Kiểm tra độ tin cậy của hệ thống điện tử sẽ hoạt động trong bao lâu?
Khi phát triển và đưa sản phẩm mới ra thị trường, việc biết được vòng đời của sản phẩm đó có thể là điều cần thiết. Các nhà sản xuất muốn sản phẩm của họ hoạt động được trong một khoảng thời gian hoặc số lần sử dụng cụ thể, nhưng mọi thứ đều hỏng hóc và sản phẩm không thành công. Để biết khi nào và tại sao điều đó xảy ra, người ta đã sử dụng thử nghiệm độ tin cậy. Kỹ thuật này hoạt động hiệu quả bằng cách đẩy nhanh quá trình thử nghiệm, mặc dù điều này có thể làm cho kết quả kém cụ thể hơn và khó diễn giải hơn. Bất chấp mối lo ngại cố hữu này, các bài kiểm tra độ tin cậy vẫn là một công cụ rất hữu ích cho ngành. Trong bài viết này, hãy cùng COMIT tìm hiểu kỹ hơn nhé!
Một bài kiểm tra độ tin cậy điển hình
Khi kiểm tra độ tin cậy của thiết bị điện tử, có rất nhiều thách thức và yêu cầu cần được xem xét. Nhiều nhà nghiên cứu tập trung vào việc tìm hiểu lý do tại sao các sản phẩm không hoạt động khi chúng cũ đi bằng cách thử nghiệm chúng trong điều kiện sử dụng thực tế, chẳng hạn như các điều kiện môi trường liên quan đến ứng dụng và thị trường. Mục đích là xác định các tham số độ tin cậy (mục tiêu thiết kế) và tối ưu hóa thiết kế sản phẩm nhằm đáp ứng các mục tiêu này tốt hơn. Tóm lại, đây là mục đích của việc kiểm tra độ tin cậy: Kiểm tra độ tin cậy được sử dụng để xác định chất lượng của một sản phẩm đối với một bộ thông số độ tin cậy cụ thể.
Mỗi sản phẩm đều có tuổi thọ mong muốn. Nó cũng có thể được thiết lập bởi kết quả yêu cầu của khách hàng. Có ý kiến cho rằng: “Các thông số có thể là bất cứ thứ gì”. “Đó có thể là một khoảng thời gian, một số chu kỳ hoặc quãng đường hoặc thực sự là sự kết hợp của tất cả những điều trên.” Lý tưởng nhất là các thử nghiệm độ tin cậy bao trùm toàn bộ thời gian tồn tại của mục tiêu, nhưng tính hiệu quả đòi hỏi quá trình này phải được tăng tốc. Do đó, độ dài của thử nghiệm thực tế được tính toán, thường bằng kinh nghiệm nhưng cũng từ kiến thức đầy đủ về cơ chế hư hỏng tại nơi làm việc. Với các phương pháp tiếp cận dựa trên kinh nghiệm, một sản phẩm có điểm yếu trong lần kiểm tra độ tin cậy đầu tiên sẽ phải chịu một bài kiểm tra dài hơn ở lần kiểm tra thứ hai. Các thông số thử nghiệm mới, không thể đảo ngược được đặt cho mỗi lần lặp. Một điều kiện tiên quyết quan trọng khác cho tất cả các bài kiểm tra là bản thân chúng không được có lỗi thất bại. Cũng cần nhớ rằng các sản phẩm điện tử có tuổi thọ thực tế, bất kể thời gian thử nghiệm và có một số lỗi xác định sẽ được chấp nhận sau tuổi thọ mục tiêu ban đầu. Ví dụ: Sẽ có ít hơn 5% số lần thất bại sau khi đạt đến tuổi thọ mong muốn.
Những thách thức của chiến lược thử nghiệm không lỗi và tăng tốc
Có nhiều những thách thức khác nhau đi kèm với phương pháp thử nghiệm cụ thể này. Nhiều trong số đó liên quan đến sự khác biệt giữa tuổi thọ mong muốn và tuổi thọ thực tế của sản phẩm. Trong hầu hết các trường hợp, chỉ có một bài kiểm tra được tiến hành trong một khoảng thời gian ngắn gọn về tổng thời gian được đề cập. Không có cách nào để biết khoảng cách giữa thử nghiệm sản phẩm và thời gian sử dụng thực tế của nó, đồng thời các nhà nghiên cứu cũng không thể biết thử nghiệm bao nhiêu thời gian sử dụng sản phẩm mong muốn.
Hình 1: Tình huống điển hình cho quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn. Không biết thử nghiệm bao gồm tuổi thọ bao nhiêu và điều này nằm ở đâu so với tuổi thọ mong muốn và thất bại do mỏi.
Điều này dẫn đến một số vấn đề cần được xem xét. Ví dụ: các thử nghiệm có thể quá khắc nghiệt, khiến sản phẩm cần phải được thiết kế quá mức chỉ để tuân thủ thử nghiệm.
Hình 2: Thử nghiệm quá khắc nghiệt dẫn đến khoảng cách lớn giữa thời gian tồn tại được bảo hiểm (phạm vi bảo hiểm thử nghiệm) và thời gian tồn tại mong muốn. Dẫn đến kỹ thuật quá mức để tuân thủ thử nghiệm
Ngược lại, bài kiểm tra có thể quá yếu. Nếu đúng như vậy thì bài kiểm tra về cơ bản là vô ích vì nó không minh họa được thời gian tồn tại mong muốn. Khi các thử nghiệm và lỗi mỏi trùng lặp, độ tin cậy của sản phẩm được chứng minh là không đủ, nhưng điều này có nghĩa là phải chọn cỡ mẫu chính xác để đạt được xác suất mong muốn để bắt lỗi.
Hình 3: Kiểm thử quá yếu và không đạt được thời gian mong muốn
Khi nào thì các nhà nghiên cứu sử dụng những chiến lược này nếu việc tạo ra những kết quả có ý nghĩa quá khó khăn? Họ làm như vậy vì nó giúp các cuộc thử nghiệm nhanh hơn, hiệu quả hơn và rẻ hơn, vì giải pháp thay thế duy nhất khác là thử nghiệm sản phẩm liên tục trong suốt vòng đời của chúng.
Mục đích của việc kiểm tra độ tin cậy
Thừa nhận những thách thức vốn có trong quá trình thử nghiệm, một số nhà nghiên cứu có một định nghĩa cụ thể cho mục đích thực tế của thử nghiệm độ tin cậy: “Thử nghiệm độ tin cậy muốn thu hẹp khoảng cách giữa tuổi thọ mong muốn của sản phẩm và phạm vi thử nghiệm. Trên hết, thiết kế độ tin cậy muốn thu hẹp khoảng cách giữa tuổi thọ mong muốn của sản phẩm và tỷ lệ phân bổ lỗi.” Điều này rõ ràng không có nghĩa là các sản phẩm được thiết kế để bị lỗi hoặc hết hạn vào một thời điểm nhất định. Thay vào đó, nó cho phép người thử nghiệm đưa ra những tuyên bố chính xác về vòng đời của sản phẩm.
Hình 4: Những điểm có thể tác động để cải thiện bài kiểm tra nhằm đạt được kết quả mong muốn
Chúng có thể tác động đến quy trình kiểm tra độ tin cậy bằng cái gọi là “hồ sơ sứ mệnh”, là những yêu cầu chính xác cho tuổi thọ mong muốn của sản phẩm. Các hồ sơ nhiệm vụ này nêu rõ các điều kiện sử dụng thực tế, từ đó ảnh hưởng đến thời gian thử nghiệm. Như Hahn chỉ rõ, các điều kiện thực tế có thể bao gồm “mọi tải trọng liên quan đến từ ảnh hưởng của môi trường và ứng dụng cũng như tải trọng do điều kiện vận chuyển và bảo quản”. Các nhà khoa học cũng cần kiến thức cụ thể về cơ chế hư hỏng để đưa ra dự đoán chính xác hơn về tuổi thọ và họ cần lọc các tải trọng liên quan có thể thực sự xảy ra. Giao tiếp hiệu quả thông qua chuỗi cung ứng là rất quan trọng đối với các hồ sơ nhiệm vụ này, vì các mắt xích khác nhau trong chuỗi có những hiểu biết và thông tin khác nhau.
Thử nghiệm trong thực tế
Một số nhà nghiên cứu đã giải thích quy trình kiểm tra độ tin cậy bằng một mô hình đơn giản: Tải trọng lớn nhất có thể được sử dụng làm điều kiện kiểm tra. Thời gian thử nghiệm được tính toán dựa trên mô hình lão hóa đơn giản hoặc được xác định theo kinh nghiệm. Với các thiết bị hoặc sản phẩm điện tử, các bộ phận khác nhau được kiểm tra riêng biệt khỏi hệ thống, điều này thường phụ thuộc vào chuỗi cung ứng. Mặc dù những mô hình đơn giản như vậy rất hạn chế, nhưng chúng đủ tốt để đưa ra một ước tính có ý nghĩa. Nếu các nhà khoa học muốn bao gồm càng nhiều lỗi của hệ thống càng tốt, họ phải chọn các thông số thử nghiệm rất thận trọng. “Các mô hình chi tiết và chính xác cũng rất cụ thể về cơ chế hư hỏng, do đó, các thông số ứng suất và mô hình cũng cụ thể đối với các vị trí và vật liệu hư hỏng.” Điều này có nghĩa là tất cả các yếu tố gây ra, ví dụ như ứng suất cơ học trên PCB (bảng mạch in) phải được xem xét, trong thiết bị được thử nghiệm hoặc trong chính thử nghiệm. Một giải pháp khả thi là thay đổi sang cấp độ cao hơn của hệ thống. Điều này có thể có nghĩa là ví dụ. kiểm tra ECU (Bộ điều khiển điện tử), thay vì kiểm tra PCB, nhưng điều này làm tăng đáng kể chi phí và độ phức tạp của thử nghiệm. Giải pháp thay thế là tiếp tục kiểm tra mức độ PCB nhưng thay đổi các thông số kiểm tra để tính đến các yếu tố ứng suất khác, điều này một lần nữa cần có một mô hình chính xác và kiến thức tốt về hệ thống. Tuy nhiên có thể nói rằng, đây vẫn là một thách thức lớn cần phải vượt qua.
