Rolul Analizei Defectarilor In Dezvoltarea, Fabricarea Si Utilizarea Unui Produs

Analiza defectărilor (AD) este metoda științifică de a găsi cauza ce face ca un produs să se defecteze, adică să nu-și mai îndeplinească, în timpul funcționării sale, funcția pentru care a fost creat. Inițial, AD a fost dezvoltată ca o metodă auxiliară a cercetării de fiabilitate, fiind folosită pentru identificarea mecanismelor de defectare în cazul eșantioanelor supuse unor încercari de durată de viață. Odată cu lămurirea cauzelor defectărilor pentru fiecare produs defectat în încercări, adică după ce se stabileau mecanismele de defectare (MD), se propuneau și anumite măsuri corective (modificări ale proiectului, ale procesului de fabricație, ale controalelor de intrare sau de pe flux etc.), care erau aplicate la următoarele loturi de fabricare pentru același produs. Această procedură avea o hibă fundamentală: era folosită pe produsul finit, iar reacția era mult întârziată de durata încercărilor de fiabilitate (mergând până la un an) și a analizei ulterioare. Astfel încât acțiunile corective nu se puteau aplica următorului lot, ci mult mai târziu. Între timp o serie de loturi erau fabricate cu aceeași tehnologie, care se putea dovedi incorectă ca urmare a AD. Drept urmare, în ultimii ani, AD a început să fie utilizată pe întreaga durată de dezvoltare a unui produs

2. CÂND TREBUIE UTILIZATĂ ANALIZA DEFECTĂRILOR?

Când trebuie utilizată AD? Răspunsul este simplu: la toate etapele ciclului de dezvoltare al unui produs, apoi pe perioada fabricației și chiar după aceea, la exploatarea produsului. De ce? Pentru că AD este menită să identifice cauzele defectărilor, iar riscurile de defectare pot fi inițiate sau se materializează în defectări la toate etapele menționate. De exemplu, dacă se analizează ciclul de viață al unui sistem electronic, posibilele defectări apărute sunt identificate în tabelul 1.

Tabelul 1

3. ANALIZA DEFECTĂRILOR ÎN TIMPUL CICLULUI DE DEZVOLTARE

3.1. Ingineria convergentă

În principiu, există două cerințe fundamentale la dezvoltarea unui nou produs:

 timpul până la ajungerea pe piață (time-tomarket) trebuie minimizat;

 trebuie atins nivelul cerut de calitate și fiabilitate după cât mai puține cicluri de dezvoltare (ideal, unul singur) de la proiect la testarea finală.

Este dificil să îndeplinești simultan ambele cerințe: poate fi relativ ușor să minimizezi timpul de dezvoltare, dar e mult mai greu să și maximizezi nivelul de fiabilitate, întrucât sunt implicate încercări de fiaiblitate ce pot fi de durată mare. În plus, mai există un factor care poate îngreuna această sarcină : complexitatea proceselor de fabricație, cum sunt cele pentru componente sau sisteme electronice. Este, deci, nevoie sa fie utilizat un instrument puternic de lucru.

Acesta este ingineria convergentă – IC (concurrent engineering), care înseamnă că toți cei care concură la realizarea unui produs finit trebuie să fie implicați cât mai devreme (chiar de la faza de proiect) și apoi permanent pe parcursul fluxului de dezvoltare al produsului. Ideea pare simplă, dar ea a avut un succes uriaș, probat prin nenumărate exemple. Totul este ca managerul general al instituției care dezvoltă produsul să fie convins de necesitatea IC ! Pentru că el este cel care poate aduna în echipa de proiectare atât pe inginerii de proces și pe ctc-iști, cât și pe fiabiliști, pe inginerii de testare, ba chiar și pe specialiștii în marketing. Doar un efort concertat al tuturor acestor specialiști poate duce la îndeplinirea celor două cerințe fundamentale pentru dezvoltarea unui produs.

Din punctul de vedere al AD, în echipa de dezvoltare trebuie sa fie implicați specialiștii în fiabilitate (încercări, analize ale defectărilor, modelare și simulare), conceptul fiind numit proiectare pentru fiabilitate (design for reliability – DfR). DfR trebuie să înțeleagă, să prezică, să optimizeze și să proiecteze fiabilitatea optimă, luând în considerare materialele, procesele și aplicațiile posibile.

3.2 Testarea de fiabilitate

Ciclul de dezvoltare al unui produs trebuie să urmeze câteva proceduri bine-cunoscute, care pot fi grupate în patru etape (faze): proiect, demonstrator, model experimental și prototip. Demonstratorul este o primă verificare practică a funcționării produsului, modelul experimental își propune să atingă sau să depășească niște parametri funcționali ai unui produs existent, iar prototipul este faza finală a dezvoltării – produsul pregătit pentru a fi introdus în fabricație.

Mult timp, testarea de fiabilitate a fost folosită doar pentru măsurarea fiabilității, când de fapt rolul ei, stabilit cu precizie în ultimii ani, este îmbunătățirea fiabilității pe parcursul întregului flux de dezvoltare a produsului. În acest proces, AD este un instrument esențial, după cum se vede din tabelul 2.

Tabelul 2

După cum se poate remarca, primele teste de fiabilitate se efectuează pe demonstrator, apoi pe modelul experimental, fiind urmate de AD. Ele sunt denumite teste de stres (stress tests), pentru că trebuie să verifice limitele nivelelor de stres la care rezistă produsul fără să se defecteze. AD se efectuează cu mare atenție pe fiecare produs defectat, pentru că informația rezultată este esențială pentru dezvoltarea produsului.

La faza de prototip, se repetă testele de stress, dar se adaugă încercările mecano-climatice pentru calificarea produsului și multe alte teste de fiabilitate, urmate toate de AD, inclusiv cele pentru evaluarea fiabilității loturilor de produse (numite și încercări cantitative de viață – quantitative life tests), multe dintre ele accelerate prin mărirea nivelului de stres la care se efectuează.

În toate cazurile, trebuie propuse acțiuni corective, care se referă la:

 proceduri de lucru (procese, controale) noi / modificate;

 parametri noi care să fie măsurați la punctele de control (sau modificări al condițiilor de măsură / limitelor pentru parametrii existenți);

 noi puncte de control / monitorizare (sau modificări ale cerințelor celor existente).

4. ANALIZA DEFECTĂRILOR LA PREGĂTIREA FABRICAȚIEI

Principala cauză a defectărilor de pregătire a fabricației o reprezintă selecția inadecvată a materialelor sau a combinațiilor de materiale. Pentru a fi mai ușor de înțeles, ne vom referi, din nou, la componente și sistemele electronice.

Analiza de fiabilitate a materialelor. Pentru sistemele electronice, materialele sunt analizate la controlul de intrare. În general, AD se aplică sub forma unei caracterizări microfizice și numai dacă există dubii privind calitatea materialelor.

Pentru componentele electronice, controlul de intrare al materialelor trebuie să fie bine documentat, deoarece influențează decisiv calitatea și fiabilitatea produsului. El constă în măsurarea parametrilor fizici / electrici ai materialelor. Dacă apar defecte, fabricantul efectuează și teste de fiabilitate pe întregul lot de materiale, executate, de obicei, de laboratoare independente. AD pentru cele defectate este esențială, pentru că permite elaborarea măsurilor corective.

5. ANALIZA DEFECTĂRILOR ÎN TIMPUL FABRICAȚIEI

Pentru orice produs tehnic, defectările sunt atribuite unei game extinse de factori legați de fabricație, cum ar fi procese de fabricație neadecvate, lipsa unor controale necesare etc. Pentru componentele electronice, apar o serie de factori suplimentari, de exemplu cerințele dure privind calitatea fluidelor și a atmosferei de lucru (se admite o cantitate foarte mică de particule de praf, cum ar fi, în așa numita clasă 100, 100 particule pe m3).

5.1. Istoria fabricației

Prima cerință la efectuarea unei AD pentru defectările provenite dintr-un lot de component / sisteme electronice este cunoașterea istoriei fabricației. Aceasta înseamnă înregistrarea datelor referitoare la: calitatea materialelor, fluidelor și a mediului de lucru, procedurile și parametrii tuturor proceselor utilizate, valorile parametrilor măsurați la controalele inter-operații și la punctele de monitorizare a fiabilității. Dacă aceste date nu sunt cunoscute, este virtual imposibil să se poată înțelege de ce s-au defectat produsele (adică să se stabilească MD), dar și să se elaboreze măsuri corective eficiente pentru lotul de produse.

5.2 Monitorizarea fiabilității

Procesul construirii fiabilității unui produs este inițiat la faza de proiect, atunci când sunt elaborate toate măsurile necesare pentru fabricarea unui produs fiabil. Apoi, pe durata fabricației, calitatea și fiabilitatea sunt permanent verificate prin monitori de proces.

În principiu, există două tipuri principale de cauze ale apariției riscurilor de defectare : erorile umane, respectiv modificările neașteptate ale calității proceselor. Prima cauză este esențială, având următoarele surse posibile:

proiectanții nu au reușit să ia în considerare toți factorii importanți (cu alte cuvinte, nu a elaborat un proiect robust, care să rămână fiabil chiar la modificări neașteptate ale parametrilor de proces),

furnizorii de materiale au livrat produse necorespunzătoare ;

inginerii de proces sau de asamblare nu au respectat procedurile ;

inginerii de testare și fiabilitate nu au utilizat cele mai potrivite metode de lucru ;

utilizatorii au folosit incorect produsele ;

specialiștii în mentenanță nu au respectat principiile corecte ale mentenanței.

6. ANALIZA DEFECTĂRILOR DUPĂ FABRICAȚIE

Produsele finite ajung pe piață, deci fabricantul trebuie să fie sigur că nu a livrat produse necorespunzătoare. Alfel, își poate pierde clienții! De aceea, pe produsele finite se efectuează încercări de fiabilitate, pentru calificarea produsului (tehnologiei). Pentru componentele și sistemele electronice, această operație este crucială, în special în ultimii ani, când s-au introdus multe tehnologii noi (cum sunt cele de micro și nanosisteme, de exemplu). Câteva exemple sunt date în continuare:

 capsulele de plastic le înlocuiesc pe cele din ceramică, chiar pentru componente de înaltă fiabilitate; acest pas a fost posibil prin realizarea unor materiale plastice cu proprietăți excepționale;

 cuprul înlocuiește aluminiul în construcția firelor din interiorul capsule componentei cu semiconductoare; în acest mod se evită unele fenomene cu implicații negative asupra fiabilității compnentelor, cum ar fi apariția unor compuși aur-aluminiu care se deteriorează în timp (așa numita plagă purpurie);

 produsele fără plumb le înlocuiesc pe cele tradiționale în tehnologiile de încapsulare a componentelor electronice.

Toate acestea și multe altele sunt provocări noi pentru fiabilitatea componentelor și sistemelor electronice. Lungi și costisitoare teste de fiabilitate, urmate de atente AD, sunt necesare pentru validarea noilor tehnologii, acesta fiind prețul ce trebuie să fie plătit pentru a fi sigur că noua tehnologie e viabilă.

Pe de altă parte, în testarea de fiabilitate trebuie identificate cele două filozofii de bază :

 testarea pe bază de standarde (standard-based testing), care recomandă folosirea unor metode de testare standardizate, în care parametrii de stres sunt bine cuantificați, în funcție de aplicațiile posibile, iar rezultatele se constituie într-un set de date, pentru care se decide, conform unor instrucțiuni, dacă lotul de produse a trecut sau nu testul;

 testarea pe bază de cunoștințe (knowledge-based testing), care câștigă teren în ultima vreme, presupunând un efort concertat pentru a înțelege deteriorările posibile în condițiile specifice ale aplicațiilor, din care apoi derivă teste posibile pentru simularea condițiilor din aplicații; în această relativ nouă filozofie, rolul AD este mult sporit.

7. ANALIZA DEFECTĂRILOR LA UTILIZAREA PRODUSULUI

Întreaga muncă depusă pentru dezvoltarea și fabricarea produsului este validată prin comportarea lui în viața reală. În principiu, culegerea de date privind comportarea în utilizare pare cea mai bună soluție pentru calcularea nivelului de fiabilitate. De exemplu, se propune un model statistic pentru evaluarea fiabilității pe baza datelor de exploatare pentru un produs, în care prin utilizarea unei metode de tip Bayes se pot include și datele provenite din experiența anterioară pentru produse oarecum similare. De asemenea, informațiile provenite din AD precedente sunt incluse.

Din nefericire, de regulă, datele din exploatare nu sunt fiabile și nu permit estimări precise ale fiabilității. În primul rând, ele provin de la un grup eterogen de persoane care le culeg, multe dintre ele speciliazate în fiabilitatea sistemelor și nu în cea a componentelor. În plus, aceste date se referă de regulă doar la modurile de defectare, făcând aproape imposibilă identificarea MD și separarea populațiilor afectate de fiecare MD, astfel încât să se poată face o prelucrare statistică precisă. Mai mult, în cele mai multe cazuri, pentru modelarea defectelor de exploatare se folosește distribuția exponențială (cea mai simplu de utilizat), care rareori este și cea adevărată.

În concluzie, datele provenind din încercările de laborator sunt singurele care pot da o estimare cât de cât corectă a fiabilității, desigur, pe baza AD. Există totuși încercări interesante de a compara datele de laborator cu cele din exploatare, în ideea de a obține estimări cât mai precise. În practică diferențele sunt de până la 1-2 ordine de mărime (în ceea ce privește rata de defectare), iar AD este și în acest caz criteriul esențial și cel mai obiectiv pentru validarea datelor de laborator.