Detección del estrés ambiental

Tipo de prueba de hardware

El cribado de estrés ambiental ( ESS ) se refiere al proceso de exponer un producto o componente recién fabricado o reparado (normalmente electrónico ) a tensiones como ciclos térmicos y vibraciones para forzar que los defectos latentes se manifiesten mediante una falla permanente o catastrófica durante el proceso de cribado. Se puede suponer que la población sobreviviente, una vez finalizado el cribado, tiene una mayor confiabilidad 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, el ESS se utiliza ampliamente en aplicaciones militares y aeroespaciales, pero no tanto 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 lo contrario, el usuario final encontraría muy pronto después de usar el producto por primera vez. Las pruebas suelen incluir lo siguiente:

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

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

Un sistema ESS suele estar formado por una cámara de prueba , un controlador, accesorios, interconexiones y cableado, y un comprobador funcional. Estos sistemas se pueden adquirir en diversas empresas del sector de las pruebas ambientales.

La detección de estrés de este proceso ayudará a detectar la mortalidad infantil en el producto. Encontrar estas fallas antes de que el producto llegue al cliente produce 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 se extrae de un documento sobre pruebas ESS preparado por la Fuerza Aérea de los 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 los componentes de reemplazo y reparación utilizados en los sistemas de la Fuerza Aérea. El término "componente" se utiliza indistintamente con el término "unidad" e incluye la unidad reemplazable en línea (LRU) y las subunidades (SRU). Un componente seleccionado para la prueba es una unidad bajo prueba (UUT). La política e instrucciones de seguridad operativa, idoneidad y eficacia (OSS&E) requieren coherencia en el proceso de ingeniería disciplinado utilizado para garantizar que las actividades como las reparaciones de mantenimiento y las sustituciones de piezas no degraden las características de referencia del sistema o del artículo final durante su vida útil. Las características de referencia dependen en gran medida de la confiabilidad, que se verifica y mantiene mediante pruebas ESS. La política 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 proporcionar criterios de selección y calificación para nuevas fuentes de suministro. Las determinaciones de la calidad del producto y las capacidades de la fuente generalmente requieren pruebas ESS. Si bien hay disponible una gran cantidad de información sobre los métodos y procedimientos de ESS, incluidas las normas militares de los Estados Unidos , manuales, guías y los 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 explicaciones extensas para aclarar las cláusulas contractuales que citaban estas publicaciones. Este documento garantiza que los requisitos de prueba se apliquen de manera uniforme y se comprendan claramente al redactar los requisitos de calificación de la fuente y los contratos.

Inspección visual

Objetivo

Para garantizar que se ha empleado un buen trabajo y que la UUT está libre de defectos físicos evidentes.

Método

Inspeccione visualmente la 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 de la UUT.

Criterios de aprobación/reprobación

La mano de obra deberá cumplir con las normas aplicables, incluida la TO 00-25-234 ^[5], y no deberá presentar defectos físicos evidentes. Se considera que una unidad que presente cualquier signo de que una pieza está sometida a una tensión superior a su límite de diseño (placas de circuitos agrietadas, conectores o tornillos sueltos, abrazaderas o tornillos doblados, piezas desgastadas, etc.) ha fallado incluso si la UUT pasa la prueba funcional.

Pruebas funcionales

Objetivo

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

Método

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

Criterios de aprobación/reprobación

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

Evaluación del estrés ambiental (ESS)

Objetivo

Pruebas en condiciones ambientales físicas (golpes, vibración, temperatura, altitud, humedad, etc.) que simulan las que se encuentran durante la vida útil 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 se configura para que coincida con la fase, por ejemplo, se aplican choques de transporte con la UUT en el contenedor de envío, se aplican ciclos de temperatura de uso operativo con la UUT en funcionamiento.

Criterios de aprobación/reprobación

La UUT (Unidad bajo prueba) debe pasar pruebas funcionales e inspección visual antes, durante y después del ESS.

Calificación ESS

Prueba de una unidad representativa de la producción para demostrar que los procesos de diseño, fabricación, ensamblaje y reparación han dado como resultado un hardware que cumple con la especificación. La finalización satisfactoria de las pruebas de calificación denota la preparación para las etapas posteriores de prueba. Se pueden aceptar pruebas de vuelo limitadas antes de completar todas las fases de las pruebas de calificación.

Pruebas de calificación de la unidad de producción

• Propósito: Se realiza para la calificación de un nuevo fabricante, diseño, proceso o instalación para garantizar la idoneidad y aptitud 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 suelen estar incluidas en las pruebas de calificación de ESS y requieren la aplicación de MIL-STD 461 E. Estas normas militares requieren una adaptación. Mil-HDBKs-340, 343, 344 y 2164 proporcionan una guía detallada. Secuencia de pruebas del primer artículo de producción: Inspección visual y funcional - Preacondicionamiento - Aceptación ESS - Aceptación Confiabilidad - Inspección visual y funcional - Calificación ESS - Inspección visual y funcional - Calificación Confiabilidad - Inspección visual y funcional.
• Nota: Las pruebas de calificación generalmente incluyen pruebas ESS "agravadas", es decir, pruebas con niveles ambientales reales y duración más un margen (normalmente 10 °C, 6 dB). Es necesario agregar un margen debido al tamaño estadísticamente pequeño de la muestra y a las incertidumbres en los niveles ambientales reales. Dado que se trata de una prueba destructiva , la UUT nunca se debe utilizar en sistemas operativos.
• Nota: primero se deben realizar pruebas de aceptación, incluido el preacondicionamiento, ya que estas pruebas se realizan en todas las unidades de producción y, por lo tanto, forman 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 reemplazar en forma y función a la unidad o subconjunto de la unidad original debe estar calificado según especificaciones equivalentes a las utilizadas para la fuente original.

Prueba de calificación de la unidad reparada

• Propósito: Se realiza en unidades de artículo reparado por primera vez o de artículo reparado de precalificación para calificar una nueva fuente de reparación o un nuevo método de reparación. También se realiza para evaluar piezas de repuesto.
• Método: Si las piezas y los procesos de reparación son equivalentes a las piezas y los procesos de fabricación originales, utilice la Prueba de aceptación de la unidad reparada realizada por el contratista, seguida de la inspección y operación del gobierno en el ensamblaje inmediatamente superior. Si no se sabe si las piezas y los procesos son equivalentes, utilice las áreas aplicables de la Prueba de calificación de la unidad de producción. Secuencia de prueba de artículo reparado de precalificación/primer artículo reparado: Inspección visual y funcional – Preacondicionamiento – ESS de aceptación – 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 de repuesto que, en condiciones ambientales del banco de pruebas, parecen funcionar como las piezas originales pueden mostrar 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 de desempeño ambiental y operativo que cumplan o superen los requisitos ambientales y operativos de la unidad original.

Aceptación ESS

Pruebas formales que se realizan para demostrar la aceptabilidad de la unidad individual para su entrega. Demuestran el desempeño de acuerdo con los requisitos de especificación de compra y actúan como controles de calidad para detectar deficiencias en la mano de obra y los 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

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

Prueba de aceptación de la unidad reparada

• Propósito: Se realiza en el 100% de las unidades reparadas para detectar errores de mano de obra y de proceso.
• Método: adaptado a partir de 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 se puede esperar que la mano de obra de reparación provoque fallas. Secuencia para pruebas de componentes: inspección visual y funcional, preacondicionamiento, ESS de aceptación, 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 envejecer significativamente la UUT.
• Nota: Es posible que sea necesario aumentar los tipos y niveles de pruebas si se producen fallas relacionadas con la mortalidad infantil durante el uso operativo. Por el contrario, si un muestreo estadísticamente significativo demuestra que no se producen fallas relacionadas con la mortalidad infantil, es posible que se reduzcan o eliminen las pruebas del ESS. 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, una cantidad reducida de ciclos de temperatura tiene una menor probabilidad de detectar un defecto, pero puede ser adecuada si la reparación es menor y tiene poco riesgo de provocar un defecto.
• Nota: Los datos de rendimiento de las pruebas de aceptación de unidades reparadas también se utilizan para evaluar el rendimiento de la "familia". Si bien una UUT puede cumplir con todos los demás criterios de aprobación/desaprobación de las pruebas de aceptación, los resultados que se desvíen significativamente de los de otras unidades reparadas o de los datos de las pruebas de aceptación de unidades de producción originales requerirán el rechazo de la UUT.

Confiabilidad ESS

Esto debe ser parte del ESS de Calificación y Aceptación cuando se requiere 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 se prueba normalmente a niveles ambientales reales, pero se agrega un margen si se requiere un envejecimiento acelerado.
• Nota: primero se deben realizar pruebas de aceptación, incluido el preacondicionamiento, ya que estas pruebas se realizan en todas las unidades de producción y, por lo tanto, forman 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 a los daños. La redundancia solo aumenta la confiabilidad en una pequeña cantidad.

Pruebas de aceptación de confiabilidad

• Propósito: Realizar en todas las unidades de producción para encontrar cualquier 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: Generalmente solo se realiza en elementos de alta confiabilidad (3 sigma) y seguridad de vuelo.

Pruebas de preacondicionamiento. También llamadas pruebas de quemado

• Propósito: Realizar en todas las unidades activas LRU, SRU y piezas (producción, repuestos y reparación) para detectar "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 de especificaciones militares no han sido acondicionadas previamente por el fabricante de la pieza.

Categorías de UUT

Unidad pasiva

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

Unidad activa

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

Dispositivos de uso único y limitado

• Ejemplos: explosivo, propulsor de cohete, generador de gas, detonador, batería.
• Método: La calificación de los ESS se realiza mediante la exposición a niveles ambientales de calificación, luego se opera para demostrar la capacidad más un margen. La aceptación de los ESS se realiza normalmente en el 10 % del lote de producción (pero no menos de 10 unidades) mediante la exposición a niveles ambientales de calificación, luego se opera para demostrar la capacidad más un margen. La falla de una UUT requiere el rechazo del lote de producción. Para los dispositivos explosivos, los requisitos y métodos de prueba se adaptan a partir de MIL-HDBK-1512 y NATO AOP-7. Para las baterías, la guía 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 la vida útil. Las tendencias implican un muestreo frecuente y una comparación con resultados anteriores para predecir la degradación. El envejecimiento acelerado implica la estimulación de modos de falla conocidos para detectar la degradación.

Primer artículo de producción

Esta es la UUT para la calificación ESS (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 primer artículo. Es el 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. Es el UUT utilizado para la reducción de riesgos del programa y para calificar procesos clave, tecnologías, etc.
• Artículo reparado de precalificación. También llamado artículo de calificación. Es el UUT (normalmente se requieren dos) reparado 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 que consiste en utilizar datos técnicos existentes (requisitos, normas, especificaciones, planes de prueba, etc.) y seleccionar o modificar áreas aplicables para cumplir con los requisitos exclusivos del tipo de unidad que se está probando. Se eliminan los requisitos que no sean aplicables. Se pueden agregar otros requisitos debido a cambios en las normas federales, la identificación de nuevos peligros, modificaciones del elemento o cambios en el perfil de la misión/ESS. El contratista deberá identificar todas las áreas en las que no se cumplan los datos técnicos y deberá presentar una solicitud de adaptación de requisitos (RTR) al Gobierno para cada área. La RTR deberá incluir una justificación detallada. Solo la autoridad de ingeniería del Gobierno para el componente puede aceptar una RTR.

Especificaciones y normas de 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 pruebas

La adaptación consiste, en general, en cambiar los niveles y la duración de las pruebas, la secuencia de las pruebas o los requisitos de presentación de informes. La adaptación también debe identificar los requisitos de las pruebas que se deben cumplir mediante análisis, similitud o inspección.

MIC, exención y desviación

Cada RTR se clasificará como MIC, Exención o Desviación.

• MIC. Un RTR que aún cumple con la intención de los datos técnicos especificados se clasifica como Cumplimiento de intención (MIC).
• Exención. Si una RTR aumenta potencialmente los riesgos de seguridad, se clasifica como una Exención y también debe ser aceptada por el Gobierno competente y las oficinas de seguridad del contratista. La intención de una Exención es otorgar una aprobación temporal para continuar mientras se corrige el riesgo. Una serie de fallas simultáneas improbables y no relacionadas no se considera un riesgo.
• Desviación. Una RTR que no aumenta los riesgos de seguridad y no es un MIC se clasifica como una desviación.

Normas pertinentes

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

Véase también

• Envejecimiento acelerado
• Cámara ambiental
• Pruebas ambientales
• Análisis de fallos
• Norma 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.; Sun, FB (2003). Detección del estrés ambiental: su cuantificación, optimización y gestión. Publicaciones DEStech. ISBN 9781932078046. Recuperado el 17 de octubre de 2014 .
2. Bruce Peterson (9 de marzo de 2004). "Environmental Stress Screening Tutorial" (PDF) . Accolade Engineering Solutions . Consultado el 17 de octubre de 2014 .
3. "Evaluación del estrés ambiental". tutorialsweb.com . Consultado el 17 de octubre de 2014 .
4. El documento está disponible para distribución sin restricciones escribiendo a OO-ALC /ENR, Hill AFB, Ut. 84056. Solicite la Nota técnica 01-2002 de OO-ALC, Evaluación de estrés ambiental de componentes de reemplazo y reparados, 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 ]}