Failure Analysis Methods For Product Design Engineers: Nøkkelspørsmål Og Korrigerende Tiltak (Del 3)

i del 1 og del 2 av denne failure analysis series diskuterte vi hvor feil kommer fra og hvilke verktøy du vil ha i verktøykassen for å løse dem. Nå kommer den harde delen: å sette alle disse verktøyene til å fungere. I kjernen handler feilanalyse om å identifisere hvilket sett med innganger som forårsaket at en utgang mislyktes og hvilke korrigerende tiltak du vil ta for å fikse det. Så hvis du gjorde alt det harde arbeidet for å finne og identifisere feil, la oss dykke inn i noen trinn du kan ta for å starte prosessen.

vanligvis finner du feil under en konstruksjon eller i pålitelighetstesting og har bare kort tid til å finne og fikse dem. Når du blir klar over problemet, spør deg selv følgende spørsmål for å organisere tankene dine når du utfører en feilanalyse:

• Hva er feilmodus?
• hvor kritisk er feilen?
• er feilen repeterbar?
• hva er din hypotese?
• Er det andre potensielle faktorer?
• Hvilke data har du?
• Hvilke data trenger du?
• har du noen forslag til løsninger?
• har du en måte å teste dine løsninger på?
• påvirker løsningen et annet team?
• Vil det være noen utilsiktede konsekvenser?

for å illustrere en typisk feilanalyse, vil vi gå gjennom spørsmålene ovenfor i et eksempelscenario.

EKSEMPEL: Wearable Fitness Tracking Watch

En ny wearable fitness watch blir evaluert ved SIN EVT-konstruksjon. Under byggingen oppstår noen små problemer, men generelt fungerer enhetene. Etter byggingen blir det imidlertid funnet en feil under drop-testing. Så begynner feilanalysen.

Hva er feilmodus?

Noen ganger er det lett å finne en feil, men oftere kan du bare se symptomer på en feil og kan ikke være sikker på hva grunnårsaken faktisk er. I vårt ureksempel finner vi at en falltesthendelse fører til at skjermen mislykkes i 6 av 10 testede enheter. Det vi vet er at noe gikk galt med skjermen etter drop-hendelsen, men vi vet ennå ikke hvorfor feilen oppstod. Vi begynner med å undersøke hvilken tilstand enheten er i.

• presenterer feilmodus på samme måte på de mislykkede enhetene?
  • hvis det er forskjellige typer skjermfeil, kan drop-hendelsen ha utsatt flere feilmoduser som hver kan ha en litt annen grunnårsak.
  • ble skjermen hvit?
  • Er det linjer ut i visse rader eller kolonner?
  • sprakk deksellinsen?
  • sprakk skjermen?
  • ser resten av enheten ut til å fungere? – Lading, motorer, berøring, etc?
• Hva var de spesifikke testene som mislyktes?
  • hvilken høyde falt klokken fra?
  • Hvilket substrat ble enheten droppet på?
  • hvilken retning oppstod feilene?
• Er det noen andre åpenbare problemer som kan observeres?
  • er det noen mekanisk skade på omkretsen av enheten?

Etter nøye forhør av prøvene finner vi at 4 av de 6 feilene kom fra tester utført på granittsubstrat og 2 kom fra sponplatens substrat, alle falt fra bordhøyde på 1 meter. På 5 av feilene blir skjermen hvit og svarer ikke. Den 6. feilen, deksellinsen sprakk, men viste fortsatt bilder. På 2 av enhetene kan vi se noen scuff-merker på deksellinsen, og på 3 av enhetene er det noen riper på huset på den ene kanten.

hvor kritisk er feilen?

Feil varierer i alvorlighetsgrad fra lav til høy og mange nivåer i mellom. Noen ganger, hva synes å være et mindre problem ballonger til noe større. En typisk bærbar vil bli brukt og misbrukt av eieren. Hver gang brukeren tar klokken av er en potensiell mulighet for en drop event. I dette tilfellet virker en dråpe feil der skjermen ikke svarer som et kritisk problem å løse. En ikke-responsiv skjerm vil gjøre enheten ubrukelig og vil resultere i både høy avkastningsrate og misfornøyde kunder. Dette problemet fortjener oppmerksomhet og bør løses før programmet går til neste trinn.

er feilen repeterbar?

Repeterbarhet betyr at samme prosess kan indusere en feil konsekvent. For den bærbare, mislyktes 6 av 10 enheter og 5 av de 6 på samme måte. Dette antyder at en feil var repeterbar, og den gjenværende feilen var sannsynligvis et engangsproblem som vi bør overvåke, men ikke takle på dette tidspunktet. Likevel må vi finne ut om det ikke-responsive skjermproblemet virkelig er repeterbart ved å grave inn i dataene litt dypere.

• oppstår feilen i samme dråperetning?
  • Drop testsekvenser utføres vanligvis på samme måte hver gang. Det kan starte med forsiden, deretter baksiden, deretter 4 sideflatene, deretter hjørnene. Hvis front face drop alltid forårsaker problemet, er det uklart om feilen skyldes den spesielle orienteringen til en frontal face drop, eller om problemet ville oppstå fra en dråpe i samme høyde.
  • for å bekjempe dette må pålitelighetsteamet teste flere enheter ved hjelp av en annen sekvens eller plassere den mislykkede orienteringen sist.
• hadde alle de mislykkede enhetene samme foss av pålitelighetstester før feilen?
  • i en god pålitelighetstestplan utføres ofte miljøtester først for å forutse enhetene. Noen vil bli satt gjennom varme suge eller temperatur sykling tester som kan sjokkere systemet eller svekke lim obligasjoner.
  • hvis feilen oppstår på friske enheter og på forutbestemte, ser feilen ut til å være et lokalisert problem. Hvis ikke, må vi kanskje forstå hvilke forhold produktet ble utsatt for før droptesten.

Hva er din hypotese?

for klokken vår kan det være 2 eller flere underliggende problemer. Den første er at skjermen blir hvit og forblir ikke svarer. Vi kan antyde at strømmen har blitt avskåret fra systemet som ville peke på et problem med selve skjermen, skjermkontakten, eller en mekanisk impingement eller rive på skjermkabelen. Alternativt kan tilkoblingen til batteriet eller strømstyringen føre til at enheten mislykkes.

Er det andre potensielle faktorer?

ofte utfordrende feil har mange årsaker som gjør det vanskelig å tydelig identifisere hvor du skal fokusere tiden din. Hvis du har problemer med dine første hypoteser under feilanalyse, brainstorm en liste over mulige områder å undersøke.

I den bærbare er EVT-bygningen første gang vi setter noe sammen. Ofte produseres delkomponenter som skjermmodulen og andre hovedkomponenter med parametere som ennå ikke er ferdigstilt. Som sådan kan kontaktene, skjermen eller den mekaniske samlingen alle være bidragsytere til skjermfeilen.

For å utelukke andre feilkilder må vi kanskje sortere gjennom produksjonsprosessparametere, måledata, monteringsbilder. Vi må kanskje dykke dypere inn i våre oppstrømsleverandører for å se etter ytterligere informasjon. For dette eksemplet, la oss anta at skjermen var en standardkomponent i produksjon i lang tid, noe som tyder på at det ikke kommer noen store skjermendringer, og at vi bør fokusere på mekanisk design.

Hvilke data har du for feilanalyse?

i pålitelighetsfeilen til den bærbare, bør vi samle all tilgjengelig informasjon vi har tilgang til som kan hjelpe oss med å verifisere våre hypoteser. Siden feilen oppstod under en mekanisk test, bør vi begynne med å fysisk inspisere de mislykkede enhetene og gjennomgå noen før og etter bilder og høyhastighetsvideo av testen, spesielt i retning av feil.

vi leter etter åpenbare deformasjoner eller brudd. Hvis det er mulig, bør vi inspisere noen av de mislykkede enhetene og åpne dem for å se om vi kan finne noe galt på innsiden. Før og etter bilder av enhetene vil vise oss om det var noe åpenbart galt med forsamlingen før slipp. Høyhastighetsvideoen lar oss observere komprimeringen og strekningen av materialet som skjer raskere enn et blunk av øye. Hvis skjermen og huset beveger seg i motsatt retning etter støt, kan det være noe verdt å undersøke nærmere.

I Tillegg vil Vi gjennomgå iqc-rapporten på skjermmodulene og måle FAI / Cpk-rapporter om de viktigste delene av forsamlingen, inkludert det mekaniske huset. Vi ser på hvordan de faktiske delene sammenligner med dimensjonene og toleransene vi brukte i våre første toleranseanalyser.

hvis vi kombinerer disse datasettene, bør vi kunne forfine vår første hypotese og tenke på hvilke data vi mangler når vi fortsetter vår feilanalyseundersøkelse.

Hvilke data trenger du for feilanalyse?

Mens vi har fysisk tilgang til enhetene, vet vi fortsatt ikke hva som er galt før vi slår ned enhetene. Når vi åpner 3 klokker, fant vi ut at styret-til-styret-kontaktene på 2 av 3 hadde løsnet. Den siste, vi kunne ikke ta fra hverandre riktig og kunne ikke fortelle hva tilstanden til kontakten var. Men siden 2 av de vi åpnet viste det samme problemet, vil vi undersøke hvorfor kontakten løsnet.

vi vil vurdere våre simuleringer for å fokusere på kreftene som oppleves av kontakten og andre paringskomponenter. Vi bør også gjennomgå kontaktspesifikasjonen for kraftoppbevaring og uavhengig verifisere at kontaktene på disse skjermene og hovedkretskortet oppfyller eller overgår spesifikasjonen. Det er også mulig at leverandøren brukte en rimelig versjon av kontakten eller til og med feil kontakt av en rekke årsaker, så vi vil ønske å verifisere kontaktpartikoder og delenumre.

Vi må kanskje teste flere enheter for å se om forskjellige skjermleverandører eller andre konfigurasjoner utfører det samme.

har du noen forslag til løsninger?

i vår bærbare har vi innsnevret på skjermkontakten og den mekaniske samlingen som omgir den som et område av interesse. Teamet brukte litt tid på å analysere forsamlingen og foreslo noen få løsninger. Disse inkluderer:

1. Legge til et lite stykke komprimerbart skum over kontakten for å ta opp luftgapet mellom kontakten og hovedhuset.
2. Bruk en epoksyharpiks til kontakten nar den er pa plass.
3. Legger til en metallbrakett og noen skruer for å feste kontakten på plass.
4. Endre kontakten PÅ displayet FPC og brettet.

Hver av disse løsningene har sine fordeler og ulemper og vil kreve ekstra arbeid for å teste. Vi kan eliminere alternativ 4 etter at driftsteamet forteller oss at skjermen er en standardkomponent, og kostnadene og ledetidene vil øke betydelig hvis vi flyttet til en ny kontakt.

de mekaniske løsningene krever design-og monteringsendringer som også kan ha potensielle nedstrømseffekter på mekanisk og elektrisk ytelse.

med skumløsningen bør vi vurdere størrelsen på gapet i nominell tilstand, så vel som i dråpetesttilstanden for å velge et passende materiale. Hvis skummet også trykker på undersiden av skjermen, bør vi sørge for at det ikke presser for hardt bakfra for å forvride skjermen.

epoksyløsningen kan være en rask løsning, men den kan åpne en boks med ormer om prosesskonfigurasjoner og materialvalg. Dess, når en komponent har blitt epoxied det er nesten umulig å bearbeide noe som betyr at når dette trinnet er utført på samlebåndet, hvis noe senere går galt, hele denne forsamlingen må kanskje bli kastet ut.

med metallbraketten må vi finne plass til å feste braketten og sørge for at det ikke er noen kortsluttende bekymringer. Hvis vi fester den med skruer, vil skjermruten bli vanskeligere da det sannsynligvis er mange spor i veien.

har du en måte å teste dine løsninger på?

To av løsningene kan være enkle å prototype-skum og epoksy. Men begge kommer med noen risikoer, spesielt etter at byggingen er fullført. Vi må demontere noen enheter for å legge til skum eller epoxy. Under demontering er det alltid mulighet for at vi kan introdusere et annet problem som er mer relatert til den ukontrollerte monteringsprosessen enn alternativet vi prøver å undersøke. Men hvis prototyper viser løfte, ville dette være en rask måte å få tillit til en løsning på.

metallbraketten kan simuleres I CAD eller tilnærmet med noen maskinerte deler, men vil være vanskelig å funksjonelt ettermonteres i eksisterende hus. Fordi styret må endres for å imøtekomme skruen sjefer og styret selv ville trenge hull boret gjennom det, det er usannsynlig at en fungerende prototype kan gjøres før neste bygge. Så i stedet kunne vi stole på kombinasjonen av en mekanisk mockup og simuleringer for å tilnærme hvordan designendringen ville utføre.

påvirker løsningen et annet team?

alle reparasjonene for den bærbare effekten andre lag. Den minst forstyrrende for andre vil trolig være å legge skum bak kontakten. Dette er et enkelt alternativ å teste og krever bare små endringer eller evaluering av andre lag. Samtidig er det uklart om skummet vil være nok til å forhindre at kontakten spretter løs. Også, hvis skummet utøver for mye kraft på skjermen, kan det virke mot oss ved å tjene som et trykkpunkt på skjermen under en dråpehendelse eller skade oss ved å skyve opp på skjermen og utsette kantene på deksellinsen for edderkoppsprekk.

epoksyløsningen vil kreve investering i monteringsprosessen for å sikre at epoksyen kan dispenseres riktig. Flytende lim prosesser er notorisk vanskelig å fullføre så mens det kan være verdt prototyping, vi håper ikke å bruke dette alternativet. Også, det ville være en hit til kostnaden av produktet siden yield tap vil trolig være høyere, og omarbeiding vil bli vanskeligere.

platebraketten vil ta mest tid å implementere og kreve at de elektriske lagene legger opp styresporene igjen. I tillegg må vi vurdere om metallskjoldet vil forårsake utilsiktet stråling eller forstyrre trådløse signaler i produktet.

Vil det være noen utilsiktede konsekvenser?

når du gjør designendringer for å fikse et problem, er det lett å bli fanget opp i problemet du prøver å løse, og du kan glemme å evaluere designet for hva annet kan gå galt. I dette eksemplet er det mulig at å sette hull i det trykte kretskortet og bolte en brakett over kontakten, vil gjøre dette området av brettet svakt, og i stedet for at kontakten spratt løs under en dråpetest, kan brettet selv bryte og forårsake en større feil enn den vi hadde tenkt å løse.

Gjennomgang av dette feilanalyseeksemplet:

gjennom prosessen med å gjennomgå tilgjengelige data, lage hypoteser og teste, har vi funnet den potensielle årsaken til problemet. Vi mistenker at kontakten opplevde mer kraft enn den ble vurdert for, og på grunn av det utformede luftgapet mellom toppen av kontakten og huset, ville det løsne under dråpehendelsen når luftgapet midlertidig ble større. For å løse dette problemet har vi identifisert 3 mulige løsninger for å teste og implementere. Hvilken vei vi velger å gå neste, avhenger av hvor godt løsningene fungerer og hvordan de potensielt påvirker tidsplanen og prosjektkostnadene.

Overvåking Av Korrigerende Tiltak

når et handlingsforløp er valgt, vil teamet ikke bare måtte gå gjennom prosessen med å gjøre designendringene, men måtte utvikle en plan for implementering og overvåking av løsningene ved neste bygg.

for å bevare opsjonaliteten kunne teamet bestemme seg for å gå videre med designendringen for å legge til braketten og også forberede skummet. Dette ville medføre den lille timeplanen som kreves for et verktøyskifte og layoutarbeid for det elektriske teamet, men ville gi muligheten til å teste ut flere løsninger under byggingen, forhåpentligvis capping antall ekstra EVT bygger til bare en.

Teamet Vet at det er et stort sikkerhetsproblem å teste, og kan ordne byggingen for å prioritere datainnsamling for dette problemet. Denne bygningen kan inkludere konfigurasjoner av bare skum, bare metallbraketten, og en som inkluderer skum og brakett sammen.

før byggingen kunne teamet utføre en ny FMEA og forutsi hvor potensielle problemer kan oppstå fra de nye designene. Ved å bruke FMEA som utgangspunkt, kan teamet sørge for flere kontrollstrinn ved de kritiske transformasjonene der endringene implementeres. Ingeniører på stedet bør også oppfordres til å betale nøye oppmerksomhet til bygge på disse trinnene.

for eksempel bør laget observere hvor vanskelig det er å montere den nye braketten. Denne designendringen kan kreve nye eller oppdaterte jigger for å plassere delen riktig uten å skade nærliggende komponenter. I tillegg kan de skarpe kantene på braketten selv forårsake skade på flexkabelen under montering eller pålitelighetstesting, så vi bør sjekke resultatene fra funksjonstestasjonene tidlig for tegn på avkastningsfall.

Til Slutt bør Vi sørge for at den første batchen av enheter fra den nye bygningen skal tildeles for pålitelighetstesting. Vi kan samarbeide med pålitelighetsteamet for å finne ut hvor mange enheter som må testes og bestå for å føle oss trygge på løsningen vår. Mens byggingen pågår, kan vi få et klarere bilde av om en eller flere av konfigurasjonene løser problemet, samtidig som vi sørger for at ingen nye problemer dukker opp.

Konklusjon

det bærbare eksemplet viser at selv i relativt enkle problemer er det mange ting å vurdere under feilanalyse. Pålitelighetsrapporter, fysiske enheter, bygge data og til og med data fra oppstrømsleverandører bidrar til å fylle ut hullene når vi prøver å forstå hva som gikk galt og hvordan vi kan fikse det.

i virkelige programmer vil ingeniører møte mange forskjellige problemer og må løse dem alle parallelt. Ofte er det lite tid til å utføre dypdykkanalyser på alle problemer før neste bygg. Derfor er det viktig å eliminere små problemer raskt slik at de kan fokusere på de kritiske utfordringene med en gitt arkitektur. Verktøy som kan hjelpe ingeniører samle inn og koble ulike datasett er svært nyttig for å identifisere potensielle årsaker og arbeide gjennom flere problemer i samme tidsperiode. Når en løsning er funnet, vil den bli gransket på kostnad, hastighet og enkel implementering, og alle vil ha en annen mening om hva det beste handlingsforløpet vil være. Selv etter at grunnårsaken er funnet og en løsning er foreslått, setter dette bare opp en ny grunnlinje hvorfra feil kan oppstå. Den virkelige testen vil være ved neste bygg fordi du kan introdusere en rekke utilsiktede konsekvenser. Denne prosessen gjentas til du går tom for tid eller i en ideell verden, løser du alle problemene.

Instrumental har skapt et unikt sett med verktøy for å redusere friksjonen involvert i hvert trinn av feilanalyse. Ved å samle produktdata og kjøre bilder gjennom kunstig intelligens, kan vi finne mulige anomalier før det er for sent å stoppe dem. Vi kan også lagre og spore viktige data i Vår Produksjonsoptimaliseringsplattform og legge til sammenhenger mellom mislykkede testdata og produktmonteringsinformasjon. Ikke bare reduserer vi tid og krefter brukt på små feil, men vi samler inn og transformerer data for å løse de store problemene for å til slutt gjøre produktene bedre. Kontakt oss for å lære mer om hvordan vi kan hjelpe deg med å forbedre feilanalyseprosessen.