CHƯƠNG MỘT KHOA HỌC VỀ ðỘ TIN CẬY 1. Mở ñầu: ðộ tin cậy giữ vai trò quan trọng trên thương trường. Từ ñó, cần có nhóm kỹ thuật về ñộ tin cậy ñể hỗ trợ quá trình thiết kế-phát triển sản phẩm. Hình 1 mô tả ba chức năng cơ bản của nhóm là: thiết kế ñộ tin cậy, kiểm tra ñộ tin cậy và phân tích vật lý. Các hoạt ñộng này rất quan trọng trong chương trình về ñộ tin cậy. Hoạt ñộng ñầu tiên của khoa học về ñộ tin cậy khi hỗ trợ phát triển sản phẩm là thiết kế ñộ tin cậy (DfR: Design for Reliability). ðây là bước ñầu trong pha ý tưởng (idea phase) của chu kỳ phát triển và tiếp tục cho ñến giai ñoạn lỗi thời (obsolescence) của sản phẩm. Bước thiết kế ñộ tin cậy ñược dùng nhằm cải thiện ñộ tin cậy của sản phẩm thông qua việc ứng dụng kiến thức về hỏng hóc vật lý. Quá trình này có quan hệ chặc chẽ với hai khối chức năng khác, tạo quá trình thiết kế các pha/ cổng có quan hệ với nhau. Chức năng thứ hai là kiểm tra ñộ tin cậy (reliability verification), trong bước này cần có nghiên cứu kiểm tra và thử nghiệm minh chứng nhằm bảo ñảm tính phù hợp của sản phẩm với yêu cầu ñộ tin cậy của khách hành. Có hai dạng kiểm tra ñộ tin cậy: ñộ tin cậy quá trình (process reliability) và thử nghiệm ñộ chín chắn của thiết kế (design maturity testing). ðộ tin cậy quá trình chú trọng phát triển kiến thức cơ bản về ñộ tin cậy cố hữu của hệ thống, tạo cơ sở phát triển thử nghiệm thực tế về ñộ chín chắn của thiết kế. Thử nghiệm về ñộ chín chắn của thiết kế minh chứng là tốc ñộ hỏng hóc của sản phẩm thỏa mãn ñược nhu cầu của khách hàng khi ñưa ra thị trường. Chức năng thứ ba là phân tích vật lý (analytical physics) nhằm thu thập kiến thức về hỏng hóc vật lý của sản phẩm. Hiểu ñược bản chất của nguyên nhân và phương thức hỏng hóc của sản phẩm là yếu tố chủ yếu ñể thiết kế và tạo ñược sản phẩm phù hợp với khách hàng. 2. Thiết kế ñộ tin cậy “ theo hướng cổng giai ñoạn: a stage gate approach” Kỹ thuật ñộ tin cậy với ba chức năng cơ bản hỗ trợ chu kỳ phát triển sản phẩm ñược gọi là cổng giai ñoạn (stage gate). Hình 2 trình bày về phương pháp cổng giai ñoạn, nhằm củng cố quá trình phát triển sản phẩm, từ khi thai nghén cho ñến khi trở thành lỗi thời, gồm cả bước sau-sản xuất (post-production). Phương pháp cổng giai ñoạn cần cho thiết kế sản phẩm có ñộ tin cậy thỏa mãn kỳ vọng của khách hàng. ðể sản phẩm phù hợp ñược với nhu cầu của khách hàng thì cần hiểu biết về yêu cầu thiết kế toàn cục, môi trường nhiễu tác ñộng lên chu kỳ hoạt ñộng, năng lực sản xuất và các yếu ñiểm, mục tiêu chi phí chung của sản phẩm và nhu cầu về thời gian của dịch vụ ñộ tin cậy. 2.1 Giai ñoạn ý tưởng Cổng giai ñoạn 1: Quá trình DfR bắt ñầu bằng việc tìm hiểu yêu cầu của khách hàng. Thường gồm công cụ của mô hình phân tích hỏng hóc và hiệu quả FMEA (failure model and effect analysis), ñánh giá về yếu tố cạnh tranh sản phẩm và mô hình dự báo ñộ tin cậy dùng trực tiếp trong thiết kế. Quá trình này bắt ñầu từ bước giai ñoạn ý tưởng cho ñến chu kỳ phát triển sản phẩm. Các công cụ này ñược phát triển nhằm giảm rủi ro trong bước ñầu, khi ñưa sản phẩm ra thị trường. Tác ñộng thực tế về ñộ tin cậy xuất hiện ban ñầu trong giai ñoạn này, do ñó ñây là lúc chọn giải pháp thiết kế, ñịnh nghĩa yêu cầu về ñộ tin cậy cần thực hiện. 2.2 Giai ñoạn ñánh giá Cổng giai ñoạn 2: Thiết kế chức năng giảm rủi ro sẽ xuất hiện trong giai ñoạn ñánh giá, ñể giải quyết các bất ñịnh quanh xu hướng thiết kế. Các nghiên cứu thử nghiệm về ñánh giá ñộ tin cậy của thiết kế (DART: design assessement reliability test) không chỉ dùng mẫu thử thống kê mà còn giải quyết các sai sót tiềm tàng hiện hữu khi chọn thiết kế (xem hình 3). Tăng trưởng ñộ tin cậy là trọng tâm của giai ñoạn ñánh giá với khả năng ñạt mức cải thiện ñến 65% ñộ tin cậy ban ñầu (xem hình 3). Chức năng này ñược thực hiện dùng phân tích - thử nghiệm (test-analyse) và hành ñộng sửa chữa (fix activities) trong nghiên cứu giảm rủi ro. 2.3 Giai ñoạn phát triển Cổng giai ñoạn 3: Chức năng cơ bản của kỹ thuật ñộ tin cậy trong công ñoạn này nằm ở phía cuối của quá trình phát triển. Dùng thử nghiệm ñộ chín chắn của thiết kế (DMT: design maturity testing) ñể minh chứng và kiểm ñịnh tính phù hợp với chu kỳ hoạt ñộng ñã nhận dạng ở cổng giai ñoạn 1. Thử nghiệm về ñộ chín chắn của thiết kế DMT tìm hiểu về tính chất vật lý của hỏng hóc, dùng kết quả này vào phạm vi thiết kế, và chứng tõ rằng kết quả này sẽ không xung ñột trong ñiều kiện chu kỳ sống hữu dụng của sản phẩm. Chức năng này ñược thực hiện qua phép thử lão hóa gia tốc không hỏng hóc thống kê. Ngoài ra, phép thử tính chín chắn của thiết kế còn ñược phát triển từ tính chất vật lý của hỏng hóc. Các phép thử trong giai ñoạn này dùng cơ sở của khoa học về ñộ tin cậy, thông tin lịch sử (quá khứ), tính chất vật lý của hỏng hóc, cũng như mục tiêu của môi trường sản phẩm. Thông thường, phép thử thống kê quan trọng bảo ñảm ñược là sản phẩm sẽ phù hợp ñến 90% mục tiêu ñộ tin cậy. 2.4 Giai ñoạn chuyển tiếp Cổng giai ñoạn 4: Các tác ñộng giảm ñộ tin cậy xuất hiện trong giai ñoạn này, nên kỹ thuật ñộ tin cậy có chức năng hỗ trợ tìm ra phép thẩm tra thích hợp ñể ngăn ngừa hỏng hóc do chết yểu của sản phẩm khi ñến khách hàng. Xác ñịnh phương pháp thẩm tra thích hợp thường không ñơn giản mà cần tìm từ cơ chế hỏng hóc. Kỹ thuật thẩm tra ñúng thì kích thích ñược cơ chế nhận dạng hỏng hóc ở mức ñộ thích hợp, cho phép phát hiện sai sót nhưng không làm giảm chu kỳ sống của sản phẩm hay ñưa thêm vào yếu tố hỏng hóc tiềm tàng. 2.5 Giai ñoạn sản xuất Cổng giai ñoạn 5: Chức năng chính của kỹ thuật ñộ tin cậy lúc này giới hạn trong việc xác ñịnh quá trình giám sát ñộ tin cậy thích hợp cùng bảo ñảm ñược là thiết kế tiếp tục giữ vững tính năng trong suất chu kỳ sống của sản phẩm. Giám sát ñộ tin cậy nhằm làm biến thiên của chu kỳ sản xuất không ảnh hưởng ñược lên ñộ tin cậy của sản phẩm. 2.6 Xác ñịnh yếu tố cần Kỹ thuật ñộ tin cậy tham gia rất sớm trong chu kỳ thiết kế và hỗ trợ thiết kế cho ñến khi sản phẩm thành lỗi thời (obsolescence), ñảm bảo thành công của thiết kế. Muốn xác ñịnh cấp tin cậy liên quan ñến quá trình phát triển sản phẩm thì cần ñánh giá ñược ñộ rủi ro của dự án. Một thiết kế thường dùng kết quả từ thiết kế hiện hữu hay ñôi khi chỉ là một thay ñổi nhỏ của một thiết kế ñã có. Các sản phẩm này không thể khống chế một cách tự ñộng toàn bộ một quá trình thiết kế cổng giai ñoạn, với tất cả công cụ của kỹ thuật ñộ tin cậy. Nếu sản phẩm dùng công nghệ mới và là một thay ñổi cách mạng về bản chất, thì cần thực hiện cổng giai ñoạn ở mức ñộ cao hơn. Các rủi ro về tài chính cũng ảnh hưởng nhiều ñến công nghệ, nên cần xem như một tham số ñánh giá. Việc cân nhắc và chọn lọc công cụ này là cần thiết ñể bảo ñảm thực hiện cấp ñộ tin cậy cao, tuy nhiên, yếu tố chi phí cũng cần ñược quan tâm khi ñưa sản phẩm ra thị trường. Ý niệm về rủi ro sẽ ñược trình bày trong chương 13. Bảng 1 mô tả bản chất công tác cần thực hiện trong mỗi bước của quá trình thiết kế. Bảng 1: Cổng giai ñoạn của ñộ tin cậy Bước Cổng giai ñoạn Công việc Mô tả 1 Ý tưởng Hiểu biết về yêu cầu của Các xu hướng dùng công cụ kỹ thuật ñồng hành như FMEA và ñánh giá về tính cạnh khách hàng tranh ñể xác ñịnh ñúng yêu cầu thực 2 ðánh giá Thử nghiệm ñánh giá thiết kế ñộ tin cậy Nghiên cứu giảm thiểu rủi ro và tác ñộng tăng trưởng ñộ tin cậy nhằm tìm ra và cố ñịnh chế ñộ hỏng hóc trong thời gian thực, ñồng hành với quá trình thiết kế, dùng kỹ thuật tăng trưởng ñộ tin cậy dùng gia tốc cao, thử nghiệm lão hóa nhanh (HALT), dùng Test- Analyse and Fix (TAAF) và phương pháp khác cần cho công nghệ này. 3 Phát triển Thử nghiệm tính chín chắn của thiết kế Chứng minh là thiết kế này có ñộ tin cậy phù hợp với kỳ vọng của khách hàng. Thực hiện thử nghiệm thống kê quan trọng về gia tốc, thường là không hỏng hóc. 4 Chuyển tiếp Production thẩm tra Bảo ñảm tính bền vững của các sản phẩm ñầu tiên. Kiểm tra vấn ñề chết non 5 Sản xuất Giám sát ñộ tin cậy Bảo ñảm ñộ tin cậy và chất lượng của dòng sản phẩm cho ñến giai ñoạn lỗi thời của thiết kế. 3. Thiết kế công cụ cho ñộ tin cậy Thiết kế ñộ tin cậy của sản phẩm ngày nay thực sự ñã thành kỹ thuật ñồng hành. Mọi xu hướng thiết kế ñều phải ñóng góp vào quá trình phát triển sản phẩm, bảo ñảm có thiết kế bền vững, thỏa mãn ñược nhu cầu của khách hàng. Kỹ thuật ñộ tin cậy cùng công cụ giúp ñịnh hướng cho quá trình thiết kế. Tổng quan về công cụ này ñươc mô tả ở hình 4. Công cụ cơ bản ñầu tiên là FMEA/Benchmarking (Failure Modes and Effects Analysis /Benchmarking). ðây là một công cụ quan trọng nhằm ñảm bảo tích hợp ñược ñộ tin cậy vào quá trình thiết kế, có bao nhiêu hỏng hóc có thể xảy ra, mức ñộ hỏng hóc ra sao và xác suất xuất hiện hỏng hóc. Khi ñã nhận dạng ñược tham số này, ta ñịnh hướng ñược quá trình thiết kế vào kết quả của sản phẩm cũng như năng lực của môi trường sử dụng. FMEA luôn cho lợi nhuận lớn nhất khi dùng với kỹ thuật ñồng hành thích hợp. ðánh giá mức ñộ cạnh tranh cũng rất quan trọng trong quá trình DfR, bảo ñảm là ñã tích hợp ñược mọi khía cạnh quan trọng nhất của thiết kế. ðánh giá về ñối thủ cạnh tranh cũng quan trọng như tự ñánh giá mình. Tận dụng tác dụng ñòn bẩy của mọi ngõ vào mà ñối thủ cạnh tranh hiện có trên thương trường cũng là một phần trong thông lệ tốt nhất của thương mãi, nhằm tạo ra sản phẩm có vật liệu, ñóng gói, tính năng tốt nhất, ñồng thời tích hợp yếu tố ñiện, cơ cùng yếu tố về chi phí. Mô hình hóa dự báo tạo ước lượng ban ñầu về thời gian giữa hai lần hỏng hóc MTBF (Mean Time Between Failure), thời gian hỏng hóc trung bình MTTF (Mean Time To Failure). Tỉ số MTBF/MTTF ước lượng tầm quan trọng về tính khả thi của thiết kế có ñáp ứng ñược ñộ tin cậy thực tế, thỏa mãn yêu cầu của khách hàng. ðồng thời tính toán này cũng ñịnh hướng và tham gia vào quá trình xác ñịnh yếu tố tranh chấp trong thiết kế, cho phép chọn lọc ñược thiết kết tốt nhất. Các chức năng về mô hình hóa dự báo tiếp tục trong suốt quá trình các cổng giai ñoạn nhằm ñịnh nghĩa lại ước lượng MTBF/MTTF và bảo ñảm là sản phẩm ñạt ñược mục tiêu về ñộ tin cậy. Phương pháp mô hình dự báo tuy có những giới hạn về ñộ chính xác về mô hình và cơ sở dữ liệu nên hiện ñang tiếp tục hướng nghiên cứu ñịnh lượng. Hỏng hóc vật lý cho thấy tác ñộng của kỹ thuật ñộ tin cậy lên quá trình thiết kế. Hỏng hóc vật lý là hiểu biết về tính chất của vật liệu, quá trình, và công nghệ ñược dùng trong thiết kế và phương thức tác ñộng của ñặc tính này lên các ñiều kiện ngẫu nhiên của thiết kế chu kỳ sống sản phẩm. Kỹ sư về ñộ tin cậy cần hiểu biết về ñiều kiện sử dụng ñúng và chưa ñúng của khách hàng và tính tương tác của linh kiện và môi trường ñể tham gia vào nhóm thiết kế hoạt ñộng xung quanh giới hạn của thiết kế ñược chọn. Một tác ñộng của quá trình ñộ tin cậy, thí dụ khi nghiên cứu thiết kế, ñã và ñang là một cổng giai ñoạn phát triển hoàn chỉnh, có liên quan quá trình phát triển sản phẩm. Nghiên cứu thiết kế giúp xác ñịnh khả năng của thiết kế thỏa mãn yêu cầu cho ñến cuối chu kỳ sống của sản phẩm. Ngoài ra, còn cung cấp dữ liệu tính toán ước lượng MTBF/MTTF và thông tin cần thiết ñể thiết kế các bước cho thử nghiệm ñộ chín chắn của thiết kế không bị lỗi, chứng minh là thiết kế thỏa mãn ñược nhu cầu của khách hàng. 4. Kiểm tra ñộ tin cậy Kiểm tra ñộ tin cậy là khối chức năng thứ hai thường ñược hiểu là nhóm thử nghiệm, thực ra thì kiểm tra ñộ tin cậy còn có nhiều chức năng khác nữa. ðể kiểm tra ñộ tin cậy một cách hiệu quả, cần ñến khả năng kích thích yếu tố ngẫu nhiên của ñiều kiện môi trường cũng như thử nghiệm về gia tốc sản phẩm và công nghệ. Như thế cần thêm công cụ về môi trường thích hợp ñể kích khởi ñược các yếu ñiểm của thiết kế như vẽ ở hình 5. 5. Phân tích vật lý Khối chức năng thứ ba là Phân tích Vật lý, cung cấp dữ liệu vật lý của hỏng hóc cần cho việc xây dựng một công nghệ bền vững phù hợp với nhu cần hiện tại của thị trường. Công nghệ và sản phẩm ngày càng phát triển và càng tinh vi nên khả năng phân tích cũng cần có các bước tương ứng. Các bước phát triển này có tính chu kỳ, thay ñổi và hoàn thiện với chu kỳ khoảng sáu năm. ðể giải quyết thách thức này, cần ñến phương tiện phân tích tại chổ có tầm vóc quốc tế (in house world-class analysis facility). Các phương tiện này phải phân tích ñược về sản phẩm và quá trình, kỹ thuật kiến tạo và kỹ thuật ngược (construction and reverse engineering), phân tích vật lý và vật liệu, nghiên cứu ñiều tra chế ñộ hỏng hóc, bao gồm cả việc tìm kiếm các yếu tố nhiệt ñộ và phóng tỉnh ñiện. Các phương tiện phân tích này ñược xây dựng dựa vào thông tin từ kinh nghiệm và quá khứ. Khi có thông tin ñúng ñắn và kịp thời thì nhóm thiết kế sẽ ra ñược những quyết ñính ñúng ñắn và kịp thời khi thiết kế sản phẩm. Các công cụ phân tích ở hình 6 sẽ ñược mô tả ở chương 7. Công nghệ thông tin hiện ñại về cơ sở dữ liệu, intranet và công cụ tìm kiếm cho phép ta ñưa thông tin quá khứ trực tuyến vào mạng nội bộ của công ty. ðiều này là bảo ñảm là thông tin vật lý về hỏng hóc phải dùng ñược ñể loại trừ ñược chế ñộ hỏng hóc. Kết nối công cụ phân tích với cơ sở dữ liệu trung tâm và việc truy cập trực tiếp qua intranet, cung cấp cơ sở ảo nhằm lưu trữ dữ liệu dùng hỗ trợ hoạt ñộng kỹ thuật toàn cầu. 6. Mục tiêu là sự thỏa mãn của khách hàng ðể ñưa công ty tham gia tích cực vào thị trường thế giới, cần có chương trình về khoa học ñộ tin cậy một cách dài hạn. Quá trình cần có cải cách lớn hoạt ñộng về ñộ tin cậy toàn cầu. Cần có nhóm kỹ sư chuyên về ñộ tin cậy hoạt ñộng trên nhiều lĩnh vực thương mãi, bảo ñảm ñược là sản phẩm thỏa mãn ñược kỳ vọng của khách hàng. Yếu tố phát triển từ dưới lên (bottom –line) cho phép quá trình cổng giai ñoạn sản xuất ra ñược sản phẩm với tỉ lệ bị trả về thấp nhất. Việc thiết kế ñúng ñắn trong giai ñoạn ñầu và ñưa ra thị trường kịp thời sẽ làm thỏa mãn khách hàng. Các chương kế tiếp sẽ ñiểm lại chi tiết về khoa học ñộ tin cậy nhằm cung cấp công cụ cần thiết ñể khởi ñầu và thiết lập chương trình ñộ tin cậy có ñẳng cấp thế giới. . trình về khoa học ñộ tin cậy một cách dài hạn. Quá trình cần có cải cách lớn hoạt ñộng về ñộ tin cậy toàn cầu. Cần có nhóm kỹ sư chuyên về ñộ tin cậy hoạt. CHƯƠNG MỘT KHOA HỌC VỀ ðỘ TIN CẬY 1. Mở ñầu: ðộ tin cậy giữ vai trò quan trọng trên thương trường. Từ ñó, cần có nhóm kỹ thuật về ñộ tin cậy ñể hỗ trợ