I modsætning til hvad de fleste tror, er høj pålidelighed, kort udviklingstid og lave omkostninger ikke gensidige udelukkende faktorer i forbindelse med udviklingen af nye produkter. Man kan rent faktisk opnå alle tre ting på én gang, hvis man vel at mærke gør det rigtige fra starten.

21. november 2019
Af Susanne Otto

Der findes i dag en lang række pålidelighedsværktøjer, som anvendes af virksomheder i forskelligt omfang. Det kan være værktøjer som kravspecifikation, DFMEA (Design failure mode effect analysis), design review, derating, HALT, design til vibration, chok, termiske, fugt og EMC-krav, levetidsestimering, CALT, HASS med flere. 

Værktøjerne og deres anvendelse er omfattende beskrevet i litteraturen, bl.a. i SPM-181: ”Practical applicable reliability tools”. Alligevel oplever en del virksomheder, at de farer vild i junglen af pålidelighedsværktøj og bliver i tvivl om, hvilke værktøjer de skal fokusere på, for at få størst værdi i forhold til indsatsen. Lige som de kan være i tvivl om, hvordan og hvornår i udviklingsforløbet værktøjerne implementeres mest optimalt. 

Hvis de ikke har specialistviden in-house, har de brug for hjælp til at fastlægge en pålidelighedsstrategi med klare mål i form af ønsket levetid, acceptabel fejlrate eller krav til serviceintervaller og til at afgøre, hvilke pålidelighedsværktøjer der er vigtigst at implementere for at nå målet. Denne viden er FORCE Technology i gang med at udvikle i forbindelse med resultatkontrakten ”Proaktiv paradigme for elektroniske produkters pålidelighed”. 

Projektet bygger videre på den række værktøjer, som fx levetidsestimering, fejlanalysemetoder på modulniveau og Root Cause Analysis, der er udviklet i samspil med danske virksomheder i det tidligere projekt ”Pålidelig produktudvikling baseret på Physics of Failure.”

Vejen til pålidelighedsstrategi

Resultaterne af projektet udmønter sig i et paradigme, eller en systematik, der hjælper virksomhederne med at definere en pålidelighedsstrategi, som prioriterer de nødvendige pålidelighedsaktiviteter i forhold til, hvor virksomhederne er i deres udviklingsforløb, produkttype, brugsmiljø, styktal, pris, til rådighed værende viden og ressourcer, som illustreret i figur1.

Figur 1. Paradigmet omsætter aktuelle betingelser for produktudviklingen til en pålidelighedsstrategi med angivelse af de værktøjer, der foreslås prioriteret.

I praksis svarer brugerne på 20 spørgsmål om produktet, dets anvendelse og virksomheden. Paradigmet omsætter derefter svarene på spørgsmålene til et forslag til en prioriteret liste over de pålidelighedsværktøjer, der vurderes vigtigst at implementere i den aktuelle situation. Lister over prioriterede værktøjer følges op med links til guidelines og tjeklister angående anvendelsen af de enkelte værktøjer.

Disse guidelines og tjeklister bygger på ny viden fra projektet kombineret med mange års erfaring. Alt dette bliver tilgængeligt for danske virksomheder.

Paradigmet suppleres efter behov med rådgivning om, og facilitering af, brugen af værktøjerne samt nye værktøjer, der udvikles efter behov.

Praktiske cases

Udviklingen af paradigmet og de nye værktøjer bygger i vid udstrækning på indhentet international viden og en række cases inden for udvikling af software, hardware og mekanik.

På nuværende tidspunkt arbejdes der med en gennemgående case med en start-up, der udvikler et husholdningsapparat fra bunden. Casen demonstrerer opstillingen af sammenhængende pålidelighedsstrategi og optimering af anvendelsen af pålidelighedsværktøjer gennem udviklingsforløbet (se figur 2)

De aktuelle værktøjer, som fx kravspecifikation, SW review mv., implementeres efterhånden som produktet udvikles, og effekten af de forskellige værktøjer evalueres efterfølgende i samarbejde med virksomheden. Desuden benyttes casen i forbindelse med verifikation af paradigmet.
Figur 2. Pålidelighedsstrategi og tilhørende værktøjer for et husholdningsapparat.

En skarp kravspecifikation er et vigtigt fundament i de fleste pålidelighedsstrategier. Dette gælder også for start-up-virksomheden. Megen tid og mange penge kan spares i udviklingsforløbet ved at man vælger klare succeskriterier og konkrete procedurer for verifikationen af hvert krav til:

  • hardware
  • software
  • mekanik
  • levetid
  • brugsmiljø.
Det er FORCE Technologys erfaring, at problemer med pålidelighed og robusthed af et produkt ofte kan henføres til en kravspecifikation, der ikke indeholder alle relevante parametre eller ikke er tilpasset den aktuelle anvendelse eller det aktuelle brugsmiljø for et givent produkt. I nogle tilfælde har en kravspecifikation fra et tidligere produkt været genbrugt uden opdatering i forhold til det nye produkt.

Grundig analyse afslører uklarheder

En grundig analyse af det eksisterende materiale, i forhold til den aktuelle situation for det nye produkt, afslører ofte uklarheder på tværs af fagdiscipliner og risiko for ikke at tage højde for ændrede krav og betingelser. Et review af kravspecifikationen eller en kravspecifikationsworkshop, både i forhold til software og hardware, er effektive værktøjer til at afsløre dette.

En anden case drejer sig om conformal coating af elektronik til udfordrende miljøer. Casen danner baggrund for at udvikle et beslutningstræ, eller en systematik, til at træffe beslutninger i forbindelse med indførsel af conformal coating. Beslutninger drejer sig fx om, hvorvidt det overhovedet er relevant at indføre conformal coating, om afrensning inden coating er nødvendigt samt valg mellem forskellige typer af conformal coating. Desuden undersøges forskellige metoder til at teste pålideligheden af coatingen. 

I praksis er der udviklet et testprint med forskellige varianter af conformal coating og afrensning. Printene eksponeres med miljøpåvirkninger som temperaturændringer, fugt og salt. Desuden evalueres forskellige metoder; SIR og CoRe til hurtigt at vurdere kvaliteten af conformal coating.

Skalering mellem eksponering af komponenter, moduler og systemer er en væsentlig faktor i forbindelse med pålidelighedsstrategi og intelligent test. Metoder til at afgøre, hvorvidt påvirkninger som temperatur, fugt, vibration, chok og EMC-forhold bliver uændrede, værre eller bedre, når man bevæger sig mellem de forskellige niveauer, udvikles i forbindelse med paradigmet.

Det vigtigste i forbindelse med pålidelighedsstrategien er dog forståelsen for, hvor man lægger beskyttelsen i forhold til miljø- eller funktionelle påvirkninger som fx EMC. Er det mest optimalt at indføre beskyttelsen på systemniveau, printniveau eller omkring den enkelte komponent? For store systemer, som fx vindmøller, er det måske indlysende, at det ikke er optimalt at beskytte elektronikken udelukkende på systemniveau.

Systematikken demonstreres på en gadelampe med elektronikmoduler. I forbindelse med casen udsættes gadelampen inklusiv konverter til at forsyne LED lampen med solenergi for temperatur, fugt og elektromagnetiske felter.

Endelig afprøves forskellige SW-værktøjer i forbindelse med andre cases. Det drejer sig dels om værktøjer, som hjælper med modellering og behandling af SW, så udvikleren får mulighed for at tænke på et højere abstraktionsniveau, og dels værktøjer der støtter den agile udviklingsproces.

Pålidelighed i internationalt perspektiv

I forbindelse med projektet blev der 13. november 2019 afholdt konferencen ”Reliability strategy and tools” hos FORCE Technology i Hørsholm. Konferencen gav adgang til den nyeste viden om pålidelighed både i dansk og internationalt perspektiv, samt praktiske cases om pålidelighed.

På konferencen gav Albertyn Barnard fra ASML i Eindhoven, Holland og tidligere Lambda Consulting, Sydafrika en strålende præsentation om fejl og misforståelser inden for pålidelighed, og hvordan man undgår dem. Præsentationen byggede på det kapitel, Albertyn Barnard har skrevet til bogen “Reliability Characterisation of Electrical and Electronic Systems.”

Peter Drennan fra Baxter i Lund præsenterede sin beslutningsmatrice til at afgøre, om der skal udføres pålidelighedsdemonstrationstests på komponentniveau eller systemniveau. Beslutningsmatricen blev gjort praktisk anvendelig ved at demonstrere den på Baxters medicinske produkter.

På konferencen var der også mulighed for at høre om projektets resultater, paradigmet og dets anvendelse samt nogle af de cases, der har været en del af baggrunden for projektet.

I efteråret 2020 bliver de endelige resultater af projektet præsenteret på en tilsvarende konference. Skriv til Susanne Otto, hvis du ønsker at komme på mailinglisten for nyheder om konferencen.