La detección de estrés ambiental ( ESS ) se refiere al proceso de exponer un producto o componente recién fabricado o reparado (generalmente electrónico ) a tensiones como ciclos térmicos y vibraciones para forzar que los defectos latentes se manifiesten por fallas permanentes o catastróficas durante el proceso de detección. . Se puede suponer que la población superviviente, una vez finalizado el cribado, tiene una mayor fiabilidad que una población similar sin cribado. [1]
Descripción general
Desarrollado para ayudar a los fabricantes de productos electrónicos a detectar defectos de productos y fallas de producción, ESS se usa ampliamente en aplicaciones militares y aeroespaciales, menos para productos comerciales. Las pruebas no necesitan ser elaboradas, por ejemplo, encender y apagar un sistema eléctrico o electrónico unas cuantas veces puede ser suficiente para detectar algunos defectos simples que, de otro modo, el usuario final encontraría muy pronto después de que el producto se haya utilizado por primera vez. Las pruebas suelen incluir lo siguiente:
- Variaciones de temperatura
- Ensayos de vibraciones
- Presión
- Pruebas de flexibilidad
El ESS se puede realizar como parte del proceso de fabricación o se puede utilizar en las pruebas de calificación de nuevos productos .
Un sistema ESS generalmente consta de una cámara de prueba , controlador, accesorios, interconexión y cableado, y un probador funcional. Estos sistemas se pueden adquirir en diversas empresas de la industria de pruebas medioambientales.
La detección de estrés de este proceso ayudará a encontrar la mortalidad infantil en el producto. Encontrar estas fallas antes de que el producto llegue al cliente produce una mejor calidad y menores gastos de garantía. La terminología militar asociada incluye un documento de requisitos operativos ( ORD ) y pruebas de confiabilidad en curso ( ORT ). [2] [3]
Definiciones y métodos estandarizados
Lo siguiente se extrae de un documento sobre pruebas de ESS preparado por la Fuerza Aérea de los EE. UU. Para proporcionar definiciones y métodos estandarizados. [4]
Introducción
El propósito de este documento es proporcionar definiciones estandarizadas y una hoja de ruta de los procesos de prueba para la Evaluación de Estrés Ambiental (ESS) de los componentes de reemplazo y reparados utilizados en los sistemas de la Fuerza Aérea. El término "componente" se usa indistintamente con el término "unidad" e incluye unidad reemplazable de línea (LRU) y subunidades (SRU). Un componente seleccionado para la prueba es una unidad bajo prueba (UUT). La política e instrucciones de seguridad operativa, idoneidad y eficacia (OSS & E) requieren coherencia en el proceso de ingeniería disciplinado utilizado para garantizar que actividades como las reparaciones de mantenimiento y la sustitución de piezas no degraden las características básicas del sistema o del producto final durante su vida operativa. Las características de base dependen en gran medida de la confiabilidad, que se verifica y mantiene mediante las pruebas de ESS. Las políticas e instrucciones de OSS & E también requieren procesos de ingeniería consistentes para garantizar que las entidades de fabricación y reparación sean responsables de entregar productos de calidad y de proporcionar criterios de selección y calificación para nuevas fuentes de suministro. Las determinaciones de la calidad del producto y las capacidades de la fuente generalmente requieren pruebas ESS. Si bien se dispone de considerable información sobre los métodos y procedimientos de ESS, incluidos los estándares militares de los Estados Unidos , los manuales, las guías y los planes de prueba del fabricante del equipo original, a menudo estas publicaciones utilizan definiciones diferentes y confusas para las fases de prueba donde se aplica el ESS. Se necesitaron largas explicaciones para aclarar las cláusulas contractuales que citan estas publicaciones. Este documento garantiza que los requisitos de prueba se apliquen de manera uniforme y se entiendan claramente al escribir los requisitos y contratos de calificación de la fuente.
Inspección visual
Propósito
Para asegurar que se ha empleado una buena mano de obra y que la UUT está libre de defectos físicos obvios.
Método
Inspeccione visualmente la UUT antes y después de cada operación de fabricación, reparación y prueba.
- Verifique el etiquetado, el peso y las dimensiones adecuados.
- A simple vista, inspeccione todas las áreas accesibles de la UUT.
- Con un aumento mínimo de 10X, inspeccione todas las superficies e interfaces críticas de la UUT.
Criterios de aprobación / reprobación
La mano de obra deberá cumplir con los estándares aplicables, incluido TO 00-25-234 [5] y no deberá tener defectos físicos obvios. Una unidad que muestra cualquier señal de que una pieza está sometida a esfuerzos más allá de su límite de diseño (placas de circuito agrietadas, conectores y / o tornillos sueltos, abrazaderas y / o tornillos doblados, piezas desgastadas, etc.) se considera que ha fallado incluso si pasa las pruebas funcionales.
Pruebas funcionales
Propósito
Se realiza antes, durante y después de las pruebas de ESS para verificar que la UUT funciona dentro de las tolerancias de diseño.
Método
Aplicar una señal de entrada o estímulo y medir la salida.
Criterios de aprobación / reprobación
Las respuestas / señales de salida deben estar dentro de las especificaciones de datos técnicos y la UUT debe funcionar satisfactoriamente en el siguiente ensamblaje superior.
Evaluación de estrés ambiental (ESS)
Propósito
Pruebas en las condiciones ambientales físicas (golpes, vibraciones, temperatura, altitud, humedad, etc.) que simulan las encontradas durante la vida útil del componente. La vibración aleatoria y los ciclos de temperatura han demostrado ser las formas más exitosas de ESS en términos de precipitación efectiva de fallas.
Método
Se desarrolla un perfil de estrés y se aplica a la UUT. El perfil simula las condiciones ambientales encontradas durante las fases de transporte, almacenamiento, manipulación y uso operativo. La UUT está configurada para coincidir con la fase, por ejemplo, los choques de transporte se aplican con la UUT en el contenedor de envío, los ciclos de temperatura de uso operativo se aplican con la UUT en funcionamiento.
Criterios de aprobación / reprobación
La UUT (unidad bajo prueba) debe pasar las pruebas funcionales y la inspección visual antes, durante y después de la ESS.
Calificación ESS
La prueba de una unidad representativa de la producción para demostrar que los procesos de diseño, fabricación, ensamblaje y reparación han dado como resultado hardware que cumple con la especificación. La finalización satisfactoria de las pruebas de calificación denota la preparación para las etapas posteriores de la prueba. Las pruebas de vuelo limitadas pueden ser aceptables antes de completar todas las fases de las pruebas de calificación.
Prueba de calificación de la unidad de producción
- Propósito: Realizado para la calificación de un nuevo fabricante, diseño, proceso o instalación para garantizar la idoneidad e idoneidad del diseño para operar de manera confiable durante y después de la exposición a tensiones ambientales que superan las predicciones del entorno operativo por un margen prescrito.
- Método: Según Mil-Std-810 G para LRU y SRU, según Mil-Std-202G para piezas electrónicas, según Mil-Std-1540 para sistemas espaciales y según Mil-Std-883 H para dispositivos microelectrónicos. Las pruebas de EMI / RFI generalmente se incluyen en las pruebas de calificación de ESS y requieren la aplicación de MIL-STD 461 E. Estos estándares militares requieren una adaptación. Mil-HDBKs-340, 343, 344 y 2164 proporcionan una guía detallada. Secuencia de prueba del artículo de primera producción: Inspección visual y funcional - Preacondicionamiento - Aceptación ESS - Aceptación Fiabilidad - Inspección visual y funcional - Calificación ESS - Inspección visual y funcional - Calificación de confiabilidad - Inspección visual y funcional.
- Nota: Las pruebas de calificación generalmente incluyen pruebas ESS 'agravadas', es decir, pruebas a niveles ambientales reales y duración más un margen (típicamente 10 ° C, 6 dB). Es necesario agregar un margen debido al tamaño de muestra estadísticamente pequeño y las incertidumbres en los niveles ambientales reales. Dado que se trata de una prueba destructiva , la UUT nunca se utilizará en sistemas operativos.
- Nota: Primero debe realizar las pruebas de aceptación, incluido el acondicionamiento previo. Esto se debe a que estas pruebas se realizan en todas las unidades de producción y, por lo tanto, se convierten en parte del perfil de estrés ambiental.
- Nota: Otro fabricante (de segunda fuente) que construya la misma unidad o una unidad de reemplazo que esté destinada a reemplazar la forma, el ajuste y la función de la unidad original o el subconjunto de la unidad debe cumplir con especificaciones equivalentes a las utilizadas para el fuente original.
Prueba de calificación de la unidad reparada
- Propósito: Se realiza en unidades de Artículo reparado por primera vez o Artículo reparado de precalificación para calificar una nueva fuente de reparación o método de reparación. También se realiza para evaluar piezas sustitutivas.
- Método: Si las piezas y los procesos de reparación son equivalentes a las piezas y los procesos de fabricación originales, utilice la Prueba de aceptación de la unidad reparada realizada por el contratista, seguida de la inspección y operación del gobierno en el siguiente ensamblaje superior. Si no se sabe que las piezas y los procesos sean equivalentes, utilice las áreas correspondientes de las Pruebas de calificación de la unidad de producción. Secuencia de prueba de artículo reparado precalificado / artículo reparado primero: inspección visual y funcional - preacondicionamiento - aceptación ESS - inspección visual y funcional - inspección gubernamental y funcional.
- Nota: Debido a la disminución de las fuentes de fabricación (DMS), a menudo es necesario realizar sustituciones de piezas. Las piezas de sustitución que parecen funcionar como las piezas originales en condiciones ambientales de banco de pruebas pueden presentar un rendimiento insatisfactorio en el entorno operativo.
- Calificación por semejanza. La calificación de una unidad reemplazada o reparada por similitud con la unidad original requiere que las unidades sean esencialmente idénticas. Además, la unidad de reemplazo debe haber sido calificada previamente mediante pruebas para cumplir con los requisitos ambientales y de desempeño operativo que cumplan o superen los requisitos ambientales y operativos de la unidad original.
Aceptación ESS
Pruebas formales realizadas para demostrar la aceptabilidad de la unidad individual para la entrega. Demuestran el desempeño para comprar requisitos de especificación y actúan como pantallas de control de calidad para detectar deficiencias de mano de obra y materiales. La finalización satisfactoria de tales pruebas denota la aceptación de la unidad por parte de la agencia de adquisiciones.
Prueba de aceptación de la unidad de producción
- Propósito: Realizado en el 100% de las unidades nuevas para detectar errores de mano de obra y procesos. La inspección de algunos dispositivos microelectrónicos es destructiva, por lo que el muestreo de lotes se utiliza para las pruebas de aceptación (consulte el párrafo 8.3.2).
- Método: Adaptado a partir de la prueba de calificación de producción aplicable, pero hecho a los niveles de mano de obra, no más severos que los niveles ambientales reales y de duración reducida. Por lo general, estas pruebas están estructuradas para incluir los requisitos de prueba de aceptación de confiabilidad y acondicionamiento previo. Secuencia para pruebas de componentes: Inspección visual y funcional - Preacondicionamiento - Aceptación ESS - Aceptación Fiabilidad - Inspección visual y funcional.
- Nota: Los datos de rendimiento de las pruebas de aceptación de la unidad de producción también se utilizan para evaluar el rendimiento "en la familia". Si bien una UUT puede cumplir con todos los demás criterios de aprobación / reprobación de la Prueba de aceptación, los resultados que se desvíen significativamente de otras unidades dentro del lote de producción requerirán el rechazo de esa unidad.
Prueba de aceptación de la unidad reparada
- Propósito: Realizado en el 100% de las unidades reparadas para detectar errores de mano de obra y procesos.
- Método: Adaptado a partir de las pruebas de aceptación de producción aplicables. Para mantener los criterios de confiabilidad especificados, se deben incluir pruebas de acondicionamiento previo si las piezas de reparación no están acondicionadas previamente o si se puede esperar que la mano de obra de reparación induzca fallas. Secuencia para pruebas de componentes: Inspección visual y funcional - Preacondicionamiento - Aceptación ESS - Inspección visual y funcional.
- Nota: Los niveles de prueba son bajos y no destructivos, por lo que las pruebas se pueden repetir para detectar fallas de prueba y reparaciones posteriores sin envejecer significativamente la UUT.
- Nota: Es posible que sea necesario aumentar los tipos y niveles de pruebas si se producen fallos en la mortalidad infantil durante el uso operativo. Por el contrario, si un muestreo estadísticamente significativo demuestra que no se están produciendo fallos en la mortalidad infantil, las pruebas ESS pueden reducirse o eliminarse. Aún se requieren pruebas funcionales.
- Nota: Las pruebas deben lograr un equilibrio entre la probabilidad de que las reparaciones hayan inducido un defecto y la probabilidad de que las pruebas puedan detectar ese defecto. Por ejemplo, un número reducido de ciclos de temperatura tiene una probabilidad menor de detectar un defecto, pero puede ser apropiado si la reparación es menor y tiene poco riesgo de inducir un defecto.
- Nota: Los datos de rendimiento de las pruebas de aceptación de unidades reparadas también se utilizan para evaluar el rendimiento "en la familia". Si bien una UUT puede cumplir con todos los demás criterios de aprobación / reprobación de la prueba de aceptación, los resultados que se desvíen significativamente de otras unidades reparadas o de los datos originales de la prueba de aceptación de la unidad de producción requerirán el rechazo de la UUT.
Fiabilidad ESS
Esto debe ser parte del ESS de Calificación y Aceptación cuando se requiera verificación de confiabilidad.
Pruebas de calificación de confiabilidad
- Propósito: Realizado en la UUT de calificación de producción para demostrar el cumplimiento del ciclo de vida con las especificaciones de confiabilidad según Mil-Std-781 y las especificaciones de desarrollo del fabricante original.
- Método: Utilice Mil-Hdbk-781A. El UUT generalmente se prueba a niveles ambientales reales, pero se agrega un margen si se requiere un envejecimiento acelerado.
- Nota: Primero debe realizar las pruebas de aceptación, incluido el acondicionamiento previo. Esto se debe a que estas pruebas se realizan en todas las unidades de producción y, por lo tanto, se convierten en parte del perfil de estrés ambiental.
- Nota: La presencia de redundancia en el diseño no es motivo para eliminar las pruebas de confiabilidad. La redundancia se utiliza para compensar los modos de falla desconocidos y no probados y la tolerancia al daño. La redundancia solo aumenta la confiabilidad en una pequeña cantidad.
Prueba de aceptación de confiabilidad
- Propósito: Realizado en todas las unidades de producción para encontrar cualquier unidad con degradación de la confiabilidad debido a las variaciones diarias en el proceso de producción y la mano de obra.
- Método: Vibración (normalmente 0,04 G2 / Hz durante 5 minutos / eje) y temperatura durante más de 3 ciclos, el último sin fallos.
- Nota: Por lo general, solo se realiza con alta confiabilidad (3-sigma) y seguridad de los elementos de vuelo.
Pruebas de preacondicionamiento. También se llama prueba de quemado
- Propósito: Realizado en todas las unidades LRU, SRU y piezas de piezas activas (producción, repuesto y reparación) para encontrar la 'mortalidad infantil' de las piezas y la mano de obra.
- Método: según Mil-Std-750D, Mil-Std-883 E y Mil-Std-202G.
- Nota: La mayoría de las piezas de las piezas de especificaciones militares no han sido acondicionadas previamente por el fabricante de la pieza.
Categorías UUT
Unidad pasiva
- Ejemplos: chasis, acoplador de antena, óptica sin partes móviles, mazo de cables.
- Nota: Requiere Calificación ESS del diseño y los procesos, generalmente en el siguiente ensamblaje superior. Las pruebas de aceptación se limitan a la inspección visual y las pruebas operativas en el siguiente ensamblaje superior.
Unidad activa
- Ejemplos: placa de circuito impreso con dispositivos de estado sólido, motor eléctrico, tubo de rayos catódicos, recipiente a presión.
- Nota: Por lo general, requiere calificación ESS y aceptación ESS.
Dispositivos de un solo uso y de uso limitado
- Ejemplos: explosivo, propulsor de cohetes, generador de gas, detonador, batería.
- Método: La calificación ESS es por exposición a los niveles ambientales de calificación, luego se opera para demostrar la capacidad más un margen. La aceptación ESS se realiza típicamente en el 10% del lote de producción (pero no menos de 10 unidades) por exposición a niveles ambientales de calificación, luego se opera para demostrar la capacidad más un margen. La falla de una UUT requiere el rechazo del lote de producción. Para dispositivos explosivos, los requisitos y métodos de prueba se adaptan a MIL-HDBK-1512 y NATO AOP-7. Para las baterías, la guía sobre los requisitos de prueba se encuentra en RCC-Doc-319-99.
- Nota: Las pruebas de vigilancia son una repetición periódica de las pruebas de aceptación que utilizan tendencias o envejecimiento acelerado para autorizar extensiones de vida útil. La tendencia implica el muestreo frecuente y la comparación con resultados anteriores para predecir la degradación. El envejecimiento acelerado implica estimular modos de falla conocidos para detectar la degradación.
Primer artículo de producción
Este es el UUT para la calificación ESS (normalmente se requieren tres UUT). La UUT debe ser representativa del diseño, los procesos de la línea de producción, los materiales y la mano de obra.
Primer artículo reparado
También llamado primer artículo. Esta es la UUT (normalmente se requieren dos) que demuestra que la fuente de reparación tiene la capacidad y los procesos para realizar una reparación satisfactoria.
Artículo de precalificación
- Artículo de producción de precalificación. También llamado artículo de preproducción. Esta es la UUT utilizada para la reducción de riesgos del programa y para calificar procesos clave, tecnologías, etc.
- Artículo reparado de precalificación. También llamado artículo de calidad. Este es el UUT (generalmente se requieren dos) reparado por un contratista de reparación potencial para cumplir, en parte, con los criterios para estar en una lista de postores calificados.
Sastrería
La adaptación es la tarea de ingeniería formal de usar datos técnicos existentes (requisitos, estándares, especificaciones, planes de prueba, etc.) y seleccionar o modificar áreas aplicables para cumplir con los requisitos únicos del tipo de unidad que se somete a prueba. Se eliminan los requisitos no aplicables. Se pueden agregar otros requisitos debido a cambios en los estándares federales, identificación de nuevos peligros, modificaciones al artículo o cambios en el perfil de misión / ESS. Todas las áreas de incumplimiento de los datos técnicos serán identificadas por el contratista y se presentará una Solicitud de Adaptación de Requisitos (RTR) al Gobierno para cada área. El RTR incluirá una justificación completa. Solo la autoridad de ingeniería del gobierno para el componente puede aceptar un RTR.
Adaptación de especificaciones y estándares
La adaptación generalmente consiste en seleccionar las áreas aplicables, los mejores métodos de prueba o el uso de un requisito equivalente.
Adaptación del plan de prueba
La adaptación generalmente consiste en cambiar los niveles y la duración de las pruebas, la secuencia de las pruebas o los requisitos de informes. La adaptación también identificará cualquier requisito de prueba que deba cumplirse mediante análisis, similitud o inspección.
MIC, renuncia y desviación
Cada RTR se clasificará como MIC, Renuncia o Desviación.
- MIC. Un RTR que aún cumple con la intención de los datos técnicos especificados se clasifica como Cumple con la intención de cumplimiento (MIC).
- Exención. Si un RTR aumenta potencialmente los riesgos de seguridad, se clasifica como una exención y también debe ser aceptado por el gobierno competente y las oficinas de seguridad del contratista. La intención de una exención es otorgar una aprobación temporal para proceder mientras se corrige el peligro. Una serie de fallas simultáneas poco probables y no relacionadas no se considera un peligro.
- Desviación. Un RTR que no aumenta los riesgos de seguridad y no es un MIC se clasifica como una desviación.
Estándares relevantes
- "MIL-HDBK-781A, MANUAL MILITAR, MÉTODOS DE PRUEBA DE FIABILIDAD, PLANES Y ENTORNOS PARA INGENIERÍA, CALIFICACIÓN PARA EL DESARROLLO Y PRODUCCIÓN" (PDF) . Departamento de Defensa de los Estados Unidos . 28 de febrero de 2006.
- "MIL-STD-202G, ESTÁNDAR MILITAR, MÉTODO DE PRUEBA ESTÁNDAR, PIEZAS DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS Y ELÉCTRICOS" (PDF) . Departamento de Defensa de los Estados Unidos . 8 de febrero de 2002.
- "MIL-HDBK-344A, MANUAL MILITAR: DETECCIÓN DE ESTRÉS AMBIENTAL (ESS) DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS" (PDF) . Departamento de Defensa de los Estados Unidos . 16 de agosto de 1993.
- "MIL-HDBK-505, MANUAL DEL DEPARTAMENTO DE DEFENSA PARA DEFINICIONES DE NIVELES DE ARTÍCULOS, INTERCAMBIABILIDAD DE ARTÍCULOS, MODELOS Y TÉRMINOS RELACIONADOS" (PDF) . Departamento de Defensa de los Estados Unidos . 12 de febrero de 1998.
- "MIL-STD-781D, ESTÁNDAR MILITAR, PRUEBAS DE FIABILIDAD PARA EL DESARROLLO, CALIFICACIÓN Y PRODUCCIÓN DE INGENIERÍA (S / S POR MIL-HDBK-781A)" (PDF) . Departamento de Defensa de los Estados Unidos . 17 de octubre de 1986.
- "MIL-STD-810G, DEPARTAMENTO DE DEFENSA MÉTODO DE PRUEBA ESTÁNDAR, CONSIDERACIONES DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y PRUEBAS DE LABORATORIO" (PDF) . Departamento de Defensa de los Estados Unidos . 31 de octubre de 2008.
- "MIL-STD-883G, DEPARTAMENTO DE DEFENSA MÉTODO DE PRUEBA ESTÁNDAR: MICROCIRCUITOS" (PDF) . Departamento de Defensa de los Estados Unidos . 28 de febrero de 2006.
- "IEST-RP-PR001: DIRECTRICES TÉCNICAS Y DE GESTIÓN DEL PROCESO ESS" (Web) . IEST . 25 de febrero de 2015.
Ver también
- Envejecimiento acelerado
- Cámara ambiental
- Ensayos ambientales
- Analisis fallido
- Estándar militar de los Estados Unidos
- MIL-STD-810 "Estándar del método de prueba del Departamento de Defensa para consideraciones de ingeniería ambiental y pruebas de laboratorio"
- Pantalla de estrés altamente acelerada
- Prueba de vida altamente acelerada
Notas
- ^ Kececioglu, D .; Sol, FB (2003). Detección de estrés ambiental: su cuantificación, optimización y gestión . Publicaciones DEStech. ISBN 9781932078046. Consultado el 17 de octubre de 2014 .
- ^ Bruce Peterson (9 de marzo de 2004). "Tutorial de detección de estrés ambiental" (PDF) . Soluciones de ingeniería de reconocimiento . Consultado el 17 de octubre de 2014 .
- ^ "Detección de estrés ambiental" . tutorialsweb.com . Consultado el 17 de octubre de 2014 .
- ^ El documento está disponible para distribución sin restricciones escribiendo a OO-ALC / ENR, Hill AFB, Ut. 84056. Solicite la Nota técnica 01-2002 de OO-ALC, Evaluación de estrés ambiental de componentes reemplazados y reparados, Definiciones y procesos estandarizados, por David Franz.
- ^ https://www.robins.af.mil/Portals/59/documents/technicalorders/00-25-234.pdf?ver=2018-09-05-144121-517