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Desde o início da história, a humanidade tem tentado prever o futuro. Observar o voo dos pássaros, o movimento das folhas nas árvores e outros métodos foram algumas das práticas utilizadas. Felizmente, os engenheiros de hoje não precisam depender da Pythia ou de uma bola de cristal para prever o futuro de seus produtos. Por meio do uso da análise de dados de vida útil, os engenheiros de confiabilidade usam dados de vida útil do produto para determinar a probabilidade e a capacidade de peças, componentes e sistemas de desempenhar suas funções necessárias por períodos de tempo desejados sem falhas, em ambientes específicos.
Os dados de vida útil podem ser a vida útil dos produtos no mercado, como o tempo em que o produto operou com sucesso ou o tempo em que o produto operou antes de falhar. Esses tempos de vida podem ser medidos em horas, quilômetros, ciclos até a falha, ciclos de estresse ou qualquer outra métrica com a qual a vida ou exposição de um produto possa ser medida. Todos esses dados do tempo de vida útil do produto podem ser englobados nos dados de vida útil ou, mais especificamente, dados de vida útil do produto. A análise e previsão subsequentes são descritas como análise de dados de vida.
Para os propósitos desta referência, limitaremos nossos exemplos e discussões ao tempo de vida de objetos inanimados, como equipamentos, componentes e sistemas conforme se aplicam à engenharia de confiabilidade. Antes de realizar a análise de dados de vida, o modo de falha e as unidades de vida (horas, ciclos, milhas, etc.) devem ser especificados e claramente definidos. Além disso, é necessário definir exatamente o que constitui uma falha. Em outras palavras, antes de realizar a análise, deve ficar claro quando o produto é considerado como de fato falho. Isso pode parecer bastante óbvio, mas não é incomum que problemas com definições de falhas ou discrepâncias de unidades de tempo invalidem completamente os resultados de testes e análises de vida caros e demorados.
Estimativa
Na análise de dados de vida e engenharia de confiabilidade, a saída da análise é sempre uma estimativa. O verdadeiro valor da probabilidade de falha, a probabilidade de sucesso (ou confiabilidade), a vida média, os parâmetros de uma distribuição ou qualquer outro parâmetro aplicável nunca é conhecido e quase certamente permanecerá desconhecido para todos os propósitos práticos. Concedido, uma vez que um produto não é mais fabricado e todas as unidades que já foram produzidas falharam e todos esses dados foram coletados e analisados, pode-se afirmar ter aprendido o verdadeiro valor da confiabilidade do produto. Obviamente, isso não é uma ocorrência comum. O objetivo da engenharia de confiabilidade e da análise de dados de vida é estimar com precisão esses valores verdadeiros. Por exemplo, vamos supor que nosso trabalho seja estimar o número de bolinhas pretas em uma piscina gigante cheia de bolinhas pretas e brancas. Um método é pegar uma pequena amostra de bolinhas de gude e contar as pretas. Suponha que escolhemos dez bolinhas de gude e contamos quatro bolinhas pretas.
Com base nessa amostragem, a estimativa seria de que 40% das bolinhas sejam pretas. Se colocarmos as dez bolinhas de volta na piscina e repetirmos este passo novamente, podemos obter cinco bolinhas pretas, alterando a estimativa para 50% de bolinhas pretas. O intervalo de nossa estimativa para a porcentagem de bolinhas pretas na piscina é de 40% a 50%. Se agora repetirmos o experimento e pegarmos 1.000 bolinhas, podemos obter resultados para o número de bolinhas pretas, como 445 e 495 bolinhas pretas para cada tentativa. Nesse caso, notamos que nossa estimativa para o percentual de bolinhas pretas tem uma faixa mais estreita, ou seja, 44,5% a 49,5%. Usando isso, podemos ver que quanto maior o tamanho da amostra, mais estreito o intervalo de estimativa e, presumivelmente, mais próximo o intervalo de estimativa está do valor verdadeiro.
Uma breve introdução à confiabilidade
Uma definição formal
A engenharia de confiabilidade fornece ferramentas teóricas e práticas, através das quais a probabilidade e a capacidade de peças, componentes, equipamentos, produtos e sistemas desempenharem suas funções requeridas, por períodos de tempo desejados sem falhas, em ambientes específicos e com a confiança desejada, podem ser especificadas, projetadas, previstas, testadas e demonstradas, como discutido em Kececioglu [19].
Engenharia de confiabilidade e planos de negócios
A avaliação de engenharia de confiabilidade é baseada nos resultados de testes de laboratórios internos (ou contratados) e dados relativos aos resultados de desempenho do produto em campo. Os dados produzidos por essas fontes são utilizados para medir com precisão e melhorar a confiabilidade dos produtos que estão sendo produzidos. Isso é particularmente importante, pois as preocupações do mercado impulsionam um esforço constante para a redução de custos. No entanto, é preciso ser capaz de manter uma perspectiva sobre o quadro geral, em vez de apenas procurar a solução rápida. Muitas vezes, é a tentação de cortar custos e economizar custos iniciais usando peças mais baratas ou programas de teste de corte. Infelizmente, peças mais baratas geralmente são menos confiáveis e programas de teste inadequados podem permitir que produtos com falhas não descobertas entrem em campo. Uma economia rápida no curto prazo pelo uso de componentes mais baratos ou tamanhos de amostra de teste pequenos geralmente resultará em custos mais altos a longo prazo na forma de custos de garantia ou perda de confiança do cliente.
O equilíbrio adequado deve ser alcançado entre confiabilidade, satisfação do cliente, tempo de colocação no mercado, vendas e recursos. A figura abaixo ilustra esse conceito. O polígono à esquerda representa um projeto devidamente balanceado. O polígono à direita representa um projeto em que a confiabilidade e a satisfação do cliente foram sacrificadas em prol das vendas e do tempo de colocação no mercado.
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Por meio de testes e análises adequados nos laboratórios de testes internos, bem como da coleta de dados adequados e significativos sobre o desempenho de um produto em campo, a confiabilidade de qualquer produto pode ser medida, rastreada e aprimorada, levando a uma organização equilibrada com perspectivas financeiramente saudáveis para o futuro.
Principais justificativas para a engenharia de confiabilidade
- Para uma empresa ter sucesso no ambiente altamente competitivo e tecnologicamente complexo de hoje, é "essencial" que ela conheça a confiabilidade de seu produto e seja capaz de controlá-lo para produzir produtos em um nível de confiabilidade ideal. Isso gera o custo mínimo do ciclo de vida para o usuário e minimiza os custos do fabricante de tal produto sem comprometer a confiabilidade e a qualidade do produto, conforme discutido em Kececioglu [19].
- Nossa crescente dependência da tecnologia exige que os produtos que compõem nossas vidas diárias funcionem com sucesso pelo período de tempo desejado ou projetado. Não é suficiente que um produto funcione por um tempo menor do que a duração de sua missão, mas ao mesmo tempo não há necessidade de projetar um produto para operar muito além de sua vida útil, pois isso imporia custos adicionais ao fabricante. No mundo complexo de hoje, onde muitas operações importantes são realizadas com equipamentos automatizados, dependemos da operação bem-sucedida desses equipamentos (ou seja, sua confiabilidade) e, se falharem, de sua rápida restauração para funcionar (ou seja, sua manutenção), como discutido em Kececioglu [19].
- As falhas de produtos têm efeitos variados, desde aquelas que causam pequenos incômodos, como a falha do controle remoto de uma televisão (que pode se tornar um grande incômodo, se não uma catástrofe, dependendo da programação de futebol do dia), até falhas catastróficas envolvendo perda de vidas e bens, como um acidente de avião. A engenharia de confiabilidade nasceu da necessidade de evitar tais eventos catastróficos e, com eles, a perda desnecessária de vidas e bens. Não é de surpreender que a Boeing tenha sido uma das primeiras empresas comerciais a adotar e implementar a engenharia de confiabilidade, cujo sucesso pode ser visto na segurança das viagens aéreas comerciais atuais.
- Hoje, a engenharia de confiabilidade pode e deve ser aplicada a muitos produtos. O exemplo anterior do controle remoto com falha não tem grandes consequências de vida ou morte para o consumidor. No entanto, pode representar um risco de vida ou morte para uma entidade não biológica: a empresa que o produziu. O consumidor de hoje é mais inteligente e consciente do produto do que o consumidor de décadas atrás. O consumidor moderno não tolerará mais produtos que não funcionem de maneira confiável, ou conforme prometido ou anunciado. A insatisfação do cliente com a confiabilidade de um produto pode ter consequências financeiras desastrosas para o fabricante. As estatísticas mostram que quando um cliente está satisfeito com um produto, ele pode contar a outras oito pessoas; no entanto, um cliente insatisfeito contará a 22 pessoas, em média.
- As aplicações críticas com as quais muitos produtos modernos são confiados fazem de sua confiabilidade um fator de suma importância. Por exemplo, a falha de um componente de computador terá mais consequências negativas hoje do que há vinte anos. Isso ocorre porque há vinte anos a tecnologia era relativamente nova e não muito difundida, e provavelmente havia cópias em papel de backup em algum lugar. Agora, como os computadores geralmente são o único meio no qual muitas funções administrativas e computacionais são executadas, a falha de um componente do computador terá um efeito muito maior.
Disciplinas cobertas pela engenharia de confiabilidade
A engenharia de confiabilidade abrange todos os aspectos da vida de um produto, desde sua concepção, projeto subsequente e processos de produção, até sua vida útil prática, com suporte e disponibilidade de manutenção. A engenharia de confiabilidade abrange:
- Confiabilidade
- Manutenibilidade
- Disponibilidade
Todas essas três áreas podem ser quantificadas numericamente com o uso de princípios de engenharia de confiabilidade e análise de dados de vida. E a combinação dessas três áreas introduz um novo termo, conforme definido na ISO-9000-4, "Dependabilidade".
Algumas aplicações de senso comum
A curva da banheira de confiabilidade
A maioria dos produtos (assim como os humanos) exibem características de falha conforme mostrado na curva da banheira da figura a seguir. (Observe, no entanto, que essa figura é um pouco idealizada.)
Essa curva é plotada com a vida útil do produto no eixo x e com a taxa de falha no eixo y. A vida pode ser em minutos, horas, anos, quilômetros, ciclos, atuações ou qualquer outra unidade quantificável de tempo ou uso. A taxa de falha é dada como falhas entre as unidades sobreviventes por unidade de tempo. Como pode ser visto neste gráfico, muitos produtos começarão suas vidas com uma taxa de falha mais alta (que pode ser devido a defeitos de fabricação, mão de obra ruim, controle de qualidade ruim das peças recebidas, etc.) e exibirá uma taxa de falha decrescente. A taxa de falhas geralmente se estabiliza para uma taxa aproximadamente constante na região da vida útil, onde as falhas observadas são falhas ocasionais. À medida que os produtos experimentam mais uso e desgaste, a taxa de falhas começa a aumentar à medida que a população começa a experimentar falhas relacionadas ao desgaste. No caso da mortalidade humana, a taxa de mortalidade (taxa de falha) é maior durante o primeiro ano de vida, então cai para um nível constante baixo durante a adolescência e início da vida adulta e então aumenta à medida que avançamos nos anos.
Queima (Amaciamento)
Olhando para esta curva de banheira em particular, deve ser bastante óbvio que seria melhor comercializar um produto no início da região de vida útil, em vez de comercializá-lo logo quando sai da linha de produção; evitando assim que o cliente experimente falhas precoces. Essa prática é comumente chamada de "burn-in" e é frequentemente realizada para componentes eletrônicos. A determinação do tempo correto de queima requer o uso de metodologias de confiabilidade, bem como a otimização dos custos envolvidos (ou seja, custos de falhas iniciais versus custo de queima), para determinar a taxa ótima de falhas no envio.
Minimizando o custo do fabricante
O gráfico a seguir mostra a confiabilidade do produto no eixo x e o custo do produtor no eixo y.
Se o produtor aumentar a confiabilidade de seu produto, ele aumentará o custo do projeto e/ou produção do produto. No entanto, um baixo custo de produção e design não implica um baixo custo geral do produto. O custo total do produto não deve ser calculado apenas como o custo do produto quando ele é enviado, mas como o custo total do produto ao longo de sua vida útil. Isso inclui custos de garantia e substituição de produtos defeituosos, custos incorridos pela perda de clientes devido a produtos defeituosos, perda de vendas subsequentes, etc. Ao aumentar a confiabilidade do produto, pode-se aumentar os custos iniciais do produto, mas diminuir os custos de suporte. Um custo total mínimo ótimo do produto pode ser determinado e implementado calculando a confiabilidade ótima para tal produto. A figura retrata tal cenário. O custo total do produto é a soma dos custos de produção e design, bem como os outros custos pós-envio. Pode-se observar que em um nível ótimo de confiabilidade, o custo total do produto é mínimo. O "nível ótimo de confiabilidade" é aquele que coincide com o custo total mínimo ao longo de toda a vida útil do produto.
Vantagens de um programa de engenharia de confiabilidade
A lista a seguir apresenta algumas das informações úteis que podem ser obtidas com a implementação de um programa de confiabilidade sólido:
- Ótimo tempo de queima ou período de amaciamento.
- Período de garantia ideal e custos de garantia estimados.
- Tempo ideal de substituição preventiva para componentes em um sistema reparável.
Da preventiva à preditiva, a evolução da gestão da manutenção - Requisitos de peças de reposição e taxa de produção, resultando em melhor controle de estoque por meio da previsão correta dos requisitos de peças de reposição.
- Melhores informações sobre os tipos de falhas experimentadas por peças e sistemas que auxiliam os esforços de projeto, pesquisa e desenvolvimento para minimizar essas falhas.
- Estabelecimento de quais falhas ocorrem em que momento da vida de um produto e melhor preparação para lidar com elas.
- Estudos dos efeitos da idade, duração da missão e níveis de estresse de aplicação e operação na confiabilidade.
- Uma base para comparar dois ou mais projetos e escolher o melhor projeto do ponto de vista da confiabilidade.
- Avaliação da quantidade de redundância presente no projeto.
- Estimativas da redundância necessária para atingir a confiabilidade especificada.
- Orientação sobre decisões de ações corretivas para minimizar falhas e reduzir os tempos de manutenção e reparo, o que eliminará o projeto excessivo e o projeto insuficiente.
- Ajude a fornecer diretrizes para práticas de controle de qualidade.
- Otimização da meta de confiabilidade que deve ser projetada em produtos e sistemas para um custo total mínimo de propriedade, operação e manutenção por toda a vida útil.
- A capacidade de realizar estudos de compensação entre parâmetros como confiabilidade, manutenibilidade, disponibilidade, custo, peso, volume, operabilidade, facilidade de manutenção e segurança para obter o projeto ideal. Segurança na manutenção: conheça algumas tecnologias
- Redução dos custos de garantia ou, pelo mesmo custo, aumento da duração e cobertura da garantia.
- Estabelecimento de diretrizes para avaliação de fornecedores do ponto de vista da confiabilidade de seus produtos.
- Promoção de vendas com base em índices e métricas de confiabilidade através dos departamentos de vendas e marketing.
- Aumento da satisfação do cliente e aumento das vendas como resultado da satisfação do cliente.
- Aumento de lucros ou, para o mesmo lucro, fornecimento de produtos e sistemas ainda mais confiáveis.
- Promoção da imagem positiva e reputação da empresa.
Resumo: Principais Razões para Implementar um Programa de Engenharia de Confiabilidade
- O fabricante típico não sabe realmente o quão satisfatoriamente seus produtos estão funcionando. Isso geralmente ocorre devido à falta de um sistema de relatório de falhas viável em termos de confiabilidade. É importante ter um sistema útil de análise, interpretação e feedback em todas as áreas da empresa que lidam com o produto desde seu nascimento até sua morte.
- Se os produtos do fabricante estão funcionando verdadeiramente satisfatoriamente, pode ser porque eles são desnecessariamente superprojetados e, portanto, não são projetados de maneira ideal. Consequentemente, os produtos podem custar mais do que o necessário e reduzir os lucros.
- Os produtos estão se tornando mais complexos a cada ano, com a adição de mais componentes e recursos para combinar com os produtos dos concorrentes. Isso significa que os produtos com confiabilidade atualmente aceitáveis precisam ser monitorados constantemente, pois a adição de recursos e componentes pode degradar a confiabilidade geral do produto.
- Se o fabricante não projetar seus produtos com confiabilidade e qualidade em mente, ALGUÉM O FARÁ.
Confiabilidade e Controle de Qualidade
Embora os termos confiabilidade e qualidade sejam frequentemente utilizados de forma intercambiável, há uma diferença entre essas duas disciplinas. Enquanto a confiabilidade se preocupa com o desempenho de um produto durante toda a sua vida útil, o controle de qualidade se preocupa com o desempenho de um produto em um determinado momento, geralmente durante o processo de fabricação. Conforme declarado na definição, a confiabilidade garante que componentes, equipamentos e sistemas funcionem sem falhas por períodos desejados durante toda a vida útil do projeto, desde a concepção (nascimento) até sucateamento (morte). O controle de qualidade é um elo único, embora vital, no processo de confiabilidade total. O controle de qualidade garante a conformidade com as especificações. Isso reduz a variação de fabricação, o que pode degradar a confiabilidade. O controle de qualidade também verifica se as peças e componentes recebidos atendem às especificações, se os produtos são inspecionados e testados corretamente, e que os produtos expedidos tenham um nível de qualidade igual ou superior ao especificado. O nível de qualidade especificado deve ser aceitável para os usuários, o consumidor e o público. Nenhum produto pode ter um desempenho confiável sem as entradas do controle de qualidade, porque é necessário utilizar necessárias peças e componentes de qualidade para que a confiabilidade do produto seja garantida.
Referências bibliográficas
19. Kececioglu, Dimitri, Reliability Engineering Handbook, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, Vol. 1, 1991.
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