Analiza awarii - Failure analysis

Analiza awarii to proces zbierania i analizowania danych w celu ustalenia przyczyny awarii , często w celu określenia działań naprawczych lub odpowiedzialności. Według Blocha i Geitnera awarie maszyn ujawniają łańcuch reakcji przyczynowo-skutkowych… zwykle niedoskonałość potocznie nazywaną objawem…”. analiza awarii może oszczędzić pieniądze, życie i zasoby, jeśli zostanie wykonana prawidłowo i podjęte odpowiednie działania. Jest ważną dyscypliną w wielu gałęziach przemysłu wytwórczego, m.in. w przemyśle elektronicznym, gdzie jest istotnym narzędziem wykorzystywanym przy opracowywaniu nowych produktów i doskonaleniu istniejących produktów. Proces analizy awarii polega na zebraniu uszkodzonych elementów w celu późniejszego zbadania przyczyny lub przyczyn awarii przy użyciu szerokiej gamy metod, zwłaszcza mikroskopii i spektroskopii . Metody badań nieniszczących (NDT) (takie jak skanowanie tomografii komputerowej ) są cenne, ponieważ analizy nie mają wpływu na uszkodzone produkty, więc inspekcja czasami rozpoczyna się przy użyciu tych metod.

Dochodzenie kryminalistyczne

Badanie kryminalistyczne dotyczące nieudanego procesu lub produktu jest punktem wyjścia do analizy awarii. Takie badanie jest prowadzone przy użyciu naukowych metod analitycznych, takich jak pomiary elektryczne i mechaniczne, lub poprzez analizę danych dotyczących awarii, takich jak raporty o odrzuceniu produktu lub przykłady wcześniejszych awarii tego samego rodzaju. Metody inżynierii sądowej są szczególnie cenne w śledzeniu wad i wad produktu. Mogą one obejmować na przykład pęknięcia zmęczeniowe , kruche pęknięcia powstałe w wyniku korozji naprężeniowej lub pękania naprężeniowego w środowisku . Zeznania świadków mogą być cenne dla rekonstrukcji prawdopodobnej sekwencji wydarzeń, a tym samym łańcucha przyczynowo-skutkowego. Czynniki ludzkie można również ocenić po ustaleniu przyczyny awarii. Istnieje kilka przydatnych metod zapobiegania awariom produktów, w tym analiza przyczyn i skutków awarii (FMEA) i analiza drzewa błędów (FTA) , które można wykorzystać podczas prototypowania do analizy awarii przed wprowadzeniem produktu na rynek.

Kilka technik stosowanych w analizie awarii jest również wykorzystywanych w analizie nie znaleziono usterki (NFF), która jest terminem używanym w dziedzinie konserwacji do opisania sytuacji, w której pierwotnie zgłoszony tryb awarii nie może zostać zduplikowany przez oceniającego technika i dlatego potencjalna wada nie może zostać naprawiona.

NFF można przypisać utlenianiu, wadliwym połączeniom komponentów elektrycznych, chwilowym zwarciom lub przerwom w obwodach, błędom oprogramowania, tymczasowym czynnikom środowiskowym, ale także błędowi operatora. Duża liczba urządzeń, które są zgłaszane jako NFF podczas pierwszej sesji rozwiązywania problemów, często powraca do laboratorium analizy awarii z tymi samymi objawami NFF lub z ciągłym trybem awarii.

Termin analiza niepowodzeń odnosi się również do innych dziedzin, takich jak zarządzanie biznesem i strategia wojskowa.

Inżynierowie analizy awarii

Inżynier analizujący awarie często odgrywa wiodącą rolę w analizie awarii, niezależnie od tego, czy komponent lub produkt ulegnie awarii podczas eksploatacji, czy też wystąpi awaria w produkcji lub podczas przetwarzania produkcji. W każdym przypadku należy określić przyczynę niepowodzenia, aby zapobiec wystąpieniu w przyszłości i/lub poprawić działanie urządzenia, komponentu lub konstrukcji. Inżynierowie budowlani i inżynierowie mechanicy są bardzo powszechni w tej pracy. Bardziej szczegółowe kierunki mogą również znaleźć się na stanowisku, na przykład inżynierowie materiałowi. Specjalizacja w metalurgii i chemii jest zawsze przydatna wraz z właściwościami i wytrzymałością materiałów. Ktoś może zostać zatrudniony z różnych powodów, czy to w celu dalszego zapobiegania, czy problemów z odpowiedzialnością. Mediana wynagrodzenia inżyniera zajmującego się analizą awarii, inżyniera z doświadczeniem w tej dziedzinie, wynosi 81 647 USD. Inżynier analizy awarii wymaga dobrej komunikacji i umiejętności współpracy z innymi. Zazwyczaj zatrudniona osoba ma tytuł licencjata w dziedzinie inżynierii, ale istnieją certyfikaty, które można uzyskać.

Metody analizy

Analiza awarii wielu różnych produktów obejmuje wykorzystanie następujących narzędzi i technik:

Mikroskopy

przygotowanie próbki

  • Jet-etcher
  • Wytrawiacz plazmowy
  • Metalografia
  • Narzędzia do przerzedzania tylnej strony
    • Mechaniczne przerzedzanie tylnej strony
    • Laserowe trawienie chemiczne z tyłu

Analiza spektroskopowa

Modyfikacja urządzenia

Analiza powierzchni

Mikroskopia elektronowa

Mikroskopia wstrzykiwania sygnału laserowego (LSIM)

Sondy półprzewodnikowe

Techniki lokalizacji usterek oparte na oprogramowaniu

Studium przypadku

Dwa pręty klucza ścinającego zawiodły na Bay Bridge

Ludzie w sprawie

Pan Brahimi jest amerykańskim konsultantem Bridge Fluor i ma tytuł magistra inżynierii materiałowej.

Pan Aguilar jest Dyrektorem Oddziału Oddziału Badań Materiałów Konstrukcyjnych Caltrans z 30-letnim doświadczeniem jako inżynier.

Pan Christensen, konsultant Caltrans z 32-letnim doświadczeniem w metalurgii i analizie awarii.

Kroki

Obserwacja wizualna będąca badaniem nieniszczącym. To ujawniło oznaki kruchości bez trwałego odkształcenia plastycznego przed pęknięciem. Pokazano pęknięcia, które były ostatecznym punktem zerwania prętów klucza ścinającego. Inżynierowie podejrzewali, że wodór był zaangażowany w powstawanie pęknięć.

Skaningowa Mikroskopia Elektronowa, która polega na skanowaniu pękniętych powierzchni pod dużym powiększeniem w celu lepszego zrozumienia złamania. Całkowite pęknięcie nastąpiło po tym, jak pręt nie mógł utrzymać się pod obciążeniem, gdy pęknięcie osiągnęło rozmiar krytyczny.

Badanie mikrostrukturalne, w którym zbadano przekroje poprzeczne, aby uzyskać więcej informacji o wzajemnych wiązaniach metalu.

Testy twardości przy użyciu dwóch strategii, twardości Rockwella C i mikrotwardości Knoopa, które ujawniają, że nie został prawidłowo poddany obróbce cieplnej.

Test rozciągania mówi inżynierowi, że granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie były wystarczające, aby spełnić wymagania. Wiele utworów zostało wykonanych i wykonanych przez Anamet Inc.

Test udarności Charpy V-Notch pokazuje twardość stali poprzez pobranie różnych próbek pręta i wykonane przez Anamet Inc.

Analiza chemiczna była testem końcowym również wykonanym przez firmę Anamet Inc., która spełniła wymagania dla tej stali.

Podsumowanie studium przypadku

Pręty nie uległy kruchości wodorowej, która była podatna na wodór z dużego obciążenia rozciągającego i wodór już w materiale. Wędki nie zawiodły, ponieważ nie spełniały wymagań wytrzymałościowych w tych wędkach. Pomimo spełnienia wymagań struktura była niejednorodna, co powodowało różne wytrzymałości i niską wytrzymałość.

To badanie pokazuje kilka z wielu sposobów, w jakie można przeprowadzić analizę awarii. Zawsze zaczyna się od nieniszczącej formy obserwacji, jak miejsce zbrodni. Następnie z oryginalnego fragmentu pobierane są fragmenty materiału, które są wykorzystywane w różnych obserwacjach. Następnie przeprowadza się testy niszczące, aby znaleźć wytrzymałość i właściwości materiału, aby dokładnie określić, co poszło nie tak.

Niepowodzenie analizy awarii

Oakland Nimitz Freeway był mostem, który zawalił się podczas trzęsienia ziemi, nawet po programie wzmocnienia mostu. Poproszono różnych inżynierów o ich zdanie na temat sytuacji. Niektórzy nie obwiniali programu ani departamentu, jak James Rogers, który powiedział, że podczas trzęsienia ziemi „istnieje duża szansa, że ​​Embarcadero zrobiłby to samo, co Nimitz”. Inni stwierdzili, że można było zrobić więcej prewencji. Priestly powiedział, że „żaden z projektów departamentu wzmocnienia jezdni nie rozwiązał problemów słabości…” w połączeniach mostu. Niektórzy eksperci zgodzili się, że można było zrobić więcej, aby zapobiec tej katastrofie. Program jest pod ostrzałem za uczynienie „porażki poważniejszą”.

Z POV inżyniera projektu

Komórka testowa silnika odrzutowego

Produkt musi być w stanie działać nawet w najtrudniejszych scenariuszach. Jest to bardzo ważne w przypadku produktów przeznaczonych do drogich konstrukcji, takich jak budynki lub samoloty. Jeśli te części ulegną awarii, mogą spowodować poważne uszkodzenia i/lub problemy z bezpieczeństwem. Produkt zaczyna być projektowany „... w celu zminimalizowania zagrożeń związanych z tym „najgorszym scenariuszem”. Rozróżnienie najgorszego scenariusza wymaga pełnego zrozumienia produktu, jego obciążenia i środowiska obsługi. Przed wprowadzeniem produktu do serwisu, prototyp często przechodzi testy laboratoryjne, które dowodzą, że produkt wytrzyma najgorszy scenariusz zgodnie z oczekiwaniami”. Niektóre z testów wykonywanych dziś na silnikach odrzutowych to bardzo intensywne sprawdzanie, czy silnik jest w stanie wytrzymać:

  • spożycie gruzu, kurzu, piasku itp.;
  • spożycie gradu, śniegu, lodu itp.;
  • spożycie nadmiernych ilości wody.

Te testy muszą być trudniejsze niż to, czego produkt doświadczy podczas użytkowania. Silniki pracują na maksa, aby zapewnić, że produkt będzie działał tak, jak powinien, bez względu na warunki. Analiza awarii po obu stronach ma na celu zapobieganie uszkodzeniom i utrzymanie bezpieczeństwa.

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Martin, Perry L., Podręcznik elektronicznej analizy awarii , McGraw-Hill Professional; Wydanie pierwsze (28 lutego 1999) ISBN  978-0-07-041044-2 .
  • Analiza awarii mikroelektroniki , ASM International; Wydanie piąte (2004) ISBN  978-0-87170-804-5
  • Lukowsky, D., Analiza uszkodzeń drewna i produktów drewnopochodnych, McGraw-Hill Education; Wydanie I (2015) ISBN  978-0-07-183937-2 .

Zewnętrzne linki