Анализ отказов — это процесс сбора и анализа данных для определения причины отказа , часто с целью определения корректирующих действий или ответственности. По словам Блоха и Гайтнера, «отказы оборудования выявляют цепочку реакций причины и следствия… обычно недостаток, обычно называемый симптомом…». [1] Анализ отказов может сэкономить деньги, жизни и ресурсы, если он выполнен правильно и принят во внимание. Это важная дисциплина во многих отраслях обрабатывающей промышленности, таких как электронная промышленность , где он является жизненно важным инструментом, используемым при разработке новых продуктов и для улучшения существующих продуктов. Процесс анализа отказов основан на сборе неисправных компонентов для последующего изучения причины или причин отказа с использованием широкого спектра методов, особенно микроскопии и спектроскопии . Методы неразрушающего контроля (НК) (такие как промышленная компьютерная томография ) ценны, поскольку неисправные продукты не подвержены анализу, поэтому иногда инспекция начинается с использования этих методов.
Судебное расследование неудавшегося процесса или продукта является отправной точкой 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 об отбраковке продукта или примеры предыдущих отказов того же рода. Методы судебной инженерии особенно ценны при отслеживании дефектов и изъянов продукта. Они могут включать усталостные трещины, хрупкие трещины, вызванные коррозионным растрескиванием под напряжением или растрескиванием под воздействием окружающей среды , например. Заявления свидетелей могут быть ценны для реконструкции вероятной последовательности событий и, следовательно, цепочки причин и следствий. Человеческий фактор также может быть оценен, когда определена причина отказа. Существует несколько полезных методов для предотвращения отказов продукта, происходящих в первую очередь, включая анализ характера и последствий отказов (FMEA) и анализ дерева отказов (FTA) , методы, которые можно использовать во время создания прототипов для анализа отказов до того, как продукт будет выпущен на рынок.
Некоторые из методов, используемых при анализе отказов, также применяются при анализе состояния « неисправность не обнаружена» (NFF) , который является термином, используемым в сфере технического обслуживания для описания ситуации, когда первоначально зарегистрированный вид отказа не может быть воспроизведен оценщиком, и, следовательно, потенциальный дефект не может быть устранен.
NFF может быть вызвана окислением, неисправными соединениями электрических компонентов, временными короткими замыканиями или разрывами в цепях, ошибками программного обеспечения, временными факторами окружающей среды, а также ошибкой оператора. Большое количество устройств, которые были зарегистрированы как NFF во время первого сеанса устранения неполадок, часто возвращаются в лабораторию анализа неисправностей с теми же симптомами NFF или постоянным режимом отказа.
Термин «анализ неудач» применяется также в других областях, таких как управление бизнесом и военная стратегия.
Инженер по анализу отказов часто играет ведущую роль в анализе отказов, независимо от того, выходит ли компонент или продукт из строя в процессе эксплуатации или если отказ происходит в процессе производства или в процессе обработки продукции. В любом случае необходимо определить причину отказа, чтобы предотвратить его возникновение в будущем и/или улучшить производительность устройства, компонента или конструкции. Инженеры-конструкторы и инженеры-механики очень распространены для этой работы. Более конкретные специальности также могут занять эту должность, например, инженеры-материаловеды. Специализация в металлургии и химии всегда полезна наряду со свойствами и прочностью материалов. Кого-то можно нанять по разным причинам, будь то дальнейшее предотвращение или проблемы ответственности. Средняя зарплата инженера по анализу отказов, инженера с опытом работы в этой области, составляет 81 647 долларов США. [2] [ по состоянию на? ] Инженеру по анализу отказов требуется хороший уровень общения и способность работать с другими. Обычно нанимаемый человек имеет степень бакалавра в области инженерии, но есть сертификаты, которые можно получить. [2]
Анализ отказов различных продуктов предполагает использование следующих инструментов и методов:
Г-н Брахими является консультантом American Bridge Fluor и имеет степень магистра в области материаловедения. [3]
Г-н Агилар является начальником отделения по испытанию конструкционных материалов Caltrans и имеет 30-летний опыт работы инженером. [3]
Г-н Кристенсен, консультант Caltrans с 32-летним опытом работы в металлургии и анализе отказов. [3]
Визуальное наблюдение, которое является неразрушающим исследованием. Оно выявило признаки хрупкости без постоянной пластической деформации до того, как он сломался. Были показаны трещины, которые были конечной точкой разрыва стержней сдвига. Инженеры подозревали, что водород был вовлечен в образование трещин. [3]
Сканирующая электронная микроскопия , которая является сканированием треснувших поверхностей под большим увеличением, чтобы лучше понять излом. Полный излом произошел после того, как стержень не смог выдержать нагрузку, когда трещина достигла критического размера. [3]
Микроструктурное исследование , при котором поперечные сечения изучались для получения дополнительной информации о межсвязях металла. [3]
Испытание на твердость с использованием двух методов: твердости по Роквеллу C и микротвердости по Кнупу, которое показывает, что материал не был подвергнут правильной термической обработке. [3]
Испытание на растяжение сообщает инженеру, что предел текучести, предел прочности на растяжение и удлинение были достаточными для соответствия требованиям. Несколько образцов были взяты и выполнены Anamet Inc. [3]
Испытание на ударную вязкость по Шарпи с V-образным надрезом показывает вязкость стали, взятой из различных образцов прутка и проведенной Anamet Inc. [3]
Химический анализ был окончательным испытанием, также проведенным Anamet Inc., который соответствовал требованиям для этой стали. [3]
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 они не соответствовали требованиям по прочности в этих стержнях. Хотя они соответствовали требованиям, структура была неоднородной, что привело к разной прочности и низкой вязкости. [3]
Это исследование показывает несколько из множества способов, с помощью которых можно провести анализ отказов. Он всегда начинается с неразрушающей формы наблюдения, например, с места преступления. Затем из исходного образца берутся части материала, которые используются в различных наблюдениях. Затем проводится разрушающее испытание, чтобы определить прочность и свойства материала, чтобы точно определить, что пошло не так. [3]
Автострада Окленд-Нимиц была мостом, который рухнул во время землетрясения даже после программы по укреплению моста. Разным инженерам было предложено высказать свое мнение о ситуации. Некоторые не обвиняли программу или департамент, как Джеймс Роджерс, который сказал, что при землетрясении «есть большая вероятность, что Embarcadero сделает то же самое, что и Nimitz». [4] Другие сказали, что можно было бы предпринять больше мер по предотвращению. Пристли сказал, что «ни один из проектов департамента по укреплению дорог не решал проблемы слабости…» в соединениях моста. Некоторые эксперты согласились, что можно было бы сделать больше для предотвращения этой катастрофы. Программа подвергается критике за то, что делает «провал более серьезным». [4]
Продукт должен быть способен работать даже в самых сложных сценариях. Это очень важно для продуктов, изготовленных для дорогостоящих конструкций, таких как здания или самолеты. Если эти детали выйдут из строя, они могут вызвать серьезные повреждения и/или проблемы безопасности. Продукт начинают проектировать «...чтобы минимизировать опасности, связанные с этим «худшим сценарием». Определение худшего сценария требует полного понимания продукта, его нагрузки и среды его эксплуатации. Перед вводом продукта в эксплуатацию прототип часто проходит лабораторные испытания, которые доказывают, что продукт выдерживает худший сценарий, как и ожидалось». [6] Некоторые из испытаний, проводимых на реактивных двигателях сегодня, очень интенсивно проверяют, может ли двигатель выдержать:
Эти испытания должны быть сложнее, чем те, которые продукт будет испытывать в процессе эксплуатации. Двигатели работают на пределе возможностей, чтобы гарантировать, что продукт будет функционировать так, как должен, независимо от состояния. Анализ отказов с обеих сторон направлен на предотвращение повреждений и поддержание безопасности.