Detección de estrés ambiental

Tipo de prueba de hardware

La detección de estrés ambiental ( ESS ) se refiere al proceso de exponer un producto o componente (típicamente electrónico ) recién fabricado o reparado a tensiones como ciclos térmicos y vibraciones para forzar que los defectos latentes se manifiesten mediante fallas permanentes o catastróficas durante el proceso de detección. . Se puede suponer que la población superviviente, una vez completado el cribado, tiene una mayor fiabilidad que una población similar no cribada. ^[1]

Descripción general

Desarrollado para ayudar a los fabricantes de productos electrónicos a detectar defectos de productos y fallas de producción, ESS se usa ampliamente en aplicaciones militares y aeroespaciales, menos aún en productos comerciales. Las pruebas no necesitan ser elaboradas; por ejemplo, encender y apagar un sistema electrónico o eléctrico varias veces puede ser suficiente para detectar algunos defectos simples que de otro modo encontraría el usuario final poco después de utilizar el producto por primera vez. Las pruebas suelen incluir lo siguiente:

• Variaciones de temperatura
• Pruebas de vibración
• Presión
• Pruebas de flexibilidad

La ESS se puede realizar como parte del proceso de fabricación o se puede utilizar en pruebas de calificación de nuevos productos .

Un sistema ESS generalmente consta de una cámara de prueba , un controlador, accesorios, interconexión y cableado, y un probador funcional. Estos sistemas se pueden adquirir en una variedad de empresas de la industria de pruebas ambientales.

La detección de estrés de este proceso ayudará a encontrar la mortalidad infantil en el producto. Encontrar estas fallas antes de que el producto llegue al cliente genera una mejor calidad y menores gastos de garantía. La terminología militar asociada incluye un documento de requisitos operativos ( ORD ) y pruebas de confiabilidad continuas ( ORT ). ^{[2] [3]}

Definiciones y métodos estandarizados

Lo siguiente es un extracto de un documento sobre pruebas de ESS preparado por la Fuerza Aérea de EE. UU. para proporcionar definiciones y métodos estandarizados. ^[4]

Introducción

El propósito de este documento es proporcionar definiciones estandarizadas y una hoja de ruta de los procesos de prueba para la Evaluación de estrés ambiental (ESS) de componentes de reemplazo y reparación utilizados en los sistemas de la Fuerza Aérea. El término "componente" se usa indistintamente con el término "unidad" e incluye unidades reemplazables en línea (LRU) y subunidades (SRU). Un componente seleccionado para la prueba es una Unidad bajo prueba (UUT). La política y las instrucciones de seguridad, idoneidad y eficacia operativas (OSS&E) requieren coherencia en el proceso de ingeniería disciplinado utilizado para garantizar que actividades como las reparaciones de mantenimiento y la sustitución de piezas no degraden las características básicas del sistema o del artículo final durante su vida operativa. Las características de referencia dependen en gran medida de la confiabilidad, que se verifica y mantiene mediante las pruebas ESS. Las políticas e instrucciones de OSS&E también requieren procesos de ingeniería consistentes para garantizar que las entidades de fabricación y reparación sean responsables de entregar productos de calidad y para proporcionar criterios de selección y calificación para nuevas fuentes de suministro. Las determinaciones de la calidad del producto y las capacidades de origen generalmente requieren pruebas de ESS. Si bien se encuentra disponible considerable información sobre los métodos y procedimientos de ESS, incluidos los estándares militares de los Estados Unidos , manuales, guías y planes de prueba del fabricante del equipo original, a menudo estas publicaciones utilizan definiciones diferentes y confusas para las fases de prueba en las que se aplica ESS. Se necesitaron largas explicaciones para aclarar las cláusulas del contrato que citan estas publicaciones. Este documento garantiza que los requisitos de prueba se apliquen de manera uniforme y se entiendan claramente al escribir los requisitos y contratos de calificación de las fuentes.

Inspección visual

Objetivo

Para garantizar que se haya empleado buena mano de obra y que el UUT esté libre de defectos físicos obvios.

Método

Inspeccione visualmente el UUT antes y después de cada operación de fabricación, reparación y prueba.

• Verifique el etiquetado, el peso y las dimensiones adecuados.
• A simple vista, inspeccione todas las áreas accesibles del UUT.
• Con un aumento mínimo de 10X, inspeccione todas las superficies e interfaces críticas del UUT.

Criterios de aprobación/rechazo

La mano de obra deberá cumplir con los estándares aplicables, incluido TO 00-25-234 ^[5] y estará libre de defectos físicos obvios. Una unidad que muestra cualquier signo de que una pieza está estresada más allá de su límite de diseño (placas de circuito agrietadas, conectores y/o tornillos sueltos, abrazaderas y/o tornillos doblados, piezas desgastadas, etc.) se considera que ha fallado incluso si pasa la UUT. las Pruebas Funcionales.

Pruebas funcionales

Objetivo

Se realiza antes, durante y después de las pruebas de ESS para verificar que la UUT esté funcionando dentro de las tolerancias de diseño.

Método

Aplicar una señal de entrada o estímulo y medir la salida.

Criterios de aprobación/rechazo

Las respuestas/señales de salida deben estar dentro de las especificaciones de datos técnicos y la UUT debe funcionar satisfactoriamente en el siguiente conjunto superior.

Detección de estrés ambiental (ESS)

Objetivo

Pruebas en condiciones ambientales físicas (choque, vibración, temperatura, altitud, humedad, etc.) que simulen las encontradas durante la vida operativa del componente. La vibración aleatoria y los ciclos de temperatura han demostrado ser las formas más exitosas de ESS en términos de precipitación efectiva de fallas.

Método

Se desarrolla y aplica un perfil de estrés a la UUT. El perfil simula las condiciones ambientales encontradas durante las fases de transporte, almacenamiento, manipulación y uso operativo. La UUT está configurada para coincidir con la fase, por ejemplo, los choques de transporte se aplican con la UUT en el contenedor de envío, los ciclos de temperatura de uso operativo se aplican con la UUT en funcionamiento.

Criterios de aprobación/rechazo

La UUT (Unidad Bajo Prueba) debe pasar Pruebas Funcionales e Inspección Visual antes, durante y después de ESS.

Calificación ESS

La prueba de una unidad representativa de producción para demostrar que los procesos de diseño, fabricación, ensamblaje y reparación han dado como resultado hardware que cumple con la especificación. La finalización satisfactoria de las Pruebas de Calificación denota preparación para etapas posteriores de las pruebas. Es posible que se acepten pruebas de vuelo limitadas antes de completar todas las fases de las pruebas de calificación.

Pruebas de calificación de unidades de producción

• Propósito: Realizado para la calificación de un nuevo fabricante, diseño, proceso o instalación para garantizar la adecuación e idoneidad del diseño para operar de manera confiable durante y después de la exposición a tensiones ambientales que exceden las predicciones del entorno operativo por un margen prescrito.
• Método: Según Mil-Std-810 G para LRU y SRU, según Mil-Std-202G para piezas electrónicas, según Mil-Std-1540 para sistemas espaciales y según Mil-Std-883 H para dispositivos microelectrónicos. Las pruebas EMI/RFI generalmente se incluyen en las pruebas de calificación de ESS y requieren la aplicación de MIL-STD 461 E. Estos estándares militares requieren adaptación. Los Mil-HDBK-340, 343, 344 y 2164 proporcionan orientación detallada. Secuencia de pruebas del primer artículo de producción: Inspección visual y funcional – Preacondicionamiento – Aceptación ESS – Aceptación Fiabilidad – Inspección visual y funcional – Calificación ESS – Inspección visual y funcional – Calificación Fiabilidad – Inspección visual y funcional.
• Nota: Las pruebas de calificación generalmente incluyen pruebas ESS "agravadas", es decir, pruebas a niveles ambientales reales y duración más un margen (normalmente 10 °C, 6 dB). Es necesario agregar margen debido al tamaño de la muestra estadísticamente pequeño y a las incertidumbres en los niveles ambientales reales. Dado que se trata de una prueba destructiva , la UUT nunca se utilizará en sistemas operativos.
• Nota: Primero se deben realizar las pruebas de aceptación, incluido el preacondicionamiento. Esto se debe a que estas pruebas se realizan en todas las unidades de producción y, por lo tanto, pasan a formar parte del perfil de estrés ambiental.
• Nota: Otro fabricante (segunda fuente) que construya la misma unidad o una unidad de reemplazo que esté destinada a ser un reemplazo de forma y funcionamiento de la unidad o subconjunto de la unidad original debe estar calificado con especificaciones equivalentes a las utilizadas para el fuente original.

Pruebas de calificación de unidades reparadas

• Propósito: Se realiza en unidades de primer artículo reparado o artículo reparado de precalificación para calificar una nueva fuente de reparación o método de reparación. También se realiza para evaluar piezas sustitutas.
• Método: Si las piezas y procesos de reparación son equivalentes a las piezas y procesos de fabricación originales, entonces utilice la Prueba de aceptación de la unidad reparada realizada por el contratista, seguida de la inspección y operación del gobierno en el siguiente ensamblaje superior. Si no se sabe que las piezas y los procesos sean equivalentes, utilice las áreas aplicables de las Pruebas de calificación de unidades de producción. Secuencia de prueba de artículo reparado previo a la calidad/prueba del primer artículo reparado: Inspección visual y funcional – Preacondicionamiento – Aceptación ESS – Inspección visual y funcional – Inspección gubernamental y funcional.
• Nota: Debido a la disminución de las fuentes de fabricación (DMS), a menudo es necesario sustituir piezas. Las piezas sustitutas que, en condiciones ambientales de banco de pruebas, parecen funcionar como las piezas originales pueden presentar un rendimiento insatisfactorio en el entorno operativo.
• Calificación por similitud. La calificación de una unidad de reemplazo o reparada por similitud con la unidad original requiere que las unidades sean esencialmente idénticas. Además, la unidad de reemplazo debe haber sido calificada previamente mediante pruebas según los requisitos de desempeño operativo y ambiental que cumplan o excedan los requisitos ambientales y operativos de la unidad original.

Aceptación ESS

Se realizan pruebas formales para demostrar la aceptabilidad de la unidad individual para su entrega. Demuestran desempeño para adquirir requisitos de especificaciones y actúan como pantallas de control de calidad para detectar deficiencias de mano de obra y materiales. La finalización exitosa de dichas pruebas denota la aceptación de la unidad por parte de la agencia de adquisiciones.

Pruebas de aceptación de la unidad de producción

• Propósito: Realizado en el 100% de las unidades nuevas para detectar errores de mano de obra y procesos. La inspección de algunos dispositivos microelectrónicos es destructiva, por lo que se utiliza el muestreo de lotes para las pruebas de aceptación (consulte el párrafo 8.3.2).
• Método: Adaptado a la prueba de calificación de producción aplicable, pero realizado según niveles de mano de obra, no más severos que los niveles ambientales reales y de duración más corta. Por lo general, estas pruebas están estructuradas para incluir los requisitos de las pruebas de aceptación de confiabilidad y preacondicionamiento. Secuencia para pruebas de componentes: Inspección visual y funcional – Preacondicionamiento – Aceptación ESS – Aceptación Fiabilidad – Inspección visual y funcional.
• Nota: Los datos de desempeño de las pruebas de aceptación de unidades de producción también se utilizan para evaluar el desempeño "dentro de la familia". Si bien una UUT puede cumplir con todos los demás criterios de aprobación/rechazo de la prueba de aceptación, los resultados que se desvíen significativamente de otras unidades dentro del lote de producción requerirán el rechazo de esa unidad.

Pruebas de aceptación de unidades reparadas

• Propósito: Realizado en el 100% de las unidades reparadas para detectar errores de mano de obra y proceso.
• Método: Adaptado a las pruebas de aceptación de producción aplicables. Para mantener los criterios de confiabilidad especificados, se deben incluir pruebas de preacondicionamiento si las piezas de reparación no están preacondicionadas o si se puede esperar que la mano de obra de la reparación induzca fallas. Secuencia para pruebas de Componentes: Inspección Visual y Funcional – Preacondicionamiento – Aceptación ESS – Inspección Visual y Funcional.
• Nota: Los niveles de prueba son bajos y no destructivos, por lo que las pruebas pueden repetirse en caso de fallas y reparaciones posteriores sin que la UUT envejezca significativamente.
• Nota: Es posible que sea necesario aumentar los tipos y niveles de pruebas si se producen fallas en la mortalidad infantil durante el uso operativo. Por el contrario, si un muestreo estadísticamente significativo demuestra que no se están produciendo fallas en la mortalidad infantil, las pruebas ESS pueden reducirse o eliminarse. Aún se requieren pruebas funcionales.
• Nota: Las pruebas deben lograr un equilibrio entre la probabilidad de que las reparaciones hayan provocado un defecto y la probabilidad de que las pruebas puedan detectar ese defecto. Por ejemplo, un número reducido de ciclos de temperatura tiene una menor probabilidad de detectar un defecto, pero puede ser apropiado si la reparación es menor y tiene poco riesgo de inducir un defecto.
• Nota: Los datos de rendimiento de las pruebas de aceptación de unidades reparadas también se utilizan para evaluar el rendimiento "dentro de la familia". Si bien una UUT puede cumplir con todos los demás criterios de aprobación/rechazo de la prueba de aceptación, los resultados que se desvíen significativamente de otras unidades reparadas o de los datos originales de la prueba de aceptación de la unidad de producción requerirán el rechazo de la UUT.

Confiabilidad ESS

Esto debería ser parte de la ESS de Calificación y Aceptación cuando se requiera verificación de confiabilidad.

Pruebas de calificación de confiabilidad

• Propósito: Realizado en la UUT de calificación de producción para demostrar el cumplimiento del ciclo de vida con las especificaciones de confiabilidad según Mil-Std-781 y las especificaciones de desarrollo del fabricante original.
• Método: Utilice Mil-Hdbk-781A. La UUT generalmente se prueba a niveles ambientales reales, pero se agrega un margen si se requiere un envejecimiento acelerado.
• Nota: Primero se deben realizar las pruebas de aceptación, incluido el preacondicionamiento. Esto se debe a que estas pruebas se realizan en todas las unidades de producción y, por lo tanto, pasan a formar parte del perfil de estrés ambiental.
• Nota: La presencia de redundancia en el diseño no es motivo para eliminar las pruebas de confiabilidad. La redundancia se utiliza para compensar cualquier modo de falla desconocido y no probado, y para la tolerancia al daño. La redundancia sólo aumenta la confiabilidad en una pequeña cantidad.

Pruebas de aceptación de confiabilidad

• Propósito: Realizado en todas las unidades de producción para encontrar alguna unidad con degradación de confiabilidad debido a variaciones diarias en el proceso de producción y mano de obra.
• Método: Vibración (normalmente 0,04 G2/Hz durante 5 minutos/eje) y temperatura durante más de 3 ciclos, el último sin fallos.
• Nota: Por lo general, solo se realiza en elementos de alta confiabilidad (3-sigma) y seguridad de vuelo.

Pruebas de preacondicionamiento. También llamada prueba de quemado

• Propósito: Realizado en todas las LRU, SRU y piezas de unidades activas (producción, repuestos y reparación) para encontrar la "mortalidad infantil" de piezas y mano de obra.
• Método: según Mil-Std-750D, Mil-Std-883 E y Mil-Std-202G.
• Nota: La mayoría de las piezas con especificaciones militares no han sido preacondicionadas por el fabricante de la pieza.

Categorías UUT

Unidad pasiva

• Ejemplos: chasis, acoplador de antena, ópticas sin partes móviles, mazo de cables.
• Nota: Requiere Calificación ESS del diseño y procesos, generalmente en el ensamble inmediatamente superior. Las pruebas de aceptación se limitan a la inspección visual y las pruebas operativas en el conjunto superior siguiente.

Unidad activa

• Ejemplos: placa de PC con dispositivos de estado sólido, motor eléctrico, tubo de rayos catódicos, recipiente a presión.
• Nota: Generalmente requiere Calificación ESS y Aceptación ESS.

Dispositivos de un solo uso y de uso limitado

• Ejemplos: explosivo, propulsor de cohetes, generador de gas, detonador, batería.
• Método: La calificación del ESS se realiza mediante la exposición a niveles ambientales de calificación y luego se opera para demostrar capacidad más un margen. La aceptación de ESS generalmente se realiza en el 10 % del lote de producción (pero no menos de 10 unidades) mediante la exposición a niveles ambientales de calificación y luego se opera para demostrar capacidad más un margen. El fracaso de una UUT requiere el rechazo del lote de producción. Para dispositivos explosivos, los requisitos y métodos de prueba se adaptan a MIL-HDBK-1512 y NATO AOP-7. Para las baterías, la orientación sobre los requisitos de prueba se encuentra en RCC-Doc-319-99.
• Nota: Las pruebas de vigilancia son una repetición periódica de las pruebas de aceptación que utilizan tendencias o envejecimiento acelerado para autorizar extensiones de vida útil. Las tendencias implican muestreos frecuentes y comparaciones con resultados anteriores para predecir la degradación. El envejecimiento acelerado implica estimular modos de falla conocidos para detectar la degradación.

Primer artículo de producción

Esta es la UUT para la ESS de Calificación (normalmente se requieren tres UUT). La UUT debe ser representativa del diseño, los procesos de la línea de producción, los materiales y la mano de obra.

Primer artículo reparado

También llamado Artículo Primero. Esta es la UUT (normalmente se requieren cuatro) que demuestra que la fuente de reparación tiene la capacidad y los procesos para realizar una reparación satisfactoria.

Artículo de precalificación

• Artículo de Producción de Precalificación. También llamado Artículo de Preproducción. Esta es la UUT utilizada para la reducción de riesgos del programa y para calificar procesos, tecnologías, etc. clave.
• Artículo Reparado Precalificación. También llamado artículo cualificado. Esta es la UUT (normalmente se requieren dos) reparada por un posible contratista de reparación para cumplir, en parte, con los criterios para estar en una lista de postores calificados.

Sastrería

La adaptación es la tarea formal de ingeniería de utilizar datos técnicos existentes (requisitos, estándares, especificaciones, planes de prueba, etc.) y seleccionar o modificar áreas aplicables para cumplir con los requisitos exclusivos del tipo de unidad que se somete a prueba. Se eliminan los requisitos no aplicables. Se pueden agregar otros requisitos debido a cambios en los estándares federales, identificación de nuevos peligros, modificaciones al artículo o cambios en el perfil de misión/ESS. Todas las áreas de incumplimiento de los datos técnicos serán identificadas por el contratista y se presentará al Gobierno una Solicitud de Adaptación de Requisitos (RTR) para cada área. El RTR deberá incluir una justificación exhaustiva. Sólo la Autoridad de Ingeniería del Gobierno para el componente puede aceptar un RTR.

Especificaciones y Normas Adaptación

La adaptación generalmente consiste en seleccionar las áreas aplicables, los mejores métodos de prueba o el uso de un requisito equivalente.

Adaptación del plan de prueba

La adaptación generalmente consiste en cambiar los niveles y duraciones de las pruebas, la secuencia de las pruebas o los requisitos de presentación de informes. La adaptación también identificará cualquier requisito de prueba que deba cumplirse mediante análisis, similitud o inspección.

MIC, exención y desviación

Cada RTR se clasificará como MIC, Exención o Desviación.

• MICRÓFONO. Un RTR que aún cumple con la intención de los datos técnicos especificados se clasifica como Cumple con la intención (MIC).
• Exención. Si un RTR aumenta potencialmente los riesgos de seguridad, se clasifica como una exención y también debe ser aceptado por el gobierno competente y las oficinas de seguridad de los contratistas. La intención de una Exención es otorgar aprobación temporal para proceder mientras se corrige el peligro. Una serie de fallas simultáneas improbables y no relacionadas no se considera un peligro.
• Desviación. Un RTR que no aumenta los riesgos de seguridad y no es un MIC se clasifica como Desviación.

Estándares relevantes

• "MIL-HDBK-781A, MANUAL MILITAR, MÉTODOS, PLANES Y ENTORNOS DE PRUEBAS DE CONFIABILIDAD PARA INGENIERÍA, CALIFICACIÓN DE DESARROLLO Y PRODUCCIÓN" (PDF) . Departamento de Defensa de Estados Unidos . 28 de febrero de 2006.
• «MIL-STD-202G, ESTÁNDAR MILITAR, ESTÁNDAR DE MÉTODO DE PRUEBA, PIEZAS DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS Y ELÉCTRICOS» (PDF) . Departamento de Defensa de Estados Unidos . 8 de febrero de 2002.
• "MIL-HDBK-344A, MANUAL MILITAR: DETECCIÓN DE ESTRÉS AMBIENTAL (ESS) DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS" (PDF) . Departamento de Defensa de Estados Unidos . 16 de agosto de 1993.
• "MIL-HDBK-505, MANUAL DEL DEPARTAMENTO DE DEFENSA PARA DEFINICIONES DE NIVELES DE ARTÍCULOS, INTERCAMBIABILIDAD DE ARTÍCULOS, MODELOS Y TÉRMINOS RELACIONADOS" (PDF) . Departamento de Defensa de Estados Unidos . 12 de febrero de 1998.
• "MIL-STD-781D, ESTÁNDAR MILITAR, PRUEBAS DE CONFIABILIDAD PARA DESARROLLO, CALIFICACIÓN Y PRODUCCIÓN DE INGENIERÍA (S/S POR MIL-HDBK-781A)" (PDF) . Departamento de Defensa de Estados Unidos . 17 de octubre de 1986.
• "MIL-STD-810G, ESTÁNDAR DEL MÉTODO DE PRUEBA DEL DEPARTAMENTO DE DEFENSA, CONSIDERACIONES DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y PRUEBAS DE LABORATORIO" (PDF) . Departamento de Defensa de Estados Unidos . 31 de octubre de 2008.
• "MIL-STD-883G, ESTÁNDAR DEL MÉTODO DE PRUEBA DEL DEPARTAMENTO DE DEFENSA: MICROCIRCUITOS" (PDF) . Departamento de Defensa de Estados Unidos . 28 de febrero de 2006.
• «IEST-RP-PR001: GESTIÓN Y DIRECTRICES TÉCNICOS DEL PROCESO ESS» (Sitio web) . IEST . 25 de febrero de 2015.

Ver también

• Envejecimiento acelerado
• Cámara ambiental
• Pruebas ambientales
• Analisis fallido
• Estándar militar de los Estados Unidos
• MIL-STD-810 "Estándar de métodos de prueba del Departamento de Defensa para consideraciones de ingeniería ambiental y pruebas de laboratorio"
• Pantalla de estrés altamente acelerada
• Prueba de vida altamente acelerada

Notas

1. Kececioglu, D.; Sol, FB (2003). Detección de estrés ambiental: su cuantificación, optimización y gestión. Publicaciones DEStech. ISBN 9781932078046. Consultado el 17 de octubre de 2014 .
2. Bruce Peterson (9 de marzo de 2004). "Tutorial de detección de estrés ambiental" (PDF) . Soluciones de ingeniería de reconocimiento . Consultado el 17 de octubre de 2014 .
3. "Detección de estrés ambiental". tutorialesweb.com . Consultado el 17 de octubre de 2014 .
4. El documento está disponible para distribución ilimitada escribiendo a OO-ALC /ENR, Hill AFB, Ut. 84056. Solicite la Nota técnica OO-ALC 01-2002, Detección de estrés ambiental de componentes reparados y de reemplazo, definiciones y procesos estandarizados, por David Franz.
5. https://www.robins.af.mil/Portals/59/documents/technicalorders/00-25-234.pdf?ver=2018-09-05-144121-517 ^{[ URL básica PDF ]}