Başarısızlık oranı - Failure rate

Hata oranı , mühendislik ürünü bir sistemin veya bileşenin başarısız olma sıklığıdır ve birim zaman başına arıza olarak ifade edilir. Genellikle Yunanca harf λ (lambda) ile gösterilir ve genellikle güvenilirlik mühendisliğinde kullanılır .

Bir sistemin arıza oranı, sistemin yaşam döngüsü boyunca değişen oranla genellikle zamana bağlıdır. Örneğin, bir otomobilin beşinci hizmet yılındaki arıza oranı, hizmetinin ilk yılındaki arıza oranından kat kat fazla olabilir. Yeni bir araçta egzoz borusunun değiştirilmesi, frenlerin elden geçirilmesi veya büyük şanzıman sorunları olması beklenmez .

Uygulamada, başarısızlıklar arasındaki ortalama süre (MTBF, 1 / λ) genellikle başarısızlık oranı yerine rapor edilir. Bu, arıza oranının sabit varsayılabilmesi durumunda (genellikle karmaşık birimler / sistemler, elektronikler için kullanılır) ve bazı güvenilirlik standartlarında (Askeri ve Havacılık) genel bir anlaşmadır. Bu durumda , aynı zamanda "faydalı ömür süresi" olarak da adlandırılan küvet eğrisinin yalnızca düz bölgesi ile ilgilidir . Bu nedenle, bir bileşenin hizmet ömrünü tahmin etmek için MTBF'yi tahmin etmek yanlıştır; bu, "ömür sonu yıpranmasında" çok daha yüksek arıza oranları nedeniyle tipik olarak MTBF tarafından önerilenden çok daha az olacaktır. "küvet eğrisi" nin bir parçası.

MTBF sayıları için tercih edilen kullanımın nedeni, büyük pozitif sayıların (2000 saat gibi) kullanımının çok küçük sayılardan (saatte 0.0005 gibi) daha sezgisel ve hatırlamanın daha kolay olmasıdır.

MTBF, özellikle güvenlik sistemleri için arıza oranının yönetilmesi gereken sistemlerde önemli bir sistem parametresidir. MTBF, mühendislik tasarım gereksinimlerinde sıklıkla görülür ve gerekli sistem bakımı ve denetimlerinin sıklığını yönetir. Başarısızlıktan kurtulma süresinin ihmal edilebildiği ve başarısızlık olasılığının zamana göre sabit kaldığı yenileme süreçleri adı verilen özel süreçlerde , başarısızlık oranı MTBF'nin (1 / λ) çarpımsal tersidir.

Ulaşım endüstrilerinde , özellikle demiryollarında ve kamyon taşımacılığında kullanılan benzer bir oran , gerçek yüklü mesafeleri benzer güvenilirlik ihtiyaçları ve uygulamaları ile ilişkilendirmeye çalışan bir varyasyon olan "arızalar arasındaki ortalama mesafe" dir .

Başarısızlık oranları sigorta, finans, ticaret ve düzenleyici endüstrilerde önemli faktörlerdir ve çok çeşitli uygulamalarda güvenli sistemlerin tasarımında temeldir.

Arıza oranı verileri

Arıza oranı verileri birkaç yolla elde edilebilir. En yaygın yöntemler şunlardır:

Tahmin
Saha başarısızlık oranı raporlarından, istatistiksel analiz teknikleri, başarısızlık oranlarını tahmin etmek için kullanılabilir. Doğru arıza oranları için, analistin ekipmanın çalışması, veri toplama prosedürleri, arıza oranlarını etkileyen temel çevresel değişkenler, ekipmanın sistem düzeyinde nasıl kullanıldığı ve arıza verilerinin sistem tasarımcıları tarafından nasıl kullanılacağı konusunda iyi bir anlayışa sahip olması gerekir.
Söz konusu cihaz veya sistemle ilgili geçmiş veriler
Birçok kuruluş, ürettikleri cihazlar veya sistemler hakkında, bu cihazlar veya sistemler için arıza oranlarını hesaplamak için kullanılabilen dahili arıza bilgileri veritabanları tutar. Yeni cihazlar veya sistemler için, benzer cihazlara veya sistemlere ilişkin geçmiş veriler faydalı bir tahmin işlevi görebilir.
Devlet ve ticari başarısızlık oranı verileri
Çeşitli bileşenlere yönelik arıza oranı verilerinin el kitapları, hükümet ve ticari kaynaklardan edinilebilir. MIL-HDBK-217F , Elektronik Cihazların Güvenilirlik Tahmin , bir olan askeri standart birçok askeri elektronik bileşenler için başarısızlık oranı verileri sağlar. Bazı elektronik olmayan bileşenler dahil olmak üzere ticari bileşenlere odaklanan çeşitli arıza oranı veri kaynakları ticari olarak mevcuttur.
Tahmin
Gecikme süresi, tüm başarısızlık oranı tahminlerinin ciddi dezavantajlarından biridir. Çoğunlukla, arıza oranı verileri mevcut olduğunda, incelenen cihazlar geçersiz hale gelir. Bu dezavantaj nedeniyle, başarısızlık oranı tahmin yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemler, cihazın arıza oranlarını ve arıza modlarını tahmin etmek için yeni tasarlanmış cihazlarda kullanılabilir. İki yaklaşım iyi bilinir hale geldi, Döngü Testi ve FMEDA.
Yaşam Testi
En doğru veri kaynağı, arıza verilerini oluşturmak için gerçek cihazların veya sistemlerin örneklerini test etmektir. Bu genellikle engelleyici bir şekilde pahalıdır veya pratik değildir, dolayısıyla bunun yerine önceki veri kaynakları sıklıkla kullanılır.
Döngü Testi
Mekanik hareket, mekanik ve elektromekanik cihazların yıpranmasına neden olan başlıca arıza mekanizmasıdır. Birçok cihaz için, yıpranma arıza noktası, cihaz arızalanmadan önce gerçekleştirilen döngü sayısıyla ölçülür ve döngü testi ile keşfedilebilir. Döngü testinde, bir cihaz başarısız olana kadar pratik olduğu kadar hızlı bir şekilde çevrilir. Bu cihazların bir koleksiyonu test edildiğinde, test, ünitelerin% 10'u tehlikeli bir şekilde arızalanana kadar çalışacaktır.
FMEDA
Arıza modları, etkileri ve teşhis analizi (FMEDA), alt sistem / ürün seviyesi arıza oranlarını, arıza modlarını ve tasarım gücünü elde etmek için sistematik bir analiz tekniğidir. FMEDA tekniği şunları dikkate alır:
  • Bir tasarımın tüm bileşenleri,
  • Her bileşenin işlevselliği,
  • Her bileşenin arıza modları,
  • Her bileşen arıza modunun ürün işlevselliği üzerindeki etkisi,
  • Herhangi bir otomatik teşhisin arızayı tespit etme yeteneği,
  • Tasarım gücü (azaltma, güvenlik faktörleri) ve
  • Operasyonel profil (çevresel stres faktörleri).

Makul derecede doğru olan saha arıza verileriyle kalibre edilmiş bir bileşen veritabanı verildiğinde, yöntem, belirli bir uygulama için ürün seviyesi arıza oranını ve arıza modu verilerini tahmin edebilir. Bu yöntemlerin genellikle arıza kayıtlarında yeterli ayrıntı bilgisine sahip olmayan raporlara bağlı olduğu göz önüne alındığında, tahminlerin saha garantisi iade analizinden veya hatta tipik saha arıza analizinden daha doğru olduğu gösterilmiştir. Hata modları, etkileri ve teşhis analizi

Ayrık anlamda başarısızlık oranı

Başarısızlık oranı şu şekilde tanımlanabilir:

Bir öğe popülasyonundaki toplam arıza sayısının, belirtilen koşullar altında belirli bir ölçüm aralığı sırasında o popülasyon tarafından harcanan toplam süreye bölünmesiyle elde edilir. (MacDiarmid ve diğerleri )

Başarısızlık oranı, genellikle belirli bir aralıkta bir arızanın zamandan önce arıza olmaması durumunda meydana gelme olasılığı olarak düşünülse de, gerçekte bir olasılık değildir çünkü 1'i aşabilir. Arıza oranının% olarak hatalı ifade edilmesi ile sonuçlanabilir. özellikle onarılabilir sistemlerden ve sabit olmayan arıza oranlarına veya farklı çalışma sürelerine sahip çoklu sistemlerden ölçülecekse, önlemin yanlış algılanması. Hayatta kalma işlevi olarak da adlandırılan güvenilirlik işlevinin yardımıyla, zamandan önce arıza olmaması olasılığı ile tanımlanabilir .

, burada (ilk) arıza dağılımına kadar geçen zaman (yani, arıza yoğunluğu fonksiyonu).

bir zaman aralığı boyunca = den (ya da ) için . Bunun koşullu bir olasılık olduğuna dikkat edin, burada koşul, zamandan önce hiçbir arızanın meydana gelmemiş olmasıdır . Dolayısıyla paydada.

Tehlike oranı ve ROCOF (arızaların meydana gelme oranı) genellikle yanlış bir şekilde aynı ve başarısızlık oranına eşit olarak görülür. Netleştirmek için; parçalar ne kadar çabuk onarılırsa, o kadar çabuk kırılırlar, dolayısıyla ROCOF o kadar yüksek olur. Ancak tehlike oranı, onarım süresinden ve lojistik gecikme süresinden bağımsızdır.

Sürekli anlamda başarısızlık oranı

Çeşitli lojistik dağıtımlar için tehlike fonksiyonu grafiği çizilmiştir .

Daha küçük zaman aralıkları için arıza oranının hesaplanması, tehlike işleviyle (aynı zamanda tehlike oranı olarak da adlandırılır ) sonuçlanır . Bu, anlık arıza oranı haline gelir veya sıfıra yaklaşırken anlık tehlike oranı diyoruz :

Sürekli bir arıza oranı , t zamanına kadar ve dahil olmak üzere arıza olasılığını (en azından) tanımlayan kümülatif bir dağılım fonksiyonu olan bir arıza dağılımının varlığına bağlıdır ,

başarısızlık zamanı nerede . Başarısızlık dağılımı fonksiyonu, arıza yoğunluğu fonksiyonunun , f ( t ), integralidir ,

Tehlike fonksiyonu şimdi şu şekilde tanımlanabilir:

Üstel başarısızlık yoğunluk fonksiyonları. Bunların her birinin (farklı) sabit bir tehlike işlevi vardır (metne bakın).

Hata dağılımını modellemek için birçok olasılık dağılımı kullanılabilir ( bkz . Önemli olasılık dağılımlarının listesi ). Yaygın bir model, üstel hata dağılımıdır ,

bu üstel yoğunluk fonksiyonuna dayanmaktadır . Bunun için tehlike oranı işlevi:

Bu nedenle, üstel bir arıza dağılımı için, tehlike oranı zamana göre sabittir (yani, dağıtım " hafızasız " dır ). Weibull dağılımı veya log-normal dağılım gibi diğer dağıtımlar için tehlike işlevi zamana göre sabit olmayabilir. Belirleyici dağılım gibi bazıları için monoton artış ( "yıpranmaya benzer " ), Pareto dağılımı gibi diğerleri için monoton azalmadır ( "yanma" ya benzer ), ancak çoğu kişi için monoton değildir.

Diferansiyel denklemi çözme

için gösterilebilir ki

Azalan başarısızlık oranı

Azalan bir başarısızlık oranı (DFR), gelecekte sabit bir zaman aralığında bir olayın olasılığının zamanla azaldığı bir olguyu tanımlar. Düşen bir başarısızlık oranı, önceki başarısızlıkların ortadan kaldırıldığı veya düzeltildiği bir "bebek ölüm oranı" dönemini tanımlayabilir ve λ ( t ) 'nin azalan bir fonksiyon olduğu duruma karşılık gelir .

DFR değişkenlerinin karışımları DFR'dir. Üstel olarak dağıtılmış rasgele değişkenlerin karışımları hiper- üstel olarak dağılmıştır .

Yenileme süreçleri

DFR yenileme işlevine sahip bir yenileme süreci için, yenileme arası süreler içbükeydir. Brown, tersini, yenileme zamanlarının içbükey olması için DFR'nin de gerekli olduğunu varsaydı, ancak bu varsayımın ne münferit durumda ne de sürekli durumda geçerli olduğu gösterilmiştir.

Başvurular

Artan başarısızlık oranı, bileşenlerin yıpranmasından kaynaklanan sezgisel bir kavramdır. Azalan başarısızlık oranı, yaşla birlikte gelişen bir sistemi ifade eder. Baker ve Baker, uzay aracının ömürlerinde azalan başarısızlık oranları bulundu, "kalıcı olan uzay araçları" diye yorumluyorlar. Hava taşıtı iklimlendirme sistemlerinin güvenilirliğinin bireysel olarak üstel bir dağılıma sahip olduğu ve dolayısıyla havuzlanmış popülasyonda bir DFR olduğu bulunmuştur.

Varyasyon katsayısı

Başarısızlık oranı azaldığında, varyasyon katsayısı ⩾ 1'dir ve başarısızlık oranı arttığında, varyasyon katsayısı ⩽ 1'dir. Bu sonucun yalnızca tüm t ⩾ 0 için başarısızlık oranı tanımlandığında ve bunun tersi sonuç (başarısızlık oranının doğasını belirleyen değişim katsayısı) tutmaz.

Birimler

Başarısızlık oranları herhangi bir zaman ölçüsü kullanılarak ifade edilebilir, ancak saat pratikte en yaygın birimdir. Mil, devir vb. Gibi diğer birimler de "zaman" birimleri yerine kullanılabilir.

Başarısızlık oranları genellikle ifade edilir mühendislik notasyonu milyonda başarısızlıkları olarak veya 10 -6 onların başarısızlık oranları genellikle çok düşük olduğundan, özellikle bireysel bileşenler için,.

Başarısız olarak zaman ( FIT bir cihazın) yüzde bir beklenebilir arızaların sayısı milyar (10 9 işlemin) cihazı sonrası. (Örneğin, 1 milyon saat için 1000 cihaz veya her biri 1000 saat süreyle 1 milyon cihaz veya başka bir kombinasyon.) Bu terim özellikle yarı iletken endüstrisi tarafından kullanılır .

FIT ile MTBF arasındaki ilişki şu şekilde ifade edilebilir: MTBF = 1.000.000.000 x 1 / FIT.

Toplamsallık

Belirli mühendislik varsayımları altında (örneğin, sabit bir başarısızlık oranı için yukarıdaki varsayımların yanı sıra, dikkate alınan sistemin ilgili yedekliliğe sahip olmadığı varsayımı ), karmaşık bir sistem için arıza oranı , basitçe bileşenlerinin bireysel arıza oranlarının toplamıdır. üniteler tutarlı olduğundan, örneğin milyon saat başına arıza. Bu , toplam sistem arıza oranını elde etmek için hata oranları eklenen ayrı bileşenlerin veya alt sistemlerin test edilmesine izin verir .

Tek bir hata noktasını ortadan kaldırmak için "yedekli" bileşenlerin eklenmesi görev başarısızlık oranını iyileştirir, ancak seri başarısızlık oranını (lojistik hata oranı da denir) daha da kötüleştirir - ekstra bileşenler, kritik arızalar arasındaki ortalama süreyi (MTBCF) iyileştirse bile Bir şeyin başarısız olması için geçen ortalama süre daha kötüdür.

Misal

Belirli bir bileşenin başarısızlık oranının tahmin edilmesinin istendiğini varsayalım. Başarısızlık oranını tahmin etmek için bir test yapılabilir. On adet özdeş bileşenin her biri, başarısız olana veya 1000 saate ulaşana kadar test edilir ve bu sırada o bileşen için test sonlandırılır. ( Bu örnekte istatistiksel güven seviyesi dikkate alınmamıştır.) Sonuçlar aşağıdaki gibidir:

Tahmini başarısızlık oranı

veya her milyon saatlik çalışma için 799,8 arıza.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

  • Goble, William M. (2018), Safety Instrumented System Design: Techniques and Design Verification , Research Triangle Park, NC 27709: International Society of Automation CS1 Maint: konum ( bağlantı )
  • Blanchard, Benjamin S. (1992). Lojistik Mühendisliği ve Yönetimi (Dördüncü baskı). Englewood Kayalıkları, New Jersey: Prentice-Hall. s. 26–32. ISBN   0135241170 .
  • Ebeling, Charles E. (1997). Güvenilirlik ve Sürdürülebilirlik Mühendisliğine Giriş . Boston: McGraw-Hill. s. 23–32. ISBN   0070188521 .
  • Federal Standart 1037C
  • Kapur, KC; Lamberson, LR (1977). Mühendislik Tasarımında Güvenilirlik . New York: John Wiley & Sons. sayfa 8-30. ISBN   0471511919 .
  • Knowles, DI (1995). "Kabul Edilebilir Arıza Oranından Uzaklaşmalı mıyız?". Güvenilirlik, Sürdürülebilirlik ve Desteklenebilirlik Alanında İletişim . Uluslararası RMS Komitesi, ABD. 2 (1): 23.
  • MacDiarmid, Preston; Morris, Seymour; et al. (nd). Güvenilirlik Araç Seti (Ticari Uygulamalar ed.). Roma, New York: Güvenilirlik Analiz Merkezi ve Roma Laboratuvarı. s. 35–39.
  • Modarres, M .; Kaminskiy, M .; Krivtsov, V. (2010). Güvenilirlik Mühendisliği ve Risk Analizi: Pratik Bir Kılavuz (2. baskı). CRC Basın. ISBN   9780849392474 .
  • Mondro, Mitchell J. (Haziran 2002). "Bir Sistemde Periyodik Bakım Olduğunda Arızalar Arasındaki Ortalama Sürenin Yaklaşık Tahmini" (PDF) . Güvenilirlik Üzerine IEEE İşlemleri . 51 (2): 166–167. doi : 10.1109 / TR.2002.1011521 .
  • Rausand, M .; Hoyland, A. (2004). Sistem Güvenilirliği Teorisi; Modeller, İstatistiksel yöntemler ve Uygulamalar . New York: John Wiley & Sons. ISBN   047147133X .
  • Turner, T .; Hockley, C .; Burdaky, R. (1997). Müşterinin Bakım Gerektirmeyen Bir Çalışma Süresine İhtiyacı Var . 1997 Aviyonik Konferansı ve Sergisi, No. 97-0819, S. 2.2 . Leatherhead, Surrey, UK: ERA Technology .
  • ABD Savunma Bakanlığı, (1991) Askeri El Kitabı, "Elektronik Ekipmanın Güvenilirlik Tahmini, MIL-HDBK-217F, 2

Dış bağlantılar