저번 시간에 이어 오늘은 예제를 통해서 가속시험을 한번 알아보도록 하자. 말 그대로 가속 시험이라는게 필드에서 나오는 고장문제를 빠르게 실험계획을 짜고 이른 시간내에 똑같은 고장모드를 발굴해서 개선하는 내용이다.
그렇다보니, 기존 설계자의 역량이 많이 들어가야하는 부분이고, 고장모드의 분석이 잘못되면 엉뚱한 방향으로 가속 시험이 될 수가 있기 때문에 처음부터 접근을 잘 해야한다.
그럼 간단한 예제를 통해서 가속 시험이 어떻게 이루어지는지 한번 알아보자. 예제는 말 그대로 시험결과를 토대로 하는 것이기 때문에, 실질적으로 현업에서 일 하시는 분들은 이 결과를 가지고 어떻게 하는 방법론도 중요하지만, 실질적으로 데이터를 어떻게 시험해서 모집하고 결정할지가 상당히 중요합니다.
그러니 어떤 제품이 있다면 DFMEA가 당연히 선행되어야하고, 그 DFMEA를 통해서 고장모드를 잘 설정했다면 그 안에 필드에서의 고장이 발생하면 좋을 것이고 그렇지 않더라도 새로운 고장모드를 발굴했으면 거기에 맞는 시험법과 개선 방법을 찾으면 됩니다.
그러니 너무 걱정하지 마시고, 자신의 소신대로 업무를 잘 진행 하시면 됩니다. 그럼 가속 시험에 대한 예제를 통해서 어떻게 진행하는지 한번 알아보도록 합시다.
가속 시험 예제-
CMOS RAM 내부의 트랜지스터 사이에서 약간의 전류가 새어 나옵니다. 누설이 특정 임계 값 수준에 도달하면 장치는 고장납니다.
예시)
누설이 발생하기까지 걸리는 시간은 온도 상승에 따라 감소하는 것으로 알려져 있습니다. 엔지니어는 55˚C의 설계온도와 85˚C의 '최악(Worst case)'온도에서 RAM 수명의 5 백분위 수를 계산하기 위해 이 장치를 시험합니다.
데이터 수집)
이 장치는 정상 사용 조건에서 오랜 시간 동안 고장없이 사용가능하도록 설계되었기 때문에, 고장날 때까지 시험을 하는 것은 현실적이지 않습니다. 엔지니어는 더 빨리 고장을 일으키도록하기 위해, 정상 온도보다 훨씬 높은 온도에서 테스트 합니다. 장치는 누설 전류가 지정된 임계 값에 도달하면 '고장'입니다. 48시간(2일)마다 장치의 고장 여부를 확인합니다.
결과 해석 -분포 Weibull 분포는 각 온도 수준에서의 고장 시간을 모형화하는데 적절해 보인다. 또한 잔차 그림을 사용하여 이 가정을 확인한다.
- 동일 형상 모수
그래프의 선은 거의 평행하다. 이것은 Weibull의 형상모수가 모든 온도 수준에서 거의 동일하다는 것을 보여준다.
동일 형상 모수에 대한 검정에서 p값이 0.559인 것에 근거하여, 가속 수명 시험 분석에서 동일형상모수를 가정할 수 있다.
- 관계
예상대로, 온도가 상승할수록 고장 시간이 짧아집니다. 150˚와 175˚ 사이의 차이보다 125˚와 150˚ 사이에서 차이가 다른 것은 관계가 비선형임을 보여주고 있습니다.
예측 열 작성법-
55˚와 85˚에서의 RAM의 B5 수명을 추정하려고 한다. 추정할 값이 두 개 이상인 경우, Minitab 워크시트의 열에 값을 입력합니다.
다음 단계
가속 수명 시험을 사용하여 데이터를 분석합니다.
데이터 분석
CMOS RAM 고장 시간과 온도 간의 관계는 Arrhenius 관계가 적합하다고 가정합니다. 특히 55˚와 85˚의 온도에서 B5 수명에 관심이 있으므로, 추정치 하위 대화 상자에서 그 온도 에 대한 5 백분위수를 구하도록 입력합니다.
추정치 ▶ 새 예측 변수 값 입력에 'PREDICT'를 입력 ▶ 백분율에 대한 백분위수 추정에 5를 입력
그래프 하위 대화 상자를 사용하여, 가장 낮은 관심 온도(55˚)를 추정하고 관계 그림에 5 백분위수를 표시합니다.
결과 해석
관계 그림을 사용하여 가속 변수의 특정 수준에 대한 백분위수를 찾을 수 있고 정상 사용 조건을 추정(외삽)할 수 있습니다.
예시에서는 55˚와 85˚에서 5 백분위수에 관심이 있습니다. 5 백분위수는 55˚에서 약 760일이며, 85˚에서 약 80일 입니다.
이 추정치들에 대한 95% 신뢰구간의 폭을 주의깊게 보면 매우 낮은 온도에 대해서는 외삽을 하기 때문에 추정에 대한 불확실성이 커집니다.
가속시험 방법 어떻게 하시는지 조금 이해가 되시나요? 결론적으로 이 데이터 값을 이용하여 미니탭을 어떻게 사용하는지에 대한 내용입니다.
자신이 현업에서 근무하고 있는 모델에 대해서 시험에 대한 결과를 가속시험에 접목시키고 실질적으로 시험도 해보고 분석을 해봐야 피부에 와 닿습니다.
저 또한 아직 그런 부분이 많이 미흡하기 때문에 꾸준히 회사에서 진행을 할려고 있고, 시험 방법 또한 많이 고민해보고 있습니다.
결국 필드에서 나오는 '고장모드'와 '시험'에서 나오는 고장모드를 똑같이 발굴하고 찾아내는게 가장 중요하기 때문에 그 부분이 맹점이고 노력할려고 해야합니다.
그렇지 않으면 엉뚱한 방향으로 시험을 하게되고, 도출 또한 하지 못하고 시간을 잡아먹고 허송세월을 보내기 딱 좋은 시험이 바로 가속시험법이기 때문입니다.
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