THE OPTIMIZATION OF RELIABILITY ACCEPTANCE TESTS

The paper presents the possibilities to improve the reliability acceptance tests uses in automotive field, based on researches made by the authors. The results prove the opportunity of these methods.

Key words: reliability, failure, stress cycle, acceptance test, accelerated test.

1. incercari UTILIZATE PENTRU VALIDAREA FIABILITATII

Incercarile de fiabilitate se clasifica in functie de scopurile, stadiul in care se afla produsul si de modul in care se efectueaza experimentarile (fig. 1).

Dupa scopul urmarit, acestea pot fi:

- incercari de demonstrare si acceptare;

- incercari pentru stabilirea indicatorilor de fiabilitate.

Din punctul de vedere al stadiului in care se afla produsul, incercarile de fiabilitate se realizeaza in faza de cercetare-proiectare si in faza de dezvoltare produs (definitivarea si omologarea prototipului si a seriei zero de fabricatie).

Dupa modul de realizare, incercarile de fiabilitate se clasifica in functie de procedura de incercare (complete, cenzurate, trunchiate si secventiale sau progresive), dupa regimul de lucru (la eforturi normale de exploatare si accelerate), dupa modul de continuare a incercarii dupa defectare (cu sau fara inlocuirea elementelor defecte), etc.

Incercarile de demonstrare si acceptare se pot efectua in conditii de exploatare, in poligoane de incercari, naturale sau special amenajate, in laboratoare si pe standuri. Ele urmaresc stabilirea capacitatii produselor de a face fata solicitarilor care apar in procesul de utilizare. Aceste incercari sunt numite si incercari de validare a fiabilitatii.

Deoarece componentele autovehiculelor actuale sunt din ce in ce mai fiabile, timpul in care se va produce un numar suficient de defectari pentru a asigura o precizie de calcul impusa pentru fiabilitate este din ce in ce mai mare. O reducere a timpului de experimentare pana la valori acceptabile impune cresterea volumului esantionului, ceea ce pentru produse complexe si scumpe este de neacceptat deoarece determina cheltuieli mari de experimentare.

In cadrul metodelor de incercare utilizate in studiile fiabilistice, incercarile secventiale sau progresive si incercarile accelerate sunt cele care permit reducerea numarului de elemente supuse incercarilor de fiabilitate.

Incercari secventiale sau progresive

Aceasta metoda, preluata din controlul calitatii, a fost pusa la punct in 1943 si dezvoltata prin lucrarile lui Wald de la Universitatea Columbia.

In principiu, in cadrul acestui procedeu se supun incercarilor unul sau mai multe produse si atunci cand apare o prima defectiune se inregistreaza si timpul de functionare cumulat. Daca acest timp este inferior unei prime limite fixate prin planul de incercari, incercarea se opreste si produsul se considera necorespunzator. Daca este superior unei a doua limite, fixate tot apriori, se considera ca produsul satisface cerintele de fiabilitate si experimentarile inceteaza. Daca timpul se afla intre cele doua limite, nu se poate trage nici o concluzie asupra fiabilitatii produsului si ca urmare experimentarile continua.

In cadrul acestei metode nu se fixeaza nici numarul de produse incercate, nici timpul de incercare, decizia se ia in functie de depasirea sau nedepasirea unor limite fixate apriori. De asemenea, in cadrul acestor incercari nu se determina direct valoarea fiabilitatii produsului, ci se stabileste daca ea se afla la nivelul cerintelor, de aceea incercarile secventiale sunt considerate un "control al fiabilitatii". Acest procedeu permite ca pe baza unor rezultate obtinute in urma incercarii unui numar limitat de exemplare sa se verifice daca durata de functionare reala pana la defectare va fi mai mare sau egala cu valoarea impusa.

Acest tip de incercari este folosit in special in relatiile contractuale dintre furnizori si beneficiari, pentru controlul fiabilitatii produselor, dar si pentru verificarea rapida a fiabilitatii propriilor produse.

1.2. Incercari accelerate

O cale pentru reducerea timpului de experimentare o constituie marirea regimurilor de solicitare a elementelor incercate. Aceste tipuri de incercari se numesc incercari accelerate.

Deoarece componentele automobilului sunt supuse simultan la diverse solicitari (mecanice, termice, chimice, etc.), pentru a reduce timpul de experimentare vor trebui amplificate acele solicitari care pot determina defectarea produsului fara a modifica mecanismul (procesul) de defectare.

Pentru stabilirea procedeului prin care se accelereaza procesul de aparitie al defectiunilor, trebuie sa se analizeze mecanismul care provoaca degradarea si sa se evidentieze relatia dintre solicitari si viteza de producere a defectiunilor.

Amplificarea solicitarii trebuie realizata cu precautie, deoarece exista pericolul ca de la un anumit nivel sa se modifice mecanismul real de producere a defectiunii si, ca urmare, concluziile sa fie gresite.

Pornind de la observatia ca automobilele sunt utilizate in mod obisnuit la regimuri maxime de solicitare doar intr-o mica proportie din timpul de folosire si ca sunt utilizate sporadic, reducerea timpului de experimentare se realizeaza prin utilizarea lor in cadrul unor programe dense de incercari, pe trei schimburi, pe trasee dificile sau in poligoane special amenajate.

Pentru sistemele, agregatele sau elementele automobilului, acest tip de incercari se practica in special la incercarile pe standuri prin cresterea frecventei de actionare (ex. in cazul mecanismului de ambreiaj, a amortizoarelor) sau a regimurilor de functionare (ex., in cazul motorului, a agregatelor transmisiei). Stabilirea regimului de incercare urmareste pastrarea mecanismului de defectare, de ex., in cazul incercarii amortizoarelor pe stand, frecventa de actionare se mareste pana la nivelul la care nu se produce supraincalzirea lor.

Deoarece nu se produce modificarea proceselor de defectare, aceste incercari nu reclama modificarea procedeelor de calcul fiabilistic.

2. ANALIZA POSIBILITATILOR DE OPTIMIZARE A INCERCARILOR DE VALIDARE A FIABILITATII

Incercarile secventiale de fiabilitate necesita construirea pentru fiecare lege de distributie a timpilor de defectare o diagrama de lucru corespunzatoare, iar calculul parametrilor care ajuta la construirea acesteia este relativ simplu doar in cazul repartitiei exponentiale considerata ca un caz particular al legii lui Poisson. Dar, datorita simplitatii calculului, s-a constatat ca s-a abuzat de utilizarea legii exponentiale in studiile fiabilistice, deoarece chiar in perioada vietii utile exista si alte moduri de defectare, care se suprapun cu cele cu intensitate constanta

De aceea, utilizarea incercarilor secventiale pentru validarea fiabilitatii este acceptabila doar in putine situatii.

In ceea ce priveste accelerarea incercarilor, aceasta este o directie de actiune pentru reducerea numarului de obiecte testate care poate fi aplicata in general pentru orice mecanism de defectare, dar cu conditia sa nu-l modifice. Aceasta face ca aplicativitatea sa sa fie limitata, astfel ca si efectele obtinute sunt limitate.

Reducerea numarului de elemente in cazul incercarilor accelerate nu este deci spectaculoasa, de aceea este de dorit ca aceasta metoda sa fie asociata cu un procedeu suplimentar, astfel incat efectele sa fie intr-adevar substantiale.

Este si ceea ce-si propune lucrarea de fata: optimizarea incercarilor de validare a fiabilitatii, in scopul reducerii duratei incercarii si volumului de produse incercate.

3. METODA COMBINATA DE OPTIMIZARE A INCERCARILOR DE VALIDARE A FIABILITATII

Referat: Echipamente si instalatii de stingere a incendiului - prescriptii generale Referat: CAIET DE SARCINI Pentru executia pilotilor forati si a sapaturii

Incercarile de validare a fiabilitatii se executa in baza unor clauze de fiabilitate care precizeaza o serie de elemente:

. Obiectul incercarii de validare a fiabilitatii: piesa, sistemul sau intreg autovehiculul;

. Obiectivul fiabilitatii R₀: fiabilitatea ceruta la un anumit rulaj pentru produsul respectiv;

. Nivelul de incredere : probabilitatea ca estimarea fiabilitatii sa fie adevarata;

. Criteriul de defectare: definirea defectelor posibile si a modurilor de defectare;

. Profilul misiunii: modul de incercare, detaliat in procedura de incercare.

Astfel, considerand urmatoarele clauze de fiabilitate:

- obiectul incercarii: radiator de racire;

- obiectiv de fiabilitate: R₀ = 0,99% la 150000 km;

- nivelul de incredere: 80%;

- criteriul de defectare: orice deteriorare a radiatorului cauzata de socuri termice (scurgeri de lichid, fisuri, corodari);

- profilul misiunii: obiectul va fi incercat pe o durata de 1400 cicluri de soc termic (conform procedurii), reprezentand 150.000 km de utilizare in regim de client.

Acest lucru prespune ca la primele n piese sa nu se produca nici o defectare, adica prima defectare este permisa la piesa (n+1):

                                 (1)

de unde, prin logaritmare, rezulta numarul numarul de piese de incercat:

                  (2)

ceea ce reprezinta o valoare prea mare, care ar necesita timp indelungat si cheltuieli foarte mari pentru incercari.

O prima posibilitate de reducere a numarului de piese incercate n este prelungirea duratei incercarii, de la t₀ la t₁ si incercarea de validare a fiabilitatii se va transforma din verificarea fiabilitatii R₀ la momentul t₀ in verificarea unei, fiabilitati echivalente R₁ la momentul t₂ (fig. 2).

Dar se impune determinarea noii valori R₁ de validat prin incercari.

Astfel, pentru cazul cand fiabilitatea se exprima printr-o lege Weibull, exista relatiile:

                               (3)

                                (4)

Dupa logaritmarea relatiilor, rezulta prin impartire:

                              (5)

de unde

                     (6)

si apoi, prin integrare:

                          (7)

Rezulta ca pentru a cunoaste valoarea R₁ trebuie cunoscut parametrul de forma b, deci trebuie identificata legea de fiabilitate.

Pentru aceasta se va cere furnizorului sa testeze cateva piese pana la defectare (incercare completa): de exemplu, furnizorul testeza 9 piese si transmite rezultatele:

Se identifica modelul Weibull al distributiei timpilor de defectare, utilizand fie reteaua probabilista Allan Plait, fie programul special de calcul pentru modelul Weibull triparametric prezentat in lucrarea [3]. Rezulta valoarea:  = 3,4, ceea ce atesta un fenomen de uzura.

Se decide prelungirea incercarilor cu 30% (limita de extrapolare acceptata in general pentru legea Weibull), astfel ca t₂ = 2000 cicluri, rezultand:

           (8)

de unde rezulta:

                (9)

adica incercand 39 de piese la 2000 cicluri nu trebuie sa se produca nici o defectare.

Se constata ca prin cresterea duratei incercarilor cu 30% s-a obtinut o reducere a numarului de piese incercate cu 75%.

A doua cale prin care se poate reduce in continuare numarul de piese ce va fi supus incercarilor este accelerarea (severizarea) incercarilor.

Pentru aceasta va trebui modificat ciclul de solicitare termica si pentru aceasta se impune precautie pentru a nu se modifica mecanismul de degradare al radiatorului prin solicitari termice.

In acest caz numarul de piese ce va trebui incercat (fara a se produce nici o defectare) devine:

                       (10)

Severizand incercarea astfel incat ciclul termic sa fie de 2 ori mai solicitant decat clientul cel mai probabil (k = 2), rezulta pentru 1400 cicluri:

             (11)

Daca se aplica severizarea pentru 2000 cicluri (deci ambele cai, simultan), rezulta:

               (12)

In exemplul analizat, validarea unei fiabilitati R = 0,99 pentru un rulaj de 150.000 km cu un nivel de incredere de 80% se poate realiza printr-una din incercarile prezentate in tabelul de mai jos:

4. CONCLUZII

Pentru validarea fiabilitatii componentelor auto, care au devenit foarte fiabile, aplicarea unei singure metode de incercare de demonstrare si acceptare nu mai este satisfacatoare.

Pentru evitarea costurilor foarte mari ale acestor incercari, se impune optimizarea acestora prin aplicarea conjugata a mai multor cai de actiune, cum sunt prelungirea duratei incercarilor si severizarea regimului de incercare.

Pentru aceasta sunt necesare prelucrari fiabilistice pretentioase si o foarte buna cunoastere a proceselor de degradare specifice. In unele cazuri este necesar chiar sa se constituie un grup multidisciplinar, pentru ca aplicarea acestor cai de actiune sa conduca la rezultatele dorite. In caz contrar, adoptarea nejustificata a ipotezelor ce permit reducerea numarului de piese incercate va conduce la rezultate eronate, care vor determina in timp nu economii, ci pierderi.

BIBLIOGRAFIE

[1] Boroiu, A. - Studiul posibilitatilor de optimizare a sistemului de mentenanta pentru autoturismele Dacia Nova in perioada de garantie pe baza indicatorilor de fiabilitate si mentenabilitate determinati cu ajutorul datelor culese de S.C. Automobile Dacia S.A. prin reteaua de service-garantii, Contract de cercetare nr. 07P390/1999, beneficiar: S.C. Automobile Dacia S.A Pitesti.

[2] Boroiu, A. - Studiul teoretic si experimental al mentinerii fiabilitatii agregatelor transmisiei prin activitati de mentenanta, Teza de doctorat, Universitatea "Transilvania" Brasov, 2000.

[3] Boroiu, A., Fiabilitatea si mentenabilitatea autovehiculelor, Editura Universitatii din Pitesti, 2001.

[4] Formation a la qualité - fiabilité, Cours Renault, martie 2000, S.C. AUTOMOBILE DACIA-RENAULT S.A., Colibasi.