Failure Analysis Methods for Product Design Engineers: Key Questions and Corrective Actions (Part 3)

in deel 1 en deel 2 van deze failure analysis series hebben we besproken waar fouten vandaan komen en welke tools u in uw toolkit wilt hebben om ze aan te pakken. Nu komt het moeilijke deel: al die gereedschappen aan het werk zetten. In de kern, foutanalyse is over het identificeren van welke set van ingangen veroorzaakt een output te mislukken en welke corrigerende maatregelen die u wilt nemen om het te repareren. Dus als je al het harde werk gedaan om fouten te vinden en te identificeren, laten we duiken in een aantal stappen die u kunt nemen om uw proces te beginnen.

gewoonlijk zult u fouten vinden tijdens een build-of in betrouwbaarheidstest en hebt u slechts een korte tijd om ze te vinden en te repareren. Wanneer je je bewust wordt van het probleem, stel jezelf de volgende vragen om je gedachten te organiseren bij het uitvoeren van een foutanalyse:

• Wat is de storingsmodus?
• hoe belangrijk is de fout?
• is de fout herhaalbaar?
• Wat is uw hypothese?
• zijn er andere mogelijke factoren?
• welke gegevens heeft u?
• welke gegevens hebt u nodig?
• heeft u voorgestelde oplossingen?
• heeft u een manier om uw oplossingen te testen?
• heeft uw oplossing invloed op een ander team?
• zullen er onbedoelde gevolgen zijn?

om een typische foutanalyse te illustreren, zullen we de bovenstaande vragen in een voorbeeldscenario doornemen.

voorbeeld: Wearable Fitness Tracking Watch

een nieuw wearable fitness watch wordt geëvalueerd tijdens de EVT build. Tijdens de bouw een paar kleine problemen opduiken, maar over het algemeen de apparaten werken. Echter, na de build, een fout wordt gevonden tijdens drop testen. Zo begint de foutanalyse.

Wat is de foutmodus?

soms is het gemakkelijk om een mislukking te vinden, maar vaker ziet u alleen symptomen van een mislukking en weet u niet zeker wat de eigenlijke oorzaak is. In ons voorbeeld van het horloge zien we dat een valtest-gebeurtenis ervoor zorgt dat het display mislukt in 6 van de 10 geteste apparaten. Wat we weten is dat er iets mis is gegaan met het display na de drop event, maar we weten nog niet waarom de fout is opgetreden. We beginnen met te onderzoeken in welke staat het apparaat zich bevindt.

• is de foutmodus op dezelfde manier aanwezig op de defecte apparaten?
  • als er verschillende soorten weergavefouten zijn, kan de drop-gebeurtenis meerdere foutmodi hebben blootgelegd die elk een iets andere oorzaak kunnen hebben.
  • is het scherm wit geworden?
  • zijn er regels in bepaalde rijen of kolommen?
  • is de lens van het deksel gescheurd?
  • is het scherm gekraakt?
  • lijkt de rest van het apparaat te werken? – Opladen, motoren, touch, etc?
• wat waren de specifieke tests die mislukten?
  • van welke hoogte is het horloge gevallen?
  • op welk substraat is het apparaat gevallen?
  • in welke richting traden de fouten op?
• zijn er nog andere voor de hand liggende kwesties die kunnen worden waargenomen?
  • is er mechanische schade aan de omtrek van het apparaat?

na zorgvuldig onderzoek van de monsters, vinden we dat 4 van de 6 storingen kwamen van tests uitgevoerd op een granieten substraat en 2 kwamen van de spaanplaat substraat alle gevallen van tafelhoogte van 1 meter. Bij 5 van de storingen wordt het scherm wit en reageert het niet. De 6e fout, de cover lens gebarsten, maar was nog steeds te zien beelden. Op 2 van de apparaten kunnen we wat krassen zien op de afdeklens, en op 3 van de apparaten zijn er wat krassen op de behuizing aan één kant.

hoe belangrijk is de fout?

storingen variëren in ernst van laag tot hoog en vele niveaus daartussen. Soms, wat lijkt op een klein probleem ballonnen in iets groters. Een typische draagbare zal worden gebruikt en misbruikt door de eigenaar. Elke keer dat de gebruiker het horloge afdoet, is een potentiële kans voor een drop event. In dit geval, een drop mislukking waarbij het scherm niet reageert lijkt een kritiek probleem op te lossen. Een niet-reagerende weergave zou het apparaat onbruikbaar maken en zou resulteren in zowel een hoog rendement en ongelukkige klanten. Dit probleem verdient aandacht en moet worden opgelost voordat het programma naar de volgende stappen gaat.

is de fout herhaalbaar?

herhaalbaarheid betekent dat hetzelfde proces consistent een storing kan veroorzaken. Voor de draagbare, 6 van de 10 apparaten mislukt en 5 van die 6 op dezelfde manier. Dit wijst erop dat één mislukking herhaalbaar was en dat de resterende mislukking waarschijnlijk een eenmalig probleem was dat we op dit moment moeten controleren, maar niet moeten aanpakken. Toch moeten we erachter te komen of de niet-reagerende display probleem is echt herhaalbaar door te graven in de gegevens een beetje dieper.

• treedt de fout op in dezelfde drop-oriëntatie?
  • Droptestsequenties worden gewoonlijk elke keer op dezelfde manier uitgevoerd. Het kan beginnen met de voorkant, dan de achterkant, dan de 4 zijkanten, dan de hoeken. Als de front face drop altijd het probleem veroorzaakt, blijft het onduidelijk of de storing te wijten is aan de specifieke oriëntatie van een frontale face drop of dat het probleem zou optreden van een val op dezelfde hoogte.
  • om dit te bestrijden, laat het reliability team meer eenheden testen door een andere volgorde te gebruiken of de mislukte oriëntatie als laatste te plaatsen.
• hadden alle defecte eenheden dezelfde waterval van betrouwbaarheidstests voorafgaand aan de storing?
  • in een goed betrouwbaarheidsproefplan worden vaak eerst omgevingstests uitgevoerd om de apparaten voor te bereiden. Sommige zullen worden gezet door middel van warmte weken of temperatuur cycli tests die het systeem kunnen schokken of verzwakken kleefbanden.
  • als de fout optreedt op nieuwe eenheden en op voorgeconditioneerde eenheden, dan lijkt de fout een gelokaliseerd probleem te zijn. Zo niet, dan moeten we mogelijk begrijpen aan welke omstandigheden het product werd blootgesteld voorafgaand aan de valtest.

Wat is je hypothese?

voor ons Horloge kunnen er 2 of meer onderliggende problemen zijn. De eerste is dat het scherm wit wordt en niet reageert. We zouden kunnen concluderen dat de stroom is afgesneden van het systeem, wat zou wijzen op een probleem met het display zelf, de display connector, of een mechanische impingement of scheur op de display kabel. Als alternatief kan de aansluiting op de batterij of het energiebeheer ervoor zorgen dat het apparaat uitvalt.

zijn er andere mogelijke factoren?

vaak hebben uitdagende mislukkingen vele oorzaken die het moeilijk maken om duidelijk te bepalen waar u uw tijd moet concentreren. Als u problemen ondervindt met uw eerste hypothesen tijdens de analyse van storingen, brainstorm een lijst van mogelijke gebieden om te onderzoeken.

in de wearable is de EVT build de eerste keer dat we iets samenstellen. Vaak worden subcomponenten zoals de display module en andere belangrijke componenten vervaardigd met parameters die nog niet zijn afgerond. Als zodanig kunnen de connectoren, het display of de mechanische assemblage allemaal bijdragen aan de displayfout.

om andere foutbronnen uit te sluiten, moeten we mogelijk de parameters van het productieproces, de meetgegevens en de montagefoto ‘ s sorteren. We moeten mogelijk dieper in onze toeleveranciers duiken om aanvullende informatie te zoeken. Voor dit voorbeeld, laten we aannemen dat het display was een standaard component in de productie voor een lange tijd, wat suggereert dat er geen grote display veranderingen komen en dat we moeten concentreren op het mechanische ontwerp.

welke gegevens hebt u voor foutanalyse?

bij het uitvallen van de betrouwbaarheid van de wearable moeten we alle beschikbare informatie verzamelen waartoe we toegang hebben die ons kan helpen onze hypothesen te verifiëren. Aangezien de storing zich tijdens een mechanische test heeft voorgedaan, moeten we beginnen met het fysiek inspecteren van de defecte eenheden en het bekijken van alle voor en na foto ‘ s en de hoge-snelheidsvideo van de test, vooral in de oriëntatie van de storing.

we zoeken naar duidelijke vervormingen of breuken. Als het mogelijk is, moeten we een aantal van de defecte apparaten inspecteren en ze openen om te zien of we iets aan de binnenkant kunnen vinden. De voor en na foto ‘ s van de eenheden zullen ons laten zien of er duidelijk iets mis was met de assemblage voorafgaand aan de val. De high-speed video stelt ons in staat om de compressie en rek van het materiaal te observeren dat in sneller dan een oogwenk gebeurt. Als het display en de behuizing na de botsing in tegengestelde richting bewegen, kan er iets de moeite waard zijn om verder te onderzoeken.

daarnaast willen we het IQC-rapport over de weergavemodules en de FAI/Cpk-rapporten van de belangrijkste onderdelen van de assemblage, inclusief de mechanische behuizing, bekijken. We bekijken hoe de werkelijke onderdelen zich verhouden tot de afmetingen en toleranties die we in onze eerste tolerantieanalyses hebben gebruikt.

als we deze gegevensverzamelingen combineren, zouden we in staat moeten zijn om onze eerste hypothese te verfijnen en na te denken over welke gegevens we missen terwijl we ons onderzoek naar de failureanalyse voortzetten.

welke gegevens hebt u nodig voor foutanalyse?

hoewel we fysieke toegang hebben tot de apparaten, weten we nog steeds niet wat er mis is totdat we de apparaten verwijderen. Toen we 3 horloges openden, ontdekten we dat de board-to-board connectoren op 2 van de 3 Los waren gekomen. De laatste, We waren niet in staat om uit elkaar te halen goed en kon niet vertellen wat de toestand van de connector was. Maar aangezien 2 van de openingen hetzelfde probleem vertoonden, zullen we willen onderzoeken waarom de connector los kwam.

we zullen onze simulaties willen herzien om ons te concentreren op de krachten die de connector en andere paringscomponenten ervaren. We moeten ook de connectorspecificatie voor krachtretentie bekijken en onafhankelijk controleren of de connectoren op deze displays en de hoofdcircuit voldoen aan of de specificatie overschrijden. Het is ook mogelijk dat de leverancier om verschillende redenen een goedkope versie van de connector of zelfs de verkeerde connector heeft gebruikt, dus we willen de codes en artikelnummers van de connector verifiëren.

mogelijk moeten we meer apparaten testen om te zien of verschillende beeldschermverkopers of andere configuraties op dezelfde manier presteren.

heeft u voorgestelde oplossingen?

in onze draagbare, we hebben versmald in op de display connector en de mechanische assemblage eromheen als een gebied van belang. Het team besteedde enige tijd aan het analyseren van de assemblage en stelde een paar oplossingen voor. Deze omvatten:

1. het toevoegen van een klein stukje samendrukbaar schuim over de connector om de luchtspleet tussen de connector en de hoofdbehuizing op te nemen.
2. met behulp van een epoxyhars op het verbindingsstuk zodra het op zijn plaats is.
3. het toevoegen van een metalen beugel en enkele schroeven om de connector veilig op zijn plaats te bevestigen.
4. de connector op het display FPC en het bord wijzigen.

elk van deze oplossingen heeft zijn voor-en nadelen en vereist extra werk om te testen. We kunnen optie 4 elimineren nadat het operations team ons vertelt dat het display een standaardcomponent is en de kosten en doorlooptijden aanzienlijk zouden toenemen als we naar een nieuwe connector zouden verhuizen.

de mechanische oplossingen vereisen wijzigingen in het ontwerp en de assemblage, die ook mogelijke downstream-effecten op de mechanische en elektrische prestaties kunnen hebben.

met de schuimoplossing moeten we de grootte van de spleet in de nominale toestand en in de valproefconditie bekijken om een geschikt materiaal te selecteren. Als het schuim ook op de onderkant van het scherm drukt, moeten we ervoor zorgen dat het niet te hard van achteren drukt om het scherm te vervormen.

de epoxy-oplossing zou een snelle oplossing kunnen zijn, maar het zou een blik met wormen kunnen openen over de procesconfiguraties en materiaalkeuzes. Bovendien, zodra een component is geëpoxeerd is het bijna onmogelijk om te herwerken wat betekent dat zodra deze stap wordt uitgevoerd op de assemblagelijn, als er vervolgens iets mis gaat, deze hele assemblage moet worden weggegooid.

met de metalen beugel moeten we de ruimte vinden om de beugel te bevestigen en ervoor zorgen dat er geen kortsluiting is. Als we het met schroeven bevestigen, wordt de routering van het scherm moeilijker omdat er waarschijnlijk veel sporen in de weg zitten.

heeft u een manier om uw oplossingen te testen?

twee van de oplossingen kunnen gemakkelijk prototype zijn – het schuim en de epoxy. Echter, beide komen met een aantal risico ‘ s, vooral nadat de bouw is voltooid. We zouden sommige apparaten moeten demonteren om het schuim of epoxy toe te voegen. Tijdens de demontage is er altijd de kans dat we een andere kwestie kunnen introduceren die meer verband houdt met het ongecontroleerde assemblageproces dan de optie die we proberen te onderzoeken. Als de prototypes echter veelbelovend zijn, zou dit een snelle manier zijn om vertrouwen te krijgen in een oplossing.

de metalen beugel kan worden gesimuleerd in CAD of benaderd met een aantal bewerkte onderdelen, maar het zou moeilijk zijn om functioneel achteraf in de bestaande behuizing te monteren. Omdat de Raad van bestuur zou moeten worden aangepast aan de schroeven en de Raad van bestuur zelf zou moeten gaten geboord door het, is het onwaarschijnlijk dat een functionerend prototype kan worden gemaakt voorafgaand aan de volgende build. Dus in plaats daarvan konden we vertrouwen op de combinatie van een mechanische mockup en simulaties om te schatten hoe de ontwerpwijziging zou presteren.

heeft uw oplossing invloed op een ander team?

alle fixes voor de draagbare impact andere teams. Het minst storend voor anderen zou waarschijnlijk het toevoegen van schuim achter de connector. Dit is een eenvoudige optie om te testen en vereist slechts minimale wijzigingen of evaluatie door andere teams. Tegelijkertijd is het onduidelijk of het schuim voldoende is om te voorkomen dat de connector loskomt. Als het schuim te veel kracht uitoefent op het display, kan het ook tegen ons werken door te dienen als een drukpunt op het display tijdens een valgebeurtenis of ons pijn doen door op het display te drukken en de randen van de afdeklens bloot te stellen aan spinnenscheuren.

de epoxy-oplossing zou investeringen in het assemblageproces vereisen om ervoor te zorgen dat de epoxy op de juiste wijze kan worden toegediend. Vloeibare lijmprocessen zijn notoir moeilijk af te ronden, dus hoewel het de moeite waard is prototyping te maken, hopen we deze optie niet te gebruiken. Ook zou er een hit op de kosten van het product, omdat de opbrengst verlies zal waarschijnlijk hoger zijn, en rework zal moeilijker zijn.

de plaatbeugel neemt de meeste tijd in beslag en vereist dat de elektroteams de plaatsporen opnieuw lay-outen. Daarnaast zouden we moeten evalueren of het metalen schild onbedoelde straling zou veroorzaken of interfereren met draadloze signalen in het product.

zullen er onbedoelde gevolgen zijn?

wanneer u ontwerpwijzigingen aanbrengt om een probleem op te lossen, is het gemakkelijk om verstrikt te raken in het probleem dat u probeert op te lossen en kunt u vergeten om het ontwerp te evalueren voor wat er nog meer mis kan gaan. In dit voorbeeld is het mogelijk dat het plaatsen van gaten in de printplaat en het vastbouten van een beugel over de connector dit gebied van het bord zwak maakt en in plaats van dat de connector loskomt tijdens een valtest, kan het bord zelf breken waardoor een grotere fout ontstaat dan die we wilden oplossen.

herziening van dit foutenanalyse voorbeeld:

door het proces van het herzien van de beschikbare gegevens, het creëren van hypothesen en het testen, hebben we de mogelijke onderliggende oorzaak van het probleem gevonden. We vermoeden dat de connector ervaren meer kracht dan het was beoordeeld voor en als gevolg van de ontworpen luchtspleet tussen de bovenkant van de connector en de behuizing, los zou komen tijdens de val gebeurtenis wanneer de luchtspleet tijdelijk groter werd. Om dit probleem op te lossen, hebben we 3 mogelijke oplossingen geïdentificeerd om te testen en te implementeren. Welke kant we op gaan hangt af van hoe goed de oplossingen werken en hoe ze de planning-en projectkosten kunnen beïnvloeden.

Monitoring correctieve acties

zodra een koers is gekozen, zou het team niet alleen het proces van ontwerpwijzigingen moeten doorlopen, maar ook een plan moeten ontwikkelen voor de implementatie en monitoring van de oplossingen bij de volgende Bouw.

om de optionaliteit te behouden, kon het team besluiten om verder te gaan met de ontwerpwijziging om de beugel toe te voegen en ook het schuim voor te bereiden. Dit zou leiden tot de kleine schema hit vereist van een tool verandering en lay-out werk voor de elektrische team, maar zou de optionaliteit van het testen van meerdere oplossingen tijdens de build hopelijk aftopping van het aantal extra EVT bouwt om slechts één.

wetende dat er een belangrijke kwetsbaarheid te testen is, kan het team de build regelen om prioriteit te geven aan het verzamelen van gegevens voor dit probleem. Deze build kan configuraties bevatten van alleen schuim, alleen de metalen beugel, en een die het schuim en de beugel samen omvat.

voorafgaand aan de bouw kon het team een nieuw FMEA uitvoeren en voorspellen waar potentiële problemen zouden kunnen ontstaan door de nieuwe ontwerpen. Met behulp van het FMEA als uitgangspunt, het team zou kunnen regelen voor meer controle stappen bij de kritische transformaties waar de veranderingen worden uitgevoerd. Ingenieurs ter plaatse moeten ook worden aangemoedigd om zorgvuldig te letten op de bouw bij deze stappen.

het team moet bijvoorbeeld zien hoe moeilijk het is om de nieuwe beugel te monteren. Deze ontwerpwijziging kan nieuwe of bijgewerkte jigs vereisen om het onderdeel goed te plaatsen zonder nabijgelegen componenten te beschadigen. Bovendien kunnen de scherpe randen van de beugel zelf schade aan de flex-kabel veroorzaken tijdens de montage of betrouwbaarheidstesten, dus we moeten de resultaten van het functionele teststation vroeg controleren op tekenen van Fall-Out.

ten slotte moeten we ervoor zorgen dat de eerste batch van apparaten uit de nieuwe build worden toegewezen voor betrouwbaarheidstesten. We kunnen samenwerken met het reliability team om te bepalen hoeveel eenheden moeten worden getest en passen om vertrouwen te hebben in onze oplossing. Terwijl de bouw aan de gang is, kunnen we een duidelijker beeld krijgen van de vraag of een of meer van de configuraties het probleem oplost, terwijl we ervoor zorgen dat er geen nieuwe problemen opduiken.

conclusie

het draagbare voorbeeld toont aan dat zelfs in relatief eenvoudige problemen, er veel dingen zijn om rekening mee te houden tijdens de foutanalyse. Betrouwbaarheidsrapporten, fysieke apparaten, bouwgegevens en zelfs gegevens van upstream-leveranciers helpen allemaal om de hiaten op te vullen terwijl we proberen te begrijpen wat er mis ging en hoe het te repareren.

in echte programma ‘ s zullen ingenieurs met veel verschillende problemen worden geconfronteerd en ze allemaal parallel moeten oplossen. Vaak is er weinig tijd om diepe duikanalyses uit te voeren over alle problemen voor de volgende build. Daarom is het belangrijk om kleine problemen snel uit de weg te ruimen, zodat ze zich kunnen concentreren op de kritieke uitdagingen met een bepaalde architectuur. Alle tools die ingenieurs kunnen helpen bij het verzamelen en verbinden van ongelijksoortige datasets zijn enorm nuttig voor het identificeren van potentiële onderliggende oorzaken en het werken door middel van meer problemen in dezelfde hoeveelheid tijd. Zodra een oplossing is gevonden, zal deze worden onderzocht op kosten, snelheid en gemak van implementatie en iedereen zal een andere mening hebben over wat de beste manier van handelen zal zijn. Zelfs nadat de hoofdoorzaak is gevonden en een oplossing is voorgesteld, zet dit gewoon een nieuwe basislijn op waaruit fouten kunnen optreden. De echte test zal bij de volgende build zijn, omdat je een groot aantal onbedoelde gevolgen zou kunnen introduceren. Dit proces herhaalt zich totdat je geen tijd meer hebt of in een ideale wereld, los je alle problemen op.

Instrumental heeft een unieke set tools gecreëerd om de wrijving te verminderen die bij elke stap van de foutanalyse betrokken is. Door het verzamelen van productgegevens en het uitvoeren van beelden door middel van kunstmatige intelligentie, kunnen we mogelijke anomalieën vinden voordat het te laat is om ze te stoppen. We kunnen ook belangrijke gegevens opslaan en volgen in ons Productieoptimalisatieplatform, waarbij correlaties tussen mislukte testgegevens en Productassemblage-informatie worden toegevoegd. We verminderen niet alleen de tijd en moeite die we besteden aan kleine storingen, maar we verzamelen en transformeren ook gegevens om de grote problemen op te lossen en uiteindelijk producten beter te maken. Neem Contact met ons op voor meer informatie over hoe we u kunnen helpen uw foutanalyseproces te verbeteren.