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SIC 2011 ENSAIOS ALTAMENTE ACELERADOS (HALT) APLICADOS NA INDUSTRIA AUTOMOTIVA Regis Alberto Koeche Irajara Ribeiro – AGCO

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Halt na Indústria Automotiva - SIC2011 Simpósio Internacional da Confiabilidade

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SIC 2011

ENSAIOS ALTAMENTE ACELERADOS (HALT)

APLICADOS NA INDUSTRIA AUTOMOTIVA

Regis Alberto Koeche Irajara Ribeiro – AGCO

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9° Simpósio Internacional de Confiabilidade - SIC 2011 Ensaios Altamente Acelerados aplicados na indústria automotiva 2

AGENDA

Introdução Objetivos Tópico 1 - Teórico

Como avaliar a confiabilidade

Definição de Ensaio Acelerado

Ensaios Acelerados Qualitativos/Quantitativos

Metodologia HALT

O que é o HALT ?

Stress aplicados no Ensaio HALT

Revelação dos limites da tecnologia do produto

Efeito na melhorias da margens

Procedimento para o HALT

Benefícios do HALT

Ex. Normas automotivas para HALT GMW8287

Laboratório HALT

Equipamentos utilizados

Planejamento dos testes funcionais

Tópico 2 - Prático Características do Painel de Instrumentos

Preparação para o ensaio

Setup do ensaio

Filme do Ensaio HALT do Painel de Instrumentos

Pós Ensaio HALT

Conclusões

Próximos passos

Palestrantes

Bibliografia

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INTRODUÇÃO

Atualmente a alta competitividade, a disponibilidade de novas tecnologias, a constante diminuição de custos e prazos reduzidos para o lançamento de novos produtos, vêm pressionando as áreas de engenharia a desenvolverem produtos em um menor período de tempo.

Estes fatos exigem que as metas de confiabilidade devam ser rapidamente atingidas, sob pena dos objetivos empresariais não serem alcançados, ou até mesmo, gerarem prejuízos futuros, devido a inúmeros “recall’s”.

As atuais técnicas de verificação da confiabilidade dos produtos, nem sempre tem se mostrado eficazes nesta nova conjuntura.

A indústria automotiva possui toda uma normatização para seus ensaios, porém o tempo para sua execução, bem como a expectativa de uma aprovação na especificações destas normas, acabam em muitos casos, não sendo compatíveis com as metas de lançamento do produto no mercado, principalmente sob quesitos de qualidade e confiabilidade.

Por estas razões, além de inovar com novos produtos, cada vez mais recai sobre a indústria automotiva a tarefa de “reinventar seus processos” fazendo melhor, em menor tempo e custo, a solução que o mercado demanda.

Este trabalho apresenta um “case” de aplicação de ensaios altamente acelerados no desenvolvimento de um painel de instrumentos para tratores agrícolas.

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OBJETIVOS

Apresentar uma nova metodologia para ensaios acelerados qualitativos, que consiga identificar rapidamente as falhas durante a fase de desenvolvimento do produto, que através da compreenção da causa raiz, promover as melhorias necessárias para aumento da confiabilidade.

Apresentar um ensaio HALT na prática, executado em um painel de instrumentos para tratores Massey Ferguson®, os principais passos e resultados gerados.

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TÓPICO 1- TEÓRICO

Primeiramente o que nos interessa saber é quais são as falhas mais prováveis que irão acontecer em campo;

Para isso, devemos acelerar o surgimento das falhas durante a fase de desenvolvimento do produto, adotando técnicas de ensaios acelerados;

Ensaios acelerados podem proporcionar o surgimento dos modos de falhas em poucos dias;

Identificado o modo de falha, a causa raiz deve ser compreendida;

Através de técnicas como FMEA, FTA, FRACAS, as melhorias são gerenciadas e implementadas;

Repetir os ensaios, avaliando se as margens de funcionamento operacional aumentaram.

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DEFINIÇÃO ENSAIO ACELERADO

Ensaio no qual o nível de estresse aplicado é escolhido de forma a exceder o estabelecido nas condições de referência, de modo a encurtar o tempo de espera necessário para se observar a resposta (funcionamento) do item a este determinado estresse.

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ENSAIOS ACELERADOS

Os Ensaios Acelerados podem ser divididos em duas áreas:

Ensaios Acelerados Quantitativos

Ensaios Acelerados Qualitativos

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ENSAIOS ACELERADOS

QUANTITATIVOS

Ensaios Acelerados Quantitativos de vida acelerado (QALT), o engenheiro está interessado em predizer as características de vida do produto (como o MTTF, a vida B10, etc) em condições normais de uso a partir de dados obtidos em um teste de vida acelerado.

Cálculos probabilísticos, com dados de tempo até a falha, permitem que sejam geradas estimativas destas falhas.

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ENSAIOS ACELERADOS

QUALITATIVOS

Os Ensaios Qualitativos são delineados p/ estressar os produtos com o objetivo de se obter informações sobre os modos de falha;

Os ensaios altamente acelerados podem ser realizados em pequenas amostras, onde o produto é submetido a um ambiente extremamente desfavorável, com níveis severos de “stress”;

Uma das metodologias de ensaio qualitativo mais eficazes adotadas atualmente é o HALT (Highly Accelerated Life Tests).

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ENSAIOS ACELERADOS

QUALITATIVOS

Ensaios Acelerados Qualitativos, como o HALT, o engenheiro está interessado principalmente na identificação de falhas e modos de falha, sem tentar fazer qualquer previsão quanto à vida útil do produto em condições normais de uso.

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METODOLOGIA HALT

O termo HALT é um método de análise qualitativa. É uma metodologia que permite aumentar a confiabilidade

do produto, tornando-o mais robusto; Produto é submetido a um “stress” muito além das

especificações de operação; O nível de “stress” é incrementado até que as fraquezas do

produto apareçam; É possivel encontrar os limites de funcionamento da

tecnologia do produto e os limites de sua destruíção; O objetivo é ESTIMULAR os modos de falha e eliminá-los

durante a fase de projeto; Compreender o mecanismo de falha, encontrando a causa

raiz e promover a ação corretiva; No HALT não existe aprovação do produto nos testes; É um método que permite melhorar a confiabilidade do

produto e não para determinar qual a sua confiabilidade.

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O QUE É O HALT ?

Um método de estimulação dos pontos fracos do produto;

Problemas que ocorrem ao longo do tempo em campo podem ser rapidamente encontrados durante o ensaio HALT;

É um ensaio de sobrecarga para descobrir pontos fracos do projeto. É uma ferramenta para deixar o projeto do produto mais robusto.

O que NÃO é ?

Um teste de vida ou simulação;

Não tem correlação temporal com a vida do produto em campo;

Não é um teste para especificações ambientais.

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STRESS APLICADOS NO ENSAIO HALT

Ensaio Térmico :

Temperatura Extremamente Baixa

Temperatura Extremamente Alta

Ciclagem Térmica Rápida de Temperatura

Ensaio de Vibração

Ensaio Combinado :

Transição Ciclica Rápida de Temperatura

Ensaio de Vibração

Ensaio Térmico :

Temperatura Extremamente Baixa

Temperatura Extremamente Alta

Ciclagem Térmica Rápida de Temperatura

Ensaio de Vibração

Ensaio Combinado :

Transição Ciclica Rápida de Temperatura

Ensaio de Vibração

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LIMITES DA TECNOLOGIA PRODUTO

Realizar o “stress”, verificando se o produto ainda funciona;

Quando ocorrer uma falha, diminuir o nível de “stress” e verificar se o produto retorna a funcionar, neste momento é encontrado o limite da tecnologia;

Para isto são utilizadas apenas algumas amostras de forma a se obter um distribuição da falhas com o(s) stress aplicado(s).

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EX. ENSAIO TÉRMICO NO HALT

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Product

Operational

Specs

Stress

Upper

Operating

Limit

Upper

Destruct

Limit

Lower

Destruct

Limit

Lower

Operating

Limit

REVELAÇÃO DOS LIMITES NO HALT

Different

Failure

Modes

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Product

Operational

Specs

Stress

Upper

Destruc

t Limit

Lower

Destruc

t Limit

Lower

Oper.

Limit

Upper

Oper.

Limit

Operating

Margin

EFEITO NA MELHORIA DAS

MARGENS

Stress

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PROCEDIMENTO PARA HALT

Os passos para execução do HALT :

Se possível selecionar de 3 a 4 amostras representativas do conceito inicial do projeto;

Instrumentar o produto conforme a sequência HALT;

Aplicar a sequência de stress do HALT planejada, até que as fraquezas e falhas do projeto apareçam;

Determinar a causa raiz das falhas e fraquezas;

Aplicar a melhoria (com base no julgamento da engenharia e a estratégia da empresa);

Repetir o ensaio de HALT até que a robustez do projeto seja alcançada.

O ensaio será um sucesso se o modo de falha for identificado e eliminado.

Os passos para execução do HALT :

Se possível selecionar de 3 a 4 amostras representativas do conceito inicial do projeto;

Instrumentar o produto conforme a sequência HALT;

Aplicar a sequência de stress do HALT planejada, até que as fraquezas e falhas do projeto apareçam;

Determinar a causa raiz das falhas e fraquezas;

Aplicar a melhoria (com base no julgamento da engenharia e a estratégia da empresa);

Repetir o ensaio de HALT até que a robustez do projeto seja alcançada.

O ensaio será um sucesso se o modo de falha for identificado e eliminado.

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BENEFÍCIOS DO HALT

Rápida descoberta das fraquezas e falhas no projeto do produto;

Remoção de defeitos de projeto antes de libera-lo para ser produzido em série;

Redução dos custos de Pesquisa e Desenvolvimento; Redução no tempo de desenvolvimento do produto; Melhoria nas margens de funcionamento operacional do

produto; Habilidade de encontrar e corrigir as falhas antes dos produtos

serem entregues aos clientes; Diminuição das falhas em campo, principalmente os oriundos

na fase de mortalidade infantil, no período de garantia e demais custos associados;

Capacidade para confiar no aumento do período de garantia do produto;

Diminuição dos serviços de Assistência Técnica; Substancial incremento na confiabilidade do produto (MTBF).

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AS FALHAS SÃO O SUCESSO

Todos os produtos têm pontos fracos. As falhas podem aparecer ao longo do tempo,

mas o tempo é caro. As falhas devem ser forçados pelo aumento do

stress, permitindo a redução do tempo. Para corrigir um problema primeiro deve ser

encontrada a falha. Uma atitude de querer forçar as falhas devem

ser estabelecida como objetivo maior. Crescimento de Confiabilidade ocorre quando se

encontra as falhas e estas são eliminadas. Sugestões / comunicações devem estar

disponíveis no local para se medir e melhorar a confiabilidade.

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EX. NORMAS AUTOMOTIVAS PARA

ENSAIO HALT

Desde 2002 a General Motors utiliza no seu processo de desenvolvimento de produto a metodologia HALT;

Para isto formalizou uma norma padrão, chamada GMW8287, que descreve todas as definições, especificações e procedimentos necessários para a execução de um ensaio HALT;

Demais normas da GM, como a GMW14906 (Lamp Validation Test Procedure), utilizam como base os procedimentos descritos na GMW8287.

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LABORATÓRIO HALT

Tanque de LN2

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EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

Utiliza câmaras especias, conjugando variação de temperatura e vibração;

O HALT utiliza temperaturas extremas entre -100°C à +200°C;

Rápidas transições de temperatura, podendo alcançar até 60°C/minuto, com o uso de LN2 para resfriamento e resistências de alta potência para aquecimento;

Vibração livre repetitiva em 3 eixos, 3 rotações, simultaneamente, podendo variar de 1 à 100 Grms e de 10 à 10.000 Hz.

Z

X

Y

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CAMARA HALT DA QUALMARK

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PROCESSO PARA O ENSAIO

Reunir-se com os engenheiros de projeto para discutir sobre o produto, seus atributos e especificações técnicas;

Determinar o número de amostras disponíveis;

Determinar os testes funcionais que serão executados durante o ensaio HALT;

É essencial que o produto que está sendo testado seja totalmente exercitado e monitorado ao longo do ensaio HALT;

Determinar quais os parâmetros a monitorar.

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PLANEJAMENTO DOS TESTES

FUNCIONAIS

Para avaliar o produto é necessário que o teste realizado durante o ensaio tenha a maior cobertura possível;

Para isto, deve-se definir os testes das partes que compõe o produto pelas análises realizadas no FMEA;

Definir a cobertura de teste de cada função do produto;

Implementar os recursos necessários para a sua execução;

Definir quais são os pontos críticos a serem verificados durante os ensaios pela análise FMEA;

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TÓPICO 2 – ESCOPO DO PROJETO

PARCERIA AGCO E TUROTEST

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TÓPICO 2 – CARACTERÍSTICAS DA

APLICAÇÃO

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TÓPICO 2 – CONFIABILIDADE X

PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO

DFMEA

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PREPARAÇÃO PARA ENSAIO

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PREPARAÇÃO PARA ENSAIO DO

PAINEL DE INSTRUMENTOS

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SETUP DE TESTE

Jiga de Teste do painel de Instrumentos

Programa de Teste da Jiga

Instrumentos de monitoração dos testes

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FILME DO TESTE

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PÓS-ENSAIO HALT

Determinar a causa raiz de todas as falhas que ocorreram, durante os ensaios;

Reunir-se com os engenheiros de projeto para discutir os resultados para análise da causa raiz;

Determinar e implementar ações corretivas;

Realizar novamente o ensaio HALT para assegurar que os problemas foram corrigidos e novas falhas não foram geradas;

Avaliar periodicamente o produto quando é submetido a alterações de engenharia.

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CONCLUSÕES-GERAL

A estratégia adotada neste trabalho pode ser aplicada para produtos eletrônicos e/ou eletromecânicos nas empresas onde o mercado consumidor é muito sensível no que diz respeito à garantia da qualidade do produto, muitas inovações e prazos de desenvolvimento muito reduzidos.

As exigências do consumidor muitas vezes podem levar a uma rápida inserção de novas tecnologias.

Grandes volumes e pequenas margens exigem uma alta produtividade, com baixa mortalidade infantil.

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CONCLUSÕES

A utilização de técnicas de ensaio qualitativo altamente acelerados como o HALT, propiciam uma considerável diminuição do tempo de desenvolvimento do produto, com o alcance de alta confiabilidade, devido a rápida descoberta das fraquezas e deficiências no projeto, já na fase de desenvolvimento.

HALT definitivamente é usado para melhorar o produto. Quando realizamos o HALT estamos ESTIMULANDO que as falhas latentes apareçam, para que possam ser analisadas e corrigidas.

Uma grande vantagem do HALT é que leva apenas alguns dias para ser concluído em relação a outras técnicas tradicionais que tem o objetivo de aumentarem a confiabilidade do produto.

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CONCLUSÕES - AGCO

A experiência do HALT no desenvolvimento do painel de instrumentos foi positiva, pois encontramos os pontos fracos do projeto que denotam riscos e neles trabalhamos a “quatro mãos” com o fornecedor para o lançamento;

Custos da análise foi muito inferior se comparado a eventuais custos de garantia ou imagem do produto;

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PRÓXIMOS PASSOS-AGCO

Liberação de engenharia;

Logistica de aquisição

Possivelmente fazer HASS?!!?

SOP

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INSTRUTORES

Dados para Contato : [email protected] [email protected] Celular : +55 51 9844-8098

Eng.° Regis Alberto Koeche CRP 15.140

Irajara Ribeiro

Dados para Contato : [email protected] Fone: +55 51 34628285

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FORMAÇÃO DO INSTRUTOR

FORMAÇÃO ACADÊMICA: Eng.° Regis Alberto Koeche Graduação Eng. Elétrica: ênfase em Eletrônica, pela PUCRS, desde 1987, Porto Alegre-

Brasil; Pós Graduação Lato Sensu MBA Gestão Empresarial, pela FGV, desde 2004, Brasil; Certificação Internacional em Eng. da Confiabilidade, pela Reliasoft, desde 2009, CRP

15140; ESPECIALIZAÇÕES: Especialista em Halt & HASS, pela Hobbs Engineering, desde 2009, Minnesota-USA 2009; Especialista em Advanced Applications in Accelerated Testing, pela Hobbs Engineering,

desde 2009,Minnesota-USA; Especialista em Halt & Hass pela Qualmark Company, desde 2009, Denver-USA; Especialista em Cálculos de Confiabilidade e Monitoramento do Crescimento da

Confiabilidade Metodologia Weibull, RDA, RGA, desde 2008-São Paulo-Brasil; Especialista em FMEA e FMECA pela Reliasoft Brasil e VTB, desde 2007, São Paulo-Brasil; Especialista em Engenharia da Confiabilidade em Produtos para Automação Bancária e

Comercial; Especialista no Desenvolvimento de Testes e Jigas para Indústria Eletrônica, desde 1990; User Training Course For HP3070 Board Test System, na Hewlett-Packard, em 1992,

California-USA; Palestrante em Simpósios Internacionais de Confiabilidade no Brasil desde 2009; Curso de Formação de Instrutores, 2000-AGQ, Novo Hamburgo/RS. Extensão Universitária em Custos-2005, UNISINOS, São Leopoldo/RS. Curso de Soldabilidade p/ Industria Eletro/Eletrônica-2006, Tecsolda, Porto Alegre/RS Extensão Universitária Metrologia, PUC/RS – 1993.

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BIBLIOGRAFIA

Eng. Harry Mclean, HALT, HASS AND Explained, Accelerated Reliability Techniques 2009.

Phd. Gregg K. Hobbs, Accelerated Reliability Enginneering Hobbs HALT & HASS 2005.

Phd. Gregg K Hobbs, Apostila HALT & HASS + Workshop.

Apresentações sobre HALT da Qualmark Corporation.

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Espaço Aberto para Discussões