Új jelszó kérése
Termékajánló
Hírlevél
Házhozszállítás

Fizetési megoldás
Tanúsítvány
SSL Certificate
Blog
2018.10.18 11:37

Tápegységek megbízhatósága – II. rész

Tápegységek megbízhatósága – II. rész

Előző cikkünkben a tápegységek megbízhatóságát tárgyaltuk és említést tettünk ennek meghatározásáról. Mostani cikkünkben áttekintjük, hogy mi befolyásolja a megbízhatóságot és mit érdemes tudni a legelterjedtebb számítási módszerekről.

Az MTBF érték nem a termék élettartamát határozza meg, hanem a termék megbízhatósági jelzőszáma és a meghibásodás fogalmának meghatározása nélkül értelmezhetetlen.

A meghibásodás fogalmának két elterjedt meghatározása:

  1. A termék alkalmatlanná válik a tőle elvárt feladat teljesítésére.
  2. Az összetevők valamelyike alkalmatlanná válik feladatának ellátására. Ez azonban nem jelenti feltétlenül magának a terméknek a működésképtelenné válását.

Előfordulhat az a jelenség, hogy az egyik meghatározás szerint meghibásodásnak minősül, míg a másik szerint nem. 

A megbízhatóságot befolyásoló tényezők

Egy berendezés meghibásodási aránya négy lényeges tényezőn múlik:

  • a tervezésen
  • a komplexitásán
  • a stressznek való kitettségén
  • az alkalmazott alkatrészek saját megbízhatóságán

Tervezésből adódó tényezők

Napjaink elektronikai termékeinek a meghibásodásai leginkább helytelen használatból, külső tényezőkből (mint például rövid idejű túlfeszültségek a bemeneten) vagy tervezési hibából fakadnak semmint alkatrész meghibásodásból.

A megbízható tápegység gyártásának első és legfontosabb lépése a kellő körültekintéssel végzett tervezés, a megfelelő biztonsági tartalékkal történő méretezés.

Minden specifikáción kívül eső tényezőre természetesen nem lehet felkészülni, de nagyon sokat lehet javítani a megbízhatóságon, ésszerű keretek között túlméretezve az alkatrészeket, még ha ez az ár (gazdaságilag még elfogadható) emelkedésével is jár. Mivel az MTBF számítási módszerek ideális tervezést feltételeznek, a túlméretezés jellemzően nem eredményez magasabb MTBF értéket, ezért sok gyártó nem is alkalmazza.

Komplexitás

Ami nincs ott, az nem is hibásodhat meg, viszont valaminek a hiánya okozhat meghibásodást. Minél összetettebb egy rendszer, annál alacsonyabb a megbízhatósága és nem a tervezési hibák, hanem a magasabb alkatrésszám miatt. Egy tápegység számított MTBF értéke csökkenhet például a túlmelegedés elleni védelem betervezésétől, azonban magas környezeti hőmérséklet esetén ez mentheti meg a meghibásodástól.

Stressz

Elektronikus eszközökben a legfőbb stresszforrások a hőmérséklet, a feszültség, a rázkódás és az áram miatt fellépő melegedés. Ezeknek a tényezőknek a hatását minden egyes alkatrésznél külön-külön figyelembe kell venni. A megbízható tápegység tervezéséhez az adott alkatrészre eső stressznek megfelelően kell azt méretezni vagy éppen túlméretezni.

Különösen nagy figyelmet kell fordítani a termikus tervezésre, annak érdekében, hogy a lehető legalacsonyabb szintre lehessen csökkenteni az alkatrészek hőmérsékletemelkedését. Már az alkatrészek körültekintő elhelyezése is nagyon sokat tud javítani a megbízhatóságon. Ezt jól szemlélteti a korábbi blogbejegyzésünkből származó ábra.

Amennyiben a hőtermelő alkatrészek alul helyezkednek el, az elektrolitkondenzátorok pedig felül, jelentősen csökken a tápegység megbízhatósága és várható élettartama. Fordított elrendezés esetén a kritikus alkatrészek kevésbé melegszenek, ezáltal a megbízhatóság is és a várható élettartam is nő.

Mivel minden 10°C-nyi hőmérsékletemelkedés megközelítőleg felezi a várható élettartamot és jelentősen csökkenti a megbízhatóságot, a minél hosszabb élettartam biztosítása érdekében, létfontosságú a megfelelő mértékű átszellőzés. Ezért nem mindegy, hogy a tápegység milyen irányba és hova kerül beépítésre a berendezésbe. Ha nincs elegendő hely körülötte, hogy megfelelő légáramlat és hőleadás alakulhasson ki, akár ventilátoros hűtés alkalmazására is szükség lehet.

Alkatrészválasztás

Egy funkció megvalósítására alkatrész szinten jellemzően többféle megoldás létezik, melyek megbízhatóságukat tekintve eltérhetnek. A fóliakondenzátorok például megbízhatóbbak, mint az elektrolitkondenzátorok, az ellenállások, mint a potenciométerek és még sorolhatnánk. Ezért ahol lehet, célszerű a magasabb MTBF értéket eredményező alkatrészeket alkalmazni.

A meghibásodási arány meghatározása

Az MTBF érték meghatározásának két megközelítése van: a jóslás és a becslés. A módszerek statisztikai jellegűek, a tényleges MTBF értékét csak közelíteni lehet velük. A gyakorlatban lehetetlen annyi adatot összegyűjteni, amennyi elegendő lenne egy pontos érték kiszámításához.

Az új termékek tervezése során vagy a termék életciklusának korai szakaszában csak jóslásos meghatározási módszerrel lehet a rendszer tervére alapuló MTBF értéket meghatározni. Kellő mennyiségű, gyakorlati meghibásodási tapasztalatból származó adat rendelkezésre állása esetén már alkalmazni lehet a becsléses meghatározási módszert.

Egy tápegység meghibásodási aránya az egyes alkatrészek meghibásodási arányának összegzéséből számítható, az összes megbízhatóságot befolyásoló tényező figyelembevételével. A meghibásodási arányt több szabvány szerint lehet számítani. Ezek mindegyike gyakorlati tapasztalatok alapján összeállított alkatrész adatbázisokon alapul.

A három leggyakrabban alkalmazott adatbázis a MIL-HDBK-217, az RCR-9102B és a Telcordia.

Szabvány Kibocsátó Megjegyzés

 

MIL-HDBK-217F

 

US Navy

Az 1965-ben kiadott Military Handbook 217 az elektronikus katonai készülékek megbízhatóságának becslésére szolgáló eljárás. 1995 óta nem frissítették, ezért a valósnál alacsonyabb megbízhatóságot becsül mivel az alkatrészek megbízhatósága olyan sokat javult az évek során, hogy többé nem játszik elsődleges szerepet a termékek meghibásodásaiban.

 

RCR-9102B

Japan Electronics and Information Technology Industries Association

 

A MIL-HBK-217F adatbázisán alapul, de annál szigorúbb. Tartalmazza az SMT alkatrészeket, a nyomtatott áramköröket és a ventilátorokat is.

 

Telcordia SR332-1

 

Telcordia

A 217-re épülő, a távközlési iparban jelenleg is széles körben alkalmazott. Modelljeit a távközlési berendezések gyakorlati használati tapasztalatai alapján dolgozták át. 2001-ben frissítették utoljára.


Néhány nagy cég (mint például a Siemens, Philips, France Telecom vagy Italtel) saját rendszert alakított ki az MTBF meghatározására, azonban ezek széles körben nem használatosak.

Általánosságban az alábbi feltételezésekkel élünk:

  • A tervezés tökéletes, a stressz tényezők pontosan ismertek, minden a specifikációnak megfelelően teljesül, tehát csak véletlenszerű meghibásodások történhetnek.
  • Bármely alkatrész meghibásodása a tápegység meghibásodásához vezet.
  • Az adatbázis naprakész.

Természetesen a fenti feltételezések helytelenek, hiszen a tervezés sosem tökéletes, egy alkatrész meghibásodása nem jelenti feltétlenül a tápegység meghibásodását, valamint az adatbázis minden bizonnyal már nem naprakész. Azonban fentiek tudomásulvétele mellett, a publikált MTBF értékek elfogadhatók, ameddig összehasonlításra használjuk egy tápegység adott feladatra történő kiválasztása érdekében.

Jósláson alapuló eljárások

Stressz alapú jóslás

Ennél a számítási módszernél minden egyes alkatrészre ki kell értékelni az összes megbízhatóságot befolyásoló tényezőt. Mivel egy átlagos tápegység több mint 100 alkatrészt tartalmaz és alkatrészenként általában 7 tényezőt kell figyelembe venni, a módszer rendkívül hosszadalmas és erőforrás igényes.

Alkatrésszámon alapuló jóslás

Ennél a módszernél a hasonló alkatrészeket csoportokba rendezik, és ezekre vesznek figyelembe egy – egy, a csoportra jellemző meghibásodási és minőségi együtthatót. Az egyes csoportok meghibásodási arányából áll össze a teljes berendezés meghibásodási aránya. A két számítási módszer eredménye nem hasonlítható össze.

Becslésen alapuló eljárások

Mérésen alapuló becslés

Ennél a módszernél legyártott tápegységeket vetnek alá élettartam vizsgálatnak laboratóriumi körülmények között, megemelt üzemi hőmérsékleten, a specifikáció szerinti legnagyobb terheléssel, majd az így kapott eredményekből számítják a megbízhatóságot a különböző üzemi hőmérsékletekre és terhelésekre. Az eredmény pontossága az alkalmazott minta számosságán múlik. Ez a módszer adja a valósághoz legközelebb álló meghibásodási arány értéket.

Megfigyelésen alapuló becslés 1

Ennél a módszernél a már nagy számban terepen üzemelő tápegységek közül választanak ki véletlenszerűen egy kisebb számú mintapopulációt és ennek viselkedése alapján, statisztikai következtetéssel határozzák meg a teljes populáció várható viselkedését. Ez a módszer pontatlanabb mint az előző, mivel nem pontosan ismertek a valós üzemi paraméterek. Ezen felül az adatok begyűjtésének és feldolgozásának nagy az időigénye és nagyon nehéz a nem rendeltetésszerű használatból fakadó meghibásodások kiszűrése.

Megfigyelésen alapuló becslés 2

Az előző módszertől eltérően itt a már nagy számban terepen üzemelő tápegységek teljes populációját vizsgálják. A nagyszámú vizsgált egyedeknek köszönhetően ez a módszer általában statisztikai módszerek alkalmazása nélkül eredményez a valósághoz jól közelítő megbízhatósági értékeket. Az adatok begyűjtésének és feldolgozásának ebben az esetben is nagy az időigénye és nagyon nehéz a nem rendeltetésszerű használatból fakadó meghibásodások kiszűrése.

Összefoglalás

Mindig az alkalmazási területnek leginkább megfelelő módszerrel végzett értékelést kell alkalmazni.

A különböző eljárások nem hasonlíthatók össze egymással és az eredmények nem konvertálhatók át.

Csak azonos eljárással megahatározott MTBF értékek hasonlíthatók össze egymással.

Amennyiben a rendelkezésre álló adatok nem feleltethetők meg egymásnak egyértelműen, a következő összefüggések lehetnek segítségünkre:

  • magasabb környezeti hőmérséklet alacsonyabb megbízhatóságot eredményez
    • egy 45°C-ra végzett értékelés eredménye nominálisan lehet ugyan alacsonyabb vagy közel azonos, mint a 25°C-ra végzett értékelés eredménye, de a tápegység megbízhatósága mégis magasabb, mivel az MTBF érték jelentősen csökken a hőmérsékletemelkedéssel.
  • Ground Fixed környezeti paraméterekkel számolva alacsonyabb megbízhatósági értékeket kapunk, mint Ground Bening környezeti paraméterekkel számolva.

Kínálatunkban megtalálják a piacon kapható legmegbízahtóbb tápegységeket!