Oggi accenniamo brevemente al metodo predittivo militare MTBF MIL-217.
Cominciamo con il dire che in alcuni contesti, quale quello militare ad esempio, la prevedibilità e l’affidabilità dei componenti di una scheda elettronica, o di un assieme di schede, sono cruciali per garantirne relativa efficacia e sicurezza di utilizzo.
Uno degli strumenti chiave utilizzati per valutare l’affidabilità dei sistemi elettronici è il metodo predittivo MIL-HDBK-217, spesso abbreviato come MIL-217. Questo metodo fornisce una base standardizzata per calcolare il Mean Time Between Failures (MTBF), un parametro essenziale per la progettazione, la manutenzione e l’ottimizzazione dei sistemi elettronici.
Cos’è il MIL-HDBK-217?
MIL-HDBK-217, “Reliability Prediction of Electronic Equipment,” è un metodo sviluppato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti che fornisce linee guida dettagliate per la previsione dell’affidabilità dei componenti elettronici.
La sua prima versione risale agli anni ’60 del secolo scorso. Fino al 1995 è stato periodicamente aggiornato per riflettere i progressi tecnologici e le nuove conoscenze via via acquisite sull’affidabilità dei prodotti.
Dalla metà degli anni novanta tale standard non è più stato aggiornato dal Dipartimento della Difesa Americana. Ma nonostante siano passati molti anni dal suo ultimo aggiornamento, il MIL217 è ancor oggi ampiamente utilizzato in tanti ambiti ed applicazioni.
Cerchiamo di capirne i motivi, partendo proprio dalla sua definizione.
Definizione di MTBF
MTBF, o Mean Time Between Failures, è una misura statistica che rappresenta il tempo medio tra i guasti di un sistema o componente. Si tratta di un calcolo fondamentale per valutare la durata e l’affidabilità operativa di un dispositivo. Un MTBF elevato indica un’alta attendibilità e sicurezza dell’insieme, suggerendo che la scheda o l’assieme appunto funzioneranno per lunghi periodi senza guasti.
Metodo Predittivo MIL-217 per il Calcolo dell’MTBF
Il metodo MIL-217 utilizza un approccio basato su modelli matematici per stimare l’MTBF di componenti elettronici. Questo processo prevede la raccolta di dati specifici su ciascun componente, inclusi fattori ambientali, modalità di utilizzo e caratteristiche del prodotto.
Il metodo può essere suddiviso in alcune fasi operative:
A – raccolta dei dati dei componenti elettronici:
tipologia dei componenti, ovvero identificazione del tipo di componenti elettronici (ad es. resistori, condensatori, transistor, circuiti integrati, ecc.).- caratteristiche tecniche dei componenti, ovvero raccolta di dati tecnici dettagliati, come il tipo di materiale, la tecnologia di fabbricazione, le specifiche di tensione e corrente, ecc.
- condizioni operative, cioè valutazione delle condizioni operative e ambientali in cui i componenti funzioneranno, incluse temperatura, umidità, vibrazioni e cicli termici.
B – calcolo dei tassi di guasto:
modelli di guasto: si utilizzano modelli matematici specifici per ciascun tipo di componente. Ad esempio, per i resistori, il tasso di guasto può essere calcolato utilizzando modelli che tengono conto della tensione applicata e della temperatura di esercizio. E molti altri parametri per gli altri tipi di componenti.- fattori di stress: si applicano fattori di stress che aumentano il tasso di guasto in base a condizioni ambientali avverse o utilizzi intensivi. Ciò si collega al fatto che trattasi di un metodo molto conservativo, come specificheremo più avanti.
C – determinazione dell’MTBF: si determina per mezzo della somma dei tassi di guasto. In poche parole il calcolo del tasso di guasto totale deriva dalla sommatoria dei tassi di guasto individuali di tutti i componenti del sistema analizzato.
D – analisi dei risultati:
identificazione dei componenti critici: dall’analisi dei dati emergeranno i componenti che contribuiscono maggiormente ai guasti. Questi componenti sono considerati critici e richiedono particolare attenzione nella progettazione e manutenzione. In fase progettuale potranno essere sostituiti da componenti equivalenti ma più stabili. Non potendolo fare, sarà opportuno avere un occhio di riguardo successivamente nelle fasi manutentive.- ottimizzazione del progetto: i risultati potranno essere utilizzati per ottimizzare il progetto del sistema, migliorando l’affidabilità attraverso la sostituzione di componenti critici con alternative più affidabili o modificando le condizioni operative.
Vantaggi del Metodo MIL-217
L’uso del metodo MIL-217 offre numerosi vantaggi. Ad esempio fornisce un approccio uniforme ed oggettivo per la valutazione dell’affidabilità, facilitando il confronto tra diversi sistemi e componenti. Le previsioni poi che se ne deducono, si fondano su dati storici e modelli matematici consolidati, garantendo calcoli accurati e attendibili.
Un importante vantaggio è anche quello di poter calcolare una manutenzione proattiva. Cioè identificando i componenti più critici, si potranno pianificare interventi di manutenzione preventiva, riducendo i tempi di inattività e i costi di riparazione.
Assolutamente da non sottovalutare il miglioramento delle fasi progettuali. Tale metodo supporta infatti gli ingegneri a organizzare sistemi più robusti, identificando e mitigando i potenziali punti deboli già nella fase di progettazione.
Limiti del Metodo MIL-217
Nonostante i suoi numerosi vantaggi, il metodo MIL-217 presenta anche alcune limitazioni. Quelle che vengono addotte dai detrattori del calcolo.
Innanzitutto una certa complessità del metodo, che richiede una raccolta dettagliata di dati e competenze specifiche per eseguire i calcoli. Nonché l’utilizzo di specifici software dedicati. L’accuratezza delle previsioni dipende fortemente dalla qualità e dalla completezza dei dati raccolti.
Inoltre, il metodo potrebbe non riflettere immediatamente le ultime tecnologie o i materiali emergenti, a causa del non costante aggiornamento del metodo. Ciò può portare a stime non 
ottimali per componenti di nuova generazione. In questo caso deve subentrare e sopperire alle eventuali lacune lo specialista del calcolo, per catalogare ed interpretare al meglio i dati in suo possesso. Avendo a disposizione esperienze e database creati nel corso degli anni e costantemente aggiornati proprio grazie alla regolare attività svolta in tale settore.
Infine occorre dire che le stime tendono ad essere conservative. Potenzialmente sovrastimando i tassi di guasto in alcune situazioni. Questo può portare a una progettazione eccessivamente cauta e prudenziale. Per alcuni trattasi di limite abbastanza importante, altri invece vedono in questa caratteristica una risorsa al fine di tendere ad una progettazione precauzionale e garantista.
Applicazioni del Metodo MIL-217
Il metodo MIL-217 è ampiamente utilizzato non solo nel comparto militare ma anche in vari settori industriali che richiedono un alto livello di affidabilità. Alcune delle principali applicazioni includono:
aerospaziale: progettazione di sistemi aerei, satellitari e di difesa, dove l’affidabilità è cruciale per la sicurezza delle missioni.- telecomunicazioni: valutazione dell’affidabilità delle reti e dei dispositivi di comunicazione, essenziali per garantire la continuità del servizio.
- automotive: progettazione di sistemi elettronici nei veicoli, come centraline elettroniche e sistemi multimediali, per garantire prestazioni affidabili.
- industria medica: valutazione dei dispositivi medici elettronici, dove guasti possono avere conseguenze critiche per la salute dei pazienti.
Conclusione
Il metodo predittivo MIL-HDBK-217 per il calcolo dell’MTBF rappresenta uno strumento molto efficace per l’analisi di affidabilità dei sistemi elettronici militari e industriali.
Nonostante le sue complessità ed alcuni limiti, rimane comunque il metodo più diffuso ed utilizzato. In mancanza appunto di metodi alternativi che possano per così dire mandarlo in pensione.
Anzi il fatto stesso che le aziende di progettazione continuino ad utilizzarlo in supporto dei progetti, testimonia la sua capacità di fornire una base concreta per la progettazione e la manutenzione di sistemi critici.
L’uso di questo metodo, in abbinamento magari ad un team di supporto che abbia avuto modo negli anni di valutare tante casistiche diverse, aiuta a ridurre i rischi associati ai guasti dei componenti. Migliorando la durata complessiva dei sistemi o, nella peggiore delle ipotesi, supportando e consolidando almeno i tecnici nelle scelte progettuali fatte. Anche in questo secondo caso un aiuto comunque rilevante e rappresentativo di un ufficio tecnico progettuale che desidera fare scelte componentistiche appropriate e incontrovertibili.
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