מערכות אלקטרו-מכאניות הן עמוד השדרה של התעשייה המודרנית, שילוב רכיבים חשמליים ומכניים כדי לכפות הכל מפני רובוטים תעשייתיים ומכשירים רפואיים למערכת הרכב ואלקטרוניקה לצרכנים.הבטחת האמינות שלהם היא קריטית: כישלונות בלתי צפויים יכולים להוביל להפחתה יקרה, סכנות בטיחות, ונזקים מוניטין.בדיקות אמינות ריגראוריות היא הדרך היחידה לזהות חולשות מוקדמות ולאמת כי עיצוב עומד בביצועים המיועדים לאורך זמן זה מספק מדריך מקיף לתקני בדיקה אלקטרו-אישיים, תכנון, יעילות וסטנדרטים, תכנון יישומים מתקדמים, יעילות, תכנון, יעילות וסטנדרטים, יעילות וסטנדרטים מתקדמים, תכנון, תכנון יישומים בינלאומיים, יעילות, תכנון, יעילות, וסטנדרטים, תכנון יישומים מתקדמים, , יעילות, יעילות, היא הדרך היחידה, תכנון יישומים מתקדמים, וסטנדרטים של נתונים חסכוניים, תכנון, היא הדרך היחידה, תכנון יישומים מתקדמים, יעילות, תכנון יישומים מתקדמים, תכנון יישומים מתקדמים, תכנון יישומים מתקדמים, תכנון יישומים מתקדמים, תכנון יישומים מתקדמים, וסטנדרטים, תכנון יישומים אוטומטיים, תכנון יישומים מתקדמים, היא הדרך היחידה, היא הדרך היחידה לזהות חולפים, תכנון יישומים אוטומטיים, תכנון יישומים מתקדמים, תכנון יישומים מתקדמים, היא הדרך היחידה לזהות חולפים, תכנון יישומים מתקדמים, תכנון יישומים מתקדמים, תכנון יישומים מתקדמים, תכנון יישומים אוטומטיים, תכנון,

הבנה של מערכת אלקטרו-מכנית

אמינות מוגדרת כהסתברות שמערכת תבצע את הפונקציות הנדרשות ללא כשלון בתנאים שנקבעו לתקופה מוגדרת. עבור מערכות אלקטרו-מכאניות, זה כרוך בהערכה הן תת-מערכות חשמל (חומרים, חיישנים, מחברים, כבלים) ומערכת תת-מערכת מכנית (אופנועים, הילוכים, נושאים, כישלונות) יכול לנבוע מתחומים - או מממשקים שלהם - או מממשקים - ביצוע מהימנות - אתגר רב תחומי עניין רב תחומי עניין רב תחומי עניין רב תחומי.

מדדי אמינות מרכזיים כוללים:

  • [01:0] זמן בין כשלים (MTBF) , הערכת זמן הפעלה ממוצע בין כישלונות במערכות כוונון.
  • (ב) [15] ,[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הבנת המדדים האלה מסייעת למהנדסים להגדיר מטרות מבחן מציאותיות ולפרש תוצאות.לדוגמה, MIL-STD-810 מגדיר פרופילים סביבתיים שניתן להשתמש בהם כדי לדמות תנאים של עולם אמיתי כגון רטט, טמפרטורה ולחות.

מצבי כישלונ מרכזיים במערכות אלקטרו-מכניות

לפני תכנון תכנית מבחן, חיוני לזהות את מצבי הכישלון הדומיננטיים.מנגנוני הכישלון המשותף כוללים:

  • (ב) ,0) כישלונות חשמליים: התמוטטות דיאלקטרית 1:1, קורוזיה מגע, עייפות משותפת מכרה, השפלה ב בידוד חוט.
  • (ב) ,0) כישלונות מכניים: 1FLT 1 ללבוש, פיר ערפל, הילוך, משוחרר במהירות עקב רטט.
  • (ב) [15] כישלונות: ⁇ : ⁇ 1 (ב) אופניים תרמיים גורמים להתפשטות חומרית / סדקים של התרחבות וסחרור, לחות התוקפנות שמובילה מעגלים קצרים, זיהום אבק.
  • (ב) ,0 כישלונות בין-פניים: oxidation:0) oxidation מחבר, oxidation מעומק, נפילה של ממשק תרמי.

מצב ואפקטים ניתוח (FMEA) הוא שיטה שיטתית כדי לקבוע סיכונים. a FM חזקה מניעה את הבחירה של תנאי מבחן רמות הלחץ.לדוגמה, אם מחבר לזייף קורוזיה מזוהה כגורם סיכון גבוה, תוכנית הבדיקה צריכה לכלול רטט בשילוב עם טמפרטורה מחזורית ולחות.

שיטות עבודה טובות ביותר ב- Reliability Testing

1. Define Clear Objectives

כל בדיקת אמינות חייבת להתחיל עם מטרות לאמביות.האם אתה מנסה להוכיח כי המערכת עונה על דרישה של MTBF של 10,000 שעות? או שאתה חוקר מנגנוני כישלונות תחת לחץ מואץ? המטרות קובעות את גודל הדגימה, משך הבדיקה ורמות הלחץ. לכתוב הצהרה אובייקטיבית של מבחן כגון: "התתתחרחש עם 90% ביטחון כי MTBF עולה על 20,000 שעות תחת פרופיל תרמי המוגדר במערכת הספציפית".

2. לפתח תוכנית מבחן מקיפה

תוכנית מבחן מתעדת הליכים, תנאים סביבתיים, מרווחי מדידה וקריטריונים להצלחה.

  • תיאור של דגימות בדיקה (prototype vs. הפקה)
  • פרופיל סביבתי (טווח הזמן, לחות, ספקטרום רטט)
  • עומס חשמלי ומחזורי חובה
  • Inspection and Data Collection
  • הפחתה של ציוד הבדיקה בזמן

תוכנית לבדיקות מעבדה וניסויים שדהיים הן לספק נתונים מבוקרים, חוזרים על עצמם; בדיקות שדה ללכוד את הרגישות של העולם האמיתי כי תנאי מעבדה אינם יכולים לדמות.

בדיקה אחרונה ב-3. ^ Accelerated Life Testing (ALT)

בדיקות חיים מואצות חלות על רמות הלחץ גבוהות יותר מאשר תנאי הפעלה רגילים כדי לגרום לכשלונות מהר יותר.מודלים של האצה משותפת כוללים:

  • (ב) מודל פלאנסיוס (FLT) 1 לטמפרטורה
  • (ב) מודל ה-FLT:0Coffin-Manson Model FLT1 עבור אופניים תרמיים (מפרקים סולדרים, אג"ח חוט)
  • (ב) ,0) חוק ה-Power ModelsFLT:1

המפתח הוא לבחור רמות לחץ המזרזות את אותם מנגנוני כישלונות כמו בשימוש רגיל ללא יצירת מצבי כשלון חדשים ולא רלוונטיים (FLT:0IEC 6250603ph 1 סטנדרטי עבור הדרכה על שיטות בדיקה מואצות.

יישום גבוה מאוד של בדיקות חיים (HALT)

HALT הוא מבחן איכותני הדוחף מערכת מעבר לגבולות העיצוב שלה כדי לגלות חולשות.בניגוד ל-ALT, HALT אינו נועד לייצר הערכה כמותית של אמינות; אלא, הוא מזהה שולי עיצוב ונקודות סף כישלון. החל רטט, שינויים מהירים בטמפרטורה, ומתח השולי בצורה של מתח.

5.לבצע בדיקת מתח סביבתית (ESS)

ESS הוא מבחן ברמת הייצור החל על כל יחידה כדי לזהות פגמים מאוחרים.

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,Random רטט (FLT) 1 כדי לחשוף רכיבים רציפים או מפרקים קשורים בצורה גרועה
  • (ב) ב[[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]

תנאי ESS צריכים להיות חמורים מספיק כדי להדוף פגמים מבלי לצרוך חיים שימושיים משמעותיים.היעילות של ESS יכולה להיות נמדדת על ידי שיעור זיהוי הפגם ואת שיעור הכישלון המזויף.

6.עיצוב והוצאה להורג של בדיקות השמצה (RDT)

RDTs הם בדיקות פורמליות שמוכיחות סטטיסטית האם מערכת עומדת במטרות אמינות מוגדרות, הם דורשים זמן מבחן שנקבע מראש, גודל הדגימה ומספר הכישלונות האפשריים. השתמש בתכניות סטנדרטיות כגון FLT:0IEC 61124FLT 1 או FLT:2 [HIL-BK-781FLT 3] כדי לחשב רמות אמון.

אנליז Test Data Rigorly

ניתוח נתונים חשוב כמו המבחן עצמו. השתמש בניתוח Weibull כדי מודל פעמים זיהוי אם כישלונות הם מוקדם החיים, קצב קבוע, או ללבוש-out.ממזימה Weibull אתה יכול לחלץ צורה (β) ומדיק ( ⁇ ) פרמטרים, ולאחר מכן לחשב אמינות בזמן t. עבור מערכות תקנון, להשתמש במודל החוק (לא הומוגני תהליך פוסוסון) לנתח מגמות.

תמיד מרווחי ביטחון תואמים - נקודה הערכה של MTBF ללא גבולות היא כמעט חסרת תועלת. כלים כמו Minitab, Reliasoft, או R יכול לבצע חישובים אלה.אימות המודל שלך עם בדיקות טובות.

סגור את ה- Loop: Feed Finds into Design and Manufacturing

בדיקת אחריות אינה פעילות חד פעמית. לתעד כל מנגנון כשל וגורם שורש. השתמש בלקחים שלמדו לעדכן כללי עיצוב, מפרטי הספק, ובקרת תהליך הייצור.תוכנית אמינות סגורה מבטיחה שיפור מתמשך ולהפחית את הסיכון של כשלים בשטח על מחזור חיי המוצר.

סטנדרטים של Reliability Testing

שמירה על סטנדרטים מבוססים מבטיחה עקביות, התחדשות, וקבלה על פני לקוחות וגופים רגולטוריים.תקני מפתח עבור מערכות אלקטרו-מכאניות כוללים:

IEC 60068 - בדיקה סביבתית

משפחה מקיפה של סטנדרטים המכסים טמפרטורה, לחות, רטט, הלם, ולחצים סביבתיים אחרים.חלק 2-1 באמצעות חלק 281 מגדיר שיטות בדיקה ספציפיות.לדוגמה, IEC 60068-2-14 (הלם הרמימי) ו-IEC 60068-2-6 (דוויטציה sinusoidal) משמשים באופן נרחב.

MIL-STD-810 - הנדסה סביבתית ובדיקות מעבדה

פותח על ידי משרד ההגנה האמריקאי, MIL-STD-810 מספק שיטות מבחן למגוון רחב של תנאים סביבתיים כולל גובה, קרינה סולארית, צמיחה פטרייתיתית ואווירת נפץ.הוא מציע גם הדרכה על פרופילי מבחן להתאים למעגל החיים הצפוי של הציוד.למרות שצבא במקור, הוא מאואומץ באופן נרחב במגזרים מסחריים ותעשייתיים בשל יסודיותו.

התייחסות חיצונית חשובה היא הגרסה הציבורית של FLT:0 [MIL-STD-810H זמינה מהסוכנות הלוגיסטית של ההגנה 1.

IEC 61078 - Reliability Block Diagrams

תקן זה מתאר כיצד מודל אמינות מערכת באמצעות דיאגרמות בלוקים, סדרות ומבנים מקבילים, ו Redundancy.הוא תומך בניתוח כמותי ומשמש לעתים קרובות בשיתוף עם FMEA.

IEC 61124 - מבחן לחיקוי

מספק תוכניות מבחן סטטיסטיות להצגת שיעור כישלונות קבוע (הפצה משמעותית) וחלוקת Weibull.It כוללת טבלאות עבור תוכניות צנזורה מרווחי ביטחון.תקן בן לוויה:0IEC 61649FLT:1, מכסה שיטות ניתוח Weibull.

ISO 9001 - מערכות ניהול איכות

בעוד שלא תקן מבחן ל-S, ISO 9001 דורש מארגונים לקבוע תהליכים לפעולה נכונה, שיפור מתמשך וניהול סיכונים - כל קריטי לאמינות.לקוחות רבים דורשים ספקים להיות ISO 9001 מוסמך לפני קבלת נתוני בדיקת אמינות.

IPC Standards - חשמל ואלקטרוניקה Assemblies

עבור מערכות אלקטרו-מכאוניות עם לוחות מעגלים מודפסים וקשרים, IPC-9701 (אמינות משותפת מפולגת) ו- IPC-9592 (פרמטרים לביצועים עבור מכשירי המרה כוח) מספקים שיטות בדיקה וקריטריונים קבלה.

הנחיות NIST - חסינות וחשמל

המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) מפרסם ספרי יד על אמינות המערכת ואי הוודאות המדידה.לדוגמה, פרסום מיוחד של 800-160 מכסה הנדסה של אמינות עבור אבטחת מערכות (למרות שקודמת אבטחה, עקרונות האמינות ניתנים להעברה) Check (FLT:0NIST מכני Reliability משאבים אימותי כפליים FLT:1 עבור יותר.

שיטות בדיקה ב Depth

בדיקה אחרונה ב-[[1924]] - Step-Stress and Constant-Stress

בטמפרטורה קבועה ALT, דגימות נבדקות ברמות לחץ גבוהות קבוע (למשל, 85 מעלות צלזיוס טמפרטורה, 2 g rms רטט) ב- Step-stress ALT, הלחץ גדל במרווחים קבועים או כאשר מספר מסוים של כישלונות להתרחש.שלב יכול לקצר את זמן הבדיקה אבל דורש מודלים זהירים כדי להפריד את ההשפעה של לחץ מצטבר מזמני זמן קצר-ל-למצב.

הקרנה גבוהה (HASS)

HASS היא הגרסה ברמת הייצור של HALT מוחל על כל יחידה.יש להוכיח כי HASS אינו מזיק מוצר טוב תוך חיסול יעיל של כישלונות מוקדמים.פרופיל HASS הוא בדרך כלל תת-קבוצה של גבולות HALT, החל למשך זמן קצר.

בדיקה חוזרת (RGT)

RGT הוא תהליך של רציונטיבי: מבחן, זיהוי מצבי כישלונות, עיצוב מחדש, בדיקה מחדש.זה עוקב אחר מודל Crow-AMSAA למעקב אחר שיפור.המטרה היא להפגין צמיחה אמינה לקראת המטרה. MIL-HDBK-189 מספק הדרכה מפורטת על תכנון וניתוח RGT.

Software-in-the-Loop (SIL) ו-Harware-in-the-Loop (HIL) Testing

עבור מערכות אלקטרו-מכוניות מודרניות עם תוכנה משובצת, HIL בודק את האינטראקציה בין אלגוריתמים שליטה לבין רכיבים פיזיים.סילוק עומסים חשמליים, מנוע אחורי-F, וסימנים חיישן יכולים לחשוף פגמים באינטגרציה כי בדיקות רכיב טהור מתגעגע.זה רלוונטי במיוחד עבור מערכות רכב ואווירה.

ניתוח נתונים וגמישות Metrics

ניתוח נכון הופך את זמני הכישלון הגולמיים לתובנות ניתנות לפעולה.

  • (FLT:0) Data Censoring: FLT:1 Determine אם הכשלונות נצפות בדיוק, צנזורה נכונה (עונש עדיין עובד בסוף המבחן), או צנזורה מרווחת (התפרק בין בדיקות) השתמש בהסתברות מקסימלית (MLE) עבור נתונים מצופים ולא לפחות ריבועים.
  • (FLT:0)Distribution Fitting:FLT:1המחשה של הנחות מבחן אקספוננציאלי, Weibull, Lognormal או Normal Distributions. Weibull הוא המגוון ביותר עבור רכיבים מכניים וחשמליים כי הוא מודלים החיים המוקדמים (βFLT:2 1).
  • (FLT:0) Acceleration Factor Calculation: Elementph1 (אם ALT היה בשימוש, למקם את גורם האצה (AF) בהתבסס על רמות הלחץ החלים ואת מודל האצה.לדוגמה, באמצעות משוואה Arrhenius: AF=exp [(E / k) * (1/T use - 1/T test) ואז להמיר את הבדיקה לשעות שימוש שוות ערך.
  • (FLT:0 System Reliabilityחיזוי: FLT:1) השתמש בתרשיםים של אמינות או בעצי אשמה כדי לשלב תוצאות ברמת הרכיב לתחזיות ברמת המערכת.

זכור כי סטטיסטיקות אמינות הן פרוביביליסטיות - לכמת אי הוודאות באמצעות מרווחי ביטחון, בדרך כלל 90% או 95%.אל תציג מספר MTBF יחיד ללא גבולות.

מקרה מחקר: בדיקה חוזרת של בקר בכחולי DC Motor

שקול מערכת אלקטרו-מכונית טיפוסית: בקר מנוע מברשות DC עבור מפיץ תעשייתי.הבקר כולל מיקרובקר, מ MOSFET, מנועים שער, חיישנים מיקום, ודיור אלומיניום חתומה.מצבי הכישלון העיקריים שזוהו על ידי FMEA היו עייפות תרמית מ-MosafET, חיישן קורוזיון, והזדקנות capacitor.

(ב) ◄ ⁇

  • HALT על 3 יחידות כדי למצוא שולי עיצוב - שער MOS שנמצאו FET עוקב אחר כישלון ב-150 מעלות צלזיוס ו 10g רטט; פעולה נכונה הוסיפה עקבות reforcing.
  • ALT על 20 יחידות ב-125 מעלות צלזיוס רטט אקראי ו- 8g (expected AF=30) מבחן ל-1,000 שעות - שווה ל-30,000 שעות שימוש.
  • ESS על יחידות ייצור: - 40°C ל +85 ° C מחזורי 10 מחזורים, בתוספת 5 דקות של 10-2000 הרץ רטט ב 0.04 g2 /Hz.

(FLT:0)Resultsentis:FLT:1 במהלך ALT, 3 capacitors נכשלו עקב שינוי שגוי.ספק Capacitor השתנה לחלק גבוה יותר לאחר פעולה תיקון, שנייה ALT לרוץ (10 יחידות, 500 שעות) נכנע אפס, הראה MTBF של 21,000 שעות ב -90% ביטחון נמוך יותר.

מקרה זה ממחיש כיצד תוכנית אמינות מובנת המשלבת את HALT, ALT, ו ESS יכולים לזהות ולתקן חולשות לפני פריסת שדה, לחסוך עלויות אחריות משמעותיות.

מסקנה

בדיקות אמינות של מערכות אלקטרו-מכאניות אינן מותרות - זהו תרגול הנדסי ממושמע המשפיע ישירות על בטיחות המוצר, שביעות רצון הלקוחות ורווחיות עסקיות.על ידי יישום שיטות טובות כגון הגדרה אובייקטיבית ברורה, תוכניות בדיקה מותאמות, שיטות מואצות וניתוח נתונים קפדני, ארגונים יכולים לאמת באופן בטוח כי עיצוביהם עומדים ביעדים ביצועים בתנאים בעולם האמיתי.

עם זאת, בדיקות לבד אינן מספיקות.תוכנית אמינות חזקה דורשת תרבות של למידה רציפה: ללכוד כל כישלון, להאכיל בחזרה לתכנון וייצור, ו- iterate. as אלקטרו-מכניקה מערכות להיות מורכב יותר - עם קישוריות מוגברת, נחיתות כוח גבוהות יותר, ומגבלות משקל הדוק יותר - החשיבות של בדיקות אמינות שיטתית רק יגדל.