Implementando melhorias na confiabilidade dos produtos através da utilização do DoE

A metodologia desenvolvida, na seção 5.2, pode ser aplicada aos projetos experimentais de uma forma generalizada. E os experimentos estatisticamente projetados para analisar problemas da engenharia da confiabilidade não necessitam de modificações em seus conceitos. Apenas as funções de densidade de probabilidade devem ser adequadas para o tratamento das análises de confiabilidade. As distribuições lognormal, exponencial e de Weibull são as distribuições mais utilizadas pelos agentes de projeto da área da confiabilidade.

Todo experimento é modelado em função de, pelo menos, uma resposta. Assim, para os experimentos de confiabilidade, o tipo de resposta definida durante a fase de projeto conceituai

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de um experimento determina o tipo de teste de confiabilidade desejado. A figura 5.13 relaciona estes testes em função do tipo de resposta definido para o experimento.

Experim entos d e confiabilidade T ip o de resposta d o experim ento T ipo de experim ento A resposta influencia "► na confiabilidade do produto ^ A resposta é o tem po j

m édio para a falha j"

-► T este d e perform ance

-► T este de vida

FIGURA 5.13 - Tipo de experimento para testes de confiabilidade

Quando a variável de resposta influenciar na confiabilidade do produto, deseja-se determinar qual é a combinação ótima dos tratamentos para minimizar o impacto da variável de resposta no experimento. Por exemplo, no experimento da guia de combustível, deseja-se maximizar a resistência da peça para o caso de carregamento crítico. Desta forma, indiretamente, os agentes de projeto são capazes de implementar melhorias à confiabilidade do produto, visto que este ficou mais resistente. Outro exemplo é o caso do processo de injeção de plástico. Se a contração for minimizada, então as tensões residuais na peça também serão, evitando que a peça falhe para carregamentos abaixo do projetado. Desta forma, também indireta, é possível melhorar a confiabilidade do produto através de uma especificação mais realística dos parâmetros de projeto e de processo. Os testes que se devem executar nestes casos são testes de performance e podem ser analisados através da análise de variância para cada tipo de delineamento.

Porém, se a variável de resposta é o tempo médio para a falha, ou outro parâmetro de confiabilidade como a vida ou o desgaste de uma peça, então serão necessários empregar testes de vida ou de degradação. Nestes casos, é freqüente o surgimento de censuras. Assim, os testes de “vida” podem ser classificados em: (1) censurados; (2) não censurados. Para os experimentos do tipo (2), a análise do DoE pode ser obtida através de uma análise de variância, como nos dois

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experimentos que avaliaram a vida de baterias no capítulo 2. Se for desejável, uma metodologia seqüencial de experimentação pode ser utilizada e experimentos do tipo exploração da superfície de resposta ou otimização do sistema podem ser utilizados para determinar um ponto de ótimo global em que a confiabilidade é máxima. Dependendo da qualidade do produto ou do tipo de falha que se deseja reproduzir, pode ser necessário utilizar técnicas de ensaios acelerados. Estas técnicas, no entanto, precisam de um domínio do fenômeno em estudo para evitar que as extrapolações realizadas por estes métodos sejam válidas também para o produto sobre as condições normais de utilização. Nelson (1990) apresenta um estudo extenso sobre a aplicação destes métodos para melhorar a confiabilidade dos produtos.

Para o caso (1), existem duas abordagens possíveis. A primeira consiste em aproximar as observações censuradas como se elas tivessem realmente falhado. A segunda abordagem consiste em realizar um teste de hipótese para sendo que a razão de verossimilhança ( T ) é a estatística de teste para o teste de hipóteses.

Tratar experimentos censurados, como se fossem não censurados, só devem ser utilizados se os agentes de projeto acreditarem que as unidades experimentais iriam falhar em um instante de tempo não muito distante do momento de censura. Neste caso, o projeto de experimento pode ser avaliado, utilizando-se a análise de variância apropriada para o tipo de delineamento escolhido. Esta abordagem pode ser utilizada para testes de vida acelerados ou não.

Já, quando as censuras não podem ser “aproximadas” como falhas, se faz necessário substituir a ANOVA pelo método da máxima verossimilhança através dos quais obtém-se as estimativas da máxima verossimilhança (MLE). Com base nestas estimativas são calculadas as razões de verossimilhança para cada estimativa ( T ). Para o efeito de um tratamento ser

significativo, T deve ser maior do que o valor para a estatística da distribuição %2 com um grau de liberdade e nível de significância a ( r > x l a )•

Segundo W u e Hamada (2000), o software SAS (Statistical Analysis System) é composto por vários módulos estatísticos, também denominados de procedimentos. É no módulo RELIABILrrY que as estimativas da máxima verossimilhança são calculadas.

Os testes de degradação são uma alternativa para aqueles projetos cuja característica da confiabilidade já está bem incorporada ao projeto, tomando-se difícil ensaiar até a falha. Esta dificuldade apresenta-se na forma da necessidade de estresses maiores para levar as unidades experimentais à falha. Neste cenário, as conclusões obtidas de ensaios acelerados são muito difíceis de ser obtidas objetivamente, visto que, quanto maiores os fatores de aceleração, tanto

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menos provável será a correlação do mecanismo de falha apresentado no experimento com os mecanismos de falha que ocorrem no ambiente de operação do equipamento. Este tipo de experimento, desde que conhecidas as leis de degradação e sua taxa de degradação, podem ser analisados segundo as técnicas apresentadas no capítulo 2.

5.4 Aplicação do DoE nas diversas fases do projeto

Demonstrou-se que é possível utilizar um processo de racionalização como a metodologia de projeto de produtos industriais para auxiliar no processo de projeto de um experimento. Buscou-se mostrar que a confiabilidade pode ser melhorada através do uso de projetos de experimento. A figura 5.14, apresentada por Santos e Dias (2000), sugere uma das formas de utilizar o DoE para implementar melhoria na confiabilidade dos produtos. O processo de projeto representa as fases da metodologia de projeto, sugerindo-se, portanto, que o DoE pode ser integrado em cada uma das fases da metodologia. Exemplos de como o DoE poderia ser integrado com as fases do processo de racionalização do projeto podem ser encontrados nos capítulos 3, 4 e 5. Autores como Teminko (1997), por exemplo descreve como o QFD, TRIZ e Taguchi (leia-se DoE) formam um processo sinergístico em benefício do processo de projeto.

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