Modelado de esfuerzos en piezas

El modelado de esfuerzos en componentes es un método de ingeniería , especialmente en electrónica, para determinar el valor esperado de la tasa de fallas de los componentes mecánicos y electrónicos de un sistema. Se basa en la idea de que, cuantos más componentes tenga el sistema y mayor sea el esfuerzo al que estén sometidos durante su funcionamiento, mayor será la probabilidad de que fallen.

El modelado mediante recuento de piezas es una variante más sencilla del método, que no tiene en cuenta la tensión de los componentes.

Varias organizaciones han publicado normas que especifican cómo se debe realizar el modelado de esfuerzos en las piezas. Algunas de ellas, procedentes del sector electrónico, son:

• MIL-HDBK-217 (Departamento de Defensa de EE. UU.)
• SR-332, Procedimiento de predicción de confiabilidad para equipos electrónicos ^{[ 1 ]}
• HRD-4 ( British Telecom )
• SR-1171, Métodos y procedimientos para el análisis de confiabilidad del sistema ^{[ 2 ]}
• y muchos otros

Estos "estándares" producen resultados diferentes, a menudo con una diferencia superior al doble, para el mismo sistema modelado. Estas diferencias demuestran que el modelado no es una ciencia exacta. Los diseñadores de sistemas suelen tener que realizar el modelado utilizando un estándar especificado por el cliente, para que este pueda comparar los resultados con otros sistemas modelados de la misma manera.

Todas estas normas calculan una tasa de fallos global prevista para todos los componentes del sistema, que no necesariamente coincide con la tasa de fallos del sistema en su conjunto. Los sistemas suelen incorporar redundancia o tolerancia a fallos para evitar que fallen cuando falla un componente individual.

Varias empresas ofrecen programas para realizar cálculos de modelado de esfuerzos en piezas. También es posible realizar el modelado con una hoja de cálculo .

Todos estos modelos presuponen implícitamente la idea de "fallo aleatorio". Los componentes individuales fallan en momentos aleatorios, pero a un ritmo predecible, análogo al proceso de desintegración nuclear . Una justificación para esta idea es que los componentes fallan por desgaste, un deterioro predecible tras su fabricación, pero que la vida útil de los componentes individuales se encuentra muy dispersa alrededor de una media muy amplia. Los fallos "aleatorios" observados son, por tanto, simplemente los valores atípicos extremos en el límite inicial de esta distribución. Sin embargo, esta podría no ser la imagen completa.

Todos los modelos utilizan básicamente el mismo proceso, con variaciones detalladas.

• Identificar los componentes del sistema
  • Como por ejemplo la resistencia de película de carbono R123 de 10 kΩ.
• Para cada componente, determine el modelo de componente a utilizar del estándar.
  • Por ejemplo, "resistencia de película, < 1 megaohmio" o "conector multipin".
• A partir del modelo de componentes del estándar, descubra qué parámetro de complejidad se necesita, si es que se necesita alguno, y encuentre el valor de ese parámetro para este componente.
  • Por ejemplo, el número de pines de un conector o el número de compuertas de un chip.
• A partir del modelo de componente estándar, determine qué curva de tensión térmica se aplica y encuentre el valor de la temperatura de funcionamiento para este componente.
  • La tasa de fallos de los conectores puede variar poco con la temperatura, mientras que la de los condensadores puede variar mucho.
• A partir del modelo de componentes del estándar, determine qué parámetro de tensión de la pieza es necesario, si lo hay, qué curva de tensión de la pieza se aplica y encuentre el valor de ese parámetro de tensión de la pieza para este componente en esta aplicación.
  • Una tensión en una parte podría ser la potencia aplicada como una fracción de la potencia nominal del componente, o la tensión aplicada como una fracción de la tensión nominal.
• A partir del modelo de componentes del estándar, se determina la tasa de fallos base para este componente y se modifica según el parámetro de complejidad, la temperatura de funcionamiento y la curva de tensión térmica, el parámetro de tensión de la pieza y la curva de tensión de la pieza, con la aritmética especificada por el estándar. Esta es ahora la tasa de fallos esperada para este componente en esta aplicación.
• Sume todos los resultados de cada componente del sistema para obtener la tasa de fallos general de todos los componentes de este sistema.

Se pueden emplear otros parámetros de modificación global, que se supone que tienen el mismo efecto en la tasa de fallos de cada componente. Los más habituales son el entorno ( terrestre o aéreo), el uso comercial y el proceso de garantía de calidad de la compra . Las normas especifican factores multiplicadores generales para estas distintas opciones.