Hoe betrouwbaar is mijn product echt?
Traditionele methodes om de betrouwbaarheid van een product te bepalen, laten nogal eens te wensen over. Flanders Make ontwikkelde nieuwe technieken en tools die maken dat de productbetrouwbaarheid met minstens vijftig procent beter kan worden vastgesteld.
Iedereen heeft het zich wel eens afgevraagd bij de aankoop van een auto, een smartphone of een broodrooster: hoe betrouwbaar is dit product echt? Consumenten en ook bedrijven stellen vragen over de betrouwbaarheid en de levensduur van de producten die ze kopen. Betrouwbaarheid weerspiegelt immers kwaliteit en geloofwaardigheid van een merk. Producenten spelen hier gretig op in bij hun marketing en geven maar wat graag schattingen van de betrouwbaarheid van hun producten. Helaas zijn deze schattingen vaak niet representatief en weinig accuraat.
De hoofdreden hiervoor is het ontbreken van een goede aanpak. De gevolgde methode voor de analyse van velddata is bijvoorbeeld niet meer valide of de gebruikte predictiehandboeken zijn gedateerd voor moderne elektronica. Om consumenten en producenten te helpen bij deze problematiek ontwikkelde en evalueerde Flanders Make een aantal tools en methodieken (zie tabel voor een overzicht). Dankzij deze ontwikkelingen kan de productbetrouwbaarheid of levensduur minstens vijftig procent nauwkeuriger worden ingeschat dan wanneer de klassieke aanpak wordt gevolgd.
Wanneer welke methodiek het meest geschikt is, is afhankelijk van de complexiteit van het product (combinatie van software, hardware en mechanica) en de te investeren kosten. Ruwweg kan worden gesteld dat het gebruik van predictiehandboeken het minste effort vraagt. Dat is dus ook de goedkoopste aanpak die kan worden toegepast op eenvoudigere producten zoals pcb’s. De duurste aanpak is het gebruik van velddata-analyse omdat dit zeer extensief werk is. Typisch kan deze aanpak worden gevolgd voor zeer complexe en veiligheidskritieke producten zoals de ophanging van wagens. Een derde aanpak die zowel qua kosten als qua complexiteit tussen de twee voorgaande ligt, is de versnelde levensduurtest waarmee een inschatting van de levensduur van een product kan worden gemaakt door het bloot te stellen aan destructie. Deze aanpak is vooral interessant voor allerhande consumentenelektronica.
Predictiehandboek
Voor Dana, een producent van transmissies voor zware off-highway lastvoertuigen, maakte Flanders Make een betrouwbaarheidsschatting voor een machinecontroller. Dat systeem bestaat voornamelijk uit elektronische componenten. De betrouwbaarheidsschatting kan dus via predictiehandboeken gebeuren. Wij hebben gekozen voor het gratis beschikbare Fides-handboek.
De betrouwbaarheidsschatting gebeurt als volgt: elk component krijgt een generisch uitvalspercentage toegekend. Dat percentage reflecteert de gemiddelde tijd tussen vastgestelde defecten. De betrouwbaarheid van een product is dan de gewogen som van de uitvalspercentages. De weging houdt onder meer rekening met de gebruiksomstandigheden en stressfactoren zoals temperatuur.
Betrouwbaarheidsschattingen gebaseerd op het Fides-handboek benaderen de waargenomen betrouwbaarheden beter. Bijgevolg liggen ze dus potentieel korter bij de werkelijkheid dan het wijdverspreid gebruikte MIL-HDBK-217F. De Amerikaanse defensie stelde dat boek op voor de schatting van de betrouwbaarheid van elektronische componenten. De laatste update is van ongeveer twintig jaar geleden. Een belangrijke tekortkoming is dus dat het boek verouderd is en dat nieuwere technologieën ontbreken.
Levensduurtests
Via een versnelde levensduurtest (accelerated life test, alt) kan de waarschijnlijkheid waarmee een product zal falen onder normale omstandigheden worden ingeschat door het product te observeren bij abnormale omstandigheden. Hiervoor worden twee modellen opgesteld: het eerste is een structureel model dat de relatie tussen de levensduur en de mate van stress beschrijft. Het tweede is een stochastisch model dat de kans beschrijft dat een product zal falen bij een bepaalde mate van stress zoals warmte of trillingen.
Omdat de traditionele alt tijdsintensief is, onderzocht Flanders Make voor Jabil, een producent van elektronische apparatuur, de mogelijkheden van agressief versnelde levensduurtests (highly accelerated life tests, halt) voor een voedingseenheid. Hierbij stelden we vast dat een agressief halt-experiment alleen niet geschikt is voor predictie van levensduur (productbetrouwbaarheid) maar dat halt wel geschikt is om de relevante operationele en destructielimieten van het product te bepalen. Deze limieten kunnen dan worden gebruikt om alt te optimaliseren en zodoende aanzienlijk minder tijdsintensief te maken met behoud van de betrouwbaarheid van de schatting van de traditionele procedure.
Velddata-analyse
Door gebruik te maken van in de praktijk verzamelde data van de operationele tijd en uitval, kan ook een schatting worden gemaakt van de productbetrouwbaarheid. Deze methode is heel tijdsintensief. Het vereist immers het verzamelen van velddata, tracking en enkele jaren tijd om uiteindelijk uitvaldata te bekomen. De aanpak is wel uitermate geschikt om complexe producten te evalueren. Flanders Make paste lda (life data analysis) succesvol toe op een passagiersinformatiesysteem van Televic, een toeleverancier aan onder meer de treinindustrie.
Klassiek wordt de productbetrouwbaarheid bepaald door de gemiddelde tijd te observeren tussen ogenblikken waarop het product faalt. Flanders Make raadt echter aan de schatting te baseren op modellen die de data fitten. Op deze manier kan de onzekerheid worden gereduceerd en zal bij herhaling van het experiment de afwijking van de schatting minimaal zijn. De keuze van het model is hierbij erg belangrijk: een te eenvoudig model kan resulteren in een onnauwkeurige beschrijving van de data en dus een verkeerde schatting van de betrouwbaarheid.
Flanders Make stelde vast dat de beste resultaten worden behaald door de data voor een bepaald onderdeel te classificeren volgens het type van uitval en de tijd tot de uitval en vervolgens te beschrijven met een kansmodel (Weibull-model).
Flanders Make ontwikkelde methodieken om op een snellere, efficiëntere en meer nauwkeurige manier de betrouwbaarheid van producten of systemen in te schatten. In aanvulling op de gebruikte commerciële en opensource tools (Reliasoft Alta, Fides-tool) realiseerden we een reeks tools in de vorm van executables: de LDA-tool voor life data analysis en de Alt-tool voor alt-experimentvoorbereiding/voorspelling gebruikmakend van verschillende modellen. De methodieken werden succesvol toegepast op praktijkcases. De productbetrouwbaarheid werd met minstens vijftig procent ingeschat.
| Benadering | Methode | Winst | ||
|---|---|---|---|---|
| Predictiehandboek | Fides | tot 60% | verbeterde nauwkeurigheid | in vergelijking met MIL-217 |
| Versnelde levensduurtests | (h)alt | tot 50% | verkorte testtijden | in vergelijking met klassieke betrouwbaarheidstests |
| Analyse velddata | lda | tot 50% | verbeterde nauwkeurigheid | in vergelijking met uitmiddelen van velddata |
Anke Van Campen is projectengineer bij Sirris. Abdel Bey-Temsamani en Maarten Witters werken allebei bij de Flanders Make-divisie FMTC. Dit artikel is tot stand gekomen met de hulp van Bjorn Aelvoet, projectleider bij Dana Belgium, Kristof Boerjan, teamleider bij Televic en Vital Driesen, businessmanager bij Jabil.
