mempengaruhi R sesebuah komponen • • • • • •
Kualiti pengilangan Kualiti bahan mentah/bahan Persekitaran Suhu semasa beroperasi Getaran & faktor mekanikal lain Aras stres
Anggaran/jangkaan nilai R • MIL-HDBK-217 – bagi komponen/peralatan elektronik • Anggaran/jangkaan; bukan ketentuan • Sofwer perhitungan R – dihasilkan secara komersial
Anggaran/jangkaan adalah tepat jika…. • Semua komponen berkelakuan sebagaimana di dalam model empirikal yang digunakan • Semua komponen dibuat dengan bahan mentah yang sama, dikilang dengan cara yang sama oleh semua vendor
Anggaran/jangkaan selalunya tidak tepat kerana… • Faktor mekanikal (seperti cara IC dilekat pada PCB, komponen non-elektronik lain yang menyokong IC, dll) tidak diambilkira • R bagi sofwer tidak diambilkira • Aspek pemprosesan/pengilangan tidak diambilkira • Data FR yang dibekalkan oleh vendor tidak tepat • Dll, dll
FMEA (Failure Mode Effect Analysis) • • • • •
Banyak digunakan untuk produk militari, perubatan dan juga komersial Adalah sebuah alat analitikal kualitatif yang amat penting di dalam bidang keboleharapan Sangat berguna sekiranya dilakukan pada peringkat awal merekabentuk sesebuah produk Boleh mengenalpasti mod kegagalan yang mungkin berlaku, serta kesan daripada terjadinya kegagalan ini Stelah maklumat ini diketahui, maka tindakan boleh diambil untuk menanganinya – sbg contoh – meningkatkan kemungkinan untuk mengesan kegagalan, menambah unit ‘redundant’ di dalam rekabentuk
FMEA • Dalam bentuk jadual • Semua komponen utama sesebuah sistem disenaraikan • Bagi setiap komponen utama, semua senario kegagalan diperiksa • Bagi produk militari dan industri, format yang digunakan ialah MIL-STD-1629
Membina jadual FMEA bagi sesebuah sistem • Kaji rajah skematik sistem (dan dapatkan nasihat jurutera rekabentuk, atau orang yang banyak pengalaman mengoperasi sistem) • Lakarkan rajah blok fungsi yang mudah (iaitu, himpunkan komponen-komponen di dalam sistem menurut fungsi)
Membina jadual FMEA • Lihat contoh yang diedarkan – iaitu Sistem Kecemasan Oksigen (sebuah sistem mekanikal) • Terdapat 4 blok kesemuanya • Setiap blok dalam rajah blok fungsi menjadi sebuah item di dalam jadual FMEA
Membina jadual FMEA • • • • • • • •
Lihat lajur-lajur pada jadual FMEA Bilangan Nama item (blok pada rajah) Fungsi Mod kegagalan Sebab kegagalan Fasa misi Kelas bencana
FMEA
Membina jadual FMEA • • • •
Kesan kegagalan setempat Kesan kegagalan lebih tinggi Kesan akhir (selalunya ke atas pengguna) Kaedah mengesan kegagalan (selalunya melalui visual) • Faktor yang boleh menyelamatkan keadaan • Hal-hal lain
Kelas bencana (menurut MIL-STD-1629) • Kelas 1 – Katastropik – kehilangan nyawa atau anggota, atau kehilangan total peralatan • Kelas 2 – Kritikal – kecederaan pada pengguna atau kerosakan besar ke atas peralatan • Kelas 3 – Major – kerosakan ke atas peralatan tetapi tiada kecederaan kekal/serius ke atas pengguna • Kelas 4 – Minor – kerosakan kecil seperti bunyi bising, dll
FMEA • Sesetengah kegagalan mungkin tidak dapat dikesan • Kerana itulah analisis FMEA perlu dilakukan seawal yang mungkin semasa proses rekabentuk supaya ubahsuaian ke atas rekabentuk unit/komponen/sub-sistem boleh dilakukan • Kebanyakan analisis FMEA bergantung kepada pengalaman dan budibicara penganalisis
FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis) • Hampir sama seperti FMEA – • Dalam bentuk jadual • Maklumat pada 4 lajur pertama juga adalah serupa • Perbezaan – FMECA adalah alat analisis kuantitatif – kerana ia mengambilkira impak numerikal sesebuah mod kegagalan • Ini bermakna, data kadar kegagalan komponen/unit/sub-sistem perlu ada. Data ini boleh diminta dari vendor
FMECA • Lihat contoh jadual yang diedarkan • Data kadar kegagalan didapati dari vendor • Pengiraan ke atas nisbah mod kegagalan boleh dilakukan dengan menggunakan andaian-andaian tertentu, dan merujuk kepada pangkalan data vendor atau pelanggan. Pengiraan ke atas angka kritikaliti dibuat dengan menggunakan formula tertentu
FTA (Fault Tree Analysis) • Keputusan dari FMECA digunakan untuk membina rajah analisis pokok kegagalan (FTA) • FTA menentukan mod kegagalan yang mana satu akan menyebabkan kegagalan kritikal pada peringkat sistem • FTA menghuraikan gabungan-gabungan kejadian yang mungkin berlaku pada sistem • Ia membantu mengenalpasti dan menilai komponen-komponen yang kritikal, laluan-luan yang menyebabkan kegagalan, dan kesilapan yang mungkin dilakukan oleh manusia
FTA • Simbol-simbol dalam carta alir digunakan di dalam FTA – sila lihat hand-out
Ujian stres keboleharapan Mengapa sesebuah ujian stres dilakukan? • Untuk mengesan kelemahan di dalam komponen atau dalam pembungkusan – agar tindakan pembetulan dapat dilakukan • Untuk menghitung nilai keboleharapan sesebuah produk • Untuk melahirkan keyakinan ke atas produk yang dihasilkan • Untuk mengesahkan fungsi sesebuah rekabentuk • Untuk menentukan ketahanan produk, atau tahap bila mana sesebuah produk tidak dapat berfungsi lagi
Urutan pada aras hulu sesebuah produk • • • • • • • • • • • •
Konsep Rekabentuk Prototaip Ujian ke atas prototaip Pembuatan ke atas kelompok kualifikasi Ujian kualifikasi – kelembapan, kandungan garam udara, hujan, getaran, haba Pembuatan kelompok sulung Ujian keboleharapan ke atas kelompok sulung Pembuatan kelompok perintis Ujian keboleharapan ke atas kelompok perintis Pembuatan kelompok biasa Ujian keboleharapan ke atas kelompok biasa
Ujian stres “life test” • 2 ujian utama ialah – ujian getaran dan ujian kitar haba • “Shake and bake” • Kadang-kadang, kedua-dua ini digabungkan dalam sebuah kebuk • Tetapi selalunya, kedua-dua ini dipisahkan kerana kekangan peralatan
Ujian stres “life test” yang tipikal • 3000 jam kitar haba • 100 jam kitar getaran • 5-6 hari kitar haba, diikuti 1.5 hari kitar getaran • Jadual mingguan – 168 jam, 336 jam…
• Soalan yang hendak dijawab ialah – apakah persekitaran terbaik yang menyebabkan komponen mengalami kegagalan?? • Selalunya, kitar getaran akan menyebabkan kegagalan berbanding kitar haba
Ujian stres keboleharapan – kitar haba • Kebuk haba (thermal chamber) • Selalunya, terdapat 2 suhu ekstrim yang berbeza – terlalu sejuk dan terlalu panas • Produk industri: -40 darjah C, + 55 darjah C • Produk militari: -50 darjah C, +80 darjah C • Ada juga program yang mempunyai lebih dari 2 suhu ekstrim – contohnya -55, -40, 27, 71
Ujian stres keboleharapan – kitar haba • Bagaimana menentukan profil kitar haba untuk produk yang kita bangunkan?? • Saiz unit, saiz komponen, faktor kestabilan haba komponen (ie berapa lama komponen stabil di bawah suhu-suhu tertentu) • Tempoh ‘ramp up’ (dari sejuk ke panas) dan ‘ramp down’ (dari panas ke sejuk) • ‘Ramp up’ – mengenakan aras stres yang tinggi keoada komponen elektronik.
Ujian stres keboleharapan – kitar haba • Pekali pengembangan haba (thermal expansion coefficient) yang berbeza pada unit yang diperbuat dari komponen yang berbeza (contohnya bahan seramik yang mempunyai pin logam) menyebabkan stres ke atas unit • Suhu yang ekstrim juga boleh menukar ciri bahan seperti getah dan plastik dan logam yang terdapat pada unit • Tempoh masa sesebuah kitar haba boleh jadi 2 atau 3 atau 4 atau 6 atau 8 jam – kerana angka-angka ini boleh dibahagi di dalam jangka waktu 24 jam. Ini memudahkan penjadualan untuk jurutera atau juruteknik menyelenggara operasi ujian
Ujian stres keboleharapan – kitar getaran • Aras getaran yang dibekalkan kepada komponen dibuat agar menyamai atau mendekati persekitaran sebenar yang akan dilalui oleh komponen – profil getaran boleh didapati dari dokumen seperti MIL-STD-781 atau DO-160D • Selalunya, komponen disambung di dalam litar (‘powered up’) semasa menjalani ujian • Paksi getaran – x, y dan z
Ujian stres keboleharapan – kitar getaran • Penganalisis data perlu sedar mengenai ulangan tertentu yang sekiranya dikenakan ke atas komponen tertentu akan menyebabkan fenomena ‘resonance’. Ulangan ini elok dikenalpasti untuk digunakan, lebih-lebih lagi sekiranya ‘resonance’ tersebut boleh menyebabkan kegagalan komponen.
Ujian stres keboleharapan – HALT • HALT – Highly Accelerated Life Tests • Merupakan ujian di mana aras stres yang sangat tinggi dikenakan ke atas komponen. Aras stres ini adalah jauh lebih tinggi dari yang akan dijalani oleh komponen – agar kegagalan berlaku dalam selang waktu yang sesingkat mungkin • Ia bukanlah semata-mata untuk mengukur keboleharapan sesebuah komponen (contohnya MTBF), tetapi adalah untuk menambahbaik prestasi komponen tersebut
Ujian stres keboleharapan – HALT • Antara stres yang diberikan di dalam HALT -- getaran (dari pelbagai paksi getaran), kitar haba, kitar kuasa (dengan variasi di dalam aras voltan dan frekuensi), kelembapan, pH, kemasinan, kepekatan bendalir yang mengalir melalui peralatan, saiz bendasing di dalam bendalir, dll
Ujian stres keboleharapan – HALT • Keadaan sebenar operasi tidak cuba disimulasikan (maknanya, HALT bukanlah sebuah simulasi; sebaliknya ia cuba mencari apa jua jenis masalah rekabentuk atau proses yang boleh dikenalpasti dan seterusnya diperbaiki) • Kelemahan komponen yang didedahkan oleh HALT mungkin diakibatkan oleh stres yang tidak sama dengan stres yang akan dikenakan ke atas komponen dalam persekitaran fungsi yang sebenar – dari itu, analisis yang dilakukan hanyalah ke atas mod kegagalan, dan bukannya ke atas stres yang dikenakan (atau keadaan persekitaran yang dikenakan) bagi menghasilkan kegagalan tersebut
TAMAT
