Quando si parla di progettazione elettronica, si pensa soprattutto a prestazioni, consumi, performance e funzioni di un prodotto.
Ma c’è un altro aspetto, meno visibile e ma non di minore importanza: l’affidabilità.
Un dispositivo può essere brillante sulla carta, ma se si guasta troppo presto o troppo spesso, diventa un problema per chi lo usa e per chi lo produce.
Tra gli indicatori più utilizzati per valutare l’affidabilità di un prodotto elettronico nel tempo, troviamo l’MTBF, acronimo di Mean Time Between Failures, ovvero tempo medio tra i guasti.
Cosa significa calcolo MTBF
L’MTBF rappresenta, in parole semplici, quanto tempo un sistema può funzionare in media prima che si verifichi un guasto.
È espresso in ore di funzionamento e viene stimato analizzando o calcolando la frequenza con cui si verificano problemi.
Un MTBF di 100.000 ore, ad esempio, indica che statisticamente il dispositivo subirà un guasto ogni 100.000 ore di lavoro continuo, cioè circa 11 anni e mezzo.
Naturalmente, si tratta di una media: non significa che ogni apparecchio durerà esattamente tanto. Ma solo che, in un grande numero di casi, la frequenza dei guasti si distribuirà attorno a quel valore.
A cosa serve conoscere l’MTBF
Per una azienda che progetta e realizza dispositivi elettronici, conoscere e stimare l’MTBF è fondamentale. Poiché permette di:
- Valutare l’affidabilità del progetto fin dalle prime fasi di sviluppo.
- Pianificare la manutenzione preventiva di un impianto o di una macchina.
- Confrontare soluzioni diverse, ad esempio due schede con componenti simili ma di qualità differente.
- Rispondere a requisiti di gara o certificazioni, che spesso richiedono valori minimi di MTBF per garantire la continuità operativa del prodotto.
In pratica, un alto MTBF indica un sistema più robusto, più affidabile e più conveniente nel lungo periodo.
Come si calcola l’MTBF nella pratica
Il calcolo dell’MTBF può avvenire in due modi principali:
-
- In fase di progettazione (stima predittiva)
In questo caso, si parte dai tassi di guasto noti dei singoli componenti — forniti da banche dati internazionali come MIL-HDBK-217, Telcordia SR-332 o IEC 62380 — e si ottiene una stima complessiva del sistema.
Si tiene conto anche delle condizioni di lavoro: temperatura, vibrazioni, umidità, stress elettrici, durata di accensione, ecc.
L’obiettivo è prevedere il comportamento nel tempo e scegliere i componenti più idonei per l’ambiente in cui il prodotto dovrà operare. - In fase di esercizio (analisi empirica)
Quando un prodotto è già in uso, l’MTBF può essere calcolato in base ai dati reali raccolti sul campo: ore totali di funzionamento e numero di guasti osservati nel mentre.
Questa analisi permette di confermare o correggere le stime teoriche e migliorare le versioni successive del prodotto.
- In fase di progettazione (stima predittiva)
Esempio intuitivo di calcolo MTBF
Immaginiamo ora un sistema elettronico formato da diversi componenti: microcontrollori, resistenze, condensatori, relè, ecc. Ogni elemento ha una sua probabilità di guasto, e tutti insieme determinano la probabilità complessiva che il sistema si fermi.
Se, sommando i dati dei vari componenti, si ottiene un MTBF di 200.000 ore, significa che il sistema ha un’ottima affidabilità, adatta ad esempio per apparecchiature industriali che devono funzionare 24 ore su 24.
Se invece il calcolo MTBF risultasse di 10.000 ore, il progettista dovrà chiedersi dove intervenire: magari sostituire un componente troppo sollecitato, migliorare la dissipazione termica o adottare soluzioni di derating (ovvero far lavorare i componenti al di sotto del loro limite massimo).
Ovviamente stiamo buttando giù dei numeri “casuali”, poiché non c’è un singolo valore di MTBF generalmente valido. L’affidabilità dipende da svariati requisiti specifici. Ovvero è sempre necessario considerare il contesto: in alcuni casi un calcolo MTBF di decine di migliaia di ore può essere considerato alto, mentre in altre applicazioni molto basso perché il dispositivo dovrà magari lavorare necessariamente decine di anni (pensiamo alle applicazioni aerospaziali tipo quelle satellitari).
MTBF non significa “durata di vita”
Uno degli errori più comuni è confondere l’MTBF con la vita utile del prodotto.
Un alto MTBF non vuol dire che il dispositivo “durerà” esattamente quel numero di ore, ma che la probabilità media di guasto è bassa.
Per fare un paragone: è come dire che un’auto con motore affidabile ha una bassa probabilità di rompersi prima dei 200.000 km — ma ciò non significa che tutte arriveranno a quel traguardo senza alcun problema.
Inoltre, l’MTBF si riferisce solo alla fase di vita utile del componente, cioè quella intermedia. Nei primi periodi (burn-in) possono esserci guasti iniziali di assestamento, mentre verso la fine della vita utile i guasti aumentano di per sé per usura. La cosiddetta curva “a vasca da bagno” descrive perfettamente questo comportamento.
I fattori che influenzano l’affidabilità
L’MTBF di un sistema elettronico dipende da numerosi fattori, tra cui:
- La qualità dei componenti
Produttori diversi possono offrire componenti simili ma con tassi di guasto molto differenti. - La temperatura di esercizio
È uno dei principali nemici dell’affidabilità: ogni 10 °C in più può quasi raddoppiare la probabilità di guasto. - Il carico elettrico
Far lavorare un componente vicino ai suoi limiti di corrente o tensione riduce notevolmente la sua vita media. - Le condizioni ambientali
Umidità, polvere, vibrazioni e shock meccanici incidono fortemente sul tasso di guasto reale. - Il layout della scheda elettronica
Una buona progettazione termica e un cablaggio pulito possono fare la differenza tra un prodotto stabile e uno più fragile.
L’approccio di un progettista
Per un progettista, l’analisi dell’MTBF non dovrebbe essere un passaggio secondario, ma parte integrante del processo di progettazione.
Ogni nuovo progetto dovrebbe valutato anche sotto il profilo dell’affidabilità:
- scegliendo componenti con tassi di guasto certificati;
- simulando le condizioni di lavoro reali;
- ottimizzando il design per ottenere il miglior compromesso tra prestazioni, costi e durata.
Grazie a questo approccio, sarà possibile fornire ai clienti una stima documentata del valore MTBF, utile sia per la progettazione che per la certificazione del prodotto.
In molti casi, dei semplici interventi di revisione circuitale possono consentire di raddoppiare o triplicare l’affidabilità complessiva del sistema.
Calcolo MTBF in sintesi
L’MTBF è molto più di un numero: è un indicatore della qualità e della robustezza di un progetto elettronico.
Conoscere il suo valore significa progettare con consapevolezza, prevenire i problemi e costruire dispositivi destinati a durare nel tempo.
In un mercato dove l’affidabilità è sinonimo di professionalità, Progettronica può calcolare per voi un MTBF che contribuisca a garantire che ogni prodotto non solo funzioni, ma continui a farlo nel tempo.
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