SeminarioFiabilidadDiapositivas.pdf

Jesús Pulido Vaquero
Project engineer. ILS / LSA
LA FIABILIDAD EN SISTEMAS ELECTRÓNICOS MILITARES

ÍNDICE
1.- VISIÓN DE APOYO LOGÍSTICO INTEGRADO. DISCIPLINAS COMPRENDIDAS DENTRO DE ILS
1.1.- FIABILIDAD (R)
1.2.- MANTENIBILIDAD (M)
1.3.- TESTABILIDAD (T)
1.4.- SOPORTABILIDAD (S)
2. – CONCEPTO DE FIABILIDAD. MISIÓN DEL SISTEMA
2.1.-COMPARACIÓN FIABILIDAD, AVIÓNICA-ESPACIO
3. – ALGUNOS TÉRMINOS BÁSICOS EN FIABILIDAD
4.- SINERGIAS ENTRE DISCIPLINAS (RMT)
4.1.- FIABILIDAD (R) –SOPORTABILIDAD (S)
5.- SINERGIAS ENTRE FIABILIDAD – SAFETY – PROPAGACIÓN DE FALLOS
6.- DISTRIBUCIONES DE PROBABILIDAD USADAS EN FIABILIDAD
7.- EJEMPLO PRÁCTICO. CONTROL DE PROPULSORES EUROFIGHTER.
7.1.- REQUISITOS DE CONTRATO
7.2.- TRABAJO EN EQUIPO MULTIDISCIPLINAR
7.3.- CALIDAD DE COMPONENTES
7.4.- DISEÑO
7.5.- ANÁLISIS DE DERATING
7.6.- ANÁLISIS TÉRMICOS
7.7.- PREDICCION DE FIABILIDAD
7.7.- PREDICCION DE FIABILIDAD - RBD
7.8.- FMECA
7.9.- FMECA – RBD
7.10.- FMECA CONSIDERANDO REDUNDANCIA EN STAND-BY
7.11.- FTA
7.12.- INFERENCIA ESTADÍSTICA
8.- BIBLIOGRAFÍA

TRABAJO EN EQUIPO MULTIDISCIPLINAR
INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN
Materiales,
aislamientos,
vibraciones,
soldadura
Diseño de circuitos,
firmware, simulación,
pruebas emi-emc, seu….
Selección de componentes
más económicos que cumplan
requisitos del proyecto
Diseño de bits
de testeo de
los equipos. Cobertura
de testeo del equipo
Herramientas software,
integración de
herramientas….
Auditoría de diseño:
identificación de fallos
Críticos y acciones de
mitigación.
Objetivo: mejorar
el diseño de forma
continua y cumplir
los requisitos del
cliente
Diseño gráfico
2D, 3D,
Análisis térmicos
FLUJO DE INFORMACIÓN
LIMPIA ENTRE
DEPARTAMETOS
DESARROLLO
DE DISEÑO
ADECUADO
EL EQUIPO DISEÑADO
CUMPLE TODOS LOS
REQUISITOS DE
CONTRATO

SOPORTABILIDAD
TESTEABILIDAD
VENTA DE EQUIPO
DE ALTA
TECNOLOGÍA
MANTENIBILIDAD
FIABILIDAD
Tiempos estimados de
reparación o
reemplazamiento + tasa
de fallos de los módulos
a reparar o reemplazar.
Tiempos de reparación
CONTRATO POR UN
LARGO PERIODO DE
TIEMPO CON CLIENTE
Formación de operarios
Herramientas necesarias
(Equipo de pruebas,
polímetros, crimpadoras,
Manuales….)
Tiempos de reemplazamiento
Requisitos de Escalón de
mantenimiento
Nivel de aislamiento de
equipo de pruebas
1.-VISIÓN DE APOYO LOGÍSTICO INTEGRADO.
DISCIPLINAS COMPRENDIDAS DENTRO DE ILS

ESTE EQUIPO ES CAPAZ DE TRABAJAR SIN FALLAR DURANTE 40.000 HORAS
PODRÍAMOS DECIR QUE ES UN EQUIPO FIABLE?
SECTOR AVIÓNICA SECTOR ESPACIO
2.- CONCEPTO DE FIABILIDAD. MISIÓN DEL SISTEMA

SECTOR AVIÓNICA
¡ AHORA SÍ CONOCEMOS LAS CONDICIONES DE MISIÓN !
Temperatura de trabajo en régimen estacionario: 45 ºC
Tipo de ambiente: el equipo irá protegido en cabina. Según la norma MIL-217F-Notice 2 este ambiente se clasifica
como “Airborne Inhabite Cargo
Estrés de componentes: Potencia, tensión corrientes, sometidas a un 50% sobre su ratio máximo
Prueba de qualificación EMI-EMC:Supera las pruebas de EMI (Interferencia Electromagnética) – EMC
(Compatibilidad electromagnética)
Pruebas de humedad: supera las pruebas de humedad
Pruebas de vibración: supera las pruebas de vibración
Pruebas de SEU: supera las pruebas de SEU
Los requisitos del cliente son:
El avión hará una misión de vuelo de 8 horas.
Se debe garantizar que la probabilidad de que el equipo cumpla la misión
de vuelo de manera exitosa (que el equipo no falle) debe ser de 99,5%
Considerando estas condiciones de contorno, el equipo tiene un MTBF
de 40000 horas. Si modelamos el comportamiento con una distribución
exponencial, este MTBF es equivalente a decir que la probabilidad de que
el equipo falle en 8 horas es de 99,98 %. (los cálculos se explicarán
posteriormente)
Para esta misión, el equipo es muy fiable, de hecho está
sobredimensionado en cuanto a fiabilidad. Con un MTBF de 4000 horas
la probabilidad de cumplimiento de misión es de 99, 80%. Seguiriamos
cumpliendo fabricando tarjetas más baratas
2.1.- COMPARACIÓN FIABILIDAD, AVIÓNICA-ESPACIO

Temperatura de trabajo en régimen estacionario: 20 ºC
Tipo de ambiente: el equipo irá protegido en cabina. Según la norma MIL-217F-Notice 2 este ambiente se clasifica
como “Space, flight” (comprobar diferencia entre los tipos de ambiente)
Estrés de componentes: Potencia, tensión corrientes, sometidas a un 50% sobre su ratio máximo
Prueba de qualificación EMI-EMC:Supera las pruebas de EMI (Interferencia Electromagnética) – EMC
(Compatibilidad electromagnética)
Pruebas de humedad: supera las pruebas de humedad.
Pruebas de vibración: supera las pruebas de vibración.
Pruebas de SEU: supera las pruebas de SEU.
Los requisitos del cliente son:
El Satélite hará una misión de trabajo en el espacio de 131400 horas
equivalente a 15 años.
Se debe garantizar que la probabilidad de que el equipo cumpla la
misión en el satélite de manera exitosa (que el equipo no falle) debe
ser de 99,8%
Considerando estas condiciones de contorno, el equipo tiene un
MTBF de 40000 horas. Si modelamos el comportamiento con una
distribución exponencial, este MTBF es equivalente a decir que la
probabilidad de que el equipo no falle en 131400 horas es de 3,74 %.
(los cálculos se explicarán posteriormente)
Para esta misión, el equipo no es nada fiable. Necesitariamos un MTBF
de 9000000 horas para cumplir la misión.
SECTOR ESPACIO
¡ AHORA SÍ CONOCEMOS LAS CONDICIONES DE MISIÓN !
2.1.- COMPARACIÓN FIABILIDAD, AVIÓNICA-ESPACIO

No tiene sentido hablar de Fiabilidad de un equipo sin
conocer el perfil de misión en el que trabajará.
CONOCEMOS EL PERFIL DE MISIÓN DEL EQUIPO
Es decir tenemos control total sobre los parámetros
susceptibles de provocar deriva en el equipo con el paso del
tiempo y que pueda provocar un fallo en él.
2.- CONCEPTO DE FIABILIDAD. MISIÓN DEL SISTEMA

TASA DE FALLO
- Nº de fallos por unidad de tiempo. Ejemplo 23 fallos /1000.000 horas
- Sigue un Proceso estocástico de Poisson. Nº de eventos en un tiempo dado.
¿Cómo obtener la tasa de fallos de nuestros propios equipos?
1º Recurrir a la información de la tasa de fallos de cada fabricante, a veces el cliente
proporciona la tasa de fallos para una misión conocida (Tª, ambiente).
3.- ALGUNOS TÉRMINOS BÁSICOS EN FIABILIDAD

COMPONENTES
PARA ESPACIO
COMPONENTES MILITARES
COMPONENTES INDUSTRIALES
COMPONENTES COMERCIALES
¿Cómo obtener la tasa de fallos de nuestros propios equipos?
2º Recurrir a las normativas de cálculo de fiabilidad que tienen como objetivo
estandarizar la calidad de los componentes electrónicos en función de los teses que
superen.
MEJOR CALIDAD
PEOR CALIDAD MAYOR TASA DE
FALLO
MENOR TASA DE
FALLO
METODOS DE CÁLCULO DE FIABILIDAD:
MIL-217F-Notice 2: Más pesimista, usada para componentes militares
Bellcore-Telcordia: Más optimista, usada para componentes industriales y comerciales
NORMAS ESCC (European Space
Components Coordination)
NORMAS MIL (Military)
NORMAS INDUSTRIAL.
Ej. AEC-Q200 (Automotive
Electronic Council)
Pruebas particulares del
fabricante

MTBF (Mean Time Between Failure): Es el tiempo medio entre fallos (horas),
considerando el tiempo de reparación. Se mide en horas, es la inversa de la tasa
de fallos.
MTTF (Mean Time To Failure): Es el tiempo hasta el fallo (horas)
MTTR (Mean Time To Repair): Es el tiempo medio de Reparación

MTTR (Mean Time To Repair): tiempo medio de reparación. para su cálculo hay
que tener en cuenta el nivel de mantenimiento al que se van a reportar las tareas.
TTR (Time To Repair) : tiempo de cada tarea de mantenimiento, este tiempo se
compone de:
-Ti: tiempo de aislamiento
-Tr: tiempo de remplazamiento
-Tt: tiempo de test
Como calculamos el tiempo medio de reparación de
un equipo. Sea cual sea el fallo que se manifieste

FIABILIDAD SOPORTE
4.- SINERGIAS ENTRE DISCIPLINAS RMT. FIABILIDAD -
SOPORTABILIDAD
¿ COMO PLANTEAMOS NUESTROS ANÁLISIS PARA CONSEGUIR UN SISTEMA FIABLE?
¿ EN QUE SECTOR NOS MOVEMOS?
¿ QUE PRESUPUESTO TENEMOS?

SECTORES CON POSIBILIDAD DE ACCESO A REEMPLAZAMIENTO Y SOPORTE DE EQUIPOS
PODEMOS USAR LOS DIFERENTES NIVELES DE MANTENIMIENTO
DEPOT OPERATIONS DIRECT SUPPORT ORGANIZATIONAL SUPPORT
Capacidades totales de
reparación
Capacidades medias
especificadas por contrato
Capacidades limitadas, pequeñas
reparaciones a nivel alto
Coste por
Unidad de
producto
0% 100%
% Nivel de
Calidad
Zona de mejora Nivel Óptimo Zona de
perfeccionamiento
Coste de
fallos
Coste de
fabricación
4.1.- SINERGIAS ENTRE DISCIPLINAS RMT. FIABILIDAD -
SOPORTABILIDAD
FIABILIDAD SOPORTE
Modelo clásico de coste total de la calidad óptimo

SECTORES DE POSIBLE ACCESO A REEMPLAZAMIENTO Y SOPORTE DE EQUIPOS
ESPACIO NIVELES DE MANTENIMIENTO
DEPOT OPERATIONS DIRECT SUPPORT ORGANIZATIONAL SUPPORT
Capacidades totales de
reparación
NO EXISTE ESTE NIVEL DE
MANTENIMIENTO
Capacidades limitadas, pequeñas
reparaciones a nivel alto
Coste por
Unidad de
producto
0% 100% % Nivel de Calidad
Zona de mejora Nivel Óptimo Zona de
perfeccionamiento
Coste de
fallos
Coste de
fabricación
FIABILIDAD SOPORTE
4.1.- SINERGIAS ENTRE DISCIPLINAS RMT. FIABILIDAD -
SOPORTABILIDAD
Modelo clásico de coste total de la calidad óptimo

GRANDES COMPAÑÍAS U OTROS ORGANISMOS DE GRAN PESO
DEPARTAMENTO DE DEFENSA DE UN PAÍS
AIRBUS
GENERAL DYNAMIC
NAVANTIA
INDRA
THALES
CONSORCIO DE EMPRESAS (Eurofighter)
FABRICACIÓN DE GRANDES SYSTEMAS
SACAN A CONCURSO DETERMINADOS EQUIPOS QUE IRÁN
INTEGRADOS EN SUS SISTEMAS
REQUISITOS DE CUMPLIMIENTO QUE EXIGE ESTE FABRICANTE.
Entre todos los requisitos se encuentran los requisitos de fiabilidad.
EMPRESAS PARTICIPANTES ELABORAN
OFERTAS EN LAS QUE DEMUESTRAN SER
CAPACES DE FABRICAR EL EQUIPO
CUMPLIENDO REQUISITOS Y A UN PRECIO
LO MÁS BAJO POSIBLE
QUE SENTIDO TIENE QUE ESTOS ORGANISMOS
IMPONGAN UNOS REQUISITOS DE CUMPLIMIENTO
DE FIABILIDAD ?
?
Pliego de condiciones
a cumplir
SISTEMA DE COMUNICACIONES DE AUDIO
5.- SINERGIAS ENTRE DISCIPLINAS RMT. FIABILIDAD –
SAFETY- PROPAGACIÓN DE FALLOS

SOMOS FABRICANTES DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES DE AUDIO PARA EL A-400
NUESTRO SISTEMA DE COMUNICACIONES SE COMPONE DE 4 EQUIPOS.
ESTOS SON:
- PANEL DE CONTROL DE AUDIO_1
- PANEL DE CONTROL DE AUDIO_2
- EQUIPO DE CONTROL DE COMUNICACIONES
- CONVERSOR DE AUDIO A/D
REQUISITOS DE FIABILIDAD QUE IMPONE EL CLIENTE
SISTEMA DE COMUNICACIONES DE AUDIO PARA AVIÓN A-400
EL CLIENTE DECLARA UNA SERIE DE EVENTOS QUE CONSIDERA CRÍTICOS.
ESTOS EVENTOS TAMBIÉN SE CONOCEN COMO EVENTOS NO ESPERADOS (UNEXPECTED
EVENTS).
LA PROBABILIDAD DE QUE DICHOS EVENTOS OCURRAN EN NUESTROS EQUIPOS, TIENEN QUE
ESTAR POR DEBAJO DE LOS UMBRALES QUE IMPONE EL CLIENTE.
PROBABILIDAD DE QUE SE PIERDA EL PANEL DE CONTROL_1 < 1X10-5
PROBABILIDAD DE QUE SE DEGRADE NIVEL DE AUDIO EN PANEL DE CONTROL_2 <1X10-4
PROBABILIDAD DE QUE SE PIERDA EL EQUIPO DE CONTROL <1X10-6
PROBABILIDAD DE QUE SE PIERDA EL CONVERSOR DE AUDIO <1X10-6

EVENTO NO ESPERADO. PÉRDIDA DE PANEL DE CONTROL
PROBABILIDAD DE QUE SE PIERDA EL PANEL DE CONTROL_1 < 1X10-5
PROBABILIDAD DE QUE SE DEGRADE NIVEL DE AUDIO EN PANEL DE CONTROL_2 <1X10-4
PROBABILIDAD DE QUE SE PIERDAN EL EQUIPO DE CONTROL <1X10-6
PROBABILIDAD DE QUE SE PIERDA EL CONVERSOR DE AUDIO <1X10-6
REQUISITOS DE FIABILIDAD QUE IMPONE EL CLIENTE
PANEL DE CONTROL_1
DEL SISTEMA DE AUDIO
LOSS OF CONTROL
PANEL_1
OR GATE
AND GATE
SC OF
CAPACITOR C78
LOSS OF
TRANSISTOR U105
LOSS OF FPGA U2
LOSS REGULATOR
5V U3
LOSS OF
REGULATOR 5V U1
LOSS OF
REGULATOR 5V U6
7,11E-08 5,01E-08 6,41E-08 1,71E-09
8,11E-04 6,71E-03 3,15E-04
1,87E-07
MODO DE FALLO SIMPLE
EJEMPLO.
CORTOCIRCUITO DEL
CONDENSADOR C78

EJEMPLO DE PROPAGACIÓN DE FALLOS AGUAS ARRIBA
FALLA EL PANEL DE
CONTROL DE AUDIO
DURANTE EL DESPEGUE
EL PILOTO NO PUEDE
RECIBIR INFORMACIÓN DEL
CONTROLADOR DESDE LA
TORRETA
EL AVIÓN NO OBECEDE LA
ORDEN DEL CONTROLADOR
DE TOMAR UNA VIA DE
DESPEGUE QUE ESTE
PREPARADA
SE SOBRECALIENTA EL
TRANSISTOR MOSFET
CUYA FUCIÓN ES DE
SWITCH EN LA
ALIMENTACIÓN
EL AVIÓN TOMA UNA VÍA DE
DESPEGUE INCORRECTA Y
SU RUEDA EXPLOTA AL
CHOCAR CON UNA PIEZA
METÁLICA
EL AVIÓN SE ESTRELLA A
300 Km/h
1 2 3 4 5 7
FALLO DE TRANSISTOR
VIDA HUMANA EN PELIGRO. EL AVIÓN SE ESTRELLA
CONSECUENCIA

Distribución exponencial:
- La mayoría de componentes electrónicos son modelados por una exponencial.
- Las normas de fiabilidad recomiendan usar la exponencial para componentes
electrónicos.
- Para evitar complejidad de cálculos, las normas de fiabilidad recomiendan mantener
constante en el tiempo la tasa de fallos.
“λ” Failure Rate (nº de fallos/tiempo establecido (horas)), se supone constate en el tiempo, En la realidad este factor debería de ir incrementándose a medida que pasa el
tiempo
FIABILIDAD. PROBABILIDAD DE CUMPLIMIENTO DE MISIÓN
INFIABILIDAD. PROBABILIDAD DE OCURRENCIA DE FALLO
“t” es el tiempo de misión para el que queremos calcular la fiabilidad
Ejemplo:
MTBF: 1429 horas
λ = nºfallos/1000000 horas =700 fallos /millón de horas
t Tiempo de cálculo de probabilidad de fallo = 3000 horas
Probabilidad de fallo del elemento a las 8000 horas = 0,877
6.- DISTRIBUCIONES DE PROBABILIDAD USADAS EN
FIABILIDAD

Distribución Weibull:
- Algunos componentes electrónicos son modelados por una Weibull.
- La mayoría de los componentes mecánicos, motores, válvulas, elementos COTS
(Commercial Off-the-shelf) son modelados a través de distribuciones Weibull.
- Es muy usada dada la flexibilidad que te permite, variando el factor de forma y el de
escala.
Ejemplo:
Factor de escala: 7.000 horas (Es el MTBF del elemento)
Factor de Forma: 2 (depende del comportamiento muestral en campo)
t =6.000 horas es el tiempo en el que deseamos obtener la probabilidad
de ocurrencia
Probabilidad de fallo del elemento a las 6000 horas = 0,5203
6.- TIPO DE DISTRIBUCIONES DE PROBABILIDAD USADAS
EN FIABILIDAD

Distribución Gamma:
- Se usa para casos en los que pueden sucederse primeros fallos parciales antes de ocurrir
un posible fallo en el item.
- Usado en sistemas redundantes.
- α es el nº de fallos primeros fallos parciales que se tienen que dar para que suceda el fallo
en el ítem.
- λ es la tasa de fallos (fallos completos del ítem).
Ejemplo:
Se tienen que producir 3 primeros fallos para que se produzca el fallo
total de un propulsor. Si el propulsor tiene una tasa de fallo de λ=
40.000 fallos por millón de hora. ¿Qué probabilidad hay de que el
propulsor falle en 90 horas?
Probabilidad de que el propulsor falle a las 90 horas = 0,6972
α = 3 fallos parciales ; λ= 40.000 fallos /millón de hora; t=90 horas
EN FIABILIDAD

Distribución Binomial, Modelo k de N:
- Esta distribución es usada en elementos redundantes
- Ejemplo. En un equipo que se alimenta a través de 4 fuentes de alimentación redundantes
¿Cuál sería la probabilidad de que fallaran 3 de las fuentes?
- Se podría calcular con un modelo 3 de 4.
Distribución Normal:
- Hay comportamientos como labores de mantenimiento o procesos más complejos que se
modelan a través de distribuciones normales.
Distribución LogNormal:
- Es usada en los ensayos de ciertos componentes mecánicos
Otras distribuciones:
- Poisson, Beta, ChiSquared…
EN FIABILIDAD

Diferenciar entre la fiabilidad (probabilidad de cumplir la misión de manera exitosa),
probabilidad de ocurrencia (probabilidad de no cumplimiento de misión) y función hazard
(numero de fallos por hora para un tiempo de misión). La función hazard se usa para obtener la
tasa de fallos a partir de una distribución con unos parámetros determinados de la distribución
(ejemplo weibull, factor de forma y de escala, gamma alfa, ....). Si ya tenemos la tasa de fallos
entonces nos interesa obtener la fiabilidad y ocurrencia o los parámetros de dicha distribución.
Pero si tenemos los parámetros de la función de densidad nos interesará obtener la función
hazard.
Ejemplo con distribución Weibull
Tenemos los siguientes inputs
t = 8.000 (tiempo)
η = 10.000 (factor de escala)
β = 2 (factor de forma)
Probabilidad de cumplimiento de misión
Probabilidad de no cumplimiento (ocurrencia)
Fallos / hora (función hazard)
Q(t)= 1- R(t)
52,73 %
47,27 %
0,0002 fallos / hora
EN FIABILIDAD

SISTEMA DE CONTROL DE PROPULSORES PARA EUROFIGHTER TYPHOON
¿CONSEGUIREMOS DISEÑAR UN SISTEMA FIABLE?
7.- EJEMPLO PRÁCTICO

SOMOS UNA EMPRESA QUE TRABAJA DENTRO DEL CONSORCIO EUROFIGHTER
La PTS incluye las especificaciones del producto para orientar su desarrollo.
Requisitos funcionales: Diseño modular
Requisitos eléctricos: Ej. Consumos máximos permitidos, corrientes máximas.
Requsitos mecánicos:
Requisitos de ambiente
Consumos máximos permitidos
EL SISTEMA SE COMPONE DE 2 EQUIPOS
1 EQUIPO PANEL DE CONTROL
1 EQUIPO DE CONTROL DE COMUNICACIÓN
EL CONSORCIO EUROFIGHTER HA ESTABLECIDO UNA NORMATIVA PARA QUE TODAS
LAS EMPRESAS INVOLUCRADAS TRABAJEN BAJO LOS MISMOS ESTANDARES
NORMATIVOS.
- SE USARÁ LA NORMA MIL217F- Notice 2 PARA EL CÁLCULO DE FIABILIDAD.
- SE TRABAJARÁ CON COMPONENTES DE CALIDAD MILITAR.
- SE HARÁN ESTUDIOS DE: PREDICCIÓN DE FIABILIDAD, RBD, FMEA, FTA y LORA
- SE PROPORCIONARÁ UNA BASE DE DATOS LOGÍSTICOS DE ACUERDO CON LA
NORMA AECMA1000 Y AECMA2000.
NORMATIVA A CUMPLIR ESPECIFICACIONES DE NUESTRO SISTEMA.
REQUISITOS DE CLIENTE PTS (Purchase
Technical Specification)
7.1- REQUISITOS DE CONTRATO

PRIMER OBJETIVO:
CUMPLIR 1º REQUISITO DE CLIENTE
MTBF DEL SISTEMA DEBE DE SER > 35.000 horas
Aunque se muestren datos del sistema entero nos centraremos para hacer nuestro estudio de fiabilidad en una
pequeña parte del circuito de todo el sistema. Usaremos una parte de la tarjeta de alimentación.
Para hacer más didáctico el trabajo tomaremos como requisito el siguiente:
MTBF DE LA TARJETA DE ALIMENTACIÓN DEBE DE SER DE > 5.400.000 horas
7.1- REQUISITOS DE CONTRATO

Se comienza a diseñar a nivel alto sin proceder a ninguna compra para dar una
visión de que tipos de componentes vamos a necesitar, siguiendo los pasos de la
especificación del cliente.
7.2- TRABAJO EN EQUIPO MULTIDISCIPLINAR

Selección de Componentes de calidad Militar
De acuerdo con la norma MIL217F-Notice 2, los componentes de calidad militar
tienen un rango de calidades asignados y su tasas de fallo son más bajas que si los
componentes fueran de calidad industriales o sin calidad establecida
(comerciales).
FABRICANTE
TESES DEL
PROPIO
FABRICANTE
CRITERIOS BASADOS EN
NINGUNGA NORMATIVA
DE FIABILIDAD
FABRICANTE
TESES
ESTABLECIDO
S POR UNA
NORMATIVA
NORMAS DE FIABILIDAD
PARA COMPONENTES
INDUSTRIALES. Ej. IEC 61709
'Electronic components – Reliability
PARA COMPONENTES
MILITARES. Ej. MIL 217F-Notice 2
PARA COMPONENTES
ESPACIALES. Ej. NORMAS ECSS
Calidad Industrial
Calidad Comercial
Calidad Militar
Calidad Espacial
7.3.- CALIDAD DE COMPONENTES

Selección de Componentes de calidad Militar. Pi factors
Calidades de acuerdo con la norma MIL-217F-Notice 2
CAPACITORS Pi Factors
7.3.- CALIDAD DE LOS COMPONENTES

Diseño a nivel bajo haciendo simulaciones y considerando las especificaciones de los componentes
(data sheets) y del cliente (PTS Purchase Technical Specification).
3.- EJEMPLO PRÁCTICO. DISEÑO

PSA (Part Stress Análisis)
Aseguramos que los componentes están operando dentro del los umbrales de
estrés que exige la norma (cada sector trabaja con unas normativas
determinadas).
Requisitos de estrés para un transistor bipolar
7.5.- ANÁLISIS DE DERATING

Análisis térmicos
Vemos si los componentes superan el umbral de estrés frente a temperatura
7.6.- ANÁLISIS TÉRMICOS

Ya podemos elaborar la Predicción de Fiabilidad
A partir de aquí podemos evaluar con los pi factors como va quedando la tasa de
fallos de nuestros diseños.
7.7.- PREDICCIÓN DE FIABILIDAD

Predicción de Fiabilidad
7.7.- PREDICCIÓN DE FIABILIDAD

Predicción de Fiabilidad - Reliability Block Diagram
Tasa de fallos de la tarjeta de alimentación,
No cumplimos con el MTBF del cliente ¿Qué podemos hacer?
- Mejorar el estrés de los componentes.
- Mejorar los rangos de calidad de los componentes.
- Redundar aquellas partes que tienen una tasa de fallos grande
Depende de los costes que suponga, tomaremos una decisión u otra.
λ = 0,18543 fallos/1000000 horas
MTBF = 1/ λ = 5.392.865 horas
REQUISITO DEL CLIENTE
MTBF > 5.400.000 horas
La probabilidad de que se
produzca el fallo en el equipo es:
expresión exponencial
7.7.- PREDICCIÓN DE FIABILIDAD - RBD
Teoría de fiabilidad de sistemas en serie

Tasa de fallos de una tarjeta, teniendo en cuenta redundancia activa de un condensador.
Paralelo de C1 y C2
Siendo R1(t) y R2(t):
λc1 = λc2 = 0,00477241 fallos /1000.000 horas:
Si sumamos de nuevo las tasas de fallo de los componentes en serie: λTOTAL = λD1 + λD2 + λDZ1 + λR1 + λR2 + λR3 + λQ1 + λC1_C2 = 0,18065776 fallos/1000.000 horas
MTBF = 1/ λTOTAL = 5.535.328 horas Requisito de cliente MTBF > 5.400.000 horas !!CUMPLIMOS REQUISITO DE MTBF!!
7.7.- PREDICCIÓN DE FIABILIDAD - RBD
Predicción de Fiabilidad - Reliability Block Diagram
Teoría de fiabilidad de sistemas en paralelo

SEGUNDO OBJETIVO:
CUMPLIR REQUISITO DE CLIENTE
PROBABILIDAD DE QUE LA TARJETA CUMPLA SU MISIÓN DE MANERA EXITOSA DEBE SER > 99,7 %
ELABORACIÓN DE UN FMECA (Failure Mode Effects and Critical Analisis)
7.8.- FMECA

¿QUE ES UN FMEA?
Elaborar un Ejemplo de FMEA para este circuito, se explican las columnas
7.8.- FMECA
ID Component Name Failure Mode Local Effects End Effect
Failure rate
(FPMH)
Severity
Number
Detection
Number
Probability
Number
CN
Compensating
Provisions
1D1 Any single pin OC Degradación de protección EMI/EMC NONE 0,00273046 2 4 3 24NONE
2D1 SC Pérdida de alimentación Pérdida del sistema 0,00273046 4 1 3 12NONE
3D2 Any single pin OC Degradación de protección EMI/EMC NONE 0,00273046 2 4 3 24NONE
4D2 SC Pérdida de alimentación Pérdida del sistema 0,00273046 4 1 3 12NONE
5DZ1 Any single pin OC Degradación de alimentación NONE 0,002386205 2 4 3 24NONE
6DZ1 SC Pérdida de alimentación Pérdida del sistema 0,002386205 4 1 3 12NONE
7R1 OC Pérdida de alimentación Pérdida del sistema 0,0085275 4 1 3 12NONE
8R2 OC Degradación de alimentación NONE 0,0085275 2 4 3 24NONE
9R3 OC Pérdida de alimentación NONE 0,0085275 4 4 3 48NONE
10C1 OC Degradación de filtrado NONE 0 2 4 1 8NONE
11C1 SC Pérdida de alimentación Pérdida del sistema 0 4 1 1 4NONE
12C2 OC Degradación de filtrado NONE 0 2 4 1 8NONE
13C2 SC Pérdida de alimentación Pérdida del sistema 0 4 1 1 4NONE
14Q1 OC Pérdida de alimentación Pérdida del sistema 0,068675645 4 1 3 12NONE
15Q1 SC Pérdida de alimentación Pérdida del sistema 0,068675645 4 1 3 12NONE

Hemos obtenido las siguientes conclusiones de nuestro análisis:
- De 15 modos de fallo analizados 13 tienen una criticidad por encima de 8, esto quiere decir que el sistema es muy crítico.
- Curiosamente los modos de fallo más críticos son los que causan degradación porque no son detectados.
- Los modos de fallo que provocan la pérdida son más severos pero se pueden detectar y cambiar.
7.9.- FMECA - RBD

Failure Mode Effects and Critical Analysis – Reliability Block Diagram
Tasa de fallos de una tarjeta, teniendo en cuenta redundancia activa en las tarjeta de alimentación.
7.9.- FMECA - RBD

¿QUE ES UN FMEA?
Ahora volvemos a ver como queda la criticidad de los fallos en el FMEA, considerando en los efectos la otra
tarjeta de alimentación redundante.
7.10.- FMECA CONSIDERANDO REDUNDACIA EN STAND-BY
ID Component Name Failure Mode Local Effects End Effect
Failure rate
(FPMH)
Severity
Number
Detection
Number
Probability
Number
CN Compensating Provisions
1D1 Any single pin OC Degradación de protección EMI/EMC NONE 0,00273046 1 4 3 12Alimentación redundante
2D1 SC Pérdida de alimentación NONE 0,00273046 1 1 3 3Alimentación redundante
3D2 Any single pin OC Degradación de protección EMI/EMC NONE 0,00273046 1 4 3 12Alimentación redundante
4D2 SC Pérdida de alimentación NONE 0,00273046 1 1 3 3Alimentación redundante
5DZ1 Any single pin OC Degradación de alimentación NONE 0,002386205 1 4 3 12Alimentación redundante
6DZ1 SC Pérdida de alimentación NONE 0,002386205 1 1 3 3Alimentación redundante
7R1 OC Pérdida de alimentación NONE 0,0085275 1 1 3 3Alimentación redundante
8R2 OC Degradación de alimentación NONE 0,0085275 1 4 3 12Alimentación redundante
9R3 OC Pérdida de alimentación NONE 0,0085275 1 4 3 12Alimentación redundante
10C1 OC Degradación de filtrado NONE 0 1 4 1 4Alimentación redundante
11C1 SC Pérdida de alimentación NONE 0 1 1 1 1Alimentación redundante
12C2 OC Degradación de filtrado NONE 0 1 4 1 4Alimentación redundante
13C2 SC Pérdida de alimentación NONE 0 1 1 1 1Alimentación redundante
14Q1 OC Pérdida de alimentación NONE 0,068675645 1 1 3 3Alimentación redundante
15Q1 SC Pérdida de alimentación NONE 0,068675645 1 1 3 3Alimentación redundante

FTA (Faul tree Analysis)
Estos son los eventos que contribuyen al fallo “pérdida de la alimentación”.
Supongamos que cada evento se modela con una distribución de probabilidad distinta.
¿Qué probabilidad tenemos de que se produzca la pérdida de la alimentación?
La combinación lógica de eventos es la siguiente
Los eventos que aparecen en la imagen, son posibles modos de fallo simples que se han estudiado en el FMEA y que
contribuyen a la pérdida del equipo
método BDD (Binary Decision Diagram) Rpérdida(t) = R(t)2 + R(t)4 + R(t)6 + R(t)7 + R(t)11 + R(t)13 + R(t)14 + R(t)15 + (R(t)15 x R(t)15)
7.11.- FTA

Hemos realizado ensayos acelerados de esta tarjeta y vemos que la distribución de fallos en el tiempo, hacen que el
modelo de fallos en el tiempo quede de la siguiente forma.
7.11.- FTA
Modelo de fallo obtenido por:
- Pruebas en campo real. Histórico
de fallos. FRACAS (Failure
Reporting, Analysis and corrective
actions).
- Ensayos acelerados reales.
- Ensayos acelerados por
simulación.
- Pruebas en campo real. Histórico de
fallos. FRACAS (Failure Reporting,
Analysis and corrective actions).
simulación.

Hemos realizado ensayos acelerados de esta tarjeta y vemos que la distribución de fallos en el tiempo, hacen que el
modelo de fallos en el tiempo quede de la siguiente forma.
7.11.- FTA
simulación.
simulación.

Finalmente realizamos el cálculo y cumplimos la probabilidad de fallo
7.11.- FTA

MUESTRA DE FALLOS EN EL TIEMPO.
Histórico de Fallos de un
modo de fallo. Ejemplo
Cortocircuito del
transistor Q1
Histórico de Fallos de un
equipo diseñado por
nosotros. Modelo de fallo
del panel de control
Tiempo en operación (horas)
Número
de fallos
¿COMO PODEMOS OBTENER UNA DISTRIBUCIÓN DE DENSIDAD QUE MODELE ESTA MUESTRA?
Esta muestra podría representar:

MUESTRA DE FALLOS EN EL TIEMPO.

.- MIL-HDBK-338B: Web: http://www.sre.org/pubs/Mil-Hdbk-338B.pdf
.- MIL217F-Notice 2: Web: http://www.sre.org/pubs/Mil-Hdbk-217F.pdf
.- Normas ECSS: Web: http://www.ecss.nl/
.- Normas AEC-Q200: buscador google, palabras clave: “aec-q200 automotive electronics”
.- Modelo clásico de coste total de la calidad óptimo:, buscador google, palabras clave “Modelo clásico de coste total de la
calidad” , selección de propuesta del buscador: Introducción a la gestión de la calidad
.- Imágenes de análisis térmicos: Web: buscador por imágenes google, palabras clave “análisis térmicos”.
.- Teoría de fiabilidad de sistemas en serie y paralelo: Web: http://es.wikipedia.org/wiki/Fiabilidad_de_sistemas
.- Información de aviones y consorcio eurofighter: Web: http://www.eurofighter.com/about-us
.- Esquemático de fuente de alimentación: http://spritesmods.com/?art=knock2open&page=3
* Palabra clave: “Description of typical flyback type SMPS” , Web:
http://www.repairfaq.org/sam/smpsfaq.htm
* Palabra clave: “high-current-power-supply-circuit-diagram1, Web:
http://www.liberaenergio.org/library/Electronics/Circuits/Power%20Supply%20Regulators
* Palabra clave: “Auto Air Purifier HV Generator”, Web: http://repairfaq.cis.upenn.edu/sam/samschem.htm
*circutio elaborado con el programa ISIS PROTEUS 7.4
.- Diagrama de bloques: “herramienta item toolkit software”. Web: http://www.itemsoft.com/download_demo.html
.- Otros programas de uso gratiutio con verisones de prueba: “Relex” Web: http://www.relex.se/
2.1.- BIBLIOGRAFÍA
Este trabajo se ha elaborado teniendo en cuenta los siguientes criterios:
1.- Conocimientos adquiridos a través de los 4 años de experiencia como Ingeniero de soporte Logístico Integrado.
2.- Toda la información declarada en esta presentación se puede obtener de Internet. Los enlaces se declaran en los
siguientes puntos:

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