Анализ отказов - Failure analysis

Анализ отказов это процесс сбора и анализа данных для определения причины отказ часто с целью определения корректирующих действий или ответственности. Согласно Блоху и Гайтнеру, отказы оборудования выявляют цепочку причинно-следственных реакций… обычно это недостаток, который обычно называют симптомом… ».[1] Анализ отказов может сэкономить деньги, жизни и ресурсы, если его правильно провести и принять соответствующие меры. Это важная дисциплина во многих отраслях обрабатывающей промышленности, например в электронной промышленности, где она является жизненно важным инструментом, используемым при разработке новых продуктов и для улучшения существующих продуктов. Процесс анализа отказов основан на сборе отказавших компонентов для последующего изучения причины или причин отказа с использованием широкого спектра методов, особенно микроскопия и спектроскопия. Неразрушающий контроль (NDT) методы (такие как промышленная компьютерная томография ) ценны, потому что на неисправные продукты не влияет анализ, поэтому при проверке иногда начинают использовать эти методы.

Судебно-медицинское расследование

Судебно-медицинская экспертиза Исследование неисправного процесса или продукта является отправной точкой для анализа отказов. Такое расследование проводится с использованием научных аналитических методов, таких как электрические и механические измерения, или путем анализа данных об отказах, таких как отчеты о браке продукта или примеры предыдущих отказов того же типа. Методы судебная экспертиза особенно ценны при отслеживании дефектов и изъянов продукции. Они могут включать усталость трещины, хрупкий трещины, вызванные коррозионное растрескивание под напряжением или же растрескивание под воздействием окружающей среды Например. Заявления свидетелей могут быть полезны для восстановления вероятной последовательности событий и, следовательно, причинно-следственной цепочки. Человеческий фактор также можно оценить, когда будет установлена ​​причина сбоя. Существует несколько полезных методов предотвращения сбоев продукта в первую очередь, в том числе анализ режимов и последствий отказов (FMEA) и анализ дерева отказов (FTA), методы, которые можно использовать во время прототипирование для анализа отказов до выхода продукта на рынок.

Некоторые из методов, используемых при анализе отказов, также используются при анализе неисправностей не обнаружено (NFF) Это термин, используемый в области технического обслуживания для описания ситуации, когда первоначально сообщенный режим отказа не может быть воспроизведен специалистом по оценке и, следовательно, потенциальный дефект не может быть исправлен.

NFF можно объяснить окислением, неисправными соединениями электрических компонентов, временными короткими замыканиями или обрывами в цепях, ошибками программного обеспечения, временными факторами окружающей среды, а также ошибкой оператора. Большое количество устройств, о которых сообщается как NFF во время первого сеанса устранения неполадок, часто возвращается в лабораторию анализа отказов с теми же симптомами NFF или постоянным режимом отказа.

Термин «анализ отказов» также применим к другим областям, таким как управление бизнесом и военная стратегия.

Инженеры по анализу отказов

Инженер по анализу отказов часто играет ведущую роль в анализе отказов, независимо от того, выходит ли из строя компонент или продукт, или если отказ происходит при производстве или во время производственной обработки. В любом случае необходимо определить причину сбоя, чтобы предотвратить возникновение в будущем и / или улучшить характеристики устройства, компонента или конструкции. Инженеры-строители и инженеры-механики очень часто выполняют эту работу. Более конкретные специальности также могут получить должность, например, инженеров-материаловедов. Специализация в области металлургии и химии всегда полезна наряду со свойствами и прочностью материалов. Кого-то могли нанять по разным причинам, будь то дальнейшее предотвращение или проблемы с ответственностью. Средняя зарплата инженера по анализу отказов, инженера с опытом работы в этой области, составляет 81 647 долларов.[2] Инженеру по анализу отказов требуется хорошее общение и умение работать с другими. Обычно нанятый человек имеет степень бакалавра технических наук, но есть сертификаты, которые можно получить.[2]

Методы анализа

Анализ отказов многих различных продуктов включает использование следующих инструментов и методов:

Микроскопы

Базовые приготовления

Спектроскопический анализ

Модификация устройства

Анализ поверхности

Электронная микроскопия

Микроскопия с инжекцией лазерного сигнала (LSIM)

Полупроводниковые исследования

Программные методы поиска неисправностей

Этот список неполный; вы можете помочь добавление недостающих предметов с надежные источники.

Примеры из практики

Две срезные ключевые стержни вышли из строя на мосту через залив

Люди по делу

Г-н Брахими является консультантом American Bridge Fluor и имеет степень магистра в области материаловедения.[3]

Г-н Агилар является начальником отдела испытаний конструкционных материалов Caltrans с 30-летним опытом работы в качестве инженера.[3]

Г-н Кристенсен, консультант Caltrans с 32-летним опытом работы в металлургии и анализе отказов.[3]

Шаги

Визуальное наблюдение что является неразрушающим контролем. Это выявило признаки хрупкости без остаточной пластической деформации до разрушения. Были показаны трещины, которые были конечным пределом разрушения стержней срезаемого ключа. Инженеры подозревали, что к образованию трещин причастен водород.[3]

Сканирующая электронная микроскопия сканирование поверхностей с трещинами при большом увеличении для лучшего понимания трещины. Полный перелом произошел после того, как стержень не выдержал нагрузки, когда трещина достигла критического размера.[3]

Микроструктурное исследование где были исследованы поперечные сечения, чтобы получить больше информации о взаимодействующих связях металла.[3]

Проверка твердости с использованием двух стратегий: твердости по шкале C по Роквеллу и микротвердости по Кнупу, которые показывают, что термообработка была выполнена неправильно.[3]

Тест на растяжку сообщает инженеру, что предел текучести, предел прочности и удлинение были достаточными для соответствия требованиям. Несколько произведений были взяты и исполнены Anamet Inc.[3]

Испытание на ударную вязкость с V-образным надрезом по Шарпи показывает вязкость стали на различных образцах прутка, выполненных компанией Anamet Inc.[3]

Химический анализ Заключительное испытание также было проведено компанией Anamet Inc., которое соответствовало требованиям для этой стали.[3]

Заключение тематического исследования

Стержни вышли из строя из-за водородной хрупкости, которая была восприимчива к водороду от высокой растягивающей нагрузки и водороду, уже находящемуся в материале. Стержни не вышли из строя, потому что не соответствовали требованиям к прочности этих стержней. Несмотря на то, что они соответствовали требованиям, структура была неоднородной, что привело к разной прочности и низкой вязкости.[3]

Это исследование показывает несколько из множества способов проведения анализа отказов. Он всегда начинается с неразрушающего наблюдения, например, с места преступления. Затем из исходного материала берутся куски материала, которые используются в различных наблюдениях. Затем проводится разрушающее тестирование для определения прочности и свойств материала, чтобы точно определить, что пошло не так.[3]

Отказ от анализа отказов

Обрушение Oakland Nimitz Freeway было мостом, который рухнул во время землетрясения даже после программы по укреплению моста. Разных инженеров спросили, как они понимают ситуацию. Хотя некоторые не винят ни программу, ни отдел, например Джеймс Роджерс, который сказал, что землетрясение могло иметь «хороший шанс, что Embarcadero сделает то же самое, что и Nimitz».[4] Хотя некоторые говорили, что можно было бы сделать больше профилактики. Доктор Пристли говорит, что «ни один из проектов департамента по укреплению дорог не решал проблемы слабости…» в стыках мостов. Некоторые эксперты согласились с тем, что для предотвращения этой катастрофы можно было сделать больше. Программа подвергается критике за то, что «провал стал более серьезным».[4]

От точки зрения инженера-проектировщика

Испытательная ячейка реактивного двигателя[5]

Продукт должен работать даже в самых сложных сценариях. Это очень важно для изделий, предназначенных для дорогостоящих построек, например зданий или самолетов. Если эти детали выйдут из строя, они могут вызвать серьезные повреждения и / или проблемы с безопасностью. Продукт начинает разрабатываться «... так, чтобы свести к минимуму опасности, связанные с этим« наихудшим сценарием ». Для определения наихудшего сценария требуется полное понимание продукта, его загрузки и среды обслуживания. До того, как продукт будет введен в эксплуатацию, прототип часто подвергается лабораторным испытаниям, которые доказывают, что продукт выдерживает самый худший сценарий, как и ожидалось ».[6] Некоторые из испытаний, проводимых сегодня на реактивных двигателях, очень интенсивно проверяют, выдерживает ли двигатель:

  • попадание внутрь мусора, пыли, песка и т. д .;[7]
  • попадание в организм града, снега, льда и т.д .;[7]
  • прием чрезмерного количества воды.[7]

Эти тесты должны быть сложнее, чем то, что продукт будет испытывать при использовании. Двигатели работают на максимальную мощность, чтобы продукт работал должным образом независимо от состояния. Анализ отказов с обеих сторон направлен на предотвращение повреждений и поддержание безопасности.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Блох, Хайнц; Гайтнер, Фред (1994). Анализ отказов оборудования и устранение неисправностей. Хьюстон, Техас: издательство Gulf Publishing Company. п. 1. ISBN  0-87201-232-8.
  2. ^ а б «Заработная плата инженера по анализу отказов». Шкала заработной платы.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Брахими, Салим; Agiular, Росме; Кристенсен, Конрад (7 мая 2013 г.). «Отчет об анализе отказов стержня срезного ключа» (PDF) - через Bay Bridge Info. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ а б Епископ, Кэтрин (1989). «Эксперты спрашивают, способствовали ли меры по предотвращению землетрясений обрушению шоссе». Нью-Йорк Таймс. Проверено 2018. Проверить значения даты в: | дата доступа = (помощь)
  5. ^ Испытательная камера реактивного двигателя Т-9. Реж. Тимоти Киршнер. Оборонные услуги распространения визуальной информации. DVIDS, 12 августа 2013 г. Интернет.
  6. ^ Брэди, Брайан (1999). "Анализ отказов". Государственный университет Нью-Йорка в Стоуни-Брук: факультет материаловедения и инженерии. Архивировано из оригинал на 2018-07-08. Получено 2018-04-09. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  7. ^ а б c Дуивис, Роб (7 марта 2016 г.). "Как мы тестируем реактивные двигатели?". Тем временем в KLM. Получено 8 апреля 2018.
Библиография

дальнейшее чтение

  • Мартин, Перри Л., Справочник по электронному анализу отказов, McGraw-Hill Professional; 1-е издание (28 февраля 1999 г.) ISBN  978-0-07-041044-2.
  • Анализ отказов микроэлектроники, ASM International; Пятое издание (2004 г.) ISBN  978-0-87170-804-5
  • Луковский, Д., Анализ отказов древесины и изделий из древесины, McGraw-Hill Education; 1-е издание (2015) ISBN  978-0-07-183937-2.

внешняя ссылка