Avevamo terminato il precedente articolo sull’opportunità di affidarci ad un calcolo sull’affidabilità MTBF ponendoci alcune domande:
- durante la progettazione del prodotto, è possibile migliorare l’affidabilità utilizzando alcuni espedienti o stratagemmi?
- le previsioni di affidabilità consentono di misurare quantitativamente gli effetti delle fasi di miglioramento?
Modi per migliorare l’affidabilità
Vi sono vari accorgimenti che ci possono consentire di migliorare l’affidabilità nel tempo ad esempio di una scheda che stiamo progettando.
Vediamoli più nello specifico.
– riduzione del conteggio delle parti
In generale, la riduzione del conteggio delle parti aumenta l’affidabilità di un prodotto. Se ne deduce che è possibile utilizzare idee di progettazione innovative e parti funzionali più altamente integrate per ridurre il numero di componenti senza influire sulle prestazioni della scheda. Anzi evitando interazioni tra un numero troppo elevato di parti e quindi anche di errori/guasti che ne potrebbero scaturire.
Senza contare che tale riduzione dei costituenti può anche portare a costi inferiori del prodotto. Ed anche a minor spazio richiesto sulla scheda.
– selezione delle parti
La qualità e l’affidabilità dei componenti selezionati per il prodotto è molto importante. È sempre consigliabile selezionare costruttori e fornitori che producono componenti di alta gamma con garanzia di prestazione e durata.
Poiché ciò diventa di per sé una conferma delle buone caratteristiche di quello che si andrà costituendo.
Alcuni costruttori dichiarano già in partenza il numero di ore vita del proprio componente. Proprio per contribuire a rendere ancora più affidabile il processo di progettazione.
– declassamento
I tassi di fallimento delle parti generalmente diminuiscono quando diminuiscono i livelli di stress applicati.
Pertanto, il declassamento o il funzionamento della parte a livelli inferiori ai valori nominali (per corrente, tensione, dissipazione di potenza, temperatura, ecc.) può aumentare l’affidabilità.
Il declassamento della parte può essere ottenuto mediante una adeguata progettazione del circuito (ad esempio minimizzando la sollecitazione della parte applicata), la selezione della parte (utilizzando la parte con valori nominali ben al di sopra della sollecitazione applicata data) e la progettazione termica (riducendo la temperatura operativa della parte).
– Burn-In
Il burn-in è un’operazione effettuata in fabbrica, a temperatura elevata, per accelerare il tasso della mortalità iniziale del prodotto.
Il burn-in consente di eliminare i dispositivi difettosi direttamente in fabbrica, piuttosto che sul campo successivamente. Si noti che il burn-in può essere eseguito a livello di parte, scheda o sistema.
– ridondanza
L’affidabilità del prodotto può anche essere migliorata utilizzando tecniche di progettazione ridondanti.
Ad esempio prevedendo un sovradimensionamento numerico/funzionale di alcuni componenti critici in modo tale da garantirsi una continuità di funzionamento anche qualora vi sia un guasto di una parte.
In che modo può ripagarci l’affidabilità MTBF?
Vi sono insomma vari modi per migliorare l’affidabilità del nostro progetto. Ma, “in soldoni”, quali saranno poi i vantaggi generali?
Quale tipo di beneficio potrò riscontrare eseguendo una progettazione per principi di affidabilità?
Per darvi un’idea di come l’affidabilità del prodotto può influire sul buon esito della progettazione (e quindi anche sulle fortune di una azienda…), prendiamo in considerazione un caso esemplare. Ipotizziamo: un cliente tipico gestisce un prodotto per 300 ore al mese, con una garanzia del prodotto di 1 anno e con una tipica funzione di affidabilità esponenziale:
R(t) = exp (-t/MTBF)
Analizzando i guasti previsti delle unità in campo in un anno (t = 300 h/m x 12 m = 3600h), sulla base di alcuni valori di MTBF del prodotto in ore, avremo questi risultati:
| MTBF | Affidabilità | Guasti |
| 5.000 ore | 48.7% | 51.3% |
| 10.000 ore | 69.8% | 30.2% |
| 20.000 ore | 83.5% | 16.5% |
| 40.000 ore | 91.4% | 8.6% |
Ovvero più alto è il valore dell’MTBF, minore sarà la percentuale di guasti prodotto, per un dato periodo di tempo.
Si noti che a 5.000 ore di MTBF, si prevede che oltre la metà delle unità si guasterà nel giro di un anno. Se si considera che ogni guasto comporta dei costi in soldi e tempo, è presumibile che quel cliente tipico non ne rimanga molto soddisfatto. È insomma abbastanza intuitivo capire quanto il successo dell’utilizzo di quel prodotto adoperato 300 ore al mese dipenda dall’affidabilità nel tempo del prodotto.
Modi per fare previsioni di affidabilità MTBF
È possibile utilizzare varie tecniche di previsione dell’affidabilità, anche a seconda della conoscenza dei dettagli del progetto.
Ad esempio si può effettuare una prima stima confrontando il prodotto con dispositivi dalla funzionalità o complessità similare. E magari di affidabilità nota. In generale, nella migliore delle ipotesi questa sarà una stima molto approssimativa. Dato che non vengono prese in considerazione le tante differenze dei dettagli di progettazione tra i prodotti. Diciamo che si potrà trattare di un confronto verosimile, ma non veritiero.
Quando invece sono noti molti più particolari del progetto, ecco che diventano disponibili metodi più accurati. Questi procedimenti utilizzano modelli di percentuale di guasti delle parti. Che prevedono le percentuali di fallimento delle parti in base a vari loro parametri, quali la tecnologia, la complessità, il tipo di package, il livello di qualità e i livelli di sollecitazione, ecc.
Due dei metodi di previsione del tasso di fallimento più noti sono MIL-HDBK-217 e Telcordia. Si tratta di procedure documentate per la previsione MTBF dei prodotti elettronici. Che forniscono una base standard per il confronto dei numeri di attendibilità.
Molti calcoli ma molti benefici
Tali previsioni di affidabilità includono una grande quantità di calcoli. Eppure il tempo e il denaro investiti in tale compito renderanno davvero realistica l’integrazione delle considerazioni di affidabilità nel processo di progettazione.
Un MTBF ben fatto può trasformarsi in uno strumento organizzato e gestibile utilizzabile durante la fase di progettazione. Consentendo di identificare rapidamente aree e parti problematiche. Inducendo a sperimentare alternative di progettazione. Quali la riduzione della parti, il declassamento, il burn-in e altri. Tenendo il passo con i problemi di affidabilità man mano che il lavoro procede.
Solitamente è preferibile affidarsi a chi abitualmente si cimenta nelle attività di MTBF. Proprio in virtù della già citata complessità dei computi e conteggi.
Ma anche e soprattutto perché è l’esperienza sul campo che favorisce la vera padronanza di tale strumento di previsione dell’affidabilità. Al fine di costruire prodotti durevoli. Facendo crescere la loro credibilità e quella dell’azienda che li ha progettati e prodotti.
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