استكشاف الأخطاء وإصلاحها

يُعدّ استكشاف الأخطاء وإصلاحها أحد أساليب حل المشكلات ، ويُستخدم غالبًا لإصلاح المنتجات أو العمليات المعطلة في الآلات أو الأنظمة. وهو بحث منطقي ومنهجي عن مصدر المشكلة بهدف حلها وإعادة تشغيل المنتج أو العملية. يُعدّ استكشاف الأخطاء وإصلاحها ضروريًا لتحديد الأعراض. ​​غالبًا ما يتضمن تحديد السبب الأكثر ترجيحًا عملية استبعاد منهجية لاستبعاد المشكلات المحتملة. وأخيرًا، يتطلب استكشاف الأخطاء وإصلاحها التأكد من أن الحل يُعيد المنتج أو العملية إلى حالتها التشغيلية. أما الاستراتيجية فهي مجموعة منظمة من الأنشطة التي تُعبّر عن طريقة معقولة لتحقيق هدف ما. لا ينبغي النظر إلى الاستراتيجيات على أنها خوارزميات تُتبع بشكل جامد للوصول إلى الحلول. يتصرف حلّالو المشكلات بمرونة، فيُعدّلون الأنشطة ضمن الاستراتيجية ويُغيّرون الاستراتيجيات والتكتيكات استجابةً للمعلومات والأفكار.

بشكل عام، يُقصد باستكشاف الأخطاء وإصلاحها تحديد أو تشخيص "المشكلة" في سير عمل النظام نتيجةً لعطل ما. تُوصَف المشكلة مبدئيًا بأنها أعراض خلل وظيفي، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها هو عملية تحديد أسباب هذه الأعراض ومعالجتها.

يمكن وصف النظام من حيث سلوكه المتوقع أو المرغوب أو المقصود (عادةً، بالنسبة للأنظمة الاصطناعية، من حيث غرضه). من المتوقع أن تُنتج الأحداث أو المدخلات إلى النظام نتائج أو مخرجات محددة. (على سبيل المثال، يُفترض أن يؤدي اختيار خيار "الطباعة" من تطبيقات الحاسوب المختلفة إلى طباعة نسخة ورقية من جهاز معين). أي سلوك غير متوقع أو غير مرغوب فيه يُعدّ عرضًا. استكشاف الأخطاء وإصلاحها هو عملية تحديد السبب أو الأسباب المحددة لهذا العرض. غالبًا ما يكون العرض هو فشل المنتج أو العملية في إنتاج أي نتائج (لم تتم طباعة أي شيء، على سبيل المثال). يمكن بعد ذلك اتخاذ إجراءات تصحيحية لمنع حدوث المزيد من حالات الفشل المماثلة.

تُعدّ أساليب الهندسة الجنائية مفيدة في تتبّع المشكلات في المنتجات أو العمليات، وتتوفر مجموعة واسعة من التقنيات التحليلية لتحديد سبب أو أسباب حالات الفشل المحددة . ويمكن بعد ذلك اتخاذ إجراءات تصحيحية لمنع حدوث فشل مماثل في المستقبل. ويمكن اتخاذ إجراءات وقائية باستخدام تحليل أنماط الفشل وتأثيراتها (FMEA) وتحليل شجرة الأعطال (FTA) قبل بدء الإنتاج على نطاق واسع، كما يمكن استخدام هذه الأساليب لتحليل حالات الفشل .

يتطلب تشخيص الأعطال عنصرين أساسيين: المعرفة المسبقة بالمجال واستراتيجيات البحث. ^{[ 1 ]} هذان العنصران مترابطان، وهنا يمكننا تحديد نوعين مختلفين من المشكلات، ولكل منهما منهج تشخيصي مناسب. اقترح راسموسن ^{[ 2 ]} وجود استراتيجية تعتمد على خصائص الأداء السليم للجهاز (الاستراتيجية الطبوغرافية)، واستراتيجية تعتمد على خصائص الأداء غير السليم (الاستراتيجية العرضية). تتمثل الاستراتيجية الثانية في السؤال "ما المشكلة؟"، بينما تتمثل الأولى في السؤال "ما الذي يحدث؟".

الاستراتيجية هي مجموعة منظمة من الأنشطة التي تعبر عن طريقة معقولة لتحقيق هدف ما. لا ينبغي النظر إلى الاستراتيجيات على أنها خوارزميات تُتبع بشكل جامد للوصول إلى الحلول. يتصرف حلّالو المشكلات بشكل انتهازي، فيعدّلون الأنشطة ضمن الاستراتيجية ويغيرون الاستراتيجيات والتكتيكات استجابةً للمعلومات والأفكار. ^{[ 3 ]}

تتطلب الاستراتيجية العرضية (المعروفة أيضًا بالاستدلال القائم على الحالات ، أو الاستدلال السطحي) معرفة مسبقة بالمجال، مستقاة من الخبرة السابقة التي تربط بين الأعراض والأسباب. تُعرف هذه المعرفة بالمعرفة السطحية، والمجمعة، والأدلة، والتاريخية، بالإضافة إلى المعرفة القائمة على الحالات. هذه هي الاستراتيجية الأكثر ارتباطًا بتشخيص الخبراء. يتم تشخيص المشكلة كعملية إدراك سريعة، حيث تستحضر الأعراض فئات الموقف المناسبة. ^{[ 4 ]} يعرف الخبير السبب بحكم خبرته السابقة في التعامل مع حالات مماثلة. يُعد الاستدلال القائم على الحالات أقوى الاستراتيجيات وأكثرها شيوعًا. مع ذلك، لا تُجدي هذه الاستراتيجية نفعًا بمفردها مع المشكلات الجديدة تمامًا، أو عند السعي إلى فهم أعمق لما يحدث. تندرج الاستراتيجية الطبوغرافية ضمن فئة الاستدلال العميق. في الاستدلال العميق، تُستخدم معرفة متعمقة بالنظام. الطبوغرافيا في هذا السياق تعني وصفًا أو تحليلًا لكيان منظم، يُظهر العلاقات بين عناصره. ^{[ 5 ]} يُعرف أيضًا باسم الاستدلال من المبادئ الأساسية، ^{[ 6 ]} ويُطبق الاستدلال العميق على الأعطال الجديدة عندما لا تكون الأساليب القائمة على الخبرة مجدية. ولذلك، ترتبط الاستراتيجية الطبوغرافية بمعرفة مسبقة بالمجال، تُستمد من فهم أعمق للنظام، وربما باستخدام معرفة المبادئ الأساسية. ويُشار إلى هذه المعرفة بالمعرفة العميقة أو السببية أو القائمة على النماذج. ^{[ 7 ]}

أشار هوك ^{[ 8 ]} إلى أن المناهج العرضية قد تحتاج إلى دعم من المناهج الطبوغرافية لأن الأعراض يمكن تعريفها بمصطلحات متنوعة. وينطبق العكس أيضاً، إذ يمكن استخدام الاستدلال السطحي بشكل استنباطي لتوليد فرضيات سببية، وبشكل استنتاجي لتقييم تلك الفرضيات، في البحث الطبوغرافي.

عادةً ما يُطبَّق استكشاف الأخطاء وإصلاحها على جهاز توقف عن العمل فجأة، لأن حالته السابقة تُشكِّل توقعات حول سلوكه المستمر. لذا، غالبًا ما ينصب التركيز الأولي على التغييرات الأخيرة التي طرأت على النظام أو البيئة المحيطة به. (على سبيل المثال، طابعة "كانت تعمل عندما تم توصيلها بمأخذ كهربائي آخر"). مع ذلك، هناك مبدأ معروف مفاده أن الارتباط لا يعني بالضرورة السببية . (على سبيل المثال، تعطل جهاز بعد فترة وجيزة من توصيله بمأخذ كهربائي مختلف لا يعني بالضرورة وجود علاقة بين الحدثين، فقد يكون التعطل مجرد صدفة ) . لذلك، يتطلب استكشاف الأخطاء وإصلاحها تفكيرًا نقديًا بدلًا من التفكير الخيالي .

من المفيد التفكير في التجارب الشائعة التي نمر بها مع المصابيح الكهربائية. تحترق المصابيح الكهربائية بشكل عشوائي تقريبًا؛ ففي النهاية، يؤدي التسخين والتبريد المتكرران لسلكها المتوهج ، بالإضافة إلى تقلبات الطاقة الكهربائية المزوّدة له، إلى تشققه أو تبخره. وينطبق المبدأ نفسه على معظم الأجهزة الإلكترونية الأخرى، كما تنطبق مبادئ مماثلة على الأجهزة الميكانيكية. بعض الأعطال هي جزء من التآكل الطبيعي لمكونات النظام.

المبدأ الأساسي الأول في استكشاف الأخطاء وإصلاحها هو القدرة على إعادة إنتاج المشكلة متى شئت. أما المبدأ الأساسي الثاني فهو تبسيط النظام إلى أبسط صورة ممكنة تُظهر المشكلة. والمبدأ الأساسي الثالث هو معرفة ما تبحث عنه، أي فهم طريقة عمل النظام فهمًا كاملًا لتتمكن من تحديد الخطأ عند حدوثه.

يمكن لفني الصيانة فحص كل مكون في النظام على حدة، واستبدال كل مكون مشتبه به بمكون سليم معروف. مع ذلك، تُعتبر عملية "الاستبدال التسلسلي" هذه غير فعّالة عندما يتم استبدال المكونات دون مراعاة فرضية حول كيفية تسبب عطلها في الأعراض التي يتم تشخيصها.

تتميز الأنظمة البسيطة والمتوسطة بقوائم أو هياكل شجرية من العلاقات بين مكوناتها أو أنظمتها الفرعية. أما الأنظمة الأكثر تعقيدًا فتحتوي على علاقات أو تفاعلات دورية ( حلقات تغذية راجعة ). وتكون هذه الأنظمة أقل استجابة لتقنيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها القائمة على "التقسيم الثنائي".

يمكن إعادة الأنظمة إلى حالة تشغيلية معروفة من خلال طرق مثل إعادة تشغيل الحاسوب . تشمل هذه التقنيات إجراء مراجعة شاملة. كما توفر الوثائق الشاملة التي يعدها الكتّاب التقنيون شرحًا لنظرية تشغيل الجهاز أو النظام.

من الأسباب الشائعة للمشاكل سوء التصميم ، كسوء مراعاة العوامل البشرية مثلاً ، حيث يمكن إدخال الجهاز بالمقلوب أو بشكل خاطئ نتيجةً لعدم وجود آلية مناسبة للتحكم في الاستخدام ( قيد تشكيل السلوك )، أو لعدم وجود تصميم يسمح بتصحيح الأخطاء . ويزداد الأمر سوءاً إذا اقترن ذلك بالتعود ، حيث لا يلاحظ المستخدم الاستخدام الخاطئ، مثلاً إذا كان لجزأين وظائف مختلفة لكنهما يشتركان في نفس الشكل، فلا يتضح أي جزء يُستخدم بمجرد النظر إليه.

يمكن أن يتخذ استكشاف الأخطاء وإصلاحها شكل قائمة مراجعة منهجية ، أو إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها، أو مخطط انسيابي ، أو جدول يتم إعداده قبل حدوث المشكلة. يتيح وضع إجراءات استكشاف الأخطاء وإصلاحها مسبقًا التفكير مليًا في الخطوات اللازمة، وتنظيم عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها بأكثر الطرق فعالية. ويمكن أتمتة جداول استكشاف الأخطاء وإصلاحها لجعلها أكثر سهولة في الاستخدام.

تُظهر بعض خدمات استكشاف الأخطاء وإصلاحها المحوسبة (مثل Primary، التي أُعيد تسميتها لاحقًا إلى Manesar) فورًا أفضل 10 حلول ذات احتمالية عالية لإصلاح المشكلة الأساسية. يمكن للفني إما الإجابة على أسئلة إضافية للمضي قدمًا في إجراءات استكشاف الأخطاء وإصلاحها، حيث تُقلّص كل خطوة قائمة الحلول، أو تطبيق الحل الذي يراه مناسبًا لإصلاح المشكلة مباشرةً. تُقدّم هذه الخدمات خصمًا إذا قام الفني بخطوة إضافية بعد حل المشكلة: وهي الإبلاغ عن الحل الذي حلّ المشكلة بالفعل. يستخدم الحاسوب هذه التقارير لتحديث تقديراته للحلول ذات الاحتمالية الأعلى لإصلاح تلك المجموعة المحددة من الأعراض. ^{​​[ 9 ] [ 10 ]}

تبدأ عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها المنهجية والفعّالة بفهم واضح للسلوك المتوقع للنظام والأعراض الملاحظة. ومن ثم، يقوم المختص باستكشاف الأخطاء وإصلاحها بوضع فرضيات حول الأسباب المحتملة، ويضع (أو ربما يراجع قائمة مرجعية موحدة) اختبارات لاستبعاد هذه الأسباب المحتملة. يُطلق على هذا النهج غالبًا اسم " فرق تسد ".

من الاستراتيجيات الشائعة التي يستخدمها فنيو استكشاف الأخطاء وإصلاحها التحقق أولاً من الحالات التي يتم مواجهتها بشكل متكرر أو التي يسهل اختبارها (على سبيل المثال، التحقق من أن ضوء الطابعة مضاء وأن كابلها مثبت بإحكام من كلا الطرفين). ويشار إلى هذا غالبًا باسم "التحقق من اللوحة الأمامية". ^{[ 11 ]}

ثم قم بتقسيم النظام إلى نصفين (على سبيل المثال في نظام طباعة الشبكة، التحقق مما إذا كانت المهمة قد وصلت إلى الخادم لتحديد ما إذا كانت هناك مشكلة في الأنظمة الفرعية "باتجاه" المستخدم أو "باتجاه" الجهاز).

تُعدّ هذه التقنية الأخيرة فعّالة للغاية في الأنظمة ذات السلاسل الطويلة من التبعيات المتسلسلة أو التفاعلات بين مكوناتها. وهي ببساطة تطبيق للبحث الثنائي على نطاق التبعيات، ويُشار إليها غالبًا باسم "تقسيم النصف". ^{[ 12 ]} وهي تُشبه لعبة " العشرين سؤالًا ": إذ يُمكن لأي شخص عزل خيار واحد من بين مليون خيار بتقسيم مجموعة البدائل إلى نصفين 20 مرة (لأن 2^10 = 1024 و 2^20 = 1,048,576).

في عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها، يمكن عزل المشكلات القابلة للتكرار وحلها. تتضمن قابلية التكرار تحديد الإجراءات التي تؤدي إلى ظهور الأعراض المبلغ عنها.

تُعدّ بعض أصعب مشاكل استكشاف الأعطال وإصلاحها تلك التي تظهر بشكل متقطع . في مجال الإلكترونيات، غالبًا ما يكون هذا نتيجةً لمكونات حساسة للحرارة (حيث تتغير مقاومة الدائرة بتغير درجة حرارة الموصلات فيها). يمكن استخدام الهواء المضغوط لتبريد نقاط محددة على لوحة الدائرة، كما يمكن استخدام مسدس حراري لرفع درجة الحرارة؛ لذا، غالبًا ما يتطلب استكشاف أعطال الأنظمة الإلكترونية وإصلاحها استخدام هذه الأدوات لإعادة إنتاج المشكلة.

في برمجة الكمبيوتر، غالبًا ما تؤدي ظروف التزامن إلى أعراض متقطعة يصعب للغاية إعادة إنتاجها؛ يمكن استخدام تقنيات مختلفة لإجبار الوظيفة أو الوحدة النمطية المحددة على الاستدعاء بشكل أسرع مما هو عليه في التشغيل العادي (على غرار "تسخين" مكون في دائرة الأجهزة) بينما يمكن استخدام تقنيات أخرى لإدخال تأخيرات أكبر في الوحدات النمطية الأخرى أو العمليات المتفاعلة أو فرض التزامن بينها.

يمكن تعريف المشكلات المتقطعة على النحو التالي:

المشكلة المتقطعة هي مشكلة لا يوجد لها إجراء معروف لإعادة إنتاج أعراضها باستمرار.

ويؤكد على وجه الخصوص وجود فرق بين تكرار حدوث المشكلة و"إجراء معروف لإعادة إنتاجها باستمرار". فعلى سبيل المثال، إن معرفة أن مشكلة متقطعة تحدث "في غضون" ساعة من محفز أو حدث معين... ولكنها تحدث أحيانًا في غضون خمس دقائق وأحيانًا أخرى تستغرق ساعة تقريبًا... لا يُعد "إجراءً معروفًا" حتى لو زاد المحفز من تكرار ظهور الأعراض بشكل ملحوظ.

مع ذلك، يضطر محللو المشكلات أحيانًا إلى اللجوء إلى الأساليب الإحصائية... ولا يجدون سوى إجراءات لزيادة تكرار العرض إلى الحد الذي يصبح فيه الاستبدال التسلسلي أو أي تقنية أخرى ممكنة. في مثل هذه الحالات، حتى عندما يبدو أن العرض قد اختفى لفترات أطول بكثير، يبقى هناك شك ضئيل في العثور على السبب الجذري وحل المشكلة فعليًا.

كما يمكن إجراء اختبارات لاختبار مدى تحمل مكونات معينة لتحديد ما إذا كانت هذه المكونات قد تعطلت. ^{[ 14 ]}

يُعدّ عزل أعطال المكونات الفردية التي تسبب أعراضًا قابلة للتكرار أمرًا بسيطًا نسبيًا.

مع ذلك، لا تحدث العديد من المشاكل إلا نتيجةً لفشل أو خطأ متكرر. وينطبق هذا بشكل خاص على الأنظمة المقاومة للأعطال ، أو تلك التي تتمتع بخاصية التكرار المدمجة. كما أن الميزات التي تضيف خاصية التكرار، واكتشاف الأعطال، والتحويل التلقائي إلى النظام قد تكون عرضةً للفشل أيضاً، وكثرة أعطال المكونات المختلفة في أي نظام كفيلة بتعطيله.

حتى في الأنظمة البسيطة، يجب على فني الصيانة أن يأخذ في الحسبان دائمًا احتمال وجود أكثر من عطل. (قد لا يُجدي استبدال كل مكون على حدة، باستخدام الاستبدال التسلسلي، ثم إعادة كل مكون جديد إلى القديم عند استمرار العطل، في حل هذه الحالات. والأهم من ذلك، أن استبدال أي مكون بآخر معيب قد يزيد من عدد المشاكل بدلًا من حلها).

لاحظ أنه على الرغم من حديثنا عن "استبدال المكونات"، فإن حل العديد من المشاكل يتطلب تعديلات أو ضبطًا بدلًا من "الاستبدال". على سبيل المثال، قد تحتاج الانقطاعات المتقطعة في الموصلات، أو "الوصلات المتسخة أو غير المحكمة"، إلى التنظيف و/أو الشد. يجب أن يُفهم من أي حديث عن "الاستبدال" أنه يعني "الاستبدال أو التعديل أو أي تغيير آخر".

• خمسة أسئلة لماذا
• منحنى حوض الاستحمام
• السبب والنتيجة
• تصحيح الأخطاء
• الهندسة الجنائية
• لم يتم العثور على أي مشكلة
• حل المشكلات
• تحليل الأسباب الجذرية
• تشخيص مشكلة RPR