Méthodes d’analyse des défaillances pour les ingénieurs de conception de produits: Questions clés et Mesures correctives (Partie 3)

Dans les parties 1 et 2 de cette série d’analyses des défaillances, nous avons discuté de la provenance des défaillances et des outils que vous souhaitez avoir dans votre boîte à outils pour y remédier. Maintenant vient le plus dur: mettre tous ces outils au travail. À la base, l’analyse des défaillances consiste à identifier l’ensemble d’entrées à l’origine de l’échec d’une sortie et les mesures correctives que vous souhaitez prendre pour y remédier. Donc, si vous avez fait tout le travail pour trouver et identifier les échecs, plongeons dans quelques étapes que vous pouvez suivre pour commencer votre processus.

En règle générale, vous constaterez des défaillances lors d’une construction ou lors de tests de fiabilité et vous n’aurez que peu de temps pour les trouver et les corriger. Lorsque vous prenez conscience du problème, posez-vous les questions suivantes pour organiser vos pensées lors d’une analyse d’échec:

• Quel est le mode de défaillance?
• Dans quelle mesure l’échec est-il critique?
• L’échec est-il répétable?
• Quelle est votre hypothèse ?
• Y a-t-il d’autres facteurs potentiels?
• Quelles données avez-vous ?
• De quelles données avez-vous besoin ?
• Avez-vous des solutions proposées ?
• Avez-vous un moyen de tester vos solutions ?
• Votre solution a-t-elle un impact sur une autre équipe ?
• Y aura-t-il des conséquences imprévues?

Pour illustrer une analyse de défaillance typique, nous allons parcourir les questions ci-dessus dans un exemple de scénario.

EXEMPLE: Montre de suivi de fitness portable

Une nouvelle montre de fitness portable est en cours d’évaluation dans sa version EVT. Pendant la construction, quelques petits problèmes surgissent, mais généralement les appareils fonctionnent. Cependant, après la construction, un échec est constaté lors des tests de chute. Ainsi commence l’analyse de l’échec.

Quel est le mode de défaillance?

Parfois, il est facile de trouver un échec, mais le plus souvent, vous ne pouvez voir que les symptômes d’un échec et vous ne pouvez pas être sûr de la cause profonde. Dans notre exemple de montre, nous constatons qu’un événement de test de chute provoque l’échec de l’affichage dans 6 des 10 appareils testés. Ce que nous savons, c’est que quelque chose s’est mal passé avec l’affichage après l’événement de chute, mais nous ne savons pas encore pourquoi l’échec s’est produit. Nous commençons par examiner dans quel état se trouve l’appareil.

• Le mode de défaillance se présente-t-il de la même manière sur les périphériques défaillants?
  • S’il existe différents types de défaillances d’affichage, l’événement drop peut avoir exposé plusieurs modes de défaillance qui peuvent chacun avoir une cause racine légèrement différente.
  • L’écran est-il devenu blanc?
  • Y a-t-il des lignes dans certaines lignes ou colonnes?
  • La lentille du couvercle s’est-elle fissurée ?
  • L’écran s’est-il fissuré?
  • Le reste de l’appareil semble-t-il fonctionner ? – Charge, moteurs, toucher, etc.?
• Quels ont été les tests spécifiques qui ont échoué?
  • De quelle hauteur la montre a-t-elle été larguée ?
  • Sur quel substrat l’appareil a-t-il été déposé ?
  • Quelle orientation les défaillances se sont-elles produites?
• Y a-t-il d’autres problèmes évidents qui peuvent être observés?
  • Y a-t-il des dommages mécaniques sur le périmètre de l’appareil?

Après une interrogation minutieuse des échantillons, nous constatons que 4 des 6 échecs provenaient de tests effectués sur un substrat de granit et 2 provenaient du substrat de panneaux de particules tous tombés d’une hauteur de table de 1 mètre. Sur 5 des pannes, l’écran devient blanc et ne répond plus. Le 6ème échec, la lentille de couverture s’est fissurée mais montrait toujours des images. Sur 2 des appareils, nous pourrions voir des marques d’éraflures sur l’objectif du couvercle, et sur 3 des appareils, il y a des rayures sur le boîtier sur un bord.

Quelle est la critique de l’échec?

La gravité des défaillances varie de faible à élevée et de nombreux niveaux entre les deux. Parfois, ce qui semble être un problème mineur devient quelque chose de plus grand. Un portable typique sera utilisé et abusé par son propriétaire. Chaque fois que l’utilisateur retire la montre est une opportunité potentielle pour un événement drop. Dans ce cas, un échec de chute où l’affichage ne répond pas semble être un problème critique à résoudre. Un affichage qui ne répondrait pas rendrait l’appareil inutilisable et entraînerait à la fois un taux de retour élevé et des clients mécontents. Ce problème mérite l’attention et doit être résolu avant que le programme ne passe aux étapes suivantes.

L’échec est-il répétable?

La répétabilité signifie que le même processus peut induire une défaillance de manière cohérente. Pour le portable, 6 appareils sur 10 ont échoué et 5 de ces 6 de la même manière. Cela suggère qu’un échec était répétable et que l’échec restant était probablement un problème ponctuel que nous devrions surveiller mais que nous ne devrions pas aborder pour le moment. Néanmoins, nous devons savoir si le problème d’affichage qui ne répond pas est vraiment répétable en creusant un peu plus profondément les données.

• L’échec se produit-il dans la même orientation de chute?
  • Les séquences de test de chute sont généralement effectuées de la même manière à chaque fois. Il peut commencer par la face avant, puis la face arrière, puis les 4 faces latérales, puis les coins. Si la chute frontale cause toujours le problème, il n’est pas clair si la défaillance est due à l’orientation particulière d’une chute frontale ou si le problème se produirait à partir d’une chute à la même hauteur.
  • Pour lutter contre cela, demandez à l’équipe de fiabilité de tester plusieurs unités en utilisant une séquence différente ou en plaçant l’orientation défaillante en dernier.
• Toutes les unités défaillantes avaient-elles la même cascade de tests de fiabilité avant la panne?
  • Dans un bon plan de test de fiabilité, des tests environnementaux sont souvent effectués en premier pour pré-conditionner les appareils. Certains seront soumis à des tests de trempage thermique ou de cyclage de température qui peuvent choquer le système ou affaiblir les liaisons adhésives.
  • Si la défaillance se produit sur des unités fraîches et sur des unités préconditionnées, la défaillance semble être un problème localisé. Si ce n’est pas le cas, nous devrons peut-être comprendre à quelles conditions le produit a été exposé avant le test de chute.

Quelle est votre hypothèse ?

Pour notre montre, il peut y avoir 2 problèmes sous-jacents ou plus. La première est que l’écran devient blanc et ne répond plus. Nous pourrions en déduire que l’alimentation a été coupée du système, ce qui indiquerait un problème avec l’écran lui-même, le connecteur de l’écran, ou un impact mécanique ou une déchirure sur le câble de l’écran. Alternativement, la connexion à la batterie ou la gestion de l’alimentation peut provoquer une panne de l’appareil.

Y a-t-il d’autres facteurs potentiels?

Les échecs souvent difficiles ont de nombreuses causes qui rendent difficile l’identification claire de l’endroit où concentrer votre temps. Si vous rencontrez des difficultés avec vos hypothèses initiales lors de l’analyse des défaillances, réfléchissez à une liste de domaines possibles à étudier.

Dans le portable, la construction EVT est la première fois que nous assemblons quelque chose. Souvent, des sous-composants tels que le module d’affichage et d’autres composants majeurs sont fabriqués avec des paramètres qui ne sont pas encore finalisés. Ainsi, les connecteurs, l’écran ou l’ensemble mécanique pourraient tous contribuer à la défaillance de l’écran.

Pour exclure d’autres sources d’erreur, nous devrons peut-être trier les paramètres du processus de fabrication, les données de mesure, les photos d’assemblage. Nous devrons peut-être approfondir nos connaissances sur nos fournisseurs en amont pour rechercher des informations supplémentaires. Pour cet exemple, supposons que l’affichage était un composant standard en production depuis longtemps, ce qui suggère qu’il n’y aura pas de changements majeurs d’affichage à venir et que nous devrions nous concentrer sur la conception mécanique.

Quelles données avez-vous pour l’analyse des défaillances?

En cas de défaillance de fiabilité du portable, nous devrions rassembler toutes les informations disponibles auxquelles nous avons accès qui pourraient nous aider à vérifier nos hypothèses. Étant donné que la défaillance s’est produite lors d’un test mécanique, nous devrions commencer par inspecter physiquement les unités défaillantes et examiner toutes les photos avant et après et la vidéo haute vitesse du test, en particulier dans l’orientation de la défaillance.

Nous recherchons des déformations ou des ruptures évidentes. Si possible, nous devrions inspecter certains des appareils défectueux et les ouvrir pour voir si nous pouvons trouver quelque chose de mal à l’intérieur. Les photos avant et après des unités nous montreront s’il y avait quelque chose de manifestement mal avec l’assemblage avant la chute. La vidéo à haute vitesse nous permet d’observer la compression et l’étirement du matériau qui se produit plus rapidement qu’un clin d’œil. Si l’écran et le boîtier se déplacent dans des directions opposées après l’impact, il peut y avoir quelque chose qui mérite d’être étudié plus avant.

De plus, nous voudrons revoir le rapport IQC sur les modules d’affichage et les rapports FAI / Cpk de mesure des principales parties de l’assemblage, y compris le boîtier mécanique. Nous examinons comment les pièces réelles se comparent aux dimensions et aux tolérances que nous avons utilisées dans nos analyses de tolérance initiales.

Si nous combinons ces ensembles de données, nous devrions être en mesure d’affiner notre hypothèse initiale et de réfléchir aux données qui nous manquent alors que nous poursuivons notre enquête d’analyse des défaillances.

De quelles données avez-vous besoin pour l’analyse des défaillances?

Bien que nous ayons un accès physique aux appareils, nous ne savons toujours pas ce qui ne va pas jusqu’à ce que nous les démontions. Lorsque nous avons ouvert 3 montres, nous avons constaté que les connecteurs carte à carte de 2 sur 3 s’étaient desserrés. Le dernier, nous n’avons pas pu le démonter correctement et ne pouvions pas dire quel était l’état du connecteur. Mais puisque 2 de ceux que nous avons ouverts ont montré le même problème, nous voudrons explorer pourquoi le connecteur s’est détaché.

Nous allons revoir nos simulations pour nous concentrer sur les forces subies par le connecteur et les autres composants d’accouplement. Nous devrions également examiner les spécifications du connecteur pour la rétention de la force et vérifier indépendamment que les connecteurs de ces écrans et de la carte de circuit imprimé principale respectent ou dépassent les spécifications. Il est également possible que le fournisseur ait utilisé une version à faible coût du connecteur ou même le mauvais connecteur pour diverses raisons, nous voudrons donc vérifier les codes de lot et les numéros de pièce du connecteur.

Nous devrons peut-être tester plus de périphériques pour voir si différents fournisseurs d’affichage ou d’autres configurations fonctionnent de la même manière.

Avez-vous des solutions proposées ?

Dans notre portable, nous avons réduit le connecteur d’affichage et l’ensemble mécanique qui l’entoure en tant que zone d’intérêt. L’équipe a passé un certain temps à analyser l’assemblage et a proposé quelques solutions. Ceux-ci incluent:

1. Ajout d’un petit morceau de mousse compressible sur le connecteur pour combler l’entrefer entre le connecteur et le boîtier principal.
2. En utilisant une résine époxy sur le connecteur une fois qu’il est en place.
3. Ajout d’un support métallique et de quelques vis pour fixer solidement le connecteur en place.
4. Changer le connecteur sur l’écran FPC et la carte.

Chacune de ces solutions a ses avantages et ses inconvénients et nécessiterait des travaux supplémentaires à tester. Nous pouvons éliminer l’option 4 après que l’équipe d’exploitation nous a dit que l’écran est un composant standard et que les coûts et les délais augmenteraient considérablement si nous passions à un nouveau connecteur.

Les solutions mécaniques nécessitent des modifications de conception et d’assemblage qui peuvent également avoir des effets potentiels en aval sur les performances mécaniques et électriques.

Avec la solution de mousse, nous devrions examiner la taille de l’espace dans l’état nominal ainsi que dans l’état d’essai de chute pour sélectionner un matériau approprié. Si la mousse appuie également sur la face inférieure de l’écran, nous devons nous assurer qu’elle ne pousse pas trop fort par derrière pour déformer l’écran.

La solution époxy pourrait être une solution rapide, mais elle pourrait ouvrir une boîte de vers sur les configurations de processus et les choix de matériaux. De plus, une fois qu’un composant a été époxiqué, il est presque impossible de le retravailler, ce qui signifie qu’une fois cette étape effectuée sur la chaîne de montage, si quelque chose ne va pas par la suite, tout cet assemblage peut devoir être jeté.

Avec le support métallique, nous devrions trouver l’espace pour le fixer et nous assurer qu’il n’y a pas de problèmes de court-circuit. Si nous le fixons avec des vis, le routage de l’affichage deviendra plus difficile car il y a probablement beaucoup de traces sur le chemin.

Avez-vous un moyen de tester vos solutions ?

Deux des solutions peuvent être faciles à prototyper : la mousse et l’époxy. Cependant, les deux comportent certains risques, surtout une fois la construction terminée. Nous aurions besoin de démonter certains appareils pour ajouter de la mousse ou de l’époxy. Lors du démontage, il y a toujours une chance que nous puissions introduire un autre problème plus lié au processus d’assemblage incontrôlé que l’option que nous essayons d’étudier. Cependant, si les prototypes sont prometteurs, ce serait un moyen rapide de gagner en confiance dans une solution.

Le support métallique pourrait être simulé en CAO ou approximé avec certaines pièces usinées, mais il serait difficile de le moderniser fonctionnellement dans le boîtier existant. Étant donné que la carte devrait être modifiée pour accueillir les bossages de vis et que la carte elle-même aurait besoin de trous percés, il est peu probable qu’un prototype fonctionnel puisse être fabriqué avant la prochaine construction. Nous pourrions donc plutôt compter sur la combinaison d’une maquette mécanique et de simulations pour approximer les performances du changement de conception.

Votre solution a-t-elle un impact sur une autre équipe ?

Tous les correctifs pour le portable ont un impact sur les autres équipes. Le moins perturbateur pour les autres serait probablement l’ajout de mousse derrière le connecteur. C’est une option facile à tester et ne nécessite que des changements minimes ou une évaluation par d’autres équipes. Dans le même temps, on ne sait pas si la mousse sera suffisante pour empêcher le connecteur de se détacher. De plus, si la mousse exerce trop de force sur l’écran, elle pourrait travailler contre nous en servant de point de pression sur l’écran lors d’un événement de chute ou nous blesser en poussant vers le haut sur l’écran et en exposant les bords de la lentille de couverture aux fissures d’araignée.

La solution époxy nécessiterait un investissement dans le processus d’assemblage pour garantir une distribution correcte de l’époxy. Les processus de colle liquide sont notoirement difficiles à finaliser, alors même si cela peut valoir la peine d’être prototypé, nous pourrions espérer ne pas utiliser cette option. En outre, il y aurait un impact sur le coût du produit car la perte de rendement sera probablement plus élevée et la reprise sera plus difficile.

Le support en tôle prendra le plus de temps à mettre en œuvre et nécessitera que les équipes électriques mettent à nouveau en page les traces de la carte. De plus, nous devrons évaluer si le blindage métallique provoquerait un rayonnement involontaire ou interférerait avec les signaux sans fil du produit.

Y aura-t-il des conséquences imprévues?

Lorsque vous apportez des modifications de conception pour résoudre un problème, il est facile de se laisser prendre au problème que vous essayez de résoudre et vous pouvez oublier d’évaluer la conception pour ce qui pourrait mal tourner. Dans cet exemple, il est possible que la mise en place de trous dans la carte de circuit imprimé et le boulonnage d’un support sur le connecteur fragilisent cette zone de la carte et au lieu que le connecteur se détache lors d’un test de chute, la carte elle-même pourrait se casser provoquant une défaillance plus importante que celle que nous avions l’intention de résoudre.

Examen de cette analyse de défaillance exemple:

Grâce au processus d’examen des données disponibles, de création d’hypothèses et de tests, nous avons trouvé la cause profonde potentielle du problème. Nous soupçonnons que le connecteur a subi plus de force que prévu et qu’en raison de l’entrefer conçu entre le haut du connecteur et le boîtier, il se détacherait lors de l’événement de chute lorsque l’entrefer est temporairement devenu plus grand. Pour résoudre ce problème, nous avons identifié 3 solutions possibles à tester et à mettre en œuvre. La voie à suivre dépend du bon fonctionnement des solutions et de leur impact potentiel sur le calendrier et les coûts du projet.

Suivi des mesures correctives

Une fois qu’un plan d’action a été choisi, l’équipe devrait non seulement suivre le processus de modification de la conception, mais également élaborer un plan pour la mise en œuvre et le suivi des solutions lors de la prochaine construction.

Pour préserver l’optionnalité, l’équipe pourrait décider d’aller de l’avant avec le changement de conception pour ajouter le support et préparer également la mousse. Cela entraînerait le petit coup de calendrier requis pour un changement d’outil et un travail de mise en page pour l’équipe électrique, mais offrirait la possibilité de tester plusieurs solutions pendant la construction, en plafonnant le nombre de versions EVT supplémentaires à une seule.

Sachant qu’il existe une vulnérabilité majeure à tester, l’équipe peut organiser la compilation pour hiérarchiser la collecte de données pour ce problème. Cette construction peut inclure des configurations de mousse seulement, juste le support métallique et une qui inclut la mousse et le support ensemble.

Avant la construction, l’équipe pouvait effectuer un nouveau FMEA et prédire où les problèmes potentiels pourraient surgir des nouvelles conceptions. En utilisant le FMEA comme point de départ, l’équipe pourrait organiser davantage d’étapes de vérification aux transformations critiques où les modifications sont mises en œuvre. Les ingénieurs sur place devraient également être encouragés à porter une attention particulière à la construction à ces étapes.

Par exemple, l’équipe doit observer à quel point il est difficile d’assembler le nouveau support. Ce changement de conception peut nécessiter des gabarits nouveaux ou mis à jour pour placer la pièce correctement sans endommager les composants à proximité. De plus, les arêtes vives du support lui-même pourraient endommager le câble flexible lors de l’assemblage ou des tests de fiabilité, nous devrions donc vérifier les résultats de la station d’essai fonctionnelle tôt pour détecter tout signe de perte de rendement.

Enfin, nous devrions nous arranger pour que le premier lot de périphériques de la nouvelle version soit alloué aux tests de fiabilité. Nous pouvons travailler avec l’équipe de fiabilité pour déterminer le nombre d’unités à tester et à réussir pour avoir confiance en notre solution. Pendant que la construction est en cours, nous pourrions avoir une idée plus claire si une ou plusieurs des configurations résout le problème tout en nous assurant qu’aucun nouveau problème ne surgit.

Conclusion

L’exemple du portable montre que même dans des problèmes relativement simples, il y a beaucoup de choses à prendre en compte lors de l’analyse des défaillances. Les rapports de fiabilité, les appareils physiques, les données de construction et même les données des fournisseurs en amont aident tous à combler les lacunes alors que nous essayons de comprendre ce qui n’a pas fonctionné et comment y remédier.

Dans les programmes réels, les ingénieurs seront confrontés à de nombreux problèmes différents et devront tous les résoudre en parallèle. Souvent, il y a peu de temps pour effectuer des analyses approfondies sur tous les problèmes avant la prochaine construction. Par conséquent, il est important d’éliminer rapidement les petits problèmes afin qu’ils puissent se concentrer sur les défis critiques avec une architecture donnée. Tous les outils qui peuvent aider les ingénieurs à collecter et à connecter des ensembles de données disparates sont extrêmement utiles pour identifier les causes profondes potentielles et résoudre plus de problèmes dans le même laps de temps. Une fois qu’une solution aura été trouvée, elle sera examinée en fonction du coût, de la rapidité et de la facilité de mise en œuvre et chacun aura une opinion différente sur la meilleure ligne de conduite à adopter. Même après que la cause première a été trouvée et qu’une solution est proposée, cela ne fait que configurer une nouvelle ligne de base à partir de laquelle des défaillances peuvent survenir. Le vrai test sera à la prochaine version car vous pourriez introduire une foule de conséquences involontaires. Ce processus se répète jusqu’à ce que vous manquiez de temps ou dans un monde idéal, vous résolviez tous les problèmes.

Instrumental a créé un ensemble unique d’outils pour réduire les frottements impliqués à chaque étape de l’analyse des défaillances. En collectant des données produits et en exécutant des images grâce à l’intelligence artificielle, nous pouvons détecter d’éventuelles anomalies avant qu’il ne soit trop tard pour les arrêter. Nous pouvons également stocker et suivre des données importantes dans notre plate-forme d’optimisation de la fabrication en ajoutant des corrélations entre les données de test échouées et les informations d’assemblage du produit. Non seulement nous réduisons le temps et les efforts consacrés aux petites défaillances, mais nous collectons et transformons les données pour résoudre les gros problèmes et, finalement, améliorer les produits. Contactez-nous pour en savoir plus sur la façon dont nous pouvons vous aider à améliorer votre processus d’analyse des défaillances.