Modelado de tensiones de piezas

El modelado de tensiones de piezas es un método en ingeniería y especialmente en electrónica para encontrar un valor esperado para la tasa de falla de los componentes mecánicos y electrónicos de un sistema. Se basa en la idea de que cuantos más componentes haya en el sistema y cuanto mayor sea el estrés al que se someten durante el funcionamiento, con mayor frecuencia fallarán.

El modelado del recuento de piezas es una variante más simple del método, en la que no se tiene en cuenta la tensión de los componentes.

Varias organizaciones han publicado normas que especifican cómo se debe llevar a cabo el modelado de tensiones de las piezas. Algunos de la electrónica son:

• MIL-HDBK-217 (Departamento de Defensa de EE. UU.)
• SR-332, Procedimiento de predicción de confiabilidad para equipos electrónicos ^[1]
• HRD-4 ( Telecomunicaciones británicas )
• SR-1171, Métodos y procedimientos para el análisis de confiabilidad del sistema ^[2]
• y muchos otros

Estos "estándares" producen resultados diferentes, a menudo por un factor de más de dos, para el mismo sistema modelado. Las diferencias ilustran el hecho de que este modelado no es una ciencia exacta. Los diseñadores de sistemas a menudo tienen que modelar utilizando un estándar especificado por un cliente, de modo que el cliente pueda comparar los resultados con otros sistemas modelados de la misma manera.

Todos estos estándares calculan una tasa de falla general esperada para todos los componentes del sistema, que no es necesariamente la tasa a la que falla el sistema en su conjunto. Los sistemas a menudo incorporan redundancia o tolerancia a fallas para que no fallen cuando falla un componente individual.

Varias empresas ofrecen programas para realizar cálculos de modelado de tensiones de piezas. También es posible realizar el modelado con una hoja de cálculo .

Todos estos modelos asumen implícitamente la idea de "fallo aleatorio". Los componentes individuales fallan en momentos aleatorios pero a un ritmo predecible, análogo al proceso de desintegración nuclear . Una justificación para esta idea es que los componentes fallan por un proceso de desgaste, un deterioro predecible después de la fabricación, pero que la vida útil de los componentes individuales está muy dispersa en un promedio muy largo. Los fallos "aleatorios" observados son entonces sólo los valores atípicos extremos en el borde inicial de esta distribución. Sin embargo, es posible que este no sea el panorama completo.

Todos los modelos utilizan básicamente el mismo proceso, con variaciones detalladas.

• Identificar los componentes del sistema.
  • Como R123, resistencia de película de carbono de 10kOhm
• Para cada componente, determine el modelo de componente que se utilizará según el estándar.
  • Como por ejemplo "resistencia, película, < 1 megaohmio" o "conector multipin"
• A partir del modelo de componentes del estándar, descubra qué parámetro de complejidad se necesita, si corresponde , y encuentre el valor de ese parámetro para este componente.
  • Como el número de pines para un conector o el número de puertas para un chip.
• A partir del modelo de componente estándar, descubra qué curva de tensión térmica se aplica y encuentre el valor de la temperatura en funcionamiento para este componente.
  • La tasa de falla de los conectores puede cambiar poco con la temperatura, mientras que la de los capacitores puede cambiar mucho.
• A partir del modelo de componente estándar, descubra qué parámetro de tensión de la pieza , si corresponde, se necesita, qué curva de tensión de la pieza se aplica y encuentre el valor de ese parámetro de tensión de la pieza para este componente en esta aplicación.
  • Una tensión parcial podría ser la potencia aplicada como una fracción de la potencia nominal del componente o la tensión aplicada como una fracción de la tensión nominal.
• A partir del modelo de componente de la norma, encuentre la tasa de falla base para este componente y modifíquela de acuerdo con el parámetro de complejidad, la temperatura de funcionamiento y la curva de tensión térmica, el parámetro de tensión de la pieza y la curva de tensión de la pieza, con la aritmética especificada por la norma. Esta es ahora la tasa de falla esperada para este componente en esta aplicación.
• Sume todos los resultados de cada componente del sistema para encontrar la tasa de falla general de todos los componentes de este sistema.

Se pueden emplear otros parámetros de modificación global, que se supone que tienen el mismo efecto en la tasa de falla de cada componente. Los más habituales son el medio ambiente, como el terrestre o aéreo, el comercial y el proceso de aseguramiento de la calidad de las compras. Los estándares especifican factores multiplicadores generales para estas diversas opciones.

Referencias

1. SR-332, Procedimiento de predicción de confiabilidad para equipos electrónicos
2. SR-1171, Métodos y procedimientos para el análisis de confiabilidad del sistema