Confiabilidade. Projeto para Confiabilidade Alessandro L. Koerich

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1 Confiabilidade Projeto para Confiabilidade Alessandro L. Koerich

2 Introdução A confiabilidade de um produto é fortemente influenciada por decisões tomadas durante o processo de projeto. Deficiências no projeto afetam todos os itens produzidos e são progressivamente mais caras para serem corrigidas. O custo dos erros de projeto aumentam drasfcamente ao longo do ciclo de desenvolvimento do produto.

3 Introdução Figure 7.1 Cost of design change.

4 Introdução Os requisitos básicos para um projeto livre de falhas são basicamente: Margens de segurança adequadas Proteção contra eventos de carga extrema Proteção contra degradação Além disso, outros fatores que afetam a confiabilidade devem ser levando em conta: Método de produção Uso e manutenção Falhas não causadas por carga

5 Introdução O processo de projeto deve ser então organizado para assegurar que princípios de projeto livres de falhas sejam usados e que qualquer desvio seja detectado e corrigido. O anfgo modelo testa- analisa- e- conserta ou test- analize- and- fix (TAAF) não se aplica mais! A confiabilidade deve estar embufda no projeto do produto. O processo atual chamado de, inicia nos primeiros estágios do desenvolvimento do produto e deve ser bem integrado durante todas as fases.

6 DfR engloba várias ferramentas e práfcas e descreve a ordem de uflização que uma organização deve seguir para obter confiabilidade em seus produtos. Apesar de estar em uso por muitos anos, a DfR ainda está em desenvolvimento. A DfR pode variar dependendo da indústria, produto, ciclo de desenvolvimento dentre outros fatores, mas de uma forma genérica temos a sequencia de a9vidades de engenharia necessárias para obter um projeto livre de falhas.

7 Figure 7.2 Design for reliability (DfR) acfvifes flow.

8 A implementação das práfcas e ferramentas da DfR é considerada tediosa e cara. Entretanto, mesmo a descoberta de poucas deficiências em um estágio preliminar pode propiciar uma economia muito maior do que ter que modificar o projeto em um estágio mais avançado, ou mesmo ter que conviver com o defeito.

9 1. IdenFficar Entendimento dos requisitos do sistema Cliente, equipe de projeto, práfcas da indústria Coletar dados, entender o ambiente de uso Técnicas de análise: Quality FuncFon Deployment (QFD), benchmarking com compefdores, análise de uso, esfmafva do custo da confiabilidade, ambiente, etc.

10 1. IdenFficar Técnicas de análise: Benchmarking Vai além da confiabilidade do produto É um processo para melhorar o produto e desempenho do processo através da idenfficação concnua, compreensão e adaptação de práfcas e processos, caracterísfca e níveis de desempenho de produtos de classe mundial e processos. Ambiente Conhecer os Fpos de estresses que acontecerão no ambiente de uso. Temperatura, vibração, choque, humidade, pressão. Valores extremos devem ser considerados. Armazenamento, transporte, operação e manutenção. Diversidade Ambiental

11 Figure 7.3 StaFsFcal distribufon of the annual driving distances (per passenger car in Europe).

12 1. IdenFficar Técnicas de análise: QFD (Desenvolvimento da Função Qualidade?) É uma técnica para idenfficar todos os fatores que que podem afetar a habilidade de um projeto ou produto para safsfazer o usuário e os métodos e responsabilidades necessárias para garanfr o controle. Vai além da confiabilidade. Leva em conta as preferencias dos usuários. Equipe envolvendo markefng, projeto, produção, confiabilidade e qualidade trabalhando no plano ou especificação do produto. IdenFficando caracterísfcas a serem controladas, métodos de controle aplicáveis e pessoas responsáveis, bem como riscos, restrições e recursos necessários. Traça um diagrama (house of quality).

13 Figure 7.4 Quality funcfon deployment for electric motor design.

14 1. IdenFficar Técnicas de análise: Avaliação de Risco Diversas questões devem ser respondidas Quanto mais sims maior o risco.

15 1. IdenFficar Técnicas de análise: Questões de Avaliação de Risco O produto conterá alguma tecnologia nova que não possui um comprovado histórico de confiabilidade? É um projeto revolucionário oposto a um evolucionário? O projeto será significafvamente diferente de um anfgo (>30%)? O produto será usado em uma região geográfica diferente ou será exposto a condições extremas? O produto tem algum novo requisito? O produto terá uma nova aplicação? Algum material novo será usado no projeto? Haverá alguma mudança na cadeia de fornecedores? O produto será produzido em uma fábrica diferente? O produto será fornecido a um novo cliente? Existe algum outra mudança que pode afetar a confiabilidade?

16 2. Projetar Este é o estágio onde as afvidades específicas do projeto iniciam: Layout do circuito, desenho mecânico, seleção de componentes/ fornecedores, etc. Lista de materiais Primeira análise de confiabilidade pode ser feita! Outras afvidades: Design Failure Modes Effects and CriFcality Analysis (FMECA) Lições aprendidas Análise da árvore de falhas Listas de itens crífcos Fatores humanos Estudo de Perigo e Operabilidade (HAZOPS)

17 2. Projetar Design Failure Modes Effects and Cri9cality Analysis (FMECA) ou Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) É o método de análise da confiabilidade do projeto mais empregado e mais efefvo. Considera cada modo de falha de cada componente de um sistema para estabelecer os efeitos de cada um destes modos na operação do sistema. Os modos de falha são classificados segundo a severidade dos seus efeitos. Pode ser baseado na abordagem funcional ou hardware.

18 2. Projetar FMECA ou FMEA Hardware: São considerados os modos de falha do hardware. Ex: resistor circuito aberto, ventoinha travada, etc. Funcional: Falhas em funcionalidades. Ex: sem resposta, perda de memória, etc. Podem ser mapeada para uma falha de hardware. Planilha cpica AIAG- 3 usada para destacar os modos de falha cujos efeitos são importante em relação a severidade, detectabilidade, probabilidade de ocorrência, mantenabilidade ou segurança. Inclui Risk Priority Number (RPN) para estabelecer o risco.

19 Figure 7.5 FMEA worksheet for AIAG- 3 method.

20 2. Projetar FMECA ou FMEA RPN: Atribuir um valor [1 ~ 10] para:» Severidade de cada efeito ou falha» Probabilidade de ocorrência de cada causa de falha» Probabilidade de detecção prévia de cada causa de falha RPN = Severidade Ocorrência Detecção» Serve para priorizar problemas para tomar ações correfvas

21 2. Projetar FMECA ou FMEA Planilha cpica US MIL- STD Inclui taxa de falhas ou probabilidade, razão do modo de falhas e levantamento quanftafvo da crifcidade Fornece um número de cri9cidade do modo de falha (C m ): C m = βαλ p t β = probabilidade condicional de perda de função ou missão α = razão do modo de falha (para um item a soma = 1) λ p = taxa de falha do item t = tempo de operação ou tempo de risco de um item

22 Figure 7.6 MIL- STD Method 102 worksheet for crifcality analysis.

23 2. Projetar FMECA ou FMEA Passos: Obter todas as informações disponíveis sobre o projeto Preparar um diagrama de blocos funcionais do sistema Preparar um diagrama de blocos da confiabilidade Decidir o enfoque da FMECA, pois ela pode ser realizada com diferentes enfoques:» Segurança» Sucesso da missão» Disponibilidade» Custos de reparação» Modos de falha» Detectabilidade de efeitos» Etc.

24 2. Projetar FMECA ou FMEA Passos (Cont.): Preparar a FMECA usando uma planilha apropriada, trabalhando a nível de item ou subsistema apropriado Deve começar assim que as informações iniciais do projeto esfverem disponíveis. Deve ser feita de maneira iterafva a medida que o projeto se desenvolve, para influenciar o projeto e fornecer documentação. Não é uma tarefa trivial e envolve muitas horas ou semanas de trabalho.

25 Usos da FMECA ou FMEA 1. IdenFficar caracterísfcas a serem incluídas no programa de testes. 2. Preparação de rofnas de diagnósfco como fluxogramas ou tabelas para levantamento de defeitos. 3. Preparação dos requisitos de manutenção prevenfva. 4. Projeto de testes built- in (BIT), indicadores de falhas e redundância. 5. Para análise da testabilidade e diagnosfco de falhas. 6. Para o desenvolvimento de so~ware para teste automáfco e BIT. 7. Retenção de registros formais de análise de segurança e confiabilidade. 8. Para considerar a possibilidade de falhas induzidas pela produção.

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27 3. Analisar Nesta fase é importante relacionar todas as potenciais fontes de falha do produto. Diversos Fpos de analises podem ser feitas após um primeiro rascunho do projeto ser criado: Física de falhas Análise por elementos finitos DRBFM (Design Review Based on Failure Mode) Predição da confiabilidade Projeto de experimentos Análise de derafng

28 4. Verificar Nesta fase um protófpo está pronto e as afvidades de verificação do projeto podem iniciar. As afvidades incluem: Teste de vida acelerado (ALT) Teste de vida altamente acelerado (HALT) Análise de vida úfl Análise de degradação Etc.

29 5. Validar O objefvo da validação é resolver de maneira efefva questões relacionadas ao projeto e fabricação, caso tenham sido desconsideradas nas fases anteriores. Envolve testes funcionais e ambientais a nível de sistema com o propósito de assegurar que o projeto está pronto para a produção. Os requisitos de confiabilidade devem ser demonstrados neste estágio. A validação do produto é feita normalmente em duas fases: Validação do projeto Validação do processo

30 5. Validar Validação do projeto São executados em um protófpo testes ambientais, de durabilidade, de capacidade e funcionais. Validação do processo São executados em um piloto os mesmos testes anteriores.

31 6. Controle O objefvo neste estágio é de manter o processo de fabricação sob controle e assegurar baixa variabilidade do processo. As ferramentas empregadas neste estágio incluem inspeções automáfcas, gráficos de controle, auditorias, fatores humanos, burn- in, análise de aspectos conhecidos das produção, varredura de stress ambiental, varredura de stress altamente acelerada, FMEA do processo e outras afvidades focadas na produção.