Introducción a las pruebas de vida acelerada 1-¿Qué es prueba de vida acelerada? Análisis de los datos de la vida tradicional implica analizar veces a-fallas en los datos obtenidos bajo condiciones normales de funcionamiento para cuantificar las características de la vida de un producto, sistema o componente. Por muchas razones, obtención de dichos datos de la vida (o veces a falta datos) puede ser muy difícil o imposible. Las razones de esta dificultad pueden incluir los tiempos de la larga vida de los productos de hoy, el pequeño período entre diseño y liberación y el reto de probar los productos que se utilizan continuamente bajo condiciones normales. Dadas estas dificultades y la necesidad de observar fallas de productos para comprender mejor sus modos de falla y las características de la vida, los practicantes de fiabilidad han intentado idear métodos para obligar a estos productos a fallar más rápidamente de lo que lo harían bajo condiciones normales de uso. En otras palabras, han intentado acelerar sus fracasos. Con los años, la frase prueba de vida acelerada se ha utilizado para describir todas esas prácticas. Como usamos la frase en esta referencia, prueba de vida acelerada implica la aceleración de fallas con el único propósito de cuantificar las características de la vida del producto en condiciones normales de uso. Más específicamente, prueba de vida acelerada se puede dividir en dos áreas: pruebas aceleradas cualitativa y cuantitativa vida acelerada. En la prueba cualitativa acelerada, el ingeniero en su mayoría está interesado en identificar fallas y los modos de falla sin intentar hacer predicciones sobre la vida del producto bajo condiciones normales de uso. En la prueba de vida acelerada cuantitativa, el ingeniero está interesado en la predicción de la vida del producto (o más concretamente, las características de la vida como MTTF, B(10) vida, etc.) en el normal uso de condiciones, a partir de datos obtenidos en una prueba de vida acelerada.
Cualitativo vs cuantitativos análisis acelerados
Cada tipo de prueba que se ha llamado una prueba acelerada proporciona información sobre el producto y sus mecanismos de fallo. Estas pruebas se pueden dividir en dos tipos: pruebas cualitativas (alto, HAST, pruebas de tortura, bate y Hornea las pruebas, etc.) y cuantitativos vida acelerada. Esta referencia aborda y cuantifica los modelos y procedimientos asociados con las pruebas de vida acelerada cuantitativa (QALT).
1.1.1- Pruebas aceleradas cualitativa Análisis cualitativos son las pruebas que dan información (o los modos de falla) solamente. Han descrito por muchos nombres incluyendo:
Pruebas de elefante
Pruebas de tortura
ALTO
Agitar y hornear las pruebas
Se realizan pruebas cualitativas en pequeñas muestras con las muestras sometidas a un solo nivel severo de estrés, a las múltiples tensiones o a un estrés varían con el tiempo (por ejemplo, tensión de ciclismo, fría a caliente, etc.). Si sobrevive a la muestra, pasa la prueba. De lo contrario, se tomarán las acciones apropiadas para mejorar el diseño del producto para eliminar las causas del fracaso. Las pruebas cualitativas se utilizan principalmente para revelar los modos de falla probable. Sin embargo, si no ha sido diseñada adecuadamente, pueden causar el producto falla debido a modos que nunca habría sido encontrados en la vida real. Una buena prueba cualitativa es aquella que revela rápidamente esos modos de fallo que se producen durante la vida útil del producto bajo condiciones normales de uso. En general, las pruebas cualitativas no están diseñadas para obtener datos de la vida que se pueden utilizar en análisis de datos posterior vida acelerada cuantitativa como se describe en esta referencia. En general, las pruebas cualitativas no cuantificar las vida (o fiabilidad) características del producto bajo condiciones normales de uso, no obstante proporcionan información valiosa en cuanto a los tipos y niveles de estrés deseen emplear durante una prueba cuantitativa posterior. 1.1.1.1-
Ventajas y desventajas de las pruebas cualitativas
Beneficios:
Al revelar los modos de falla probable aumentar la fiabilidad.
Proporcionar valiosa retroalimentación en el diseño de las pruebas cuantitativas y en muchos casos son un precursor de una prueba cuantitativa.
Desventajas:
No se cuantificó la fiabilidad del producto en condiciones normales de uso.
1.1.2- Prueba de vida acelerada cuantitativa
Vida acelerada cuantitativa pruebas (QALT), a diferencia de la prueba cualitativa métodos descritos anteriormente, consiste en pruebas diseñadas para cuantificar las características de la vida del producto, componente o sistema bajo condiciones normales de uso y fiabilidad tal modo informar. Información de confiabilidad puede incluir la probabilidad de falla del producto bajo condiciones de uso, significa vida bajo condiciones de uso y retornos proyectados y los costos de garantía. También puede ser utilizado para ayudar en la realización de evaluaciones de riesgos, diseño comparaciones, etc. Prueba de vida acelerada cuantitativa puede adoptar la forma de la aceleración del ritmo de uso o sobretensión aceleración. A continuación se describen dos métodos de prueba de vida acelerada. Porque los datos de prueba de aceleración de tasa de uso pueden ser analizados con métodos de análisis de datos de vida típica, el método de aceleración sobrecargas es el método de pruebas pertinente a ALTA y el resto de esta referencia.
1.2- Pruebas de vida acelerada cuantitativa Para todas las pruebas de vida, algún tiempo-en-fracaso información (o tiempo-a-porevento) para que el producto es necesario ya que el fallo del producto es el evento que queremos entender. En otras palabras, si queremos entender, medir y predecir cualquier evento, debemos observar cómo se produce ese evento! La mayoría de los productos, componentes o sistemas se esperan para realizar sus funciones con éxito durante largos periodos de tiempo (a menudo años). Obviamente, de una empresa para seguir siendo competitivas, el tiempo requerido para obtener datos de veces-a-falla debe ser considerablemente menos que la vida útil del producto. Dos métodos de aceleración, la aceleración del ritmo de uso y sobrecargas aceleración, han sido concebidas para obtener datos de veces-a-falla en un acelerado ritmo. Para productos que no opere continuamente, uno puede acelerar el tiempo necesario para inducir/observar fallas analizando continuamente estos productos. Esto se denomina aceleración de tasa de uso.
Para los productos que uso tasa aceleración es impráctico, uno puede aplicar stress(es) en niveles superiores a los niveles que un producto se encontrará condiciones normales condiciones de uso y utilizar los datos de tiempos-a-falla obtenidos de esta manera extrapolar para condiciones de uso. Esto se denomina aceleración de sobrecargas.
1.2.1- Aceleración del ritmo de uso Para productos que no opere continuamente bajo condiciones normales, si las unidades de prueba funcionan continuamente, fracasos se encuentran antes que si las unidades han sido probadas en condiciones de uso normales. Por ejemplo, un horno microondas funciona por pequeños periodos de tiempo cada día. Uno puede acelerar una prueba en hornos de microondas accionando los más frecuentemente hasta que fallen. Lo mismo podría decirse de las arandelas. Si suponemos que un uso de la lavadora promedio de 6 horas a la semana, uno concebible podría reducir el tiempo de la prueba 28-fold de prueba estas arandelas continuamente. Los datos obtenidos a través de aceleración de uso pueden ser analizados con los mismos métodos utilizados para analizar datos periódicos veces en fracaso. Estas técnicas de análisis de datos de vida típica se describen minuciosamente en Referencia de análisis de los datos de ReliaSoft vida. La limitación de la aceleración del ritmo de uso surge cuando los productos, tales como servidores de la computadora y periféricos, mantienen un uso muy alto o incluso continuo. En tales casos, la aceleración de uso, aunque deseable, no es una alternativa factible. En estos casos el practicante debe estimular el producto al fracaso, generalmente a través de la aplicación de stress(es). Este método de prueba de vida acelerada se llama aceleración de sobrecargas y se describe a continuación.
1.2.2- Sobretensión aceleración Para los productos con muy alta o continuo uso, la vida acelerada prueba practicante debe estimular el producto a fracasar en una prueba de vida. Esto se logra mediante la aplicación stress(es) que superan los stress(es) que un producto se encontrará bajo condiciones normales de uso. Veces-a-falta datos obtenidos en estas condiciones se utilizan luego para extrapolar para condiciones de uso. Pueden realizarse pruebas de vida acelerada en alta o baja temperatura, humedad, tensión, presión, vibración, etc. con el fin de acelerar o estimular los mecanismos de fallo. También puede realizarse en una combinación de estas tensiones.
1.2.3- Las tensiones y los niveles de estrés Tensiones de prueba de vida acelerada y los niveles de estrés deben ser elegidos para que se aceleran los modos de fallo bajo consideración pero no introducir los modos de falla que nunca ocurriría bajo condiciones de uso. Normalmente, estos niveles de tensión caerá fuera de los límites de especificación de producto, pero dentro de los límites de diseño ilustrada siguiente:
Esta elección de los niveles de estrés, estrés y el proceso de configuración del experimento es extremadamente importante. Consulte con su ingeniero de diseño y material scientist(s) para determinar qué estímulos (tensiones) son apropiados así como para identificar los límites adecuados (o los niveles de estrés). Si estas tensiones o límites son desconocidos, deben realizarse pruebas cualitativas para determinar la stress(es) apropiada y los niveles de estrés. Uso correcto del diseño de experimentos (DOE) metodología también es crucial en este paso. Además de la selección de la tensión adecuada, la aplicación de las tensiones debe realizarse de una manera lógica, controlada y cuantificable. Datos precisos sobre las tensiones aplicadas, así como el comportamiento observado de las probetas, debe mantenerse. Claramente, como la tensión utilizada en una prueba acelerada se convierte más arriba, la duración de la prueba requerida disminuye (debido a fallas se producen más rápidamente). Sin embargo, como el nivel de estrés se mueve más allá de las condiciones de uso, aumenta la incertidumbre en la extrapolación. Intervalos de confianza proveer una medida de esta incertidumbre en la extrapolación. (Intervalos de confianza se presentan en el Apéndice A).
2-Análisis de datos cuantitativos vida acelerada comprensión En datos de la vida típica análisis uno determina, mediante el uso de distribuciones estadísticas, una distribución de vida que describe la veces a falta de un producto. Estadísticamente hablando, se desea determinar la función de densidad de probabilidad nivel de uso, o pdf, del veces en fracaso. Apéndice A de esta referencia presenta estos conceptos estadísticos y proporciona antecedentes estadísticos básicos como se aplica al análisis de los datos de la vida. Una vez que ha sido este pdf resultados obtenidos, todos los demás confiabilidad deseado pueden ser fácilmente determinados, incluyendo:
Porcentaje de falla bajo garantía.
Evaluación del riesgo.
Diseño de comparación.
Periodo de desgaste (degradación del rendimiento del producto).
En análisis de datos de vida típica, esta función de densidad de probabilidad nivel uso o pdf, del times-a-fracaso puede ser fácilmente determinado utilizando datos de veces-a-fallas o suspensión regulares y una distribución subyacente como el Weibull, exponencial o lognormal de distribución. Estas distribuciones de toda la vida se presentan con mayor detalle en el capítulo de Distribuciones utilizadas en pruebas aceleradas de esta referencia. En análisis de datos de vida acelerada, sin embargo, nos enfrentamos al reto de determinar el nivel uso pdf de datos de prueba de vida acelerada, en lugar de veces a-fallas en los datos obtenidos bajo condiciones de uso. Para lograr esto, debemos desarrollar un método que permite extrapolar a partir de datos obtenidos en condiciones aceleradas para llegar a una estimación de las características de nivel de uso.
2.1- Mirando una sola tensión constante acelerado prueba de vida Para entender el proceso con la extrapolación de los datos de prueba de sobrecargas a niveles condiciones de uso, analicemos en una prueba de vida acelerada simple. Por razones de simplicidad supondremos que el producto se ha probado bajo un estrés único a nivel individual estrés constante. Además supondremos que veces a falta datos han sido obtenidos a este nivel de estrés. El times en fracaso en esta tensión nivel puede entonces fácilmente analizarse mediante una distribución subyacente de la vida. Un pdf de los tiempos-a-fallas del producto puede obtenerse en ese nivel de estrés único utilizando los enfoques tradicionales. Este pdf, las sobrecargas pdf, puede utilizarse además para hacer predicciones y estimaciones de las medidas de interés en ese nivel de estrés particular vida. El objetivo de una vida acelerada prueba, sin embargo, no para obtener predicciones y estimaciones a nivel particular estrés elevado, en el cual se analizaron las unidades, pero para obtener estas medidas en otro nivel de estrés, el nivel de estrés de uso.
Para lograr este objetivo, nosotros debemos idear un método para recorrer el camino desde el pdf de sobrecargas para extrapolar un nivel de uso pdf. En la siguiente figura ilustra un típico comportamiento de los pdf en la alta tensión (o sobrecargas nivel) y el pdf en el nivel de estrés de uso.
Para simplificar aún más la situación, vamos a suponer que el pdf del producto en cualquier nivel de estrés puede ser descrito por un solo punto. En la siguiente figura ilustra una simplificación tan donde tenemos que determinar una forma de proyecto (o mapa) este único punto de la alta tensión a la tensión de uso.
Obviamente, hay infinitas maneras para asignar un punto particular desde el nivel de estrés alto el nivel de estrés de uso. Asumimos que hay algún modelo (o función) que los mapas nuestro punto desde el nivel de estrés elevado el nivel de estrés de uso. Este modelo o función puede ser descrita matemáticamente y puede ser tan simple como la ecuación de una línea. En la siguiente figura se muestra algunos modelos simples o relaciones.
Incluso cuando se asume un modelo (por ejemplo, lineal, exponencial, etc.), las posibilidades de asignación son todavía infinitas ya que ellos dependen de los parámetros del modelo elegido o relación. Por ejemplo, un modelo lineal simple generaría asignaciones diferentes para cada valor de la pendiente porque podemos dibujar un número infinito de líneas a través de un punto. Si analizamos a las muestras de nuestro producto en dos niveles diferentes estreses, podríamos empezar a ajustar el modelo a los datos. Claramente, tenemos más puntos, mejor están en cartografía correctamente este punto concreto o ajustar el modelo a nuestros datos.
La figura anterior ilustra que necesita un mínimo de dos niveles más altos de estrés para asignar correctamente la función a un nivel de estrés de uso.
Las distribuciones de vida y modelos de estrés de la vida El análisis de los datos de prueba de vida acelerada consiste en (1) una distribución de vida subyacente que describe el producto a los niveles de estrés diferentes y (2) un estrés de la vida relación (o modelo) que cuantifica la manera en que cambia la distribución de vida a través de los niveles de estrés diferentes. Estos elementos de análisis son gráficamente se muestra a continuación:
La combinación de una distribución subyacente de la vida y un modelo de estrés de la vida pue de verse mejor en la siguiente figura donde se traza un pdf contra el tiempo y el estrés.
La supuesta distribución de vida subyacente puede ser cualquier distribución de vida. Las distribuciones de vida más comúnmente usados incluyen la Weibull, exponencial y lognormal distribución. Junto con la distribución de la vida, también se utiliza una relación del estrés de la vida. Estas relaciones de estrés de la vida han sido empíricamente derivadas y ajustó a los datos. En el subcapítulo de método de análisis se presenta un Resumen de algunas de estas relaciones de estrés de la vida.
2.2- Método de análisis Con nuestra actual comprensión de los principios de análisis de prueba de vida acelerada, continuaremos con una discusión acerca de los pasos involucrados en el análisis de datos de pruebas de vida acelerada como los descritos en la sección cuantitativa pruebas de vida acelerada vida.
2.2.1- Seleccione una distribución de vida El primer paso en la realización de un análisis de datos de vida acelerada es elegir una distribución apropiada de la vida. Aunque es raramente apropiado, la distribución exponencial se en el pasado ha usado como la distribución subyacente de la vida debido a su simplicidad. El Weibull y distribuciones lognormal, que requieren cálculos más involucrados, son más apropiadas para la mayoría de las aplicaciones. Las distribuciones subyacentes de vida disponibles en ALTA se presentan en detalle en el capítulo de Distribuciones utilizadas en pruebas aceleradas de esta referencia.
2.2.2- Seleccione una relación de tensión de la vida
Después de que usted ha seleccionado una distribución subyacente de vida adecuada a los datos, el segundo paso es seleccionar (o crear) un modelo que describe un punto característico o una característica de la distribución del nivel de estrés de una a la otra vida.
La característica de la vida puede ser cualquier medida de vida tales como la media, mediana, r (x), f (x), etc. Esta característica de la vida se expresa como una función del estrés. Dependiendo de la distribución de vida subyacente asumido, se consideran las características de vida diferente. En la siguiente tabla se muestran las características típicas de la vida para algunas distribuciones. Distribución
Parámetros
Weibull
*,
Característica de la vida Parámetro de escala,
Exponencial Lognormal
Vida (es decir ,
*
)
Mediana,
* Se asume constante Por ejemplo, al considerar la distribución de Weibull, el parámetro de escala,
, es elegida
para ser la característica de la vida que es dependiente, mientras que el estrés se supone que permanecen constantes a través de los niveles de estrés diferentes. Una relación de tensión de la vida se asigna a . Ocho modelos de estrés de la vida común se presentan más adelante en esta referencia. Haga clic en un tema para ir directamente a esa página.
Relación de Arrhenius
Relación de Eyring
Relación de ley de potencia inversa
Relación de temperatura y humedad
Relación de temperatura no térmicos
Relaciones multivariables: General Log-lineal y riesgos proporcionales
Modelos de estrés varían con el tiempo
2.2.3- Estimación de parámetros Una vez que haya seleccionado una distribución subyacente de vida y modelo de la relación de estrés de la vida para adaptarse a sus datos de prueba acelerada, el siguiente paso es seleccionar un método realizar la estimación de parámetros. En pocas palabras, estimación de parámetros consiste en ajustar un modelo a los datos y la resolución de los parámetros que describen ese modelo. En nuestro caso, el modelo es una combinación de la distribución de la vida y la relación del estrés de la vida (modelo). La tarea de estimación de parámetros puede variar de trivial (con amplios datos, una sola tensión constante, una distribución simple y sencillo modelo) a imposible. Los métodos disponibles para estimar los parámetros de un modelo incluyen el método gráfico, el método de mínimos cuadrados y el método de estimación de máxima verosimilitud. Métodos de estimación de parámetros se presentan detalladamente en el Apéndice B de esta referencia. Se dará mayor énfasis al método MLE porque proporciona una solución más robusta, y el que se emplea en ALTA.
2.2.4- Derivar información de confiabilidad Una vez que se han estimado los parámetros de la relación subyacente de distribución y estrés de la vida de la vida, una variedad de información de la confiabilidad del producto puede ser derivada tales como:
Tiempo de la garantía.
La tasa de fracaso instantáneo, que indica el número de fracasos que ocurren por unidad de tiempo.
La vida media que proporciona una medida del tiempo promedio de operación al fracaso.
B(X) la vida, que es el momento por el cual X % de las unidades fallarán.
etc.
2.3- Carga de estrés La discusión de la vida acelerada prueba análisis hasta el momento ha incluido la suposición de que las cargas de tensión aplicadas a las unidades en una prueba acelerada han sido constantes con respecto al tiempo. En la vida real, sin embargo, diferentes tipos de cargas pueden considerarse cuando se realiza una prueba acelerada. Pruebas de vida acelerada pueden clasificarse como constante estrés, estrés paso, ciclismo, estrés, estrés al azar, etc. Estos tipos de cargas se clasifican según la dependencia de la tensión con respecto al tiempo. Existen dos esquemas de carga de estrés posible, cargamentos en los que el estrés es independiente del tiempo y cargamentos en los que el estrés es dependiente del tiempo. El tratamiento matemático, modelos y supuestos varían dependiendo de la relación de tensión a tiempo. Dos de estos esquemas de carga se describen a continuación.
2.3.1- El estrés es independiente del tiempo (tensión constante) Cuando la tensión es independiente del tiempo, la tensión aplicada a una muestra de las unidades no varía. En otras palabras, si la temperatura es el estrés térmico, cada unidad es sometido a la misma temperatura acelerada, (por ejemplo, 100° C), y se registran datos. Este es el tipo de carga de estrés que se ha discutido hasta ahora.
Este tipo de tensión de carga tiene muchas ventajas sobre cargas de estrés dependiente del tiempo. Específicamente:
Mayoría de los productos se asume para operar a una tensión constante bajo uso normal.
Es mucho más fácil hacer una prueba de tensión constante (por ejemplo, uno en el que la cámara se mantiene a una sola temperatura).
Es mucho más fácil de cuantificar una prueba de esfuerzo constante.
Modelos de análisis de datos existen, son ampliamente publicitados y son verificados empíricamente.
Extrapolación de una prueba de esfuerzo constante bien ejecutada es más precisa que la extrapolación de una prueba de esfuerzo dependiente del tiempo.
2.3.2- El estrés es dependiente del tiempo Cuando el estrés es dependiente del tiempo, el producto se somete a un nivel de estrés que varía con el tiempo. Productos sometidos a cargas de tensión dependiente del tiempo producirá fracasos más rápidamente, y los modelos que se ajustan los se cree por muchos como el 'Santo Grial' de la prueba de vida acelerada. El modelo de daños acumulativos permite analizar los datos de pruebas de vida acelerada con perfiles de estrés dependiente del tiempo. El modelo de paso de estrés, como se discute en [31]y el modelo de rampa-estrés relacionados son casos típicos de las pruebas de estrés dependiente del tiempo. En estos casos, la carga de estrés se mantiene constante durante un período de tiempo y luego caminó/rampa en un nivel de estrés diferente, donde permanece constante por otro intervalo de tiempo hasta que es caminó/rampa otra vez. Existen numerosas variaciones de este concepto.
La misma idea puede extenderse para incluir una tensión continua en función de tiempo.
2.4- Resumen de análisis de la prueba de vida acelerada En resumen, vida acelerada, pueden realizarse pruebas de análisis de datos recogidos de las pruebas de vida acelerada cuantitativa cuidadosamente diseñado. Pruebas de vida acelerada bien diseñados aplicarán stress(es) a niveles que superan el nivel de estrés que se encontrará el producto bajo condiciones normales de uso con el fin de acelerar los modos de fallo que se producirían bajo condiciones de uso. Una distribución de vida subyacente (como la exponencial, Weibull y distribuciones lognormal vida) puede ser elegido para ajustar los datos de vida recogidos en cada nivel de estrés para derivar sobrecargas pdfs para cada nivel de estrés. Una relación de tensión de la vida (Arrhenius, Eyring, etc.) entonces puede ser elegida para cuantificar la ruta de las sobrecargas pdfs para extrapolar un nivel de uso pdf. Desde el nivel de uso extrapolada pdf, se puede derivar una variedad de funciones, incluyendo fiabilidad, porcentaje de averías, vida media, tiempo etc. de la garantía. Obtenido de "http://reliawiki.com/index.php/Introduction_to_Accelerated_Life_Testing" Categorías: Referencia de análisis de datos de prueba de vida acelerada | Libros de ingeniería de confiabilidad
