Анализ отказов

Анализ отказов - это процесс сбора и анализа данных для определения причины отказа , часто с целью определения корректирующих действий или ответственности. Согласно Блоху и Гайтнеру, отказы оборудования выявляют цепочку причинно-следственных реакций… обычно это недостаток, который обычно называют симптомом… ». [1]Анализ отказов может сэкономить деньги, жизни и ресурсы, если его правильно провести и принять соответствующие меры. Это важная дисциплина во многих отраслях обрабатывающей промышленности, таких как электронная промышленность, где она является жизненно важным инструментом, используемым при разработке новых продуктов и для улучшения существующих продуктов. Процесс анализа отказов основан на сборе неисправных компонентов для последующего изучения причины или причин отказа с использованием широкого спектра методов, особенно микроскопии и спектроскопии . Методы неразрушающего контроля (NDT) (такие как сканирование с помощью промышленной компьютерной томографии ) ценны, потому что на неисправные продукты не влияет анализ, поэтому при проверке иногда начинают использовать эти методы.

Криминалистическая экспертиза неисправного процесса или продукта является отправной точкой для анализа сбоев. Такое расследование проводится с использованием научных аналитических методов, таких как электрические и механические измерения, или путем анализа данных об отказах, таких как отчеты о браке продукции или примеры предыдущих отказов того же типа. Методы судебно-медицинской экспертизы особенно ценны при отслеживании дефектов и недостатков продукции. Они могут включать усталостные трещины, хрупкие трещины, вызванные, например, коррозионным растрескиванием под напряжением или растрескиванием под воздействием окружающей среды . Заявления свидетелей могут быть полезны для восстановления вероятной последовательности событий и, следовательно, причинно-следственной цепочки. Человеческий фактор также может быть оценен при установлении причины сбоя. Существует несколько полезных методов предотвращения отказов продукта в первую очередь, включая анализ режимов и последствий отказов (FMEA) и анализ дерева отказов (FTA) , методы, которые можно использовать во время создания прототипов для анализа отказов перед выпуском продукта на рынок.

Некоторые из методов, используемых в анализе отказов, также используются в анализе отсутствия неисправностей (NFF), который является термином, используемым в области технического обслуживания для описания ситуации, когда первоначально сообщенный режим отказа не может быть воспроизведен оценкой. техник и, следовательно, потенциальный дефект не может быть исправлен.

NFF может быть связано с окислением, неисправными соединениями электрических компонентов, временными короткими замыканиями или обрывами в цепях, ошибками программного обеспечения, временными факторами окружающей среды, а также ошибкой оператора. Большое количество устройств, которые сообщаются как NFF во время первого сеанса устранения неполадок, часто возвращаются в лабораторию анализа отказов с теми же симптомами NFF или постоянным режимом отказа.

Термин «анализ отказов» также применим к другим областям, таким как управление бизнесом и военная стратегия.

Инженер по анализу отказов часто играет ведущую роль в анализе отказов, независимо от того, выходит ли из строя компонент или продукт, или если отказ происходит при производстве или во время производственной обработки. В любом случае необходимо определить причину отказа, чтобы предотвратить возникновение в будущем и / или улучшить характеристики устройства, компонента или конструкции. Инженеры-строители и инженеры-механики очень часто выполняют эту работу. Более конкретные специальности также могут получить должность, например, инженеров-материаловедов. Специализация в области металлургии и химии всегда полезна наряду со свойствами и прочностью материалов. Кого-то могли нанять по разным причинам, будь то дальнейшее предотвращение или проблемы с ответственностью. Средняя зарплата инженера по анализу отказов, инженера с опытом работы в этой области, составляет 81 647 долларов. [2] Инженеру по анализу отказов требуется хорошее общение и умение работать с другими. Обычно нанятый человек имеет степень бакалавра технических наук, но есть сертификаты, которые можно получить. [2]

Анализ отказов многих различных продуктов включает использование следующих инструментов и методов:

Микроскопы

Базовые приготовления

  • Струйный гравер
  • Плазменный травитель
  • Металлография
  • Инструменты для прореживания тыльной стороны
    • Механическое истончение тыльной стороны
    • Лазерное химическое травление тыльной стороны

Спектроскопический анализ

Модификация устройства

Анализ поверхности

Электронная микроскопия

Микроскопия с инжекцией лазерного сигнала (LSIM)

Полупроводниковое зондирование

  • Станция механического зонда
  • Электронно-лучевой зонд
  • Лазерный пробник напряжения
  • Датчик испускания фотонов с временным разрешением (TRPE)
  • Нанозондирование

Программные методы локализации неисправностей

  • САПР Навигация
  • Автоматическая генерация тестовой таблицы (ATPG)
  • [Устройство для склеивания стружки]

Две срезные ключевые стержни вышли из строя на мосту через залив

Люди по делу

Г-н Брахими является консультантом компании American Bridge Fluor и имеет степень магистра в области материаловедения. [3]

Г-н Агилар является начальником отдела испытаний конструкционных материалов Caltrans с 30-летним опытом работы в качестве инженера. [3]

Г-н Кристенсен, консультант Caltrans с 32-летним опытом работы в металлургии и анализе отказов. [3]

Шаги

Визуальное наблюдение - неразрушающий контроль. Это выявило признаки хрупкости без остаточной пластической деформации до разрушения. Были показаны трещины, которые были последним пределом разрушения стержней срезающих шпонок. Инженеры подозревали, что к образованию трещин причастен водород. [3]

Сканирующая электронная микроскопия, которая представляет собой сканирование поверхностей с трещинами под большим увеличением для лучшего понимания трещины. Полный перелом произошел после того, как стержень не выдержал нагрузки, когда трещина достигла критического размера. [3]

Исследование микроструктуры, при котором изучались поперечные сечения, чтобы получить больше информации о взаимодействующих связях металла. [3]

Испытание на твердость с использованием двух стратегий: твердости по шкале C по Роквеллу и микротвердости по Кнупу, которые показывают, что он не прошел надлежащую термообработку. [3]

Испытание на растяжение сообщает инженеру, что предел текучести, предел прочности и относительное удлинение были достаточными для соответствия требованиям. Несколько произведений были взяты и исполнены Anamet Inc. [3]

Испытание на ударную вязкость с V-образным надрезом по Шарпи показывает ударную вязкость стали на различных образцах стержня, проведенных компанией Anamet Inc. [3]

Химический анализ был заключительным испытанием, также проведенным Anamet Inc., которое соответствовало требованиям для этой стали. [3]

Заключение тематического исследования

Стержни вышли из строя из-за водородного охрупчивания, которое было восприимчиво к водороду от высокой растягивающей нагрузки и водороду, уже находящемуся в материале. Стержни не вышли из строя, потому что не соответствовали требованиям к прочности этих стержней. Несмотря на то, что они соответствовали требованиям, структура была неоднородной, что обуславливало разную прочность и низкую вязкость. [3]

Это исследование показывает несколько из множества способов проведения анализа отказов. Он всегда начинается с неразрушающего наблюдения, например, с места преступления. Затем из исходного материала берутся куски материала, которые используются в различных наблюдениях. Затем проводится разрушающее испытание, чтобы определить прочность и свойства материала, чтобы точно определить, что пошло не так. [3]

Отказ анализа отказов

Обрушение Oakland Nimitz Freeway было мостом, который рухнул во время землетрясения даже после программы по укреплению моста. Разных инженеров спросили, как они понимают ситуацию. Хотя некоторые не винят ни программу, ни отдел, например Джеймс Роджерс, который сказал, что землетрясение могло иметь «хороший шанс, что Embarcadero сделает то же самое, что и Nimitz». [4] Хотя некоторые говорили, что можно было бы сделать больше профилактики. Доктор Пристли говорит, что «ни один из проектов департамента по укреплению дорог не решал проблемы слабости…» в стыках мостов. Некоторые эксперты согласились, что можно было сделать больше, чтобы предотвратить эту катастрофу. Программа подвергается критике за «усугубление провала». [4]

От точки зрения инженера-проектировщика

"> Воспроизвести медиа
Ячейка для испытаний реактивных двигателей [5]

Продукт должен работать даже в самых сложных сценариях. Это очень важно для продуктов, предназначенных для дорогостоящих построек, таких как здания или самолеты. Если эти детали выйдут из строя, они могут вызвать серьезные повреждения и / или проблемы с безопасностью. Продукт начинает разрабатываться «... для сведения к минимуму опасностей, связанных с этим« наихудшим сценарием ». Определение наихудшего сценария требует полного понимания продукта, его загрузки и среды обслуживания. До того, как продукт будет введен в эксплуатацию, прототип часто подвергается лабораторным испытаниям, которые доказывают, что продукт выдерживает самый худший сценарий, как и ожидалось ». [6] Некоторые из испытаний, проводимых сегодня на реактивных двигателях, очень интенсивно проверяют, выдерживает ли двигатель:

  • попадание внутрь мусора, пыли, песка и т. д .; [7]
  • попадание внутрь града, снега, льда и т. д .; [7]
  • прием чрезмерного количества воды. [7]

Эти тесты должны быть сложнее, чем то, что продукт будет испытывать при использовании. Двигатели работают на максимальную мощность, чтобы продукт работал должным образом независимо от состояния. Анализ отказов с обеих сторон направлен на предотвращение повреждений и поддержание безопасности.

  • Анализ металлургических отказов
  • Акронимы в микроскопии
  • Список методов анализа материалов
  • Список ресурсов по тестированию материалов
  • Анализ видов и последствий отказов (FMEA)
  • Интенсивность отказов
  • Судебная электротехника
  • Судебная инженерия
  • Криминалистическая материаловедение
  • Судебная полимерная инженерия
  • Криминалистика
  • Микроскоп
  • Материаловедение
  • Оборудование для пробоподготовки
  • Анализ аварий
  • Характеристика (материаловедение)
  • Системы отчетов об отказах, анализа и корректирующих действий (сбор данных об отказах)

  1. ^ Блох, Хайнц; Гайтнер, Фред (1994). Анализ отказов машин и устранение неисправностей . Хьюстон, Техас: издательство Gulf Publishing Company. п. 1. ISBN 0-87201-232-8.
  2. ^ а б «Заработная плата инженера по анализу отказов» . PayScale .
  3. ^ Б с д е е г ч я J K L Брахими, Салим; Agiular, Росме; Кристенсен, Конрад (7 мая 2013 г.). «Отчет об анализе отказов стержня срезного ключа» (PDF) - через Bay Bridge Info. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. ^ а б Епископ, Кэтрин (1989). «Эксперты спрашивают, способствовали ли меры по предотвращению землетрясений обрушению шоссе» . NY Times . Проверено 2018 . Проверить значения даты в: |access-date=( помощь )
  5. ^ Ячейка испытаний реактивного двигателя Т-9. Реж. Тимоти Киршнер. Оборонные услуги распространения визуальной информации . DVIDS, 12 августа 2013 г. Интернет.
  6. ^ Брэди, Брайан (1999). «Анализ отказов» . Государственный университет Нью-Йорка в Стоуни-Брук: факультет материаловедения и инженерии. Архивировано из оригинала на 2018-07-08 . Проверено 9 апреля 2018 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  7. ^ а б в Дуивис, Роб (7 марта 2016 г.). "Как мы тестируем реактивные двигатели?" . Тем временем в KLM . Проверено 8 апреля 2018 года .
Библиография
  • Статья на эту тему в архиве IEEE
  • Конечно-элементная реализация расширенных критериев отказа для композитов

  • Мартин, Перри Л., Справочник по анализу отказов электроники , McGraw-Hill Professional; 1-е издание (28 февраля 1999 г.) ISBN  978-0-07-041044-2 .
  • Анализ отказов микроэлектроники , ASM International; Пятое издание (2004 г.) ISBN  978-0-87170-804-5
  • Луковски, Д., Анализ отказов древесины и изделий из древесины , McGraw-Hill Education; 1-е издание (2015 г.) ISBN  978-0-07-183937-2 .