Factores ocultos no deseño de produtos
1996/07/01 Zabala Lekue, Eduardo Iturria: Elhuyar aldizkaria
No avance do mercado de consumo, as áreas que inciden na xeración do produto foron adquirindo cada vez maior relevancia.
O produto non é só algo deseñado paira un uso concreto, senón que tamén é algo que satisfaga as necesidades dos clientes. Por iso, un produto funcionalmente mellor que outro similar pode ter un menor éxito se a súa formulación de comercialización (política de vendas, publicidade…) non foi o adecuado. Paira poder cubrir as necesidades dos clientes, o produto debe chegar polo menos a estes clientes. E esa é a razón da importancia da mercadotecnia.
Doutra banda, débese garantir que o nivel de calidade do produto axústase ás esixencias do mercado. En caso contrario, as opcións de aceptación do produto determinarán os niveis de demanda e as competencias do mercado.
Os factores estreitamente relacionados coa calidade do produto son a fiabilidade, a perseveranza e a mantenibilidad. Si o control de calidade ten moito que ver coa produción, as técnicas de fiabilidade tamén serven paira asegurar a calidade do produto ao longo do tempo. A perseveranza do produto indica o estado do mesmo e finalmente suxire solucións en caso de avaría. A mantenibilidad, una vez que o produto foi posto a disposición dos clientes, facilita a reparación do mesmo en caso de avaría.
O esquema seguinte resume as relacións entre os principais factores que interveñen no deseño dun produto e ao longo da súa vida.
Os factores que inciden directamente no prezo do produto son os custos de adquisición de materiais, montaxe e ensaios realizados. Ademais, no prezo do produto hai que ter en conta o custo dalgunhas amortizacións.
A fiabilidade do sistema é a probabilidade de que nun intervalo cúmpranse determinadas funcións en función dunhas condicións concretas. A mellor forma de conseguir a fiabilidade é desenvolver un produto con menos fallos. Paira evitalo, utilízanse módulos redundantes: se uno deles falla, as funcións necesarias cumpriríanas quen seguen correctamente.
Os niveis de fiabilidade e mantenibilidad definidos paira un sistema deben terse en conta desde as fases iniciais do deseño, é dicir, asúmese que unha área máis é o deseño.
Funcionar sen equivocarse durante toda a vida é algo que ocorre en moi poucos sistemas. Por tanto, un funcionamento incorrecto debe estar dentro das previsións.
Como consecuencia de todo iso, debido ao risco de avaría do sistema, débese organizar un nivel de mantemento adecuado. Paira facilitalo, débese ter en conta desde as primeiras fases do deseño.
Factores de deseño
Á hora de deseñar un produto, os principais aspectos a ter en conta son a resposta do mercado e a dificultade do deseño.
Mentres a dificultade do deseño aumenta linealmente, o tempo de deseño e o investimento aumentan exponencialmente. Paira xustificalo, as previsións de mercado deberían ser boas.
Así mesmo, a organización e xestión do deseño son os factores máis importantes paira a boa marcha. A influencia dos deseñadores do proxecto no correcto desenvolvemento do proxecto depende de moitas variables. Uno deles é o nivel de rendemento global do proxecto. As causas dun mal rendemento laboral poden ser moi diferentes. A concorrencia destas causas reduce exponencialmente o rendemento. É moi difícil que o rendemento supere o 80%.
Na imaxe superior móstrase o emulador utilizado paira axudar ao deseño.
Fiabilidade
A fiabilidade do sistema é o resultado da fiabilidade do hardware e software.
Cando os proxectos son pequenos ou medianos, en xeral non se realizan cálculos ou probas de fiabilidade. De feito, nestes casos hai pouco diñeiro paira desenvolver o produto e moitas veces descoñécese a súa fiabilidade e necesidade.
O maior risco de atrasos no desenvolvemento da fiabilidade prodúcese cando non se tivo en conta desde o inicio do proxecto; a necesidade de fiabilidade tense en conta nas fases finais do proxecto tras a aprobación dos prototipos.
O indicador de fiabilidade do sistema é MTBF ( Mean Time Between Failures ), é dicir, o tempo medio entre fallos, ou o que é o mesmo, a relación entre o tempo total de funcionamento e o número de fallos.
A fiabilidade, en xeral, calcúlase a través do normativa MIL-HDBK-217, recorrendo á MTBF do sistema. Os resultados obtidos son moi conservadores.
O grao de fiabilidade dun produto nalgúns casos coincide coa especificación do proxecto. Na maioría dos casos, con todo, a fiabilidade é un requisito indeterminado e de obrigado cumprimento do produto.
O risco potencial por falta de fiabilidade determina os mínimos de FVTM esixidos polo mercado.
Ensaios de fiabilidade
Paira medir a fiabilidade real do deseño débense preparar ensaios especiais.
A probabilidade de fallo ao comezo da vida dos compoñentes electrónicos é moi elevada polo que se coñece como fallo prematuro. Paira evitalo, antes de realizar o ensaio funcional, o compoñente debe someterse a un proceso de quecemento (combustión). Isto permite mitigar as reaccións químicas no interior dos semiconductores, sendo o funcionamento dunha semana a alta temperatura equivalente ao que se produciría durante uns meses a temperaturas inferiores.
A cuantificación do quecemento pode aproximarse mediante a ecuación de Ahrrenius.
Q = velocidade de reacción química
A = constante
Ea = enerxía de activación (eV) da reacción química
K = constante de Boltzman (8.61.10-5eV/ºK), e
T = temperatura absoluta de reacción (ºK).
Por exemplo, mediante esta vía, si a un compoñente que funciona a 40ºC sométeselle a un quecemento que alcanza una temperatura de 125 ºC, e supondo un período de 20 semanas de fallo temperán, bastaría cunha media hora de quecemento.
No entanto, a temperatura ambiente máxima permitida virá determinada polos compoñentes fabricados con condensadores e plásticos, neste caso de 60-90 ºC.
A marxe paira superar a falta temperá (no caso da combustión) é de 48-168 horas, xa que depende dos ingredientes, o valor máis adecuado será sempre o que achegue a experiencia.
A gran vantaxe do ensaio de erro de fiabilidade, ademais de obter uns datos de funcionamento, é coñecer os fallos do sistema a longo prazo. Estes erros van aparecendo ao longo do ensaio de fiabilidade, o que permite corrixir o deseño.
Cando os resultados obtidos no cálculo do FTC ou mediante o ensaio de fiabilidade son peores do debido, deberíase desenvolver una mellora da fiabilidade do sistema.
Isto, ademais de requirir compoñentes especiais ou técnicas redundantes, pode supor un replanteamiento de todo o deseño, que por suposto pode encarecer o custo do deseño.
Outro ensaio paira asegurar a fiabilidade é o tremor. Mediante esta sesión, á marxe dos tipos de fallos que se poden atopar no quecemento, poden aparecer outros tipos de fallo, principalmente malas soldaduras e fallos periódicos.
Sistemas redundantes
No caso de moitos equipos, o efecto dalgunhas husuzas é totalmente inaceptable. Paira iso, se tendo en conta os compoñentes do sistema, non se pode alcanzar o nivel de fiabilidade necesario, débense deseñar módulos que soporten erros mediante técnicas redundantes.
Ante un erro, pódense levar a cabo tres tipos de accións:
- Que o sistema non perda as súas características: se un sistema de computadores sen redundancia ten una dispoñibilidade media de 0.99, una redundante pode ter una utilidade de 0.999999.
- O sistema, aínda que pode seguir funcionando, perde algunha característica (a graceful degradation).
- O sistema non pode seguir funcionando, pero queda nun estado seguro ( safe shutdown ).
Fiabilidade do software
As perspectivas de fiabilidade do hardware e software son bastante diferentes. Nos sistemas de hardware baleiro, o comportamento pouco fiable débese a fallos nos compoñentes e non a fallos de deseño. As deficiencias do software son erros directos do deseñador e danse en situacións moi concretas.
A vía máis recomendable paira conseguir a fiabilidade do software é codificarlo sen baleiro, xa que en caso de aplicar técnicas de tolerancia os custos serían maiores. As razóns deste tipo de técnicas deben ser moi evidentes.
Aínda que estas técnicas son máis complexas que as non toleradas, a súa xestión non é así, é dicir, o nivel ao que se debe chegar estará perfectamente definido nas condicións que deben cumprir os produtos.
Una vez realizada a codificación e depuración do software medirase o nivel de calidade do mesmo tendo en conta o produto e os requirimentos do mercado.
Os métodos paira medir a fiabilidade do software non son fáciles de usar. Una das maiores barreiras débese á incerteza existente entre o desenvolvemento e a adquisición de datos.
O método máis utilizado é o que comezou a desenvolverse en 1973. Este método permite visualizar o número de vacantes por fase de desenvolvemento.
O método de SAAM baséase nun aumento exponencial do número de horas de ensaios MTBF do software.
Mantemento
A mantenibilidad inclúe o mantemento e a reparación. O programa de mantemento obriga a realizar importantes investimentos rendibles en diferentes momentos da vida do sistema, como son o prediseño, o deseño e a fabricación.
O factor que inflúe significativamente no intervalo de reparación dun sistema avariado é o servizo de reparación e a distancia entre clientes.
Canto maior sexa a durabilidad do equipo, máis fácil será atopar o módulo destruído. Se non, paira saber cal é o compoñente que está mal, as ferramentas e coñecementos específicos serán obrigatorios.
En xeral poden existir tres políticas de mantemento:
- Mantemento post-fallo: non se realiza ningún mantemento ata que se produza o fallo.
- Mantemento previsto: realízanse determinadas reparacións e modificacións en intervalos determinados en función da data e idade do compoñente.
- Mantemento condicionado: a través de múltiples controis do sistema obtense un profundo coñecemento do mesmo e coñécese o compoñente a modificar antes de que falla.
Dispoñibilidade
A variable que indica en que proporción do rango que debe funcionar o sistema está a funcionar correctamente é a DISPOÑIBILIDADE.
MTTR, indicador do grao de mantemento do sistema, é o tempo medio de reparación ( Mean Time To Repair ), é dicir, a relación entre o tempo total empregado na reparación de todos os fallos dun período e o número de fallos.
Desta forma, se o sistema fóra facilmente reparable (cun MTTR reducido) a dispoñibilidade sería alta, aínda que a fiabilidade (MTBF) non fóra moi boa.
A variable RAM (Reliability, Availability, Maintainability, fiabilidade, dispoñibilidade, mantenibilidad) é un indicador de utilidade.
Perseveranza
É conveniente que a detección do fallo sexa clara e visible paira facilitar o seu mantemento. Nos sistemas electrónicos melloráronse notablemente estes métodos, sobre todo con microprocesadores.
Os sistemas de ensaio pódense clasificar nos seguintes niveis:
- ENSAIO DE MAN: o ensaio realízao una acode utilizando ferramentas manuais. Isto, aínda que lento, adoita ser bastante fiable.
- ENSAIO SEMIAUTOMÁTICO: cando o traballo da persoa está entre o 2% e o 50% do tempo total. Isto é de interese paira ensaios de sistemas similares.
- ENSAIO AUTOMÁTICO: utilízase un equipo paira reducir as tarefas de mantemento dos operarios. En xeral, tras unha análise exhaustiva e a detección dun erro, comunícao ao operario para que estude os datos e tome decisións. O tempo de traballo non chega ao 2% do tempo total de ensaio.
- ENSAIO INTEGRADO NO PROPIO SISTEMA: os compoñentes do ensaio están integrados no propio sistema ou se poden extraer sinais de diagnóstico paira ser analizados por outro sistema externo.
O equipo máis utilizado paira o ensaio de cartóns electrónicos é o ensaio funcional. Un equipo deste tipo pode atopar o 95% dos fallos. Ademais do seu elevado custo, o tempo de programación dun técnico experto é tamén elevado debido á complexidade do software que utiliza.
Paira realizar o ensaio no circuíto, os equipos realizan ensaios dos parámetros de cada un dos compoñentes a través da cama de captación formada polos puntos de ensaio. A súa programación adoita ser sinxela e cunha eficiencia media de detección de fallos do 80%.
O uso máis interesante dos equipos do circuíto é a combinación cos que realizan o ensaio funcional, é dicir, a eliminación de parte da carga do equipo de ensaio funcional, fixando os compoñentes con parámetros fóra de certos límites.
A única forma boa paira a aprobación de produtos mediante ensaio de prototipos é comprobar o funcionamento do peor caso. É dicir, o estado de ambiente de ensaio (calor, humidade, vibración, etc.) e o nivel de funcionamento dos compoñentes electrónicos deben ser capaces de responder a calquera situación aceptable nas especificaciones.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
