قابلیت اطمینان چیست، مهندس اطمینان کیست؟

قابلیت اطمینان چیست، مهندس اطمینان کیست؟

چکیده:

ما در این مقاله، برای اولین بار، می خواهیم به بررسی چیستی قابلیت اطمینان و نیز کیستی مهندسین اطمینان با نگرشی جدید بپردازیم، در واقع، این بررسی بدنبال پاسخ به چند سوال زیر است:

1. آیا قابلیت اطمینان مفهومی رشته محور است یعنی به رشته تخصصی خاصی مانند برق، مکانیک، صنایع و سازه بستگی دارد؟
2. آیا قابلیت اطمینان مفهومی تجهیز – محور است یعنی به نوع دستگاه مورد بررسی بستگی دارد؟
3. آیا قابلیت اطمینان مفهومی متعلق به ماشین است (چه به صورت سخت افزاری و یا نرم افزاری) یا برای سیستم های انسان – ماشین و نیز انسانی هم قابل محاسبه است؟
4. آیا قابلیت اطمینان مفهومی متعلق به فاز طراحی و ساخت سیستم ها است یا به فاز بهره برداری و نگهداری و تعمیرات مربوط می شود؟
5. آیا برای درک بهتر مهندسی قابلیت اطمینان می توان آن را به دو بخش مهندسی نرم و مهندسی سخت تقسیم کرد؟

واژه های کلیدی: قابلیت اطمینان، علم اطمینان، مهندسی سخت، مهندسی نرم

مقدمه

در بیشتر رشته های مهندسی از جمله مکانیک، برق، سازه و صنایع قابلیت اطمینان مفهومی آشنا و شناخته شده است. در ایران در هر کدام از این چهار رشته کتاب هایی توسط اساتید دانشگاه ترجمه و تالیف گردیده است؟

اصطلاح قابلیت اطمینان نخستین بار در سال های ۱۸۰۰ میلادی و به منظور محاسبه بیمه عمر انسان بکار گرفته شد در حالی بعد ها این اصطلاح بیشتر برای محصولات ماشینی (مکانیکی، الکتریکی، الکترونیکی، سازه ای) و نه خود انسان مورد استفاده قرار گرفت. بکار بردن اصطلاح قابلیت اطمینان برای انسان، بخاطر پیچیدگی موجودات زیستی در مقابل محصولات ماشینی قاعدتا با پیچیدگی بیشتری مواجه است، اما نمی توان گفت قابل اندازه گیری نیست.

در حقیقت، قابلیت اطمینان برای اندازه گیری کمی عملکرد صحیح قطعات، دستگاه ها و بطور کلی سیستم ها است. این سیستم ها می توانند ماشینی، انسان – ماشینی و یا انسانی باشند. اگرچه معمولا تا بحال بیشتر برای سیستم های ماشینی یا محصولات و مصنوعات مهندسی یا دست ساخت بشر بکار گرفته شده اند. در دهه های گذشته، بحث از قابلیت اطمینان در صنایعی مانند صنایع نظامی، ارتباطات، تولید نفت، گاز و فضایی مطرح بوده است. با این حال، در دهه های اخیر، صنایع غیر نظامی مانند صنایع دارویی، بهداشتی، حمل و نقل، زیست پزشکی، هوانوردی، لوازم الکترونیک خانگی نیز مورد توجه مباحث قابلیت اطمینان قرار گرفته اند.

وقتی در ادبیات موضوعی دنبال تعریفی از قابلیت اطمینان هستیم براحتی این مفهوم در دسترس ما قرار می گیرد و بصورت ریاضی و بنابراین دقیق هم تعریف می شود. می گوییم با فرض اینکه یک قطعه یا تجهیز فقط بتواند یکی از دو حالت سالم یا خراب را داشته باشد یا به اصطلاح باینری باشد می توانیم احتمال سالم بودن آن را با R نمایش دهیم و بنویسیم:

0≤R<1

این یعنی اینکه تجهیز یا دستگاه ما قطعا از کار می افتد و نمی توان دستگاهی داشت که هرگز از کار نیافتد. اما روی هم رفته احتمال سالم ماندن تجهیز ما عددی بین ۰ و ۱ است. حالا هرچه R به ۱ نزدیکتر باشد ما دستگاه بهتری داریم و هر چه به . نزدیک باشد یعنی وضعیت دستگاه ما مساعد نیست. اگر قابلیت اطمینان را برای مجموعه ای از قطعات یا محصولات مشابه در نظر بگیریم بجای R خواهیم داشت (R ( t که در آن t همان طول عمر محقق شده یک قطعه یا دستگاه را نشان می دهد که به صورت یک متغیر تصادفی توصیف می شود و سپس نوشته می شود:

R(t)=Pr(T≥t | c₁,c₂,…)

در آن t، همان طول عمر تجهیز یا مدت زمان سپری شده، زمان شکست یا از کار افتادن تجهیز و …,c₁,c₂ شرایط کاری تعیین شده همچون درجه حرارت و فشار می باشد. در رابطه مهم دیگری که از این تعریف بدست می آید متوسط طول عمر تجهیز و نرخ شکست لحظه ای آن است.

حالا اگر از دنیای ریاضی احتمالات خارج و به دنیای واقعی فناوری ها وارد شویم می توانیم سوال کنیم که آیا می توان (t)R یک سیستم خودرو (شامل زیر سیستم های انتقال قدرت، تعلیق، ترمز، برق، موتور) یا یک سیستم هواپیما (شامل زیر سیستم های موتوری، ناوبری، مخابراتی، بال ها، چرخ ها) یا یک کشتی، یک پل، اسکله، یک نیروگاه برق و.. را محاسبه کرد؟ اگر جواب مثبت است پس چرا حتی یک مقاله یا گزارش تحقیقی نمی توان یافت که تابع اطمینان یا (R(t خودرویی مانند تویوتا یا هواپیمایی مانند بویینگ ۷۲۷ را محاسبه و گزارش کرده باشد [12]؟ چرا مطالعه ای وجود ندارد که (R (t شبکه تولید، انتقال و توزیع برق یا آب یا اینترنت یا مخابرات را گزارش کرده باشد[ 7 , 11]؟ نمی توان محاسبه اش کرد یا محاسبه شده ولی بخاطر محرمانگی گزارش نمی شود؟

علیرغم بزرگی ادبیات موجود در حوزه قابلیت اطمینان در ۵ دهه گذشته هنوز راه طی نشده بسیار بزرگی در پیش رو است تا بتوان به درک بهتری از قابلیت اطمینان سیستم ها نائل شد و امکان محاسبه شان را پیدا کرد[1 , 7]. ما در این مقاله، می خواهیم نشان دهیم که ارایه تعریف عملیاتی از قابلیت اطمینان وقتی رشته محور و تجهیز – محور شود کارایی بیشتری پیدا می کند. منظور از رشته محور شدن این است که تعریف قابلیت اطمینان بستگی دارد به اینکه کدام محقق در چه رشته تخصصی دارد آن را تعریف می کند. از سوی دیگر، تجهیز – محور شدن تعریف قابلیت اطمینان به این است که ما در مورد چه قطعه یا دستگاهی صحبت می کنیم. کنکاش در مورد این نوع سوالات و مطالب نزدیک به آنها از جمله اینکه آیا قابلیت اطمینان مفهومی ماشینی است، آیا تعلق به فاز طراحی و ساخت سیستم ها دارد و آیا قابل تقسیم به دو بخش مهندسی نرم و مهندسی سخت است موضوع این مقاله است که مبتنی و مستند به ادبیات موضوعی مورد بررسی قرار داده می شود.

رشته محور بودن قابلیت اطمینان ممکن است در نگاه اول بنظر برسد قابلیت اطمینان مفهومی با تعریف مشخص است و کتاب هایی که در عنوان خود عبارت قابلیت اطمینان را دارند، از محتوای یکسانی برخوردار هستند. اگرچه در ظاهر چنين بنظر می رسد اما در باطن تفاوت بسیاری بین تعریف

قابلیت اطمینان از دیدگاه یک نفر دانشمند علوم پایه (مانند یک فیزیکدان)، یک نفر مهندس و یک مدیر وجود دارد. از طرف دیگر بین تعاریف قابلیت اطمینان یک مهندس برق یا مکانیک و یک مهندس صنایع نیز تفاوت جدی وجود دارد. روی هم رفته چیستی قابلیت اطمینان را می توان در چند اصطلاح از هم جدا کرد: علم یا فیزیک اطمینان، مهندسی نرم قابلیت اطمینان (شامل نظریه قابلیت اطمینان یا همان مباحث مهندسی صنایعی اطمینان)، مهندسی سخت قابلیت اطمینان یا همان فناوری اطمینان که بیشتر در رشته های مهندسی مکانیک، برق و… معمول است و نهایتا مدیریت اطمینان؟ به کمک این اصطلاحات می توان همه ادبیات موضوعی موجود را طبقه بندی و ارزیابی کرد این چهار نگاه را در شکل ۱ نشان داده ایم.

شکل 1: چیستی قابلیت اطمینان

علم یا فیزیک قابلیت اطمینان: به بررسی مشخصات و ویژگی های مواد و علل زوال آنها ، که منجر به شکست و خرابی اجزا و بخش ها می شود، می پردازد. همچنین به نقش فرایندهای تولید (همچون ریخته گری، ذوب و مونتاژ) در اجزای محصول می پردازد. دانشمندان فیزیک، شیمی، بیو شیمی و مهندسین مواد و متالورژی از جمله در این بخش فعال هستند. مهندسی اطمینان: طراحی و ساخت تجهیزات یا محصولات، با در نظر گرفتن عدم اطمینان اجزای آنها موضوع مهندسی است. مهندسی اطمینان خود شامل مباحث دیگری همچون آنالیز داده ها، طراحی آزمایشات، مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی، ارزیابی و پیش بینی است. در آنالیز داده های قابلیت اطمینان به دنبال تخمین پارامترها و انتخاب توزیع طول عمر یا شکست قطعات و یا دستگاه ها هستیم. این مبحث را می توان به دو زیر بخش کیفی و کمی تقسیم نمود: بخش کیفی به شناسایی مودهای شکست و عللی که منجر به عدم اطمینان یک محصول یا سیستم می شوند، می پردازد و بخش کمی نیز با استفاده از داده های واقعی شکست و خرابی ( به دست آمده از آزمون ها و مدل های ریاضی مناسب، به برآورد تابع توزیع شکست مبادرت می ورزد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ ارزیابی قابلیت اطمینان انسان در چارچوب HSE با استفاده از روش MERMOS

⇐ قابلیت اطمینان سیستم Reliability Block Diagram

⇐ آنالیز قابلیت اطمینان انسانی ( HUMAN RELIABILITY ANALYSIS )