Universià degli Sudi di Modena e Reggio Emilia Anno Accademico 2001/2002 Predizione di affidabilià di un sisema eleronico ABANA Suppliers Gruppo 14 Ansaloni M. Bulgarelli A. Neri D. Popovac A. Rocchei A.
INDICE 1.GENERALITA'...2 1.1 IL SISTEMA ANALIZZATO...2 2.SCHEMA ELETTRICO ED ELENCO COMPONENTI...2 2.1 SCHEMA ELETTRICO...2 2.2 COMPONENTI...3 3. CALCOLO DEL FAILURE RATE DI OGNI COMPONENTE...4 3.1 DATI IN INGRESSO E IPOTESI...4 3.2 RISULTATI...4 4.CALCOLO DEL FAILURE RATE DEL SISTEMA COMPLESSIVO...5 4.1.CALCOLO DI λ...5 4.1.1.CALCOLO DI A...5 4.1.2.CALCOLO DI B...6 4.1.3.FAILURE RATE COMPLESSIVO...6 4.1.4.TEMPO MEDIO AL GUASTO...6 4.2.FUNZIONI DISTRIBUZIONE DI PROBABILITA DI GUASTO E DENSITA DI PROBABILITA DI GUASTO...7 4.2.1.DISTRIBUZIONE DI PROBABILITA DI GUASTO...7 4.2.2.DENSITA DI PROBABILITA DI GUASTO...8 Allegai Daa shee dei componeni analizzai Analisi di affidabilià Abana Suppliers Gruppo 14 1
1.GENERALITA' Viene qui presenaa l'analisi di predizione di affidabilià di un sisema eleronico, condoa mediane il programma RDF93 della France Telecom, riveduo e correo da N. Lovadina e M. Ansaloni. 1.1 IL SISTEMA ANALIZZATO Il sisema in esame è un alimenaore in ensione coninua sabilizzao a 5V con erogazione massima di correne pari a 1A, con l'esclusione del rasformaore in ingresso. 2.SCHEMA ELETTRICO ED ELENCO COMPONENTI 2.1 SCHEMA ELETTRICO 2 Analisi di affidabilià Abana Suppliers Gruppo 14
2.2 COMPONENTI C1 Condensaore eleroliico (alluminio) Illinois Capaciors 108CKR050M 1000 µf - 63 V Temperaura di uilizzo: da -40C a +85C C2 Condensaore eleroliico (alluminio) Illinois Capaciors 106PUM050M 10 µf - 63 V C3 Condensaore plasico (poliesere) Evox Rifa MMK5 103K63J01L4 100 nf - 63 V D2 4 diodi reificaori a giunzione (Silicio) Fairchild 1N5391 D3 Diodo reificaore (di proezione) a giunzione (Silicio) Philips 1N4001ID D4 Diodo LED Sanken SEL1010R JP1, JP2 Conneori a vie ("mammuh") R1 Resisore a film di carbonio KOA RD16S 330 Ohm, 1/4 W U1 sabilizzaore di ensione a 5V inegrao ST L7805AB I dai complei relaivi a ui i componeni sono disponibili nei daa shee in allegao. Analisi di affidabilià Abana Suppliers Gruppo 14 3
3. CALCOLO DEL FAILURE RATE DI OGNI COMPONENTE 3.1 DATI IN INGRESSO E IPOTESI I dai in inpu al programma RDF93 sono sai ricavai dai daa shee dei componeni sessi, dall'analisi del circuio e da alcune ipoesi sul ipo di uilizzo del sisema e dall'ambiene in cui si è supposo che esso debba operare. In paricolare 3 ipoesi sono sae considerae valide per ui i componeni: - classe di qualià CECC o equivalene (in quano ui i componeni aderiscono a quese specifiche) - condizioni climaiche Ground, Saionary, Weaherproeced (è sao ipoizzao un uso "domesico") - Temperaura ambiene di 25 C Inolre è sao considerao un uso non coninuaivo del sisema (l'analisi di alcuni componeni richiede queso ipo di ipoesi) Tui gli alri dai in inpu sono desumibili dalle caraerisiche e dall'analisi del circuio. 3.2 RISULTATI Vengono di seguio riporai i failure rae calcolai per ogni componene (λ f = PFR = Prediced Failure Rae) Componene λ f C1 0.8 * 10-9 / h C2 0.8 * 10-9 / h C3 0.3 * 10-9 / h D2 3.0 * 10-9 / h (per ognuno dei diodi) D3 2.4 * 10-9 / h D4 5.2 * 10-9 / h * JP1, JP2 2.1 * 10-9 / h (per ogni conneore) R1 0.2 * 10-9 / h U1 8.4 * 10-9 / h Tabella 1: failure rae componeni * Per quano riguarda il LED D4 l'oupu ripora che il failure rae si può assumere cosane (dopo la "moralià infanile"), specificando che ale assunzione può essere rienua valida per un periodo inferiore a 30 anni. 4 Analisi di affidabilià Abana Suppliers Gruppo 14
4.CALCOLO DEL FAILURE RATE DEL SISTEMA COMPLESSIVO 4.1.CALCOLO DI λ Il calcolo è svolo secondo le formule a pag. CH3 del manuale RDF93, qui riporae: A = π qs 3 3 [ λs R + ( 75 10 N S T R + λr ) π E ] + π qf [ λ f + 50 10 N f T E ] + λ d qf E B = 5 10 3 c N 1+ N S + N p 1+ 0.1 3 S L π pq E Equipped board failure rae = ( A + B) 10 9 / h Tali formule engono cono dei faori di affidabilià inrodoi nel monaggio. 4.1.1.CALCOLO DI A Il ermine A considera la variazione di affidabilià dei componeni dovua al monaggio degli sessi sulla piasra. Non essendo preseni componeni "surface mouned" il primo addendo della formula per il calcolo di A risula nullo. Secondo addendo (di A) componeni hrough hole : π qf = 2 (monaggio a mano) λ f = failure rae del componene (vedi Tabella 1) N f = numero connessioni di ogni componene sulla piasra (2 per ui i componeni, ranne che per U1, per il quale N f vale 3) π T = 10 (saldaura a mano) π E = 1 (ambiene: ground, saionary, weaher proeced) Terzo addendo (di A) connessioni: Essendo i faori λ d, π qf e π E uguali per ui i componeni, il erzo addendo della sessa formula risula pari al prodoo di λ d * π qf * π E * il numero di componeni (cioé13). λ d = 0.5 (saldaura a mano) π qf = 2 (come sopra) π E = 1 (come sopra) In base a quesi dai il valore di A risula pari a 108.6 Analisi di affidabilià Abana Suppliers Gruppo 14 5
4.1.2.CALCOLO DI B Il ermine B rappresena il asso di guaso della piasra a cui sono connessi i componeni π = 1 (dal grafico a pag. CH3 del manuale) π C = 1 (numero srai della piasra = 1) S = 7.7 cm 3 (superficie della piasra dimensioni 3.5 cm x 3.5 cm) N = 27 (numero fori sulla piasra) π L = 1 (dimensione della raccia più larga circa 1 mm) π q1 = 1 (CECC) π q2 = 1.5 (no eching) π qg = π q1 * π q2 = 1.5 π E = 1 (ambiene: ground, saionary, weaher proeced) In base a quesi dai il valore di B risula pari a 4.92 4.1.3.FAILURE RATE COMPLESSIVO Il asso di guaso complessivo del sisema assemblao risula: λ= 113.52 * 10-9 / h 4.1.4.TEMPO MEDIO AL GUASTO Il valore di MTTF (Mean Time To Failure) risula: MTTF 1 6 = = λ 1 113.52 10 9 = 8.8 10 ore Pari a 8809020 ore 26min.13sec. 6 Analisi di affidabilià Abana Suppliers Gruppo 14
4.2.FUNZIONI DISTRIBUZIONE DI PROBABILITA DI GUASTO E DENSITA DI PROBABILITA DI GUASTO Sono di seguio riporae le funzioni disribuzione di probabilià di guaso e densià di probabilià di guaso relaive all analisi svola, insieme ad una loro rappresenazione grafica. Al fine di ricavare ali funzioni si è uilizzala la disribuzione esponenziale, in base all ipoesi di asso di guaso cosane. 4.2.1.DISTRIBUZIONE DI PROBABILITA DI GUASTO In base al valore di λ calcolao la funzione disribuzione di probabilià di guaso risula: F 9 λ 113.52 10 () = 1 e = 1 e con espresso in ore Graficamene: 1 0.9 0.8 Probabilià di guaso 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 2500000 5000000 7500000 10000000 12500000 15000000 17500000 20000000 22500000 25000000 27500000 Tempo (ore) 30000000 32500000 35000000 37500000 40000000 42500000 45000000 47500000 50000000 F() Analisi di affidabilià Abana Suppliers Gruppo 14 7
4.2.2.DENSITA DI PROBABILITA DI GUASTO In base al valore di λ calcolao la funzione densià di probabilià di guaso risula: f 9 λ 9 113.52 10 () = λ e = 113.52 10 e Graficamene: 9.E-08 8.E-08 Densià di probabilià di guaso 7.E-08 6.E-08 5.E-08 4.E-08 3.E-08 2.E-08 1.E-08 0.E+00 2500000 5000000 7500000 10000000 12500000 15000000 17500000 20000000 22500000 25000000 27500000 Tempo (ore) 30000000 32500000 35000000 37500000 40000000 42500000 45000000 47500000 50000000 f() 8 Analisi di affidabilià Abana Suppliers Gruppo 14