Keboleharapan. Minggu 2 Jun/Julai, 04

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

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

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

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

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 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

• 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

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

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

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