Mange tror, at høj pålidelighed, kort udviklingstid og lave omkostninger er uforenelige mål i produktudvikling. Men med den rette strategi kan de faktisk gå hånd i hånd.

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; 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 pålidelighedsværktøjer og bliver i tvivl om, hvilke værktøjer de skal fokusere på for at få størst værdi i forhold til indsatsen. Ligesom de kan være i tvivl om, hvordan og hvornår i udviklingsforløbet værktøjerne implementeres mest optimalt.

Virksomheder uden specialistviden har brug for hjælp til at:

  • Definere en pålidelighedsstrategi med klare mål (levetid, fejlrate, serviceintervaller)
  • Identificere de vigtigste pålidelighedsværktøjer
  • Sikre optimal implementering i udviklingsforløbet.

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 en 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 figur 1.
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.

En startup, der udvikler et husholdningsapparat, bruger paradigmet til at prioritere pålidelighedsværktøjer i udviklingsprocessen. De tester bl.a. effekten af kravspecifikationer, software-review og levetidsestimering.

Figur 2. Pålidelighedsstrategi og tilhørende værktøjer for et husholdningsapparat.

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.

Beskyttelsesstrategier på system-, print- og komponentniveau

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

På konferencen 'Reliability Strategy and Tools' delte eksperter fra ASML og Baxter ny viden om pålidelighed. Blandt emnerne var beslutningsmatricer, fejlanalyse og strategier til at undgå misforståelser.