Analisar Predição de Confiabilidade do Produto
Consiste no cálculo da confiabilidade do produto com base em dados de taxas de falha de componentes eletrônicos.
A teoria de confiabilidade é suportada por bases de dados nas quais estão compiladas as taxas de falha de um grande número de componentes eletrônicos. Confiabilidade de dispositivos e partes mecânicas são valores menos trabalhados sendo a probabilidade de sucesso do projeto mais fortemente relacionada com margens de segurança para requisitos estruturais e demais tipos de carregamento.
Os principais métodos de análise de confiabilidade são o parts count, utilizado quando não há dados detalhados da aplicação a ser realizada com o item, e o parts stress, na qual utiliza-se tabelas para verificar o stress térmico, ambiental, de potência e relacionado à qualidade do produto, o qual é utilizado para ajustar a taxa de falha básica do produto às condições de operação do item. Aplica-se adicionalmente, o derating, que consiste no relaxamento do stress aplicado ao item com o propósito de reduzir sua taxa de falha.
Os principais métodos de análise de confiabilidade são o parts count, utilizado quando não há dados detalhados da aplicação a ser realizada com o item, e o parts stress, na qual utiliza-se tabelas para verificar o stress térmico, ambiental, de potência e relacionado à qualidade do produto, o qual é utilizado para ajustar a taxa de falha básica do produto às condições de operação do item. Aplica-se adicionalmente, o derating, que consiste no relaxamento do stress aplicado ao item com o propósito de reduzir sua taxa de falha.
A definição de confiabilidade envolve quatro elementos: requisitos de desempenho, tempo de missão, condições de uso e probabilidade podendo ser assim apresentada: “…a probabilidade que um item funcionará satisfatoriamente para um período de tempo específico sob uma dada condição de uso”. (CHRISTIANSEN, 1996). Essa probabilidade poderia ser denominada de confiabilidade intrínseca que é baseada no projeto da parte, item ou produto, entretanto, sua confiabilidade real tende a ser menor que a intrínseca em função de falhas infringidas pelos processos de manufatura, operação e manutenção.
A taxa de falha é uma medida do número de falhas por unidade de tempo. Essa medida é extraída de experimentos de vida acelerada e apresenta três estágios distintos: morte prematura, vida útil e fim de vida. É usual utilizar apenas o período de vida útil dos dispositivos e partes para o cálculo de confiabilidade, o qual é realizado através da equação EMBED Equation.3 , onde R(t) é a probabilidade do item operar sem falha (probabilidade de sucesso ou confiabilidade) no tempo t (expresso em horas) e EMBED Equation.3 é a taxa de falha do item (expressa em falhas por hora).
O inverso da taxa de falha é definido como o “tempo médio entre falhas” (MTBF) do item considerado.
Usualmente, a confiabilidade de um produto é expressa à equipe de projeto através de um requisito quantitativo: tempo para o produto falhar 1%, 2%, 10% etc., probabilidade do produto não falhar ao longo de sua vida útil, MTBF do produto em anos, tempo médio para falhar (MTTF) em anos etc. Esses valores são estabelecidos em função dos objetivos de desempenho da empresa com o produto ou sua LDP. Empresas das áreas espacial e militar trabalham basicamente com valores pré-estabelecidos para R(t) enquanto empresas automotivas e eletroeletrônicas trabalham com valores para MTBF e MTTF.
A taxa de falha é uma medida do número de falhas por unidade de tempo. Essa medida é extraída de experimentos de vida acelerada e apresenta três estágios distintos: morte prematura, vida útil e fim de vida. É usual utilizar apenas o período de vida útil dos dispositivos e partes para o cálculo de confiabilidade, o qual é realizado através da equação EMBED Equation.3 , onde R(t) é a probabilidade do item operar sem falha (probabilidade de sucesso ou confiabilidade) no tempo t (expresso em horas) e EMBED Equation.3 é a taxa de falha do item (expressa em falhas por hora).
O inverso da taxa de falha é definido como o “tempo médio entre falhas” (MTBF) do item considerado.
Usualmente, a confiabilidade de um produto é expressa à equipe de projeto através de um requisito quantitativo: tempo para o produto falhar 1%, 2%, 10% etc., probabilidade do produto não falhar ao longo de sua vida útil, MTBF do produto em anos, tempo médio para falhar (MTTF) em anos etc. Esses valores são estabelecidos em função dos objetivos de desempenho da empresa com o produto ou sua LDP. Empresas das áreas espacial e militar trabalham basicamente com valores pré-estabelecidos para R(t) enquanto empresas automotivas e eletroeletrônicas trabalham com valores para MTBF e MTTF.
A aplicação do derating implica na realização de modificações de projeto. Utiliza-se também de redundâncias que implicam na mudança do arranjo entre os componentes de maneira a estabelecer operações em paralelo que resultam na modificação dos cálculos de probabilidade realizados.
REF.: As normas militares MIL-STD-756B, MIL-HDBK-217F e MIL-HDBK-338 discutem todos os principais conceitos relacionados à análise de confiabilidade, sendo que a 217F é a principal referência em termos de valores de taxas de falha para componentes eletrônicos. CHRISTIANSEN (1996) apresenta uma série de ações para aplicar derating a dispositivos eletrônicos.
O ponto de partida para analisar a confiabilidade do produto é utilizar todos os dispositivos eletrônicos e eletromecânicos utilizados, verificar seu arranjo, particularmente com relação à existência de partes em paralelo e confeccionar uma estrutura indentada para o produto. Essa estrutura deve refletir a arquitetura do produto e demonstrar o arranjo dos componentes em cada parte. A estrutura indentada pode ser representada na própria matriz de arquitetura do produto ou, caso a empresa utilize softwares específicos com as bases de dados de confiabilidade, a matriz deve ser nele implementada.
Para projetos nos quais a fase 7 não tenha implicado em grande detalhamento da eletrônica do produto, deve-se utilizar inicialmente o método parts count como forma de chegar a valores aproximados da confiabilidade do sistema. O método é conservador, ou seja, a confiabilidade resultante será bastante alta.
Caso o projeto esteja detalhado em nível de placas eletrônicas e as condições de uso do produto estejam definidas a ponto de permitir a análise do stress aplicado em cada componente, deve-se realizar a stress analysis. Os dados resultantes serão mais realistas.
Caso os valores estabelecidos nos requisitos do projeto não tenham sido atingidos, deve-se implementar redundâncias no projeto e eventualmente aplicar deratings em componentes considerados mais críticos.
REF.: As normas militares MIL-STD-756B, MIL-HDBK-217F e MIL-HDBK-338 discutem todos os principais conceitos relacionados à análise de confiabilidade, sendo que a 217F é a principal referência em termos de valores de taxas de falha para componentes eletrônicos. CHRISTIANSEN (1996) apresenta uma série de ações para aplicar derating a dispositivos eletrônicos.
O ponto de partida para analisar a confiabilidade do produto é utilizar todos os dispositivos eletrônicos e eletromecânicos utilizados, verificar seu arranjo, particularmente com relação à existência de partes em paralelo e confeccionar uma estrutura indentada para o produto. Essa estrutura deve refletir a arquitetura do produto e demonstrar o arranjo dos componentes em cada parte. A estrutura indentada pode ser representada na própria matriz de arquitetura do produto ou, caso a empresa utilize softwares específicos com as bases de dados de confiabilidade, a matriz deve ser nele implementada.
Para projetos nos quais a fase 7 não tenha implicado em grande detalhamento da eletrônica do produto, deve-se utilizar inicialmente o método parts count como forma de chegar a valores aproximados da confiabilidade do sistema. O método é conservador, ou seja, a confiabilidade resultante será bastante alta.
Caso o projeto esteja detalhado em nível de placas eletrônicas e as condições de uso do produto estejam definidas a ponto de permitir a análise do stress aplicado em cada componente, deve-se realizar a stress analysis. Os dados resultantes serão mais realistas.
Caso os valores estabelecidos nos requisitos do projeto não tenham sido atingidos, deve-se implementar redundâncias no projeto e eventualmente aplicar deratings em componentes considerados mais críticos.
Uma ferramenta normalmente utilizada para a realização da análise de confiabilidade dos produtos é o diagrama de confiabilidade que facilita a comunicação dos resultados da análise à equipe de projeto. Esse diagrama apresenta os arranjos em série e em paralelo que implicam na confiabilidade final do produto. É interessante que o diagrama construído identifique as partes da estrutura indentada do produto e que nele estejam indicados os deratings aplicados.
O passo final é a otimização da confiabilidade do sistema. Isso implica em sucessivos cálculos de confiabilidade em função das condições de redundância e deratings aplicados até que os requisitos quantitativos sejam atendidos. Esse processo demonstra como a análise de confiabilidade pode implicar em grandes mudanças de projeto, o que pode resultar na necessidade de que atividades de projeto eletrônico sejam retomadas.
Todas as especificações eletrônicas e eletromecânicas geradas na fase 7 e na fase atual devem ser utilizadas para implementar a análise de confiabilidade do produto.
As saídas são basicamente os cálculos de confiabilidade e necessidades de mudança de projeto.
A atividade pode ser retomada caso o projeto tenha sido significativamente alterado.
O passo final é a otimização da confiabilidade do sistema. Isso implica em sucessivos cálculos de confiabilidade em função das condições de redundância e deratings aplicados até que os requisitos quantitativos sejam atendidos. Esse processo demonstra como a análise de confiabilidade pode implicar em grandes mudanças de projeto, o que pode resultar na necessidade de que atividades de projeto eletrônico sejam retomadas.
Todas as especificações eletrônicas e eletromecânicas geradas na fase 7 e na fase atual devem ser utilizadas para implementar a análise de confiabilidade do produto.
As saídas são basicamente os cálculos de confiabilidade e necessidades de mudança de projeto.
A atividade pode ser retomada caso o projeto tenha sido significativamente alterado.
