A megbízhatósági tervezés a rendszertervezés egy altudománya, ami arra helyezi a hangsúlyt, hogy a berendezések meghibásodás nélkül működjenek. A megbízhatóság a rendszer vagy komponens azon képessége, mikor adott körülmények között vagy meghatározott időtartamon belül működőképes.Institute of Electrical and Electronics Engineers (1990) IEEE Standard Computer Dictionary: A Compilation of IEEE Standard Computer Glossaries. New York, NY A megbízhatóság szorosan kapcsolódik az elérhetőséghez, melyet általában úgy határoznak meg, mint a rendszer vagy komponens működőképessége adott pillanatban, vagy adott időintervallumban.
A megbízhatósági függvényt elméletileg a t időpontban történő siker valószínűségeként definiálják, amit R(t)-vel jelölnek. A gyakorlatban viszont különböző technikákkal számítják, értéke pedig mozoghat 0 és 1 között, ahol a 0 a siker valószínűségének hiányát, míg az 1 a biztos sikert jelenti. Ezt a valószínűséget részletes (hibafizikai) elemzésekből, korábbi adatbázisokból vagy megbízhatósági tesztelésekből és modellezésekből becsülik meg. Az elérhetőség, tesztelhetőség, karbantarthatóság és karbantartás gyakran a "megbízhatósági tervezés" részeként van meghatározva a megbízhatósági programokban. A megbízhatóság gyakran kulcsszerepet játszik a rendszerek költséghatékonyságában.
A megbízhatósági tervezés foglalkozik a magas szintű "élettartam" mérnöki bizonytalanságának és meghibásodási kockázatának előre jelzésével, megelőzésével és kezelésével. Bár a sztochasztikus paraméterek meghatározzák és befolyásolják a megbízhatóságot, a megbízhatóság nem csak matematikai és statisztikai úton érhető el.RCM II, Reliability Centered Maintenance, Second edition 2008, pages 250–260, the role of Actuarial analysis in Reliability "Szinte az összes oktatási és irodalmi anyag ezen aspektusokra helyezi a hangsúlyt, figyelmen kívül hagyva, hogy a bizonytalanság mértéke nagymértékben érvényteleníti az előrejelzés és mérés kvantitatív módszereit."O'Connor, Patrick D. T. (2002), Practical Reliability Engineering (Fourth Ed.), John Wiley & Sons, New York. . Például könnyű szimbólumként vagy értékként ábrázolni egy egyenletben a "meghibásodás valószínűségét", de a gyakorlatban szinte lehetetlen megjósolni annak valós nagyságát, mivel számos változótól függ, így az egyenlet megléte nem egyenlő a megbízhatóság pontos előre jelzésével.
A megbízhatósági tervezés szorosan kapcsolódik a minőségtervezéshez, biztonságtervezéshez és rendszerbiztonsághoz, melyekben az elemzések során közös módszereket alkalmaznak, és szükségük lehet az egymástól származó inputra. Úgy is mondhatjuk, hogy egy rendszernek megbízhatóan biztonságosnak kell lennie.
A megbízhatósági tervezés a rendszer leállásából adódó meghibásodások, pótalkatrészek, javítóberendezések, személyzet és garanciális igények költségeire koncentrál.
Története A „megbízhatóság” szó egészen az 1816-os évekre nyúlik vissza, ekkor jelent meg elsőnek Samuel Taylor Coleridge költészetében.Saleh, J.H. and Marais, Ken, "Highlights from the Early (and pre-) History of Reliability Engineering", Reliability Engineering and System Safety, Volume 91, Issue 2, February 2006, pages 249–256 A második világháború előtt a kifejezés főként az ismétléssel volt összefüggésben; egy teszt (bármely tudományágban) "megbízhatónak" számított, ha az eredmények ugyanúgy ismétlődtek. Az 1920-as években a Bell Labs-nél dolgozó Dr. Walter A. Shewhart támogatta a termékfejlesztést a statisztikai folyamatszabályozás használatával, míg Waloddi Weibull a kimeríthetetlen statisztikai modelleken dolgozott.Juran, Joseph and Gryna, Frank, Quality Control Handbook, Fourth Edition, McGraw-Hill, New York, 1988, p.24.3 A megbízhatósági tervezés fejlődése párhuzamosan zajlott a minőséggel. A "megbízhatóság" modernkori használatát az amerikai hadsereg határozta meg az 1940-es években egy termék jellemzésénél, amely a várakozásoknak megfelelően működött, meghatározott ideig.
A második világháborúban főként az akkori elektronikus berendezések megbízhatatlanságából eredtek a problémák. 1945-ben M.A. Miner "Cumulative Damage in Fatigue" címmel adott ki egy cikket az ASME folyóiratban. A megbízhatósági tervezés egyik fő használata a hadseregben a vákuumcsövekre irányult, melyek radarrendszerekben és más elektronikákban voltak megtalálhatóak, megbízhatóságuk pedig nagyon problémás és költséges volt. Az IEEE 1948-ban megalapította a Megbízhatósági Társaságot. 1950-ben az Amerikai Védelmi Minisztérium létrehozott egy csoportot „Advisory Group on the Reliability of Electronic Equipment" (AGREE) néven azért, hogy kivizsgálja a katonai berendezések megbízhatósági módszereit. Ez a csoport három fő módszert ajánlott:
A komponensek megbízhatóságának javítása. Minőségi és megbízhatósági követelmények megállapítása a beszállítók számára. Mezőadatok gyűjtése és a meghibásodások okainak feltárása.
Az 1960-as években nagyobb hangsúlyt fektettek a komponens-és rendszer szintű megbízhatóság tesztelésre. Ebben az időszakban jött létre a híres katonai szabvány, a MIL-STD-781, továbbá ekkor jelent meg az RCA által kiadott katonai kézikönyv 217 elődje, amelyet elektronikus komponensek meghibásodási rátáinak előrejelzésére használtak. A komponens megbízhatóságára és empirikus kutatásokra (pl. Mil Std 217) helyezett hangsúly elkezdett fokozatosan csökkenni és inkább olyan pragmatikus megközelítéseket alkalmaztak, mint a fogyasztói iparágakban. Az 1980-as években a televíziókat egyre inkább szilárdtest-félvezetők alkották. Az autók gyorsan növelték a félvezetők használatát különféle mikroszámítógépekkel a motorháztető alatt és a műszerfalon. A nagy légkondicionáló rendszerek elektronikus vezérlőket fejlesztettek, akárcsak a mikrohullámú sütők és számos más háztartási gép. A kommunikációs rendszerek elkezdték alkalmazni az elektronikát a régi mechanikus kapcsolórendszerek helyett. A Bellcore kiadta az első fogyasztói előrejelzési módszertant a távközlés számára, és az SAE hasonló dokumentumot adott ki SAE870050 néven az autóipari alkalmazásokhoz. Az előrejelzések természete az évtized során változott, és nyilvánvalóvá vált, hogy a die komplexitás nem az egyetlen tényező, amely meghatározza az integrált áramkörök (IC) meghibásodási rátáit. Kam Wong publikált egy cikket, amely megkérdőjelezte a kádgörbét.Wong, Kam, "Unified Field (Failure) Theory-Demise of the Bathtub Curve", Proceedings of Annual RAMS, 1981, pp 402–408 Ebben az évtizedben sok komponens meghibásodási rátája tízszeresére csökkent. Az 1990-es évekre az IC fejlesztésének üteme felgyorsult. Az önálló mikroszámítógépek szélesebb körű használata általánossá vált és a PC-piac segített az IC sűrűségének Moore törvénye szerinti követésében, amely körülbelül 18 havonta megduplázódott. A megbízhatósági tervezés átalakulóban volt, ahogy a meghibásodás fizikájának megértésére helyeződött a hangsúly. A komponensek meghibásodási rátái tovább csökkentek, de a rendszer szintű problémák egyre kiemelkedőbbé váltak. A rendszerszemlélet egyre fontosabbá vált. A szoftver esetében kifejlesztették a CMM (Capability Maturity Model) modellt, amely egy kvalitatívabb megközelítést adott a megbízhatósághoz. Az ISO 9000 részeként a tervezés és fejlesztés részeként megbízhatósági intézkedéseket vezettek be a tanúsítás során. A Világháló terjedése új kihívásokat hozott a biztonság és a bizalom terén. A régi probléma, miszerint túl kevés megbízható információ áll rendelkezésre, más lett, mivel sok kérdéses értékű információlátott napvilágot. A fogyasztói megbízhatósági problémák most valós időben tárgyalhatók online adatok felhasználásával. Az új technológiák, mint például a mikro-elektromechanikai rendszerek (MEMS), kézi GPS, és olyan kézi eszközök, amelyek kombinálják a mobiltelefonokat és a számítógépeket, mind kihívást jelentenek a megbízhatóság fenntartásában. A termékfejlesztési idő tovább rövidült az évtized során, és amit három év alatt elértek, azt most 18 hónap alatt végezték el. Ez azt jelentette, hogy a megbízhatósági eszközöket és feladatokat szorosabban kellett kapcsolni a fejlesztési folyamathoz. Sok szempontból a megbízhatóság a mindennapi élet és a fogyasztói elvárások részévé vált.
Áttekintés A megbízhatóság annak valószínűsége, hogy egy termék a meghatározott használati időszakon és működési feltételeken belül az előírt módon működik, és megfelel vagy meghaladja az ügyfél elvárásait.
Célok A megbízhatósági tervezés céljai, csökkenő fontossági sorrendben:Practical Reliability Engineering, P. O'Conner – 2012
Mérnöki ismeretek és speciális technikák alkalmazása a meghibásodások valószínűségének vagy gyakoriságának csökkentése érdekében. Azon meghibásodások okainak azonosítása és javítása, amelyek minden erőfeszítés ellenére bekövetkeznek. Olyan módszerek meghatározása, amelyekkel kezelni lehet a bekövetkező meghibásodásokat, ha azok okait nem sikerült kijavítani. Módszerek alkalmazása új tervek megbízhatóságának becslésére és megbízhatósági adatok elemzésére.
Azért helyezünk nagy hangsúlyt a fontossági sorrendre, mivel a költségek minimalizálása és megbízható termékek előállítása szempontjából ez a leghatékonyabb módszer. Éppen ezért van szükség arra, hogy a meghibásodások lehetséges okait megértsük és tudjuk előre jelezni, esetleg megelőzni őket. Szükséges továbbá a tervek és adatok tekintetében az elemzési módszerek ismerete is.
Hatókör és technikák A "komplex rendszerek" megbízhatósági tervezése eltérő, bonyolultabb rendszerszemléletet igényel, mint a nem komplex rendszerek esetében. A megbízhatósági tervezés magában foglalhatja:
Rendszer elérhetőség és missziókészség elemzése, továbbá a kapcsolódó megbízhatósági és karbantartási követelmények meghatározása Funkcionális rendszer meghibásodás elemzése illetve az ebből adódó követelmények specifikálása Beépített (rendszer) tervezés megbízhatósági elemzése és az ebből származó követelmények meghatározása, mind a hardver, mind a szoftver szempontjából Rendszerdiagnosztikai tervezés Hibaközpontú rendszerek (pl. redundanciával) Előrejelző és megelőző karbantartás (pl. megbízhatóság-központú karbantartás) Emberi tényezők / emberi interakciók / emberi hibák Gyártási és összeszerelési hibák (hatása az észlelt "0-órás minőségre" és megbízhatóságra) Karbantartás által okozott hibák Szállítás által okozott hibák Tárolás által okozott hibák Használati (terhelési) vizsgálatok, komponens terhelési elemzések illetve a követelmények specifikálása Szoftver (rendszeres) hibák Meghibásodás / megbízhatósági tesztelés (követelményekből származó) Mezőbeli meghibásodások nyomon követése és javítása Alkatrészek felhalmozása (elérhetőség ellenőrzése) Műszaki dokumentáció, óvintézkedés és figyelmeztető elemzés Adatok és információk beszerzése / szervezése (általános megbízhatósági fejlesztési veszélynapló és FRACAS rendszer létrehozása) Káosz tervezés
A hatékony megbízhatósági tervezés megköveteli a meghibásodási mechanizmusok alapjainak megértését, melyhez szükséges tapasztalat, széles mérnöki készség és sok különböző mérnöki szakterület alapos ismerete, például:
Tribológia Feszültség (mechanika) Törésmechanika / fáradtság Hőmérnökség Áramlástan / sokkterhelési mérnökség Villamosmérnökség Vegyészmérnökség (pl. korrózió) Anyagtudomány
Meghatározások A megbízhatóságot az alábbi módokon lehet meghatározni:
Annak a gondolata, hogy a termék idővel megfelel egy célnak Egy tervezett, gyártott vagy karbantartott termék idővel képes lesz a megfelelő teljesítmény elérésére Egy tervezett, gyártott vagy karbantartott termékek jelentős része idővel megfelelően működik. Egy termék időtállósága Annak a valószínűsége, hogy a termék meghatározott módon és ideig ellátja a szükséges funkcióit Egy termék tartóssága
Megbízhatósági értékelés alapjai