Fehleranalysemethoden für Produktdesigner: Schlüsselfragen und Korrekturmaßnahmen (Teil 3)

In Teil 1 und Teil 2 dieser Fehleranalyseserie haben wir besprochen, woher Fehler kommen und welche Tools Sie in Ihrem Toolkit haben möchten, um sie zu beheben. Jetzt kommt der schwierige Teil: All diese Werkzeuge einsetzen. Im Kern geht es bei der Fehleranalyse darum, zu ermitteln, welche Eingaben zum Ausfall einer Ausgabe geführt haben und welche Korrekturmaßnahmen Sie ergreifen möchten, um sie zu beheben. Wenn Sie also die ganze harte Arbeit geleistet haben, um Fehler zu finden und zu identifizieren, lassen Sie uns einige Schritte erläutern, die Sie unternehmen können, um Ihren Prozess zu beginnen.

In der Regel finden Sie Fehler während eines Builds oder bei Zuverlässigkeitstests und haben nur kurze Zeit, um sie zu finden und zu beheben. Wenn Sie auf das Problem aufmerksam werden, stellen Sie sich die folgenden Fragen, um Ihre Gedanken bei der Durchführung einer Fehleranalyse zu organisieren:

• Was ist der Fehlermodus?
• Wie kritisch ist der Ausfall?
• Ist der Fehler wiederholbar?
• Was ist Ihre Hypothese?
• Gibt es noch andere mögliche Faktoren?
• Welche Daten haben Sie?
• Welche Daten benötigen Sie?
• Haben Sie Lösungsvorschläge?
• Haben Sie eine Möglichkeit, Ihre Lösungen zu testen?
• Hat Ihre Lösung Auswirkungen auf ein anderes Team?
• Wird es irgendwelche unbeabsichtigten Konsequenzen geben?

Um eine typische Fehleranalyse zu veranschaulichen, gehen wir die obigen Fragen in einem Beispielszenario durch.

BEISPIEL: Wearable Fitness Tracking Watch

Eine neue Wearable Fitness Watch wird an ihrem EVT Build evaluiert. Während des Builds treten einige kleine Probleme auf, aber im Allgemeinen funktionieren die Geräte. Nach dem Build wird jedoch während des Falltests ein Fehler festgestellt. So beginnt die Fehleranalyse.

Was ist der Fehlermodus?

Manchmal ist es leicht, einen Fehler zu finden, aber häufiger sehen Sie möglicherweise nur Symptome eines Fehlers und können nicht sicher sein, was die eigentliche Ursache ist. In unserem Uhrenbeispiel stellen wir fest, dass ein Falltestereignis bei 6 von 10 getesteten Geräten zum Ausfall der Anzeige führt. Was wir wissen, ist, dass nach dem Drop-Ereignis etwas mit der Anzeige schief gelaufen ist, aber wir wissen noch nicht, warum der Fehler aufgetreten ist. Wir beginnen mit der Untersuchung, in welchem Zustand sich das Gerät befindet.

• Ist der Fehlermodus auf den ausgefallenen Geräten gleich?
  • Wenn es verschiedene Arten von Anzeigefehlern gibt, hat das Drop-Ereignis möglicherweise mehrere Fehlermodi aufgedeckt, die jeweils eine etwas andere Ursache haben können.
  • Wurde der Bildschirm weiß?
  • Gibt es Zeilen in bestimmten Zeilen oder Spalten?
  • Ist die Abdeckscheibe gerissen?
  • Hat das Display geknackt?
  • Scheint der Rest des Geräts zu funktionieren? -Lade, motoren, touch, etc?
• Was waren die spezifischen Tests, die fehlgeschlagen sind?
  • Aus welcher Höhe fiel die Uhr?
  • Auf welches Substrat wurde das Gerät fallen gelassen?
  • In welcher Richtung sind die Fehler aufgetreten?
• Gibt es andere offensichtliche Probleme, die beobachtet werden können?
  • Gibt es mechanische Schäden am Umfang des Geräts?

Nach sorgfältiger Untersuchung der Proben stellen wir fest, dass 4 der 6 Fehler auf Tests zurückzuführen sind, die auf einem Granitsubstrat durchgeführt wurden, und 2 auf das Spanplattensubstrat, das alle aus einer Tischhöhe von 1 Meter gefallen ist. Bei 5 der Fehler wird das Display weiß und reagiert nicht mehr. Der 6. Ausfall, die Abdeckung Linse geknackt, aber immer noch Bilder zeigt. Auf 2 der Geräte sehen wir möglicherweise einige Kratzspuren auf der Abdecklinse, und auf 3 der Geräte gibt es einige Kratzer auf dem Gehäuse an einer Kante.

Wie kritisch ist der Fehler?

Der Schweregrad der Ausfälle reicht von niedrig bis hoch und viele Ebenen dazwischen. Manchmal, was scheint ein kleines Problem Ballons in etwas Größeres zu sein. Ein typisches Wearable wird von seinem Besitzer benutzt und missbraucht. Jedes Mal, wenn der Benutzer die Uhr ablegt, besteht die Möglichkeit eines Drop-Events. In diesem Fall scheint ein Drop-Fehler, bei dem das Display nicht reagiert, ein kritisches Problem zu sein. Ein nicht reagierendes Display würde das Gerät unbrauchbar machen und sowohl zu einer hohen Rücklaufquote als auch zu unzufriedenen Kunden führen. Dieses Problem verdient Aufmerksamkeit und sollte behoben werden, bevor das Programm mit den nächsten Schritten fortfährt.

Ist der Fehler wiederholbar?

Wiederholbarkeit bedeutet, dass derselbe Prozess konsistent zu einem Fehler führen kann. Für das Wearable fielen 6 von 10 Geräten aus und 5 davon 6 auf die gleiche Weise. Dies deutet darauf hin, dass ein Fehler wiederholbar war und der verbleibende Fehler wahrscheinlich ein einmaliges Problem war, das wir überwachen, aber zu diesem Zeitpunkt nicht angehen sollten. Dennoch müssen wir herausfinden, ob das Problem der nicht reagierenden Anzeige wirklich wiederholbar ist, indem wir etwas tiefer in die Daten eintauchen.

• Tritt der Fehler in derselben Fallrichtung auf?
  • Falltestsequenzen werden normalerweise jedes Mal auf die gleiche Weise durchgeführt. Es könnte mit der Vorderseite beginnen, dann die Rückseite, dann die 4 Seitenflächen, dann die Ecken. Wenn der Frontflächenabfall immer das Problem verursacht, bleibt unklar, ob der Fehler auf die bestimmte Ausrichtung eines Frontflächenabfalls zurückzuführen ist oder ob das Problem bei jedem Abfall in derselben Höhe auftreten würde.
  • Um dies zu bekämpfen, lassen Sie das Zuverlässigkeitsteam weitere Einheiten in einer anderen Reihenfolge testen oder die fehlgeschlagene Ausrichtung zuletzt platzieren.
• Hatten alle ausgefallenen Einheiten vor dem Ausfall die gleiche Anzahl von Zuverlässigkeitstests?
  • In einem guten Zuverlässigkeitstestplan werden oft zuerst Umwelttests durchgeführt, um die Geräte vorzukonditionieren. Einige werden Hitze- oder Temperaturzyklustests unterzogen, die das System schockieren oder die Klebeverbindungen schwächen können.
  • Wenn der Fehler bei frischen und vorkonditionierten Geräten auftritt, scheint der Fehler ein lokalisiertes Problem zu sein. Wenn nicht, müssen wir möglicherweise verstehen, welchen Bedingungen das Produkt vor dem Falltest ausgesetzt war.

Was ist Ihre Hypothese?

Bei unserer Uhr liegen möglicherweise 2 oder mehr zugrunde liegende Probleme vor. Das erste ist, dass das Display weiß wird und nicht mehr reagiert. Wir könnten daraus schließen, dass die Stromversorgung des Systems unterbrochen wurde, was auf ein Problem mit dem Display selbst, dem Display-Anschluss oder einem mechanischen Aufprall oder Riss am Display-Kabel hindeuten würde. Alternativ kann die Verbindung zum Akku oder zur Energieverwaltung zum Ausfall des Geräts führen.

Gibt es noch andere mögliche Faktoren?

Oft haben herausfordernde Fehler viele Ursachen, die es schwierig machen, klar zu erkennen, wo Sie Ihre Zeit konzentrieren sollten. Wenn Sie während der Fehleranalyse Probleme mit Ihren anfänglichen Hypothesen haben, erstellen Sie eine Liste möglicher zu untersuchender Bereiche.

Im Wearable ist der EVT-Build das erste Mal, dass wir etwas zusammenstellen. Oft werden Unterkomponenten wie das Anzeigemodul und andere Hauptkomponenten mit noch nicht finalisierten Parametern hergestellt. Daher könnten die Anschlüsse, das Display oder die mechanische Baugruppe alle zum Ausfall des Displays beitragen.

Um andere Fehlerquellen auszuschließen, müssen wir möglicherweise Fertigungsprozessparameter, Messdaten und Montagefotos sortieren. Möglicherweise müssen wir tiefer in unsere Vorlieferanten eintauchen, um nach zusätzlichen Informationen zu suchen. Nehmen wir für dieses Beispiel an, dass das Display lange Zeit eine Standardkomponente in der Produktion war, was darauf hindeutet, dass es keine größeren Displayänderungen geben wird und dass wir uns auf das mechanische Design konzentrieren sollten.

Welche Daten haben Sie für die Fehleranalyse?

Bei einem Ausfall der Zuverlässigkeit des Wearables sollten wir alle verfügbaren Informationen sammeln, auf die wir zugreifen können, um unsere Hypothesen zu überprüfen. Da der Fehler während eines mechanischen Tests aufgetreten ist, sollten wir zunächst die ausgefallenen Einheiten physisch untersuchen und alle Vorher-Nachher-Fotos und das Hochgeschwindigkeitsvideo des Tests überprüfen, insbesondere im Falle eines Fehlers.

Wir suchen nach offensichtlichen Verformungen oder Brüchen. Wenn möglich, sollten wir einige der ausgefallenen Geräte inspizieren und öffnen, um zu sehen, ob wir etwas falsch auf der Innenseite finden. Die Vorher-Nachher-Fotos der Einheiten zeigen uns, ob vor dem Ablegen offensichtlich etwas mit der Montage nicht stimmte. Das Hochgeschwindigkeitsvideo ermöglicht es uns, die Kompression und Dehnung des Materials schneller als im Handumdrehen zu beobachten. Wenn sich Display und Gehäuse nach dem Aufprall in entgegengesetzte Richtungen bewegen, kann es sich lohnen, weiter zu untersuchen.

Zusätzlich möchten wir den IQC-Bericht über die Anzeigemodule und die FAI / Cpk-Messberichte der wichtigsten Teile der Baugruppe einschließlich des mechanischen Gehäuses überprüfen. Wir schauen uns an, wie die tatsächlichen Teile mit den Abmessungen und Toleranzen verglichen werden, die wir in unseren ersten Toleranzanalysen verwendet haben.

Wenn wir diese Datensätze kombinieren, sollten wir in der Lage sein, unsere ursprüngliche Hypothese zu verfeinern und darüber nachzudenken, welche Daten uns fehlen, wenn wir unsere Fehleranalyseuntersuchung fortsetzen.

Welche Daten benötigen Sie für die Fehleranalyse?

Während wir physischen Zugriff auf die Geräte haben, wissen wir immer noch nicht, was los ist, bis wir die Geräte abreißen. Als wir 3 Uhren öffneten, stellten wir fest, dass sich die Board-to-Board-Anschlüsse an 2 von 3 gelöst hatten. Den letzten konnten wir nicht richtig auseinander nehmen und konnten nicht sagen, wie der Zustand des Steckverbinders war. Aber da 2 von denen, die wir geöffnet haben, das gleiche Problem zeigten, werden wir untersuchen wollen, warum sich der Stecker gelöst hat.

Wir werden unsere Simulationen überprüfen, um uns auf die Kräfte zu konzentrieren, die der Steckverbinder und andere Steckkomponenten erfahren. Wir sollten auch die Steckverbinderspezifikation auf Kraftretention überprüfen und unabhängig überprüfen, ob die Steckverbinder auf diesen Displays und der Hauptplatine die Spezifikation erfüllen oder übertreffen. Es ist auch möglich, dass der Hersteller aus verschiedenen Gründen eine kostengünstige Version des Steckverbinders oder sogar den falschen Stecker verwendet hat, sodass wir die Chargencodes und Teilenummern des Steckverbinders überprüfen möchten.

Möglicherweise müssen wir weitere Geräte testen, um festzustellen, ob verschiedene Anzeigeanbieter oder andere Konfigurationen die gleiche Leistung erbringen.

Haben Sie Lösungsvorschläge?

In unserem Artikel haben wir den Display-Anschluss und die ihn umgebende mechanische Baugruppe als Interessensgebiet eingegrenzt. Das Team verbrachte einige Zeit mit der Analyse der Baugruppe und schlug einige Lösungen vor. Dazu gehören:

1. Fügen Sie ein kleines Stück kompressiblen Schaums über den Stecker, um den Luftspalt zwischen dem Stecker und dem Hauptgehäuse aufzunehmen.
2. Unter Verwendung eines Epoxidharzes zum Verbindungsstück, sobald es an Ort und Stelle ist.
3. Hinzufügen einer Metallhalterung und einiger Schrauben, um den Stecker sicher zu befestigen.
4. Ändern des Anschlusses an der Display-FPC und der Platine.

Jede dieser Lösungen hat ihre Vor- und Nachteile und würde zusätzliche Testarbeit erfordern. Wir können Option 4 eliminieren, nachdem das Betriebsteam uns mitgeteilt hat, dass das Display eine Standardkomponente ist und die Kosten und Vorlaufzeiten erheblich steigen würden, wenn wir auf einen neuen Anschluss umsteigen würden.

Die mechanischen Lösungen erfordern Konstruktions- und Montageänderungen, die auch potenzielle nachgelagerte Auswirkungen auf die mechanische und elektrische Leistung haben können.

Bei der Schaumlösung sollten wir die Größe des Spalts sowohl im Nennzustand als auch im Falltestzustand überprüfen, um ein geeignetes Material auszuwählen. Wenn der Schaum auch auf die Unterseite des Displays drückt, sollten wir sicherstellen, dass er nicht zu stark von hinten drückt, um den Bildschirm zu verzerren.

Die Epoxy-Lösung könnte eine schnelle Lösung sein, aber es könnte eine Dose Würmer über die Prozesskonfigurationen und Materialauswahl öffnen. Darüber hinaus ist es nach dem Epoxidieren einer Komponente nahezu unmöglich, Nacharbeiten durchzuführen, was bedeutet, dass, sobald dieser Schritt am Fließband durchgeführt wurde, wenn anschließend etwas schief geht, Diese gesamte Baugruppe möglicherweise weggeworfen werden muss.

Mit der Metallhalterung müssten wir den Platz finden, um die Halterung anzubringen, und sicherstellen, dass es keine Kurzschlussprobleme gibt. Wenn wir es mit Schrauben befestigen, wird das Display-Routing schwieriger, da wahrscheinlich viele Spuren im Weg sind.

Haben Sie eine Möglichkeit, Ihre Lösungen zu testen?

Zwei der Lösungen lassen sich leicht prototypisieren – der Schaum und das Epoxid. Beide sind jedoch mit einigen Risiken verbunden, insbesondere nach Abschluss des Builds. Wir müssten einige Geräte zerlegen, um den Schaum oder Epoxid hinzuzufügen. Während der Demontage besteht immer die Möglichkeit, dass wir ein anderes Problem einführen, das eher mit dem unkontrollierten Montageprozess zusammenhängt als mit der Option, die wir untersuchen möchten. Wenn die Prototypen jedoch vielversprechend sind, wäre dies ein schneller Weg, um Vertrauen in eine Lösung zu gewinnen.

Die Metallhalterung könnte in CAD simuliert oder mit einigen bearbeiteten Teilen angenähert werden, wäre jedoch im vorhandenen Gehäuse nur schwer funktional nachrüstbar. Da das Board modifiziert werden müsste, um die Schraubennocken aufzunehmen, und das Board selbst Löcher durchbohren müsste, ist es unwahrscheinlich, dass vor dem nächsten Build ein funktionierender Prototyp hergestellt werden könnte. Stattdessen konnten wir uns auf die Kombination eines mechanischen Modells und Simulationen verlassen, um die Leistung der Konstruktionsänderung zu ermitteln.

Hat Ihre Lösung Auswirkungen auf ein anderes Team?

Alle Korrekturen für das Wearable wirken sich auf andere Teams aus. Am wenigsten störend für andere wäre wahrscheinlich das Hinzufügen von Schaum hinter dem Stecker. Dies ist eine einfache Testoption und erfordert nur minimale Änderungen oder Bewertungen durch andere Teams. Gleichzeitig ist unklar, ob der Schaum ausreicht, um zu verhindern, dass sich der Stecker löst. Wenn der Schaum zu viel Kraft auf das Display ausübt, kann er auch gegen uns wirken, indem er während eines Fallereignisses als Druckpunkt auf dem Display dient, oder uns verletzen, indem er auf das Display drückt und die Kanten der Abdecklinse Spinnrissen aussetzt.

Die Epoxidlösung würde Investitionen in den Montageprozess erfordern, um sicherzustellen, dass das Epoxidharz ordnungsgemäß abgegeben werden kann. Flüssigklebeprozesse sind bekanntermaßen schwer zu finalisieren, so dass es sich zwar lohnt, Prototypen zu erstellen, wir hoffen jedoch, diese Option nicht zu verwenden. Außerdem würden die Kosten des Produkts beeinträchtigt, da der Ertragsverlust wahrscheinlich höher und die Nacharbeit schwieriger sein wird.

Die Implementierung der Blechhalterung nimmt die meiste Zeit in Anspruch und erfordert, dass die elektrischen Teams die Leiterbahnen erneut auslegen. Darüber hinaus müssten wir bewerten, ob die Metallabschirmung unbeabsichtigte Strahlung verursachen oder drahtlose Signale im Produkt stören würde.

Wird es irgendwelche unbeabsichtigten Konsequenzen geben?

Wenn Sie Designänderungen vornehmen, um ein Problem zu beheben, können Sie leicht in das Problem verwickelt werden, das Sie zu lösen versuchen, und Sie können vergessen, das Design für das zu bewerten, was sonst noch schief gehen könnte. In diesem Beispiel ist es möglich, dass das Anbringen von Löchern in der Leiterplatte und das Verschrauben einer Halterung über dem Steckverbinder diesen Bereich der Platine schwach macht und anstatt dass sich der Steckverbinder während eines Falltests löst, Die Platine selbst könnte brechen und einen größeren Fehler verursachen als den, den wir lösen wollten.

Überprüfung dieses Fehleranalysebeispiels:

Durch den Prozess der Überprüfung der verfügbaren Daten, der Erstellung von Hypothesen und Tests haben wir die mögliche Ursache des Problems gefunden. Wir vermuten, dass der Stecker mehr Kraft erfahren hat, als er bewertet wurde, und aufgrund des konstruierten Luftspalts zwischen der Oberseite des Steckers und dem Gehäuse, würde sich während des Fallens lösen, wenn der Luftspalt vorübergehend größer wird. Um dieses Problem zu beheben, haben wir 3 mögliche Lösungen zum Testen und Implementieren identifiziert. Welchen Weg wir als nächstes einschlagen, hängt davon ab, wie gut die Lösungen funktionieren und wie sie sich möglicherweise auf den Zeitplan und die Projektkosten auswirken.

Überwachung von Korrekturmaßnahmen

Sobald eine Vorgehensweise ausgewählt wurde, müsste das Team nicht nur den Prozess der Entwurfsänderungen durchlaufen, sondern auch einen Plan für die Implementierung und Überwachung der Lösungen beim nächsten Build entwickeln.

Um die Optionalität zu wahren, konnte das Team beschließen, mit der Designänderung fortzufahren, um die Halterung hinzuzufügen und auch den Schaum vorzubereiten. Dies würde den geringen Zeitaufwand verursachen, der für einen Werkzeugwechsel und Layoutarbeiten für das Elektrikteam erforderlich ist, würde jedoch die Möglichkeit bieten, mehrere Lösungen während des Builds zu testen und hoffentlich die Anzahl der zusätzlichen EVT-Builds auf nur einen zu begrenzen.

Da das Team weiß, dass eine große Schwachstelle getestet werden muss, kann es den Build so einrichten, dass die Datenerfassung für dieses Problem priorisiert wird. Dieser Build kann Konfigurationen von nur Schaum, nur der Metallhalterung und einer, die den Schaum und die Halterung zusammen enthält, enthalten.

Vor dem Build konnte das Team eine neue FMEA durchführen und vorhersagen, wo potenzielle Probleme durch die neuen Designs auftreten könnten. Ausgehend von der FMEA könnte das Team weitere Prüfschritte an den kritischen Stellen veranlassen, an denen die Änderungen implementiert werden. Ingenieure vor Ort sollten auch ermutigt werden, bei diesen Schritten sorgfältig auf den Build zu achten.

Zum Beispiel sollte das Team beobachten, wie schwierig es ist, die neue Halterung zu montieren. Diese Konstruktionsänderung erfordert möglicherweise neue oder aktualisierte Vorrichtungen, um das Teil ordnungsgemäß zu platzieren, ohne nahe gelegene Komponenten zu beschädigen. Darüber hinaus können die scharfen Kanten der Halterung selbst das Flexkabel während der Montage oder Zuverlässigkeitstests beschädigen, sodass wir die Ergebnisse der Funktionsprüfstation frühzeitig auf Anzeichen von Ertragsausfällen überprüfen sollten.

Schließlich sollten wir dafür sorgen, dass die erste Charge von Geräten aus dem neuen Build für Zuverlässigkeitstests zugewiesen wird. Wir können mit dem Zuverlässigkeitsteam zusammenarbeiten, um zu bestimmen, wie viele Einheiten getestet und bestanden werden müssen, um von unserer Lösung überzeugt zu sein. Während des Builds konnten wir uns ein klareres Bild davon machen, ob eine oder mehrere der Konfigurationen das Problem beheben, und gleichzeitig sicherstellen, dass keine neuen Probleme auftreten.

Fazit

Das folgende Beispiel zeigt, dass selbst bei relativ einfachen Fragestellungen bei der Fehleranalyse viele Dinge zu beachten sind. Zuverlässigkeitsberichte, physische Geräte, Build-Daten und sogar Daten von Upstream-Anbietern helfen dabei, die Lücken zu schließen, wenn wir versuchen zu verstehen, was schief gelaufen ist und wie wir es beheben können.

In realen Programmen stehen Ingenieure vor vielen verschiedenen Problemen und müssen sie alle parallel lösen. Oft bleibt wenig Zeit, um vor dem nächsten Build Deep-Dive-Analysen zu allen Themen durchzuführen. Daher ist es wichtig, kleine Probleme schnell zu beseitigen, damit sie sich auf die kritischen Herausforderungen einer bestimmten Architektur konzentrieren können. Alle Tools, mit denen Ingenieure unterschiedliche Datensätze sammeln und verbinden können, sind äußerst hilfreich, um potenzielle Ursachen zu identifizieren und mehr Probleme in derselben Zeit zu lösen. Sobald eine Lösung gefunden wurde, wird sie auf Kosten, Geschwindigkeit und einfache Implementierung geprüft, und jeder wird eine andere Meinung darüber haben, was die beste Vorgehensweise sein wird. Selbst nachdem die Ursache gefunden und eine Lösung vorgeschlagen wurde, wird nur eine neue Basislinie erstellt, ab der Fehler auftreten können. Der eigentliche Test wird beim nächsten Build sein, da Sie eine Vielzahl unbeabsichtigter Konsequenzen einführen könnten. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis Ihnen die Zeit ausgeht oder Sie in einer idealen Welt alle Probleme lösen.

Instrumental hat einen einzigartigen Satz von Werkzeugen entwickelt, um die Reibung bei jedem Schritt der Fehleranalyse zu reduzieren. Durch das Sammeln von Produktdaten und das Ausführen von Bildern durch künstliche Intelligenz können wir mögliche Anomalien finden, bevor es zu spät ist, sie zu stoppen. Wir können auch wichtige Daten in unserer Fertigungsoptimierungsplattform speichern und nachverfolgen, indem wir Korrelationen zwischen fehlgeschlagenen Testdaten und Informationen zur Produktmontage hinzufügen. Wir reduzieren nicht nur den Zeit- und Arbeitsaufwand für kleine Fehler, sondern sammeln und transformieren auch Daten, um die großen Probleme zu lösen und letztendlich Produkte zu verbessern. Kontaktieren Sie uns, um mehr darüber zu erfahren, wie wir Ihnen helfen können, Ihren Fehleranalyseprozess zu verbessern.