導入
信頼性に関するこのシリーズのパート 1では、設置寿命が長く、つまり優れた信頼性を持つ製品を設計するいくつかの側面について説明しました。
このシリーズの第 2 部では、顧客の期待について説明し、信頼性の予測と信頼性の測定について説明します。
期待
妥当な平均故障間隔とは何でしょうか? もちろん、答えは製品、その製品に支払った金額、そして製品の使用方法によって異なります。Ozuno では、建物に設置する製品を製造しています。私たちもお客様も、製品が長期間使用できることを当然期待しています。ここで、「長期間」とはどういう意味かを定義する必要があります。かなり単純な定義を使用できます。商業ビルの改修間隔は約 10 年なので、製品は設置後少なくともその期間は使用できるはずです。残念ながら、ここで恐ろしい計算を始める必要があります。10年間の寿命に対するMTBF
10 年間の寿命は簡単に計算できます。1 年 = 1 日 24 時間 * 365 日 = 年間 8760 時間。つまり、10 年 = 約 87,000 時間です。したがって、そのような期間が経過した後も製品が動作し続けることが望まれます。また、製品の故障には統計的な確率があるため、10 年の目標で測定または予測された MTBF は適切ではないことにも留意する必要があります。たとえば、平均 (つまり、平均) 故障時間が 10 年だった場合、定義により、全故障の 50% は必要な MTBF に達する前に発生し、残りの 50% は必要な MTBF に達した後に発生します。これはあまり良い結果ではありません。統計からの大まかな値を使用し、故障が真にランダムな原因によるものであり、したがって正規 (ガウス) 分布であると仮定すると、次のようになります。- 標準偏差は測定値から計算する必要がある。
- すべての失敗の68%は平均値の±1標準偏差以内である。
- すべての失敗の 95% は平均値の +/- 2 標準偏差以内です。
もちろん、顧客は平均や統計を気にしません。自分の製品の故障が平均の計算に含まれる故障の 1 つに過ぎないと安心させても、何の役にも立ちません。理想的な世界では、実際の平均故障間隔は目標寿命より約 2 標準偏差長くなります。標準偏差は製品が故障した後に行われる測定からのみ計算できるため、この目標を達成するのは困難です。解決策は経験則を使用することです。実際の 平均故障間隔は、望ましい 10 年の製品寿命よりも大幅に長くする必要があります。10 年 (約 87,000 時間) の有効設置寿命の場合、設計目標 MTBF は約 2 ～ 4 倍、またはそれ以上にする必要があります。つまり、予測または測定で約 174,000 ～ 350,000 時間は良好な結果であり、供給された製品の大多数が 10 年後もまだ動作しているという確信が得られます。 このアプローチを使用すると、設置後のサービス時間が 87,600 時間 (10 年) に達した後も少数の故障が発生しますが、これらの故障数は供給された製品の約 2% 以下に抑えられるはずです。これより 優れた方法はあるでしょうか? もちろん、設計上の MTBF をさらに高くするだけです。統計は嘘をつきませんが、製品の製造コストが法外に高くなる可能性があります。
信頼性予測
予測される MTBF を計算するのは非常に難しく、時間がかかります。これらの予測を行うには、専門的に開発された高価なソフトウェア ツールが利用できます。RAPIXゾーンコントローラ
信頼性分析ツールキット MIL-HDBK-217F 部品カウント法 を使用して、RAPIX DALI ゾーン コントローラの MTBF を計算しました。MIL-HDBK-217F にはいくつかの方法が含まれていますが、部品カウント法は簡略化されたプロセスですが、それでも部品表のすべてのコンポーネントに関するある程度の正確な情報が必要です。 部品カウント法は保守的であることで有名です。つまり、MTBF として生成される数値は、特に一般的な商業ビルに適した「地上良質」環境分類の場合、実際の観測値よりも 2 倍から 3 倍小さくなる可能性があります。ゾーン コントローラには、2 つの主要な回路基板と購入した CPU カードが含まれています。それぞれを個別に計算する必要がありました。その後、完全な製品信頼性が計算されました。計算結果:ボード #1 (CPU サブアセンブリを含む): MTBF 407,000 時間
ボード #2: MTBF 450,000 時間
結合された MTBF は、並列抵抗と同じ方法を使用して計算されます: 1/ (1/M1 + 1/M2) ゾーン コントローラの予測 MTBF: 213,710 時間、または約 24 年*。前述のように、実際の MTBF はこれより高くなることが予想されます。予測によると、ゾーン コントローラは、一般的な予測耐用年数よりも大幅に長い MTBF という望ましい要件を満たしています。 * (MIL-HDBK-217F 部品カウント方法、GB 環境、産業用部品グレード)。RAPIX DALI -2 BUS
RAPIX DALI-2 BUSについても同様の計算を行うと、予測される MTBF は 541,000 時間になります。これは、期待される耐用年数の倍数を大きく上回っており、やはり非常に控えめな予測です。信頼性測定
当社では、最初の市場リリース以来、当社製品の平均故障間隔を追跡しています。
RAPIX DALI BUSの場合: この製品は通常、容量の 3/4 以上に負荷がかかり、暖かい環境に設置されるため、耐用年数がかなり厳しくなります。暖かい環境で電力供給を継続的に行うことは、電子機器にとって負担となります。
当社はすべての製品の返品を追跡し、すべての故障タイプをチェックしましたが、共通の要因や傾向は見つかりませんでした。
販売されたすべての RAPIX DALI BUSにおいて、次のような少数の共通の根本的な障害が確認されています。
- 設置配線が正しく接続されていない。
- 工場組立工程の不具合（サンプル1点のみ）。
信頼性/製品の摩耗による返品は発生していません。
したがって、現場での故障に基づいて MTBF を計算するのは非常に困難です。現場での故障に基づいて MTBF を推定するために、供給されたすべての電源装置の 1% が故障し、顧客が 1 つも返品しなかったと仮定しました。これはかなりありそうにないように思えますが、いくつかの数値を計算することができます。
信頼性分析ツールキット フィールド MTBF 計算機を使用して、販売数とフィールドでの平均時間を入力しました。100% のデューティ サイクルを使用しているため、製品は電源が入っていて永久に動作していると想定しています。
計算の結果は、信頼度レベルに基づいた一連の推定値になります。
| 自信 （％） | MTBF低下(時間) |
|---|---|
| 50 | 4,350,985 |
| 60 | 4,242,973 |
| 70 | 4,131,338 |
| 90 | 3,839,595 |
| 95 | 3,709,372 |
| 99 | 3,480,648 |
以下を組み合わせて使用します:
- 最悪のケース（つまり最高の信頼レベル）
- 返品されていない不良品についてのかなり極端な仮定（実際には起こりそうにない）
その場合、現場での故障データは、ほとんど意味をなさないほど大きい MTBF を示します。
この結果は、MTBF が表示されている数値であることを示すものではなく、製品の MTBF が非常に大きく、174,000 ～ 350,000 時間という望ましい範囲をはるかに超えていることを示しています。
RAPIX DALI リレー、位相調光コントローラー、センサーなどでも同様の結果が得られます。