Metodi di analisi dei guasti per i progettisti di prodotti: Domande chiave e azioni correttive (parte 3)

Nella parte 1 e nella parte 2 di questa serie di analisi dei guasti, abbiamo discusso da dove provengono i guasti e quali strumenti si desidera avere nel Ora arriva la parte difficile: mettere tutti quegli strumenti al lavoro. Al suo interno, l’analisi dei guasti riguarda l’identificazione di quale insieme di input ha causato il fallimento di un output e quali azioni correttive si desidera intraprendere per risolverlo. Quindi, se hai fatto tutto il duro lavoro per trovare e identificare i guasti, tuffiamoci in alcuni passi che si possono prendere per iniziare il processo.

In genere, si riscontrano errori durante una build o nei test di affidabilità e si ha solo poco tempo per trovarli e risolverli. Quando diventi consapevole del problema, poniti le seguenti domande per organizzare i tuoi pensieri quando esegui un’analisi dei guasti:

• Qual è la modalità di guasto?
• Quanto è critico il fallimento?
• L’errore è ripetibile?
• Qual è la tua ipotesi?
• Ci sono altri fattori potenziali?
• Quali dati hai?
• Di quali dati hai bisogno?
• Hai qualche soluzione proposta?
• Hai un modo per testare le tue soluzioni?
• La tua soluzione ha un impatto su un altro team?
• Ci saranno conseguenze indesiderate?

Per illustrare una tipica analisi dei guasti, esamineremo le domande sopra riportate in uno scenario di esempio.

ESEMPIO: Wearable Fitness Tracking Watch

Un nuovo wearable fitness watch è in fase di valutazione al suo EVT build. Durante la build emergono alcuni piccoli problemi, ma generalmente i dispositivi funzionano. Tuttavia, dopo la compilazione, viene rilevato un errore durante il test di rilascio. Quindi inizia l’analisi dei guasti.

Qual è la modalità di errore?

A volte è facile trovare un errore, ma più spesso, potresti vedere solo i sintomi di un errore e non puoi essere sicuro di quale sia effettivamente la causa principale. Nel nostro esempio di orologio, troviamo che un evento di test di caduta provoca il fallimento del display in 6 su 10 dispositivi testati. Quello che sappiamo è che qualcosa è andato storto con il display dopo l’evento drop, ma non sappiamo ancora perché si è verificato l’errore. Iniziamo esaminando in quale stato si trova il dispositivo.

• La modalità di errore si presenta allo stesso modo sui dispositivi guasti?
  • Se ci sono diversi tipi di errori di visualizzazione, l’evento drop potrebbe aver esposto più modalità di errore che potrebbero avere ciascuna una causa principale leggermente diversa.
  • Lo schermo è diventato bianco?
  • Ci sono linee in determinate righe o colonne?
  • Ha fatto il coperchio lente crepa?
  • Il display si è rotto?
  • Il resto del dispositivo sembra funzionare? – Ricarica, motori, touch, ecc?
• Quali sono stati i test specifici che hanno fallito?
  • Da quale altezza è sceso l’orologio?
  • Su quale substrato è stato scaricato il dispositivo?
  • Quale orientamento si sono verificati i guasti?
• Ci sono altri problemi ovvi che possono essere osservati?
  • C’è qualche danno meccanico sul perimetro del dispositivo?

Dopo un attento interrogatorio dei campioni, scopriamo che 4 dei 6 guasti provenivano da test eseguiti su un substrato di granito e 2 provenivano dal substrato di pannelli di particelle, tutti caduti dall’altezza del tavolo di 1 metro. Su 5 dei guasti, il display diventa bianco e non risponde. Il 6 ° fallimento, la lente di copertura incrinato, ma stava ancora mostrando le immagini. Su 2 dei dispositivi, potremmo vedere alcuni segni di graffi sulla lente di copertura, e su 3 dei dispositivi, ci sono alcuni graffi sulla custodia su un bordo.

Quanto è critico il fallimento?

I guasti variano in gravità da bassa ad alta e molti livelli in mezzo. A volte, quello che sembra essere un problema minore palloncini in qualcosa di più grande. Un tipico indossabile sarà utilizzato e abusato dal suo proprietario. Ogni volta che l’utente toglie l’orologio è una potenziale opportunità per un evento drop. In questo caso, un errore di caduta in cui il display non risponde sembra un problema critico da risolvere. Un display che non risponde renderebbe il dispositivo inutilizzabile e comporterebbe sia un alto tasso di rendimento che clienti insoddisfatti. Questo problema merita attenzione e dovrebbe essere risolto prima che il programma passi ai passaggi successivi.

L’errore è ripetibile?

Ripetibilità significa che lo stesso processo può indurre un errore in modo coerente. Per il wearable, 6 su 10 dispositivi falliti e 5 di quelli 6 nello stesso modo. Ciò suggerisce che un errore era ripetibile e il fallimento rimanente era probabilmente un problema una tantum che dovremmo monitorare ma non affrontare in questo momento. Ancora, abbiamo bisogno di scoprire se il problema di visualizzazione non risponde è veramente ripetibile scavando nei dati un po ‘ più in profondità.

• L’errore si verifica nello stesso orientamento di caduta?
  • Le sequenze di test di caduta vengono solitamente eseguite nello stesso modo ogni volta. Potrebbe iniziare con la faccia anteriore, quindi la faccia posteriore, quindi le 4 facce laterali, quindi gli angoli. Se la caduta frontale causa sempre il problema, non è chiaro se il guasto sia dovuto al particolare orientamento di una caduta frontale o se il problema si verifichi da qualsiasi caduta alla stessa altezza.
  • Per combattere questo, chiedi al team di affidabilità di testare più unità usando una sequenza diversa o posizionando l’orientamento fallito per ultimo.
• Tutte le unità guaste hanno la stessa cascata di test di affidabilità prima del guasto?
  • In un buon piano di test di affidabilità, i test ambientali vengono spesso eseguiti prima di precondizionare i dispositivi. Alcuni saranno sottoposti a test di assorbimento termico o di ciclo termico che possono scioccare il sistema o indebolire i legami adesivi.
  • Se l’errore si verifica su nuove unità e su quelle precondizionate, l’errore sembrerebbe essere un problema localizzato. In caso contrario, potremmo aver bisogno di capire a quali condizioni è stato esposto il prodotto prima del test di caduta.

Qual è la tua ipotesi?

Per il nostro orologio, potrebbero esserci 2 o più problemi sottostanti. Il primo è che il display diventa bianco e non risponde. Si potrebbe dedurre che l’alimentazione è stata interrotta dal sistema che punterebbe a un problema con il display stesso, il connettore del display, o un impingement meccanico o strappo sul cavo del display. In alternativa, la connessione alla batteria o la gestione dell’alimentazione potrebbero causare il guasto del dispositivo.

Ci sono altri fattori potenziali?

Spesso i fallimenti impegnativi hanno molte cause che rendono difficile identificare chiaramente dove concentrare il tuo tempo. Se hai problemi con le tue ipotesi iniziali durante l’analisi dei guasti, fai un brainstorming su un elenco di possibili aree da indagare.

Nel wearable, la build EVT è la prima volta che stiamo mettendo insieme qualcosa. Spesso, sottocomponenti come il modulo display e altri componenti principali sono realizzati con parametri che non sono ancora finalizzati. Pertanto, i connettori, il display o l’assemblaggio meccanico potrebbero tutti contribuire al guasto del display.

Per escludere altre fonti di errore, potrebbe essere necessario ordinare i parametri del processo di produzione, i dati di misurazione, le foto di assemblaggio. Potremmo aver bisogno di approfondire i nostri fornitori a monte per cercare ulteriori informazioni. Per questo esempio, supponiamo che il display sia stato un componente standard in produzione per un lungo periodo, il che suggerisce che non ci saranno cambiamenti importanti sul display e che dovremmo concentrarci sulla progettazione meccanica.

Quali dati hai per l’analisi dei guasti?

Nel fallimento dell’affidabilità del wearable, dovremmo raccogliere tutte le informazioni disponibili a cui abbiamo accesso che potrebbero aiutarci a verificare le nostre ipotesi. Poiché il guasto si è verificato durante un test meccanico, dovremmo iniziare ispezionando fisicamente le unità guaste e rivedendo le foto prima e dopo e il video ad alta velocità del test, specialmente nell’orientamento del guasto.

Stiamo cercando eventuali deformazioni o rotture evidenti. Se possibile, dovremmo ispezionare alcuni dei dispositivi guasti e aprirli per vedere se possiamo trovare qualcosa di sbagliato all’interno. Le foto prima e dopo delle unità ci mostreranno se c’era qualcosa di ovviamente sbagliato nell’assemblaggio prima di cadere. Il video ad alta velocità ci consente di osservare la compressione e l’allungamento del materiale che avviene più velocemente di un batter d’occhio. Se il display e l’alloggiamento si muovono in direzioni opposte dopo l’impatto, potrebbe esserci qualcosa che vale la pena indagare ulteriormente.

Inoltre, vorremo rivedere il rapporto IQC sui moduli display e sui rapporti FAI/Cpk di misurazione delle parti principali dell’assemblaggio, incluso l’alloggiamento meccanico. Stiamo osservando come le parti reali si confrontano con le dimensioni e le tolleranze che abbiamo usato nelle nostre analisi iniziali di tolleranza.

Se combiniamo questi set di dati, dovremmo essere in grado di perfezionare la nostra ipotesi iniziale e pensare a quali dati ci mancano mentre continuiamo la nostra indagine di analisi dei guasti.

Di quali dati hai bisogno per l’analisi dei guasti?

Mentre abbiamo accesso fisico ai dispositivi, non sappiamo ancora cosa c’è che non va fino a quando abbiamo teardown i dispositivi. Quando apriamo gli orologi 3, abbiamo scoperto che i connettori da scheda a scheda su 2 su 3 si erano sciolti. L’ultimo, non siamo stati in grado di smontare correttamente e non abbiamo potuto dire quale fosse lo stato del connettore. Ma dal momento che 2 di quelli che abbiamo aperto ha mostrato lo stesso problema, vorremo esplorare il motivo per cui il connettore si è allentato.

Vorremo rivedere le nostre simulazioni per concentrarci sulle forze sperimentate dal connettore e da altri componenti di accoppiamento. Dovremmo anche rivedere le specifiche del connettore per la ritenzione della forza e verificare in modo indipendente che i connettori su questi display e il circuito principale soddisfino o superino le specifiche. È anche possibile che il fornitore abbia utilizzato una versione a basso costo del connettore o anche il connettore sbagliato per una serie di motivi, quindi vorremo verificare i codici del lotto del connettore e i numeri di parte.

Potrebbe essere necessario testare più dispositivi per vedere se diversi fornitori di display o altre configurazioni eseguono allo stesso modo.

Hai qualche soluzione proposta?

Nel nostro wearable, abbiamo ristretto il connettore del display e l’assemblaggio meccanico che lo circonda come area di interesse. Il team ha passato un po ‘ di tempo ad analizzare l’assemblaggio e ha proposto alcune soluzioni. Questi includono:

1. Aggiunta di un piccolo pezzo di schiuma comprimibile sopra il connettore per occupare il traferro tra il connettore e l’alloggiamento principale.
2. Utilizzando una resina epossidica al connettore una volta che è in posizione.
3. Aggiunta di una staffa metallica e alcune viti per fissare saldamente il connettore in posizione.
4. Modifica del connettore sul display FPC e sulla scheda.

Ognuna di queste soluzioni ha i suoi pro e contro e richiederebbe ulteriore lavoro da testare. Possiamo eliminare l’opzione 4 dopo che il team operativo ci ha detto che il display è un componente standard e che i costi e i tempi di consegna aumenterebbero in modo significativo se ci spostassimo su un nuovo connettore.

Le soluzioni meccaniche richiedono modifiche di progettazione e assemblaggio che possono anche avere potenziali effetti a valle sulle prestazioni meccaniche ed elettriche.

Con la soluzione di schiuma, dovremmo rivedere la dimensione dello spazio nella condizione nominale e nella condizione di prova di caduta per selezionare un materiale appropriato. Se la schiuma sarà anche premendo sul lato inferiore del display, dovremmo fare in modo che non spingere troppo forte da dietro per distorcere lo schermo.

La soluzione epossidica potrebbe essere una soluzione rapida, ma potrebbe aprire una lattina di vermi circa le configurazioni di processo e le scelte dei materiali. Inoltre, una volta che un componente è stato epossidato, è quasi impossibile rielaborare il che significa che una volta eseguito questo passaggio sulla catena di montaggio, se qualcosa successivamente va storto, potrebbe essere necessario eliminare l’intero assemblaggio.

Con la staffa metallica, avremmo bisogno di trovare lo spazio per collegare la staffa e assicurarsi che non ci siano problemi di cortocircuito. Se lo fissiamo con le viti, il routing del display diventerà più difficile in quanto probabilmente ci sono molte tracce nel modo.

Hai un modo per testare le tue soluzioni?

Due delle soluzioni possono essere facili da prototipare: la schiuma e l’epossidico. Tuttavia, entrambi sono dotati di alcuni rischi, soprattutto dopo la costruzione è stata completata. Avremmo bisogno di smontare alcuni dispositivi per aggiungere la schiuma o resina epossidica. Durante lo smontaggio, c’è sempre la possibilità che potremmo introdurre un altro problema più legato al processo di assemblaggio incontrollato rispetto all’opzione che stiamo cercando di indagare. Tuttavia, se i prototipi mostrano promesse, questo sarebbe un modo rapido per acquisire fiducia in una soluzione.

La staffa metallica potrebbe essere simulata in CAD o approssimata con alcuni pezzi lavorati, ma sarebbe difficile da adattare funzionalmente nell’alloggiamento esistente. Poiché la scheda dovrebbe essere modificata per ospitare i boss delle viti e la scheda stessa avrebbe bisogno di fori praticati attraverso di essa, è improbabile che un prototipo funzionante possa essere realizzato prima della prossima build. Quindi, invece, potremmo fare affidamento sulla combinazione di un mockup meccanico e simulazioni per approssimare il modo in cui il cambiamento di progettazione avrebbe funzionato.

La tua soluzione ha un impatto su un altro team?

Tutte le correzioni per l’impatto indossabile altre squadre. Il meno dirompente per gli altri sarebbe probabilmente l’aggiunta di schiuma dietro il connettore. Questa è un’opzione facile da testare e richiede solo modifiche minime o valutazione da parte di altri team. Allo stesso tempo, non è chiaro se la schiuma sarà sufficiente per evitare che il connettore si allenti. Inoltre, se la schiuma esercita troppa forza sul display, potrebbe funzionare contro di noi fungendo da punto di pressione sul display durante un evento di caduta o danneggiarci spingendo verso l’alto sul display ed esponendo i bordi della lente di copertura alle fessure del ragno.

La soluzione epossidica richiederebbe investimenti nel processo di assemblaggio per garantire che la resina epossidica possa essere erogata correttamente. I processi di colla liquida sono notoriamente difficili da finalizzare, quindi sebbene valga la pena di prototipare, potremmo sperare di non utilizzare questa opzione. Inoltre, ci sarebbe un colpo al costo del prodotto poiché la perdita di rendimento sarà probabilmente più alta e la rilavorazione sarà più difficile.

La staffa in lamiera impiegherà più tempo per implementare e richiedere alle squadre elettriche di disporre nuovamente le tracce della scheda. Inoltre, dovremmo valutare se lo scudo metallico causerebbe radiazioni non intenzionali o interferirebbe con i segnali wireless nel prodotto.

Ci saranno conseguenze indesiderate?

Quando si apportano modifiche al progetto per risolvere un problema, è facile rimanere coinvolti nel problema che si sta tentando di risolvere e si può dimenticare di valutare il progetto per cos’altro potrebbe andare storto. In questo esempio, è possibile che mettendo fori nel circuito stampato e bullonatura una staffa sopra il connettore renderà questa zona della scheda debole e invece del connettore popping sciolto durante un test di caduta, la scheda stessa potrebbe rompersi causando un guasto più grande di quello che intendevamo risolvere.

Recensione di questo esempio di analisi dei guasti:

Attraverso il processo di revisione dei dati disponibili, creazione di ipotesi e test, abbiamo trovato la potenziale causa principale del problema. Abbiamo il sospetto che il connettore sperimentato più forza di quanto è stato valutato per e a causa del traferro progettato tra la parte superiore del connettore e l “alloggiamento, si allenterebbe durante l” evento goccia quando il traferro temporaneamente è diventato più grande. Per risolvere questo problema, abbiamo identificato 3 possibili soluzioni da testare e implementare. Il modo in cui scegliamo di andare dopo dipende da quanto bene funzionano le soluzioni e da come potenzialmente incidono sui costi di pianificazione e progetto.

Monitoraggio delle azioni correttive

Una volta scelta una linea d’azione, il team non avrebbe solo bisogno di passare attraverso il processo di apportare le modifiche al design, ma avrebbe bisogno di sviluppare un piano per implementare e monitorare le soluzioni alla prossima build.

Per preservare l’opzionalità, il team potrebbe decidere di andare avanti con la modifica del design per aggiungere la staffa e preparare anche la schiuma. Ciò comporterebbe il piccolo colpo di programma richiesto da un cambio utensile e un lavoro di layout per il team elettrico, ma fornirebbe l’opzionalità di testare più soluzioni durante la compilazione, auspicabilmente, limitando il numero di build EVT extra a una sola.

Sapendo che esiste una vulnerabilità importante da testare, il team può organizzare la build per dare la priorità alla raccolta dei dati per questo problema. Questa build potrebbe includere configurazioni di solo schiuma, solo la staffa metallica, e uno che include la schiuma e la staffa insieme.

Prima della costruzione, il team poteva eseguire un nuovo FMEA e prevedere dove potrebbero sorgere potenziali problemi dai nuovi progetti. Utilizzando il FMEA come punto di partenza, il team potrebbe organizzare ulteriori passaggi di controllo nelle trasformazioni critiche in cui vengono implementate le modifiche. Gli ingegneri in loco dovrebbero anche essere incoraggiati a prestare particolare attenzione alla costruzione in questi passaggi.

Ad esempio, il team dovrebbe osservare quanto sia difficile assemblare la nuova staffa. Questa modifica di progettazione potrebbe richiedere maschere nuove o aggiornate per posizionare correttamente la parte senza danneggiare i componenti vicini. Inoltre, gli spigoli vivi della staffa stessa potrebbero causare danni al cavo flessibile durante il montaggio o il test di affidabilità, quindi dovremmo controllare presto i risultati della stazione di test funzionale per eventuali segni di ricaduta della resa.

Infine, dovremmo organizzare il primo lotto di dispositivi della nuova build da assegnare per i test di affidabilità. Possiamo lavorare con il team di affidabilità per determinare quante unità avrebbero bisogno di essere testati e passare per sentirsi sicuri nella nostra soluzione. Mentre la build è in corso, potremmo ottenere un quadro più chiaro se una o più configurazioni risolve il problema, assicurandoci che non emergano nuovi problemi.

Conclusione

L’esempio indossabile mostra che anche in questioni relativamente semplici, ci sono molte cose da considerare durante l’analisi dei guasti. I report di affidabilità, i dispositivi fisici, i dati di compilazione e persino i dati dei fornitori upstream aiutano a colmare le lacune mentre cerchiamo di capire cosa è andato storto e come risolverlo.

Nei programmi reali, gli ingegneri affronteranno molti problemi diversi e dovranno risolverli tutti in parallelo. Spesso, c’è poco tempo per eseguire analisi di immersione profonda su tutti i problemi prima della prossima build. Pertanto, è importante eliminare rapidamente i piccoli problemi in modo che possano concentrarsi sulle sfide critiche con una determinata architettura. Tutti gli strumenti che possono aiutare gli ingegneri a raccogliere e collegare set di dati disparati sono immensamente utili per identificare potenziali cause alla radice e risolvere più problemi nello stesso lasso di tempo. Una volta trovata una soluzione, verrà esaminata in termini di costi, velocità e facilità di implementazione e tutti avranno un’opinione diversa su quale sarà la migliore linea d’azione. Anche dopo che la causa principale è stata trovata e viene proposta una soluzione, questo imposta solo una nuova linea di base da cui possono verificarsi errori. Il vero test sarà alla prossima build perché potresti introdurre una serie di conseguenze non intenzionali. Questo processo si ripete fino a quando non si esaurisce il tempo o in un mondo ideale, si risolvono tutti i problemi.

Instrumental ha creato un set unico di strumenti per ridurre l’attrito coinvolto in ogni fase dell’analisi dei guasti. Raccogliendo dati sui prodotti e eseguendo le immagini attraverso l’intelligenza artificiale, possiamo trovare possibili anomalie prima che sia troppo tardi per fermarle. Possiamo anche memorizzare e tenere traccia dei dati importanti nella nostra piattaforma di ottimizzazione della produzione aggiungendo correlazioni tra dati di test falliti e informazioni sull’assemblaggio del prodotto. Non solo stiamo riducendo il tempo e gli sforzi spesi per piccoli guasti, ma stiamo raccogliendo e trasformando i dati per risolvere i grandi problemi per rendere i prodotti migliori. Contattaci per saperne di più su come possiamo aiutarti a migliorare il tuo processo di analisi dei guasti.