Основы инженерии надежности: определение, цели и практические техники

Как вы оцениваете качество покупаемых продуктов? Традиционный заводской контроль качества проверяет, соответствует ли продукт заданным спецификациям в момент продажи. Однако, если вы регулярно обращаетесь по гарантии, вы на самом деле не покупаете качественный товар.

Инженерия надежности добавляет измерение времени в это уравнение. Вместо вопроса только о том, работает ли продукт в первый день, мы спрашиваем, будет ли он надежно функционировать в нормальных операционных условиях максимально долго.

Помимо дизайна продукта, инженерия надежности направляет команды обслуживания, как продлить MTBF (среднее время между отказами) и общий срок службы актива. Выявляя потенциальные режимы отказа рано, инженеры могут предотвратить дорогостоящие перепроектирования и снизить долгосрочные затраты на поддержку.

В следующих разделах мы рассмотрим:

• Концепцию надежности
• Основные принципы инженерии надежности
• Базы оценки надежности
• Способы, как инженеры надежности могут повысить надежность оборудования

Что такое надежность?

Надежность описывает способность компонента или системы соответствовать стандартам производительности за указанный период в нормальных операционных условиях. Когда две идентичные системы работают рядом, та, которая продолжает выполняться с меньшими перерывами, считается более надежной.

Поскольку будущая производительность не может быть предсказана с уверенностью, надежность выражается вероятностно. Обычно надежность системы начинается высокой и снижается со временем, отражая накопленную вероятность отказа.

Надежность часто путают с долговечностью, качеством и доступностью. Ниже краткий гид по каждому термину:

Надежность против долговечности

Долговечность относится к способности продукта оставаться функциональным без чрезмерного обслуживания или ремонта в течение предполагаемого срока жизни. Надежность, напротив, фокусируется на минимизации количества и частоты отказов, независимо от того, выживает ли продукт после них.

Долговечность обычно измеряется в часах использования, циклах или годах, и применяется в основном к физическим предметам. Надежность применима к физическим и виртуальным системам.

Надежность против качества

Качество — более широкое понятие, охватывающее несколько измерений. Надежность — и долговечность, если считать — составляет одно из этих измерений. По сути, надежная система сохраняет свое качество во времени.

Надежность против доступности

Доступность измеряет долю времени, когда система полностью операционна. В IT цель 99,99% доступности означает примерно 52 минуты простоя в год. Доступность зависит от надежности (меньше отказов) и ремонтопригодности (быстрые ремонты).

Что такое инженерия надежности?

Инженерия надежности — дисциплинированное применение инженерных лучших практик для производства более надежных продуктов затратоэффективно. Она охватывает весь жизненный цикл продукта — от дизайна и производства до эксплуатации и обслуживания.

Раннее обнаружение проблем надежности дает существенную экономию. График ниже иллюстрирует, как устранение проблем на стадии дизайна избегает дорогих пост-маркет перепроектирований.

Ключевые цели инженерии надежности включают:

1. Использование инженерных знаний для предотвращения режимов отказа и снижения вероятности отказов.
2. Выявление и коррекция корневых причин отказов, которые все же происходят.
3. Разработка стратегий управления неизбежными отказами.
4. Оценка надежности новых дизайнов и анализ данных надежности.

Эти шаги должны следовать последовательно для обеспечения затратоэффективных практик надежности.

Базы оценки надежности

Конечная цель — создать надежный набор качественных и количественных доказательств, что компонент или система не несет неприемлемого риска. В инженерии надежности «риск» — произведение вероятности отказа и тяжести отказа (влияние на безопасность, стоимость, простой и т.д.).

Понимание механизмов и режимов отказа

Сложные системы должны быть разбиты на компоненты для анализа того, как они отказывают и почему. Взаимодействия с пользователями и средой также играют критическую роль, так как неправильное использование и суровые условия могут подрывать надежность.

Общие задачи и техники

Инженеры надежности развертывают разнообразные методы в зависимости от сложности системы:

• Анализ корневых причин (RCA)
• Обслуживание, ориентированное на надежность (RCM)
• FMEA и FMECA (дизайн и процесс)
• Физика отказа (PoF)
• Встроенное самотестирование
• Анализ блоков надежности
• Анализ полевых данных
• Анализ дерева неисправностей
• Устранение единых точек отказа (SPOF)
• Анализ человеческих ошибок
• Анализ операционных опасностей
• Обзор истории обслуживания
• Сбор данных стресс-тестов
• …

Эти методы раскрывают слабые точки и оценивают вероятность неисправностей. Когда воспринимаемый риск высок, оправданы корректирующие действия: изменения дизайна (например, резервирование), контролы обнаружения, руководства по обслуживанию и обучение пользователей.

Квантификация надежности

Инженерия надежности опирается на статистические данные и вероятность. Критично, чтобы все стейкхолдеры согласовали пороги приемлемого риска. Многие практики подчеркивают фокус на «почему» вместо «когда» отказов. Как отмечает Патрик Д. Т. О'Коннор в Practical Reliability Engineering, понимание причин отказа ведет к улучшениям дизайна и процесса эффективнее, чем предсказание точных времен отказов.

Для отказов частей/систем инженеры надежности должны больше концентрироваться на «почему и как», а не на предсказании «когда». Понимание «почему» произошло отказ гораздо более вероятно приведет к улучшению, чем квантификация «когда» отказ вероятен.

O'Connor, Patrick D. T. (2002), Practical Reliability Engineering

Как инженеры надежности улучшают надежность оборудования объектов

Инженеры надежности могут драйвить осязаемые улучшения в дизайне, обслуживании и операционных процессах:

Проектирование и разработка запасных частей

Регулярный износ требует высококачественных запасных частей. Компании с возможностями ЧПУ или 3D-печати могут производить кастомные компоненты по требованию, устраняя узкие места в инвентаре и обеспечивая соответствие стандартам надежности.

Анализ корневых причин

Изучая руководства OEM, логи обслуживания и данные об отказах, инженеры надежности раскрывают корневые причины и рекомендуют целевые митигации. Применение принципов RCM часто дает значительные приросты надежности.

Согласование действий обслуживания с режимами отказа

Команды обслуживания могут все еще испытывать поломки, если они адресуют неверные режимы отказа или выполняют устаревшие задачи. Инженеры надежности пересматривают практики обслуживания, обновляют процедуры и верифицируют, что данные CMMS отражают точные, ценностные превентивные действия.

Подробнее о CMMS см. в нашем руководстве Что такое CMMS и как он работает.

Дополнительно, инженеры надежности помогают выбирать подходящие датчики мониторинга состояния и внедрять продвинутые стратегии вроде обслуживания на основе состояния и предиктивного обслуживания.

Итоговые мысли

Эффективная инженерия надежности доставляет реальные, измеримые результаты. С правильными знаниями и техниками компании любого размера могут достичь более высокого качества продукта, более гладкого обслуживания и довольных пользователей — истинный win-win-win.

Вы инженер надежности или профессионал обслуживания? Дайте знать, если мы упустили критичный пункт — делитесь мыслями в комментариях ниже.