Kā pārbaudīt pneimatisko cilindru uzticamību, netērējot mēnešus testēšanai?

Ikviens inženieris, ar kuru esmu runājis, saskaras ar vienu un to pašu dilemmu: jums ir nepieciešama absolūta pārliecība par pneimatikas komponentiem, bet tradicionālā uzticamības pārbaude var aizkavēt projektus par mēnešiem. Tikmēr tuvojas ražošanas termiņi un pieaug spiediens no vadības puses, kas vēlas rezultātus jau vakar. Šī uzticamības pārbaudes plaisa rada milzīgu risku.

Efektīvs pneimatiskais cilindrs uzticamības pārbaude apvieno paātrināta vibrācijas testēšana¹ ar atbilstošu spektra izvēli, standartizētiem sāls izsmidzināšanas iedarbības cikliem un visaptverošu kļūmju režīmu analīzi, lai reālās pasaules validācijas mēnešus saspiestu nedēļās, vienlaikus saglabājot statistisko ticamību.

Pagājušajā gadā konsultējos ar medicīnas ierīču ražotāju Šveicē, kurš saskārās tieši ar šo problēmu. Viņu ražošanas līnija bija gatava, bet viņi nevarēja uzsākt ražošanu, ja nebija apstiprinājuši, ka viņu pneimatiskie cilindri bez stieņiem saglabās precizitāti vismaz 5 gadus. Izmantojot mūsu paātrinātās verifikācijas pieeju, mēs to, kas būtu prasījis 6 mēnešus ilgu testēšanu, saīsinājām līdz 3 nedēļām, ļaujot viņiem uzsākt darbu pēc grafika, vienlaikus saglabājot pilnīgu pārliecību par sistēmas uzticamību.

Satura rādītājs

• Vibrācijas testa spektra izvēle
• Sāls smidzināšanas testa cikla salīdzinājums
• Failure Mode and Effects Analysis veidne
• Secinājums
• Biežāk uzdotie jautājumi par uzticamības verifikāciju

Kā izvēlēties pareizo vibrāciju testa paātrinājuma spektru?

Nepareiza vibrācijas testa spektra izvēle ir viena no visbiežāk pieļautajām kļūdām, ko es redzu uzticamības pārbaudē. Vai nu spektrs ir pārāk agresīvs, izraisot nereālas kļūmes, vai arī pārāk maigs, izlaižot kritiskās vājās vietas, kas parādīsies reālajā ekspluatācijā.

Optimālajam vibrāciju testa paātrinājuma spektram ir jāatbilst jūsu konkrētajai lietojuma videi, vienlaikus pastiprinot spēkus, lai paātrinātu testēšanu. Pneimatiskajām sistēmām visprecīzākos prognozēšanas rezultātus nodrošina spektrs, kas aptver 5-2000 Hz ar atbilstošiem G spēka reizināšanas koeficientiem, pamatojoties uz uzstādīšanas vidi.

Vibrācijas profila kategoriju izpratne

Pēc simtiem pneimatisko sistēmu instalāciju analīzes esmu iedalījis vibrācijas vides profilos:

Radiofrekvenču spektra izvēles metodoloģija

Palīdzot klientiem izvēlēties pareizo vibrāciju spektru, es ievēroju šo trīs soļu procesu:

1. solis: Vides raksturojums

Vispirms izmēriet vai novērtējiet faktisko vibrācijas profilu jūsu lietojuma vidē. Ja nav iespējams veikt tiešus mērījumus, kā sākumpunktu izmantojiet nozares standartus:

• ISO 20816 rūpniecības mašīnām
• MIL-STD-810G² transporta lietojumiem
• IEC 60068 vispārējām elektroniskajām iekārtām

2. solis: Paātrinājuma koeficienta noteikšana

Lai saspiestu testēšanas laiku, mums ir jāpastiprina vibrācijas spēki. Attiecība atbilst šim principam:

Testa laiks = (faktiskās dzīves stundas × faktiskais G-spēks²) ÷ (testa G-spēks²).

Piemēram, lai tikai 168 stundās (1 nedēļā) simulētu 5 gadu (43 800 stundu) darbību ar 2G frekvenci, ir nepieciešams testēt pie:

G-spēks = √[(43,800 × 2²) ÷ 168] = aptuveni 32,3 %.

3. posms: spektra veidošana

Pēdējais solis ir veidot frekvenču spektru, lai tas atbilstu jūsu lietojumam. Tas ir ļoti svarīgi bezstieņa pneimatiskajiem cilindriem, kuriem ir specifiskas rezonanses frekvences, kas atšķiras atkarībā no konstrukcijas.

Gadījuma izpēte: Iepakošanas iekārtu verifikācija

Nesen sadarbojos ar iepakojuma iekārtu ražotāju Vācijā, kuram pēc aptuveni 8 mēnešu darbības bija radušies mīklaini bojājumi bezstieņa cilindros. Viņu standarta testēšana nebija atklājusi problēmu.

Veicot iekārtas faktiskā vibrācijas profila mērījumus, mēs atklājām rezonanses frekvenci 873 Hz, kas satrauca kādu cilindra konstrukcijas sastāvdaļu. Mēs izstrādājām pielāgotu testa spektru, kas uzsvēra šo frekvenču diapazonu, un 72 stundu laikā pēc paātrinātās testēšanas atkārtojām bojājumu. Ražotājs mainīja savu konstrukciju, un problēma tika atrisināta, pirms tā ietekmēja citus klientus.

Vibrācijas testu īstenošanas padomi

Lai iegūtu visprecīzākos rezultātus, ievērojiet šīs vadlīnijas:

Daudzasu testēšana

Pārbaudiet visas trīs asis secīgi, jo bojājumi bieži rodas neierastā virzienā. Konkrēti cilindriem bez stieņiem vērpes veida vibrācija var izraisīt bojājumus, kurus var nepamanīt tikai lineārās vibrācijas dēļ.

Temperatūras apsvērumi

Veiciet vibrācijas testēšanu gan apkārtējās vides, gan maksimālajā darba temperatūrā. Mēs esam atklājuši, ka paaugstinātas temperatūras un vibrācijas kombinācija var 2,3 reizes ātrāk atklāt bojājumus nekā vibrācija vien.

Datu vākšanas metodes

Izmantojiet šos mērījumu punktus, lai iegūtu visaptverošus datus:

1. Paātrinājums montāžas punktos
2. pārvietojums starpposma vidū un gala punktos
3. Iekšējā spiediena svārstības vibrācijas laikā
4. Noplūdes līmenis pirms, testēšanas laikā un pēc testēšanas

Kādi sāļās smidzināšanas testa cikli faktiski paredz reālo koroziju?

Pneimatisko komponentu validācijā sāls izsmidzināšanas testēšana bieži tiek nepareizi saprasta un izmantota. Daudzi inženieri vienkārši ievēro standarta testēšanas ilgumu, neizprotot, kā tas atbilst faktiskajiem darba apstākļiem.

Visprognozējamākie sāls smidzināšanas testa cikli atbilst jūsu konkrētās darba vides korozijas faktoriem. Lielākajai daļai rūpniecisko pneimatisko lietojumu ciklisks tests, kurā mainās 5% NaCl izsmidzināšanas (35°C) un sausā perioda periods, nodrošina ievērojami labāku atbilstību reālās darbības rādītājiem nekā nepārtrauktas izsmidzināšanas metodes.

Korelācija starp testa stundām un darbības rādītājiem uz lauka

Šajā salīdzinājuma tabulā ir parādīts, kā dažādas sāls smidzināšanas testa metodes atbilst reālajai iedarbībai dažādās vidēs:

Testēšanas cikla atlases sistēma

Konsultējot klientus par sāls smidzināšanas testēšanu, es iesaku šos ciklus, pamatojoties uz komponenta tipu un pielietojumu:

Standarta komponenti (alumīnija/tērauda ar pamata apdari)

Premium komponenti (uzlabota aizsardzība pret koroziju)

Testa rezultātu interpretēšana

Vērtīgas sāls izsmidzināšanas testēšanas atslēga ir pareiza rezultātu interpretācija. Lūk, uz ko jāpievērš uzmanība:

Vizuālie rādītāji

• Baltā rūsa: Agrīns indikators uz cinka virsmām, parasti nav funkcionāla problēma
• Sarkana/brūna rūsa: Pamatmetāla korozija, norāda uz pārklājuma bojājumu
• Blistering: Norāda uz pārklājuma saķeres traucējumiem vai zemūdens koroziju.
• Creep no Scribe: Pārklājuma aizsardzības pasākumi bojātajās vietās

Veiktspējas ietekmes novērtējums

Pēc sāls smidzināšanas testēšanas vienmēr novērtējiet šos funkcionālos aspektus:

1. Blīvējuma integritāte: Izmēriet noplūdes rādītājus pirms un pēc iedarbības
2. Piedziņas spēks: Salīdziniet nepieciešamo spēku pirms un pēc testēšanas
3. Virsmas apdare: Izvērtēt izmaiņas, kas varētu ietekmēt savienojamās sastāvdaļas.
4. Izmēru stabilitāte: Pārbaudiet, vai korozijas izraisīta uzbriešana vai deformācija.

Gadījuma izpēte: Automobiļu detaļu testēšana

Liels automobiļu piegādātājs bija saskāries ar priekšlaicīgām pneimatisko komponentu korozijas izraisītām atteiksmēm transportlīdzekļos, kas eksportēti uz Tuvo Austrumu valstīm. Standarta 96 stundu sāls smidzināšanas tests neidentificēja problēmu.

Mēs īstenojām modificētu ciklisko testu, kas ietvēra:

• 4 stundas sāls izsmidzināšana (5% NaCl 35°C temperatūrā)
• 4 stundas žāvēšanas 60°C temperatūrā ar 30% mitrumu
• 16 stundu mitruma iedarbība 50°C temperatūrā ar 95% RH
• Atkārtoti 10 cikli

Šajā testā 7 dienu laikā tika veiksmīgi identificēts bojājuma mehānisms, atklājot, ka augstas temperatūras un sāls kombinācija noārda īpašu blīvējuma materiālu. Pēc pārejas uz piemērotāku maisījumu bojājumu skaits samazinājās par 94%.

Kā jūs varat izveidot FMEA⁴ Kas patiesībā novērš lauka kļūmes?

Atteices režīmu un seku analīze (FMEA) bieži tiek uzskatīta par papīru darbu, nevis par spēcīgu uzticamības rīku. Lielākā daļa FMEA analīžu, ko es izskatīju, ir vai nu pārāk vispārīgas, vai arī tik sarežģītas, ka praksē tās nav izmantojamas.

Efektīva pneimatisko sistēmu FMEA koncentrējas uz konkrētiem lietojumiem specifiskiem kļūmes veidiem, kvantitatīvi nosaka gan iespējamību, gan sekas, izmantojot uz datiem balstītus novērtējumus, un ir tieši saistīta ar verifikācijas testēšanas metodēm. Šī pieeja parasti identificē 30-40% vairāk iespējamo kļūmes veidu nekā vispārīgie veidnes paraugi.

FMEA struktūra pneimatiskajiem komponentiem

Visefektīvākā FMEA veidne pneimatiskajām sistēmām ietver šos galvenos elementus:

Lietojumprogrammai specifisku atteices režīmu izstrāde

Vispārīgās FMEA bieži vien neiekļauj svarīgākos kļūmju veidus, jo tajās nav ņemts vērā jūsu konkrētais lietojums. Es iesaku izmantot šo pieeju, lai izstrādātu visaptverošus atteices režīmus:

1. solis: Funkciju analīze

Sadaliet katru komponenta funkciju konkrētās veiktspējas prasībās:

Pneimatiskajam cilindram bez stieņa funkcijas ietver:

• Nodrošināt lineāru kustību ar noteiktu spēku
• Uzturēt pozīcijas precizitāti pielaides robežās
• Spiediena saglabāšana bez noplūdes
• Darbojas ātruma parametru robežās
• Izlīdzināšanas saglabāšana slodzes apstākļos

2. solis: Vides faktoru kartēšana

Katrai funkcijai apsveriet, kā šie vides faktori varētu izraisīt kļūmi:

3. posms: mijiedarbības analīze

Apsveriet, kā komponenti mijiedarbojas savā starpā un ar sistēmu:

• Komponentu saskarnes punkti
• Enerģijas pārneses ceļi
• Signālu/vadības atkarības
• Materiālu saderības jautājumi

Riska novērtēšanas metodoloģija

Tradicionālais RPN (riska prioritātes numurs) aprēķins bieži vien nespēj precīzi noteikt risku prioritāti. Es iesaku izmantot šo uzlaboto pieeju:

Smaguma novērtējums (1-10)

Pamatojoties uz šiem kritērijiem:
1-2: Nozīmīga ietekme, nav jūtamas ietekmes
3-4: Neliela ietekme, neliela veiktspējas pasliktināšanās
5-6: Mērena ietekme, ierobežota funkcionalitāte
7-8: Būtiska ietekme, ievērojams veiktspējas zudums
9-10: Kritiska ietekme, bažas par drošību vai pilnīga neveiksme

Notikuma novērtējums (1-10)

Pamatojoties uz datiem balstītu varbūtību:
1: <1 uz miljonu ciklu
2-3: 1-10 uz miljonu ciklu
4-5: 1-10 uz 100 000 cikliem
6-7: 1-10 uz 10 000 cikliem
8-10: >1 uz 1000 cikliem

Atklāšanas vērtējums (1-10)

Pamatojoties uz pārbaudes iespējām:
1-2: Noteikta atklāšana pirms ietekmes uz klientu
3-4: augsta atklāšanas varbūtība
5-6: Vidēji liela varbūtība, ka tiks atklāts
7-8: Zema atklāšanas varbūtība
9-10: Ar pašreizējām metodēm nav iespējams noteikt

FMEA sasaiste ar verifikācijas testēšanu

Vērtīgākais pareizas FMEA aspekts ir tiešas saiknes izveide ar verifikācijas testēšanu. Katram atteices režīmam norādiet:

1. Testa metode: Konkrētais tests, ar kuru tiks pārbaudīts šis kļūmes režīms
2. Testa parametri: Precīzi nepieciešamie nosacījumi
3. Uzņemšanas/neuzņemšanas kritēriji: Kvantitatīvie pieņemšanas standarti
4. Parauga lielums: Statistiskās ticamības prasības

Gadījuma izpēte: Uz FMEA balstīta dizaina uzlabošana

Medicīniskā aprīkojuma ražotājs Dānijā izstrādāja jaunu ierīci, kurā precīzai pozicionēšanai izmantoja pneimatiskos cilindrus bez stieņiem. Sākotnējā FMEA bija vispārīga, un tajā nebija ietverti vairāki kritiski kļūmes veidi.

Izmantojot mūsu pielietojumam specifisko FMEA procesu, mēs identificējām potenciālu kļūmes veidu, kurā vibrācija varēja izraisīt pakāpenisku cilindra gultņu sistēmas neatbilstību virzienam. Standarta testēšanā tas netika fiksēts.

Mēs izstrādājām kombinētu vibrācijas un cikla testu, kas divu nedēļu laikā simulēja 5 gadu ekspluatāciju. Tests atklāja pakāpenisku veiktspējas pasliktināšanos, kas medicīnā nebūtu pieņemama. Grozot gultņa konstrukciju un pievienojot sekundāro regulēšanas mehānismu, problēma tika atrisināta pirms produkta laišanas tirgū.

Secinājums

Efektīvai pneimatisko sistēmu uzticamības verifikācijai ir nepieciešami pārdomāti izvēlēti vibrācijas testu spektri, piemērošanai piemēroti sāls miglas testa cikli un visaptveroša atteices režīma analīze. Integrējot šīs trīs pieejas, jūs varat ievērojami samazināt verifikācijas laiku, vienlaikus palielinot pārliecību par ilgtermiņa uzticamību.

Biežāk uzdotie jautājumi par uzticamības verifikāciju