ANALISI DI AFFIDABILITÀ PER SISTEMI ELETTRONICI IN AMBITO AVIONICO

Si definisce "affidabilità" la capacità di rispettare le specifiche tecniche di funzionamento nel tempo di un dato prodotto. [1] In altre parole, l'affidabilità misura la capacità del prodotto di evitare malfunzionamenti. Una scarsa affidabilità implica con buona probabilità una perdita di prestazioni, una sicurezza compromessa per l'utente, e la necessità di azioni riparative e di manutenzione frequenti. Prodotti con alta affidabilità, invece, funzioneranno più a lungo, permettendo di focalizzarsi più sul miglioramento delle prestazioni che sulla necessità di rimediare ad eventuali malfunzionamenti o guasti. [2] L'affidabilità è uno dei fattori che contribuisce a determinare l'efficienza di un dato prodotto e quindi anche il suo valore per il cliente in quanto un prodotto più affidabile è chiaro che sia più appetibile rispetto ad uno meno affidabile. Si tratta pertanto di uno studio fondamentale in qualsiasi settore ma, in base ad esso, il calcolo predittivo può risultare più o meno complicato. Uno dei settori in cui il calcolo risulta particolarmente complesso è quello dell'elettronica, dove è difficile trovare dei risultati coerenti tra loro e coerenti con la realtà, a causa dell'elevata casualità che caratterizza i fenomeni fisici che stanno alla base ed esistono tante metodologie di calcolo dell'affidabilità che si pongono l'obbiettivo di rendere un dato che sia quanto più verosimile e vicino alla realtà. La previsione sull'affidabilità è anche importante perché è in base ad essa che si stabilisce il piano di recupero del guasto, quindi si pianifica la presenza in magazzino delle parti da sostituire e si va verso un altro problema che è quello della manutenibilità. La terza caratteristica da garantire di un dispositivo è quella della disponibilità, che assicura per l'appunto la capacità di utilizzo da parte del cliente di quel dato dispositivo ed è anch'essa collegata alle prime due. Un dispositivo affidabile e di immediata manutenibilità sarà infatti sicuramente un dispositivo con elevata disponibilità. Negli anni '50 la rapida crescita della complessità degli apparati elettronici costituiti da un gran numero di componenti, incrementò ulteriormente i già elevati costi di manutenzione, soprattutto in quegli impieghi dove la disponibilità continuativa delle apparecchiature era particolarmente importante o addirittura vitale, da far scorgere la necessità di prevedere con sufficiente anticipo gli interventi di manutenzione e le azioni necessarie per ridurle a livelli economicamente accettabili. Di conseguenza il settore che per primo ha espresso questa esigenza è stato quello militare, soprattutto negli USA. Sono stati pertanto gli enti di ricerca militari e quelli delle industrie fornitrici delle forze armate ad intraprendere per 4 primi gli studi tendenti a prevedere in termini quantitativi e non più solo qualitativi, il comportamento in esercizio di un dispositivo. E' quindi da questi presupposti che nasce lo studio dell'affidabilità; è importante notare però che tale studio ha visto, dagli anni 50'-60' fino ad oggi, varie fasi evolutive, dalla messa insieme dei dati di guasto raggruppati per famiglie tecnologiche sempre più dettagliate, all'estrapolazione di adeguati modelli matematici di predizione, al relativo calcolo del valore dei parametri affidabilistici per un sistema in fase di certificazione di prodotto, fino all'attuale accezione di affidabilità come strumento di progetto. Oggi il tecnico progettista che vuol tenere il passo con il processo tecnologico e l'industriale che teme la concorrenza deve familiarizzarsi con il concetto di affidabilità ed applicarne i nuovi metodi nel suo lavoro quotidiano. L'obbiettivo di questo elaborato è quello di mostrare come viene eseguito il calcolo predittivo dell'affidabilità tramite tre delle numerose metodologie esistenti. Verranno innanzitutto esposte e descritte singolarmente, seppur brevemente, le tre metodologie e poi verranno confrontati i risultati dell'affidabilità prima in modo generale, analizzando alcuni dei tipi di componenti elettronici più utilizzati e poi più in modo particolare, effettuando il calcolo predittivo su un sistema già esistente e prodotto da Leonardo Company S.p.A., azienda operante nel settore avionico militare in collaborazione della quale è stata realizzata questa tesi. Si andrà quindi ad individuare quella che, tra le tre, è la metodologia di calcolo che fornisce una predizione più vicina alla realtà, cosa che sarà possibile fare perché per il sistema oggetto dell'analisi sono disponibili i dati di ritorno dal campo, ovvero un riscontro effettivo da parte del cliente sulla frequenza con cui si presentano i guasti e quindi sull'affidabilità. Nel capitolo conclusivo invece ci sarà una breve riflessione finale sul calcolo dell'affidabilità ed un approfondimento sui transistor. Questo capitolo nasce dall'esigenza di studiare come alcuni eventi di normale funzionamento, quali sovratensioni e surriscaldamenti, possano influire sull'affidabilità del componente, dato che i transistor, ed in particolare i FET per applicazioni di potenza, rappresentano una categoria di componente abbastanza critica nel calcolo dell'affidabilità, nel senso che non sempre le metodologie di calcolo rendono un dato che venga confermato poi dai ritorni dal campo. Si vedrà a tal proposito che alcuni componenti parassiti possono indurre a degli eventi elettrici che causano stress aggiuntivo al componente e quindi un peggioramento dell'affidabilità, specialmente in quei casi in cui lo stress causato supera le capacità di sopportazione del componente stesso, anche se ciò avviene per brevi intervalli di tempo.