Calitatea Si Fiabilitatea Surselor Programabile DE Tensiune (s.p.t.)

CALITATEA ȘI FIABILITATEA SURSELOR PROGRAMABILE DE TENSIUNE (S.P.T.)

CUPRINS

1. INTRODUCERE

2. ARHITECTURA SURSELOR PROGRAMABILE DE TENSIUNE (S.P.T.)

3. CARACTERISTICI DE PERFORMANȚĂ PENTRU S.P.T.

3.1. Surse de tensiune și surse de curent

3.1.1. Sursa ideală de tensiune

3.1.2. Sursa ideală de curent

4. CALITATEA S.P.T.

4.1. Conceptul de calitate

4.2. Problemele calității

4.3. Controlul calității

5. INDICATORI DE FIABILITATE A S.P.T.

5.1. Elemente de teoria fiabilității

5.2. Indicatori generați de modelul probabilist asociat fiabilității

5.3. Mentenabilitate – Noțiuni generale utilizate în mentenabilitate

5.3.1. Mentenabilitatea

5.3.2. Mentenanța

6. MODELUL DE FIABILITATE PRIN FUNCȚII DE STRUCTURĂ

6.1. Sisteme cu structură de tip serie, paralel și mixt

6.2. Redundanța sistemelor

7. STUDIU DE CAZ: ANALIZA ȘI SINTEZA CALITĂȚII ȘI FIABILITĂȚII UNEI S.P.T. DIGITAL POWER SUPPLY (D.P.S.)

7.1. Descriere funcțională a Sursei programabile de tensiune – D.P.S.

7.2. Metode de optimizare a mentenabilitatii in faza de proiectare

7.3. Fiabilitatea D.P.S. prin aplicarea funcțiilor de structură

8. CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

Pentru alimentarea aparaturii electronice sunt necesare surse de energie de curent continuu. Aceste surse pot fi surse chimice (baterii galvanice, acumulatoare) sau redresoare.

Există o gamă foarte largă de surse de laborator, de la foarte simple la extrem de sofisticate, liniare sau în comutație.

Sursele de alimentare sunt utilizate în masuratorile electrice/electronice în cadrul laboratoarelor de cercetare ca surse etalon de tensiune, surse de activare pentru masurarea marimilor pasive si surse pentru alimentarea montajelor electronice în curent continuu in vederea determinării punctului static de funcționare (PSF).

ARHITECTURA SURSELOR PROGRAMABILE DE TENSIUNE (S.P.T.)

Prin redresor se înțelege un circuit electronic capabil să transforme energia electrică de curent alternativ în curent continuu. Alimentarea redresoarelor se face de obicei de la rețeaua de energie electrică. Redresoarele de puteri mici (pană la 1 kw) se alimentează în curent alternativ monofazat, iar cele de puteri mari se alimentează în curent alternativ trifazat.

Dintre elementele componente ale redresorului, cele electronice trebuie să aibă proprietatea de a conduce unilateral, respectiv să prezinte o caracteristică pronunțat neliniară și să funcționeze în regim neliniar. Se pot folosi diode cu vid (kenotroane), diode semiconductoare, tiratroane, tiristoare etc.

Schema bloc a unui redresor cu stabilizator – sursă de tensiune programabilă, (figura 2.1.) conține următoarele elemente (pornind de la sursa de energie alternativă – de obicei rețeaua electrică):

– transformatorul de rețea, cu ajutorul căruia se obține în secundar valoarea/valorile tensiunii alternative ce trebuie redresată;

– elementul redresor, cu proprietăți de conducție unilaterală, la ieșirea căruia se obține o tensiune (de un singur sens) pulsatorie;

– filtrul de netezire, cu rolul de a micșora pulsațiile tensiunii redresate, redând o tensiune de forma cât mai apropiată de cea continuă;

– etaj de stabilizare și de reglare a tensiunii continue obținute;

– etaj de programare și control digital, cu rol de comandă și control al etajului de stabilizare;

– rezistența de sarcină, pe care se obține tensiunea continuă și stabilizată.

În figura 2.1 se pot observa principalele blocuri funcționale din componența unei surse programabile de tensiune;

sursa de curent alternativ (rețeaua de 230 Vef / 50 Hz);

transformatorul coborâtor;

elementul redresor;

filtrul;

etaj de stabilizare și de reglare a tensiunii;

etaj de programare și control digital;

rezistența de sarcină, pe care se obține tensiunea continuă.

Figura 2.1 Schema bloc a unei surse de tensiune programabilă

Redresoarele se pot clasifica după următoarele criterii:

după tipul tensiunii alternative redresate (numărul de faze):

– redresoare monofazate;

– redresoare polifazate (de obicei trifazate);

după numărul de alternanțe ale curentului alternativ pe care le redresează:

– redresoare monoalternanță;

– redresoare bialternanță în punte;

după posibilitatea controlului asupra tensiunii redresate:

– redresoare necomandate;

– redresoare comandate sau reglabile;

după natura sarcinii

– redresoare cu sarcină rezistivă (R);

– redresoare cu sarcină inductivă (RL);

– redresoare cu sarcină capacitivă (RC).

Schema ce oferă suficiente avantaje, este cea a unui redresor monofazat, bialternanță în punte, comandat/reglabil. Redresarea bialternanță se face prin patru diode redresoare ce formează “brațele” unei punți, la care alimentarea în curent alternativ se face printr-o diagonală, de la secundarul transformatorului, iar tensiunea redresată se culege în cea de-a doua diagonală, fiind aplicată în continuare etajului de stabilizare și de reglare a tensiunii. Tensiunea astfel stabilizată se obține la ieșirea acestui etaj pe o rezistență de sarcină, filtru, etaj de stabilizare și reglare sau în gol.

CARACTERISTICI DE PERFORMANȚĂ PENTRU S.P.T.

3.1. Surse de tensiune și surse de curent

Un generator de energie electrică determină existența unui curent electric staționar pentru că menține la bornele sale o diferență de potențial, în interiorul său curentul fiind “forțat” să treacă de la potențial coborât la potențial ridicat, așa cum se vede în desenul din figura 3.1.1. În continuare vom vedea ce se întâmplă însă cu tensiunea de la bornele sale dacă se schimbă intensitatea curentului prin circuit datorită modificării circuitului extern.

Figura 3.1.1 Evoluția potențialului de-a lungul unui circuit electric

3.1.1. Sursa ideală de tensiune

Generatoarele reale se comportă în diferite moduri, după structura lor internă, principiul de funcționare și condițiile externe în care operează. La unele dintre ele, modificarea tensiunii la borne este neglijabilă pentru variații mari ale curentului furnizat. Aceasta a condus la introducerea unui element de circuit (model ideal), numit sursă ideală de tensiune: tensiunea la bornele unei surse ideale de tensiune este independentă de curentul care o străbate (adică de circuitul extern). În particular, dacă se face un scurtcircuit (rezistența nulă) la bornele sale, curentul debitat devine infinit [1].

Pentru sursa ideală de tensiune se utilizează simbolurile din figura 3.1.1.1. În lucrările de teoria modernă a circuitelor și în majoritatea manualelor și articolelor contemporane se folosește simbolul din desenul b). Un alt simbol des utilizat este cel din desenul c), care amintește de o baterie de elemente galvanice. Simbolul din desenul a) este cel recomandat de standardul european DIN, dar este extrem de rar utilizat. De cele mai multe ori, pentru simplitate, în schemele electronice se obișnuiește să nu se mai deseneze sursele de alimentare, așa cum sunt ele legate, cu o bornă la masă, ci se desenează simbolul din figura 3.1.1.1d) la nodurile unde sunt legate aceste surse, arătându-se astfel că potențialul acestora este menținut constant la valoarea +V (față de masă). Frecvent, nici cerculețul nu se mai desenează, scriindu-se doar potențialul la care este menținut nodul respectiv.

Figura 3.1.1.1 Simboluri pentru sursa ideală de tensiune

Faptul că tensiunea la bornele sursei de alimentare nu depinde de intensitatea curentului este o proprietate esențială în aplicațiile practice.

Conceptul de sursă ideală de tensiune a apărut inițial pentru modelarea generatoarelor galvanice, astfel tensiunea de la bornele sale nu trebuie denumită tensiune electromotoare. Sursa ideală de tensiune este un concept mult mai general și este utilizat, de exemplu, pentru modelarea unei diode semiconductoare în zona de străpungere inversă unde nu putem găsi nici o tensiune electromotoare sau contraelectromotoare. Nici măcar la sursele de alimentare profesionale, care se apropie foarte mult de sursa ideală de tensiune, nu se poate vorbi de valoarea tensiunii electromotoare de la borne.

Tensiunea la bornele unei surse ideale de tensiune este independentă de curentul care o străbate.

Sursa ideală de tensiune controlează numai tensiunea la bornele sale, curentul este determinat de restul circuitului extern și poate avea oricare dintre cele două sensuri posibile. Sursa ideală de tensiune poate funcționa, astfel, atât ca generator de energie electrică, cât și ca un consumator de energie electrică. În continuare o vom numi sursă (și nu și consumator).

Electronica modernă poate realiza aparate numite surse de alimentare (power supply în limba engleză) a căror tensiune la borne să sufere variații fracționare infime (10-5 este o valoare obișnuită), apropiindu-se astfel de aceea a sursei ideale de tensiune. Această comportare este, însă, întotdeauna limitată la un anumit domeniu de intensități. Există, astfel, un curent maxim admis, dincolo de care sursa de alimentare încetează să mai păstreze constantă tensiunea, fie limitând curentul, fie întrerupându-l, pentru a se proteja. În figura 3.1.1.2 se poate vedea comportarea unei astfel de surse de alimentare, desenată cu roșu, în comparație cu cea a unei surse ideale, trasată cu linie subțire neagră.

Figura 3.1.1.2 Caracteristica tensiune-curent a unui alimentator electronic

Un alt aspect important la o sursă de alimentare este comportarea la schimbarea sensului curentului, atunci cănd se leagă în circuitul extern o altă sursă de tensiune mai mare, în opoziție cu ea. De exemplu, în această situație, sursele de alimentare electronice, dacă nu se distrug, încetează să se mai comporte ca surse ideale, cel mai adesea nepermițând trecerea curentului.

Comportarea multor surse de alimentare reale nu se apropie de aceea a sursei ideale de tensiune și adesea, acest lucru nici nu este necesar. Tensiunea la bornele lor are o valoare maximă atunci când funcționează în gol (curent nul), dar valoarea tensiunii scade la creșterea curentului. La un generator electric liniar, tensiunea la borne, are de cele mai multe ori dependență liniară (de gradul întâi):

E = Ugol – Rint · I (3.1)

unde constanta Rint (rezistența internă a sursei) trebuie să aibă dimensiune de rezistență electrică. Relația precedentă, reprezentată grafic în figura 3.1.1.3a), permite modelarea unei astfel de surse liniare cu o sursă ideală de tensiune în serie cu un rezistor a cărui valoare se spune că este rezistența internă a sursei (figura 3.1.1.3b). Acest rezistor nu există fizic în interiorul sursei, el doar modelează scăderea tensiunii la borne care poate avea și alte cauze decât rezistența electrică a circuitului intern

a) b)

Figura 3.1.1.3 Caracteristica tensiune-curent a unui generator cu comportare liniară

Schema din figura 3.1.1.3b) modelează numai dependența U(I) și, corespunzător, schimbul de energie între generator și restul circuitului. Ea nu spune nimic despre bilanțul energetic intern al generatorului, adică despre energia neelectrică ce este convertită în energie electrică; tensiunea Ugol nu trebuie privită ca o tensiune electromotoare care ar rămâne constantă, pentru că scăderea tensiunii la borne din desenul a) poate fi produsă inclusiv de scăderea tensiunii electromotoare la creșterea curentului. S-ar putea obiecta că la regimul de gol tensiunea electromotoare chiar este egală cu Ugol și mai mare decât E stabilizat.

Valoarea rezistenței interne se poate determina din valoarea curentului de scurtcircuit (la E = 0, respectiv Rs = 0).

Isc = (3.2)

dar în practică acest curent este rareori măsurabil direct, deoarece sursele reale încetează să se comporte liniar la valori mari ale curentului, de cele mai multe ori datorită elementelor de protecție la scurt acestea au curentul de scurt mai mic decât curentul maxim de funcționare în sarcină.

Strict vorbind, nici un circuit electronic nu se comportă, nici măcar pe un domeniu limitat de curent, exact ca o sursă ideală de tensiune, prezentând o anumită rezistență internă nenulă. Dacă aceasta este foarte mică, pentru disprgia neelectrică ce este convertită în energie electrică; tensiunea Ugol nu trebuie privită ca o tensiune electromotoare care ar rămâne constantă, pentru că scăderea tensiunii la borne din desenul a) poate fi produsă inclusiv de scăderea tensiunii electromotoare la creșterea curentului. S-ar putea obiecta că la regimul de gol tensiunea electromotoare chiar este egală cu Ugol și mai mare decât E stabilizat.

Valoarea rezistenței interne se poate determina din valoarea curentului de scurtcircuit (la E = 0, respectiv Rs = 0).

Isc = (3.2)

dar în practică acest curent este rareori măsurabil direct, deoarece sursele reale încetează să se comporte liniar la valori mari ale curentului, de cele mai multe ori datorită elementelor de protecție la scurt acestea au curentul de scurt mai mic decât curentul maxim de funcționare în sarcină.

Strict vorbind, nici un circuit electronic nu se comportă, nici măcar pe un domeniu limitat de curent, exact ca o sursă ideală de tensiune, prezentând o anumită rezistență internă nenulă. Dacă aceasta este foarte mică, pentru dispozitivul real se utilizează denumirea de sursă de tensiune. De multe ori, acolo unde nu există pericol de confuzie, vom numi, pentru simplificarea exprimării, chiar și sursa ideală de tensiune, sursă de tensiune.

Reprezentarea Thévenin

În scrierea relației E = Ugol – Rint · I (3.1), nu a intervenit în nici un fel faptul că circuitul pe care îl descrie era o sursă de alimentare. Singura condiție impusă a fost ca circuitul să se comporte liniar: aceasta înseamnă că reprezentarea printr-o sursă ideală de tensiune în serie cu un rezistor este valabilă pentru orice circuit liniar accesibil la două borne (figura 3.1.1.4), rezultat ce este cunoscut ca teorema Thévenin.

a) b)

Figura 3.1.1.4 Reprezentarea Thévenin a unui circuit liniar, accesibil la două borne

Formulată mai întâi în 1853 de către Hermann von Helmholtz într-un capitol despre “electricitatea animală”, teorema a fost redescoperită 30 de ani mai târziu, în 1893, de către inginerul francez Leon Charles Thévenin care lucra în domeniul telegrafiei. Demonstrația simplă dată de Thévenin și utilizarea ei de către acesta în descrierea circuitelor complicate pe care începea să le utilizeze telegraful electric a făcut ca teorema să poarte numele lui.

Utilitatea teoremei este dată de faptul că un circuit, oricât de complex, alcătuit numai din elemente liniare, este la rândul său liniar, deci poate fi echivalat cu o sursă ideală de tensiune și un rezistor. Într-adevăr, oricât am complica circuitul din figura 3.1.1.4a), prin adăugarea de surse ideale de tensiune și rezistoare, el nu poate face în exteriorul său decât ceea ce face circuitul său echivalent din figura 3.1.1.4b). Orice efort de modificare a circuitului nu produce decât schimbarea celor două mărimi fizice care îi descriu funcționarea, tensiunea și rezistența Thévenin.

Conform celor spuse anterior, tensiunea Thévenin ETh este chiar tensiunea în gol iar curentul de scurtcircuit între borne este ETh / RTh. Vom vedea mai târziu cum se determină în practică rezistența Thévenin. Tensiunea de ieșire a unui divizor rezistiv, fără sarcină, se obține cu regula de trei simplă. Rezistența echivalentă a unui divizor (la bornele de ieșire) este egală cu combinația paralel a rezistențelor ce alcătuiesc divizorul.

Dacă rezistența de sarcină este mult mai mare decât rezistența echivalentă a divizorului, atunci conectarea acesteia nu modifică semnificativ tensiunea de ieșire a divizorului, el funcționând practic “neîncărcat”, furnizând aproximativ tensiunea de mers în gol.

Circuitul nu este operat niciodată în regim de gol, ci prin conectarea unei rezistențe de sarcină, a cărei valoare se poate modifica în timpul funcționării. În acest caz, tensiunea la borne nu va fi tensiunea ETh (de mers în gol) ci:

U = ETh (3.3)

Dacă, de exemplu, rezistența de sarcină este egală chiar cu rezistența Thévenin, vom obține la borne numai jumătate din tensiunea măsurată în gol iar, la variația sarcinii, variația relativă a tensiunii pe sarcină va fi dU/U dRS / RS. În cazul în care rezistența de sarcină va fi de zece ori mai mare decât rezistența Thévenin, tensiunea la borne va fi aproximativ egală cu tensiunea în gol 1/1.1 0.91 din aceasta. La variația rezistenței de sarcină, variația relativă a tensiunii la borne va fi acum dU/U 1/10 · dRS / RS , de zece ori mai mică decât înainte.

Orice dipol liniar poate fi echivalat (Thévenin) cu o sursă ideală de tensiune legată în serie cu o rezistența. Valoarea sursei este egală cu tensiunea în gol iar valoarea rezistenței este dependentă de curentul de scurtcircuit prin relația:

Rechiv = Ugol / ISC (3.4)

3.1.2. Sursa ideală de curent

Există, însă, anumite circuite pentru care echivalarea Thévenin, deși posibilă, este incomodă. De exemplu, pentru circuitul cu tranzistor din figura 3.1.2.1a), dependența tensiunii pe rezistența de sarcină arată ca în desenul b) al figurii. Circuitul se comportă liniar în condiții apropiate de scurtcircuit (regiunea din caracteristica încadrată în dreptunghiul hașurat) dar încetează să facă asta când tensiunea la bornele sale crește (prin creșterea rezistenței în circuitul extern). Tensiunea echivalentă Thévenin, obținută prin extrapolarea dependenței liniare, are o valoare de sute de volți, pe când comportarea liniară încetează de la 10V. Astfel, pentru utilizatorul circuitului, tensiunea Thévenin își pierde semnificația de tensiune care se măsoară în gol.

Figura 3.1.2.1 Caracteristica tensiune-curent a sursei de curent cu tranzistor [1]

Reprezentarea Norton

Din acest motiv, în regiunea specificată a caracteristicii, se utilizează o echivalare duală a celei Thévenin, justificată de teorema Norton. Ea a apărut în anul 1926, într-un raport tehnic intern al inginerului Eduard Lawry Norton de la Bell Laboratoy și, aproape simultan, într-un articol al fizicianului german Hans Ferdinand Mayer de la firma Siemens. Teorema se bazează pe un alt element ideal de circuit, sursa ideală de curent: sursa ideală de curent debitează un curent cu intensitatea independentă de tensiunea de la bornele sale; adică de circuitul extern conectat la bornele sale [1].

La viteză constantă a benzii transportoare și cu un rezistor conectat între poli, binecunoscutul generator Van der Graaf este o sursă de curent aproape ideală.

Pentru sursa ideală de curent sunt utilizate simbolurile din figura 3.1.2.2. Cărțile de teoria modernă a circuitelor, ca și imensa majoritate a lucrărilor contemporane, folosesc simbolul din desenul a). În unele lucrări se mai poate întâlni și simbolul din desenul b) care seamănă cu un transformator. Standardul european DIN recomandă simbolul din desenul c), dar acesta este extrem de rar utilizat.

Figura 3.1.2.2 Simbolurile acceptate pentru sursa ideală de curent [1]

Sursa ideală de curent nu controlează decât intensitatea curentului, tensiunea la bornele sale este determinată de restul circuitului. Astfel, această tensiune poate avea oricare din cele două polarități, sursa ideală de curent putând funcționa atât ca generator de energie electrică cât si ca un consumator de energie electrică [1].

Teorema Norton afirmă că orice circuit liniar accesibil la două borne este echivalent cu o sursă ideală de curent IN în paralel cu o rezistență RN , așa cum se poate vedea în figura 3.1.2.3 Trecerea între reprezentarea Thévenin și reprezentarea Norton este extrem de simplă: valoarea rezistenței interne este aceeași (diferă numai modul de conectare, serie sau paralel) iar sursa ideală de curent are o valoare egală cu aceea a curentului de scurtcircuit.

Thévenin: “undeva se pierde o tensiune Norton: “undeva se pierde un curent

…proporțională cu intensitatea curentului” proporțional cu tensiunea la borne”

Figura 3.1.2.3 Reprezentările Thévenin și Norton [1]

În calcule însă, pentru circuitele care se vor lega în serie trebuie preferată echivalarea Thévenin (pentru că se adună pur și simplu tensiunile și rezistențele echivalente) iar pentru circuitele care se leagă în paralel e de preferat reprezentarea Norton, pentru că, din nou, nu avem decât de adunat curenții Norton și conductanțele echivalente. Trecerea repetată între cele două tipuri de reprezentări, combinată cu echivalări serie și paralel, poate să rezolve simplu probleme care, altfel, conduc la sisteme cu un număr mare de ecuații.

Dacă avem dependența funcțională U = f(I) de la bornele unui dipol, rezistența echivalentă (aceeași în ambele reprezentări, Thévenin și Norton) se determina în relația:

Rechiv = – ΔU / ΔI (3.5)

Anumite dispozitive reale se pot apropia foarte mult de comportarea unei surse ideale de curent; atunci când rezistența lor internă este foarte mică ele sunt numite, simplu, surse de curent. Pentru simplitate, atunci când nu există pericol de confuzie, și sursele ideale de curent vor fi numite tot surse de curent.

Spuneam mai înainte că sursa ideală de tensiune și sursa ideală de curent sunt concepte mult mai generale decât dispozitivele fizice care le-au inspirat apartiția. În primul rând, nu este de loc necesar ca valorile lor să fie constante în timp, ele trebuie să fie doar independente de circuitul extern. Cu alte cuvinte, o sursă de tensiune va debita sau absorbi la un moment dat atâta curent cât este necesar pentru a stabili la bornele sale exact valoarea de tensiune pe care a fost “programată” să o realizeze la acel moment.

Mai mult, valorile surselor ideale de tensiune sau curent pot înceta să mai fie independente de restul circuitului, ajungându-se, astfel, la sursele comandate (sau controlate), care se împart în patru categorii:

surse ideale de tensiune comandate de o tensiune electrică între două puncte oarecare ale circuitlui (VCVS – Voltage Controlled Voltage Source);

surse ideale de tensiune comandate de intensitatea unui curent electric din circuit (ICVS – Intensity Controlled Voltage Source);

surse ideale de curent comandate de o tensiune electrică între două puncte oarecare ale circuitului (VCIS);

surse ideale de curent comandate de intensitatea unui curent electric din circuit (ICIS).

CALITATEA S.P.T.

4.1. Conceptul de calitate

În definirea noțiunii de calitate se pleacă de la noțiunea de valoare de întrebuințare, care reprezintă totalitatea însușirilor care fac ca un produs să fie util clientului.

Practic însă, între produse cu valori de întrebuințare identice pot să apară deosebiri ca urmare a nivelului diferit de satisfacere a aceleași necesități pentru care au fost create. Apare astfel noțiunea de calitate a produsului.

Calitatea reprezintă expresia gradului de utilitate a unui produs sau serviciu, măsura în care, prin ansamblul proprietăților și caracteristicilor sale tehnico-funcționale, psiho-senzoriale și economice, acesta satisface nevoia pentru care a fost creat și respectă restricțiile impuse de interesele generale ale societății privind eficiența social-economică, protecția mediului natural și social.

Prin calitate se înțelege inclusiv nivelul tehnic al produselor, deoarece un produs cu performanțe tehnice scăzute, departe de standardele la nivel mondial, nu poate fi considerat un produs de calitate. [3] Crinel Raveica curs calitate 2010.

Calitatea are un caracter complex, care este determinat de numărul mare de caracteristici sau însușiri pe care trebuie să le îndeplinească produsul pentru a fi considerat de calitate.

Pentru aprecierea sau evaluarea calității se utilizează caracteristicile de calitate. Acestea, numite și criterii sau parametrii de calitate sunt proprietăți cantitative sau calitative folosite pentru evidențierea cerințelor de calitate impuse produselor și/sau componentelor lor.

În general, în industrie se utilizează mai multe caracteristici de calitate: tehnice, economice, psiho-senzoriale, de disponibilitate, cu caracter social. Principalele caracteristici de calitate:

1. După natura și efectul pe care îl au în procesul de utilizare

• tehnice (însușirile valorii de întrebuințare a produsului) vizează însușirile intrinseci ale produsului, menite să satisfacă într-un anumit grad o utilitate. Acestea se concretizează printr-o serie de proprietăți fizico-chimice proprii structurii produsului și determinate de concepția constructiv-funcțională a acestuia. În general, caracteristicile tehnice se pot măsura obiectiv, direct sau indirect, cu o precizie suficientă, prin mijloace tehnice. Dintre caracteristicile tehnice o importanță deosebită o au precizia geometrică sau dimensională a produsului respectiv și precizia cinematică sau de mișcare.

• economice – vizează aspecte de ordin economic ale producerii și utilizării produselor. Acestea sunt exprimate printr-o serie de indicatori cum sunt: costul de producție, prețul, cheltuieli de mentenanță, randamentul, gradul de valorificare a materiilor prime;

• psiho-senzoriale (efecte estetice, ergonomice) – se referă la efectele de ordin estetic și ergonomic pe care le au produsele asupra utilizatorilor, prin formă, culoare, grad de confort, etc. Acestea sunt variabile în timp iar aprecierea lor este influențată de factori subiectivi;

• de disponibilitate (fiabilitate, mentenabilitate) – reflectă aptitudinea produselor de a-și realiza funcțiile utile de-a lungul duratei lor de viață. Aceste caracteristici sunt definite de două noțiuni fundamentale: fiabilitatea și mentenabilitate;

• de ordin social general (efecte asupra mediului) – se referă la efectele pe care le au sistemele tehnologice de realizare a produselor, cât și utilizarea acestora, asupra mediului natural, asupra siguranței și sănătății oamenilor;

2. După modul de compensare

• măsurabile direct – dimensiuni, duritate, greutate;

• măsurabile indirect – fiabilitatea unui utilaj determinată pe baza probelor de rezistență la uzura;

• comparabile obiectiv cu mostra etalon – numărul de defecte dintr-un interval spatial;

• comparabile subiectiv cu mostra etalon – finisajul unui produs, culoare.

4.2. Problemele calității

Standarde, norme, reglementări

Documente care prescriu calitatea produselor:

• standard;

• caiet de sarcini;

• norma tehnica.

Documente care certifică calitatea produselor:

• buletin de analiză;

• certificat de omologare;

• certificat de garanție;

• certificat de calitate;

Standardul reprezintă ansamblul de reguli tehnice obligatoriu prin care se stabilesc, potrivit nivelului dezvoltării tehnice într-un anumit moment, caracteristicile tehnico-economice pe care trebuie să le îndeplinească un produs precum și prescripțiile privind recepția, marcarea, depozitarea, transportul

Standarde internaționale

• ISO 9000. Sistemele calității. Conducerea și asigurarea calității. Linii directoare pentru alegere și utilizare.

• ISO 9001. Sistemele calității. Model pentru asigurarea calității în proiectare, dezvoltare, producție, montaj și service.

• ISO 9002. Sistemele calității. Model pentru asigurarea calității în producție și montaj.

• ISO 9003. Sistemele calității. Model pentru asigurarea calității în inspecții și încercări finale.

• ISO 9004. Conducerea calității și elemente ale sistemului calității. Linii directoare.

Caietul de sarcini este un document tehnico-normativ care vine să întregeasca prevederile standardelor sau normelor tehnice cu noi parametri. Se elaborează prin conlucrarea furnizorului cu beneficiarul, stabilind pe lângă nivelul de calitate a produselor metodele de control, modalitățile de recepție, ambalare, livrare.

Norma tehnica reprezintă documentația tehnico-economica în care sunt cuprinse prescripțiile de calitate a unui produs.

Buletinul de analiză este un document de certificare a calității prin care se face o descriere detaliată a anumitor caracteristici fizice, mecanice ale produsului.

Certificatul de omologare este documentul prin care se face omologarea produselor, cu scopul de a verifica dacă produsele noi corespund documentației tehnico-economice.

Certificatul de garanție este documentul prin care se garantează calitatea produsului.

Certificatul de calitate este documentul care certifică calitatea produselor în raportul dintre unități. El trebuie să menționeze încercările fizice, mecanice, chimice, organoleptice și probele la care a fost supus produsul în conformitate cu documentele tehnico-normative sau alte condiții de calitate prevăzute în contract.

Indicatorii de caracterizare a nivelului calității

• Indicatori ai calității producției care exprimă procesul de înnoire a producției prin modernizări, asimilări.

• Indicatori ai calității produselor care reflectă în final caracteristicile produselor ca rezultat al procesului de concepție și execuție:

• Indicatori parțiali ai calității produselor (specifice), măsoară gradul de dezvoltare a caracteristicilor specifice fiecărui produs prevăzut în standarde, norme interne sau caiete de sarcini sub forma unor limite pe care trebuie să le respecte produsele.

• Indicatorii claselor sau sorturilor de calitate se utilizează în ramurile industriale unde produsele pot fi încadrate pe mai multe clase de calitate (I, II).

• Indicatorii noncalității reflectă deficiențele calitative ale procesului de producție și exprimă ponderea rebuturilor, remanierilor, reclamațiilor de la beneficiari în totalul producției. (treapta I – analitici, treapta II –sintetici, treapta III – complex)

4.3. Controlul calității

Etape ale controlului calității

1. Etapa de concepție și proiectare

2. Pregatirea materială a fabricației

3. Asigurarea concordanței între calitatea concepției și calitatea fabricației

4. Controlul produselor finite

5. Calitatea produselor la beneficiari, comportarea lor în exploatare, colectarea de critici, observații, tendințe

Masurarea nivelului calității produselor

1. Metoda experimentală

2. Metoda expertizei

3. Metoda sociologică

4. Metoda statistică

Controlul statistic al calității se bazează pe controlul prin eșantionare, în cadrul căruia prin eșantionul extras, controlat în totalitate, se obțin rezultate și concluzii asupra întregului proces de fabricație sau lot de produse finite privind stabilitatea fabricației, capabilitatea proceselor de fabricație, precizia de realizare a caracteristicilor de calitate controlata

•controlul statistic la recepția loturilor de produse pe baza nivelului de calitate acceptabil (AQL)

•controlul statistic pe flux de fabricație

Nivelul de calitate acceptabil (AQL) este nivelul de calitate care corespunde unei probabilități de acceptare specificate relativ ridicate într-un plan de verificare; reprezintă fracțiunea defectivă maximă (sau numărul maxim de defecte pe 100 de unități de produs) care, în scopul verificării calității prin eșantionare, poate fi considerată în mod satisfăcător drept calitate medie a procesului de fabricație la furnizor.

Procedee:

•verificarea calității prin atribute

•verificarea calității prin măsurare (metodele s, R, σ)

Planul de verificare:

•Nivelul de calitate acceptabil AQL

•Nivelul de verificare Nv

•Tipul de eșantionare

•Gradul de severitate

Experiența stocastica = experiență ale cărei rezultate nu pot fi prevăzute cu certitudine.

Eveniment observabil = un rezultat posibil al unei experiențe stocastice.

Eveniment elementar = un eveniment ce furnizează maximum de informație asupra rezultatului experienței. Pe baza evenimentelor elementare se pot descrie toate evenimentele observabile.

Eveniment sigur = evenimentul ce se produce cu certitudine în cadrul experienței in condițiile date.

Eveniment imposibil = evenimentul care nu se produce niciodată în cadrul experienței în condițiile date.

Evenimente incompatibile = evenimentele care nu se pot realiza în același timp în cadrul experienței în condițiile date. (Ω, Ʃ) = câmp de evenimente

INDICATORI DE FIABILITATE A S.P.T.

Prin fiabilitatea unui produs se înțelege probabilitatea ca acesta să-și îndeplinească funcțiile cu anumite performanțe și fără defecțiuni un anumit interval de timp și în condiții de exploatare date. Fiabilitatea este deci o mărime care caracterizează siguranța în funcționare a unui sistem tehnic. Între calitate și fiabilitate există o strânsă legătură, fiabilitatea fiind calitatea produsului extinsă în timp. [3] Crinel Raveica curs calitate 2010.

5.1. Elemente de teoria fiabilității

Definiții calitative

Fiabilitatea = siguranța în funcționare [Mihoc]

= siguranța în exploatare [DEX ’98]

= capacitatea sistemelor tehnice de a funcționa un timp îndelungat menținându-și parametrii prestabiliți [NODEX]

Definiție cantitativă

FIABILITATEA = probabilitatea ca un sistem să-și îndeplinească funcțiile, cu anumite performante și fără defecțiuni, într-un anumit interval de timp și în condiții de exploatare date [Mihoc]

În baza acestei definiții se presupune:

Asocierea variabilei aleatoare τ, intervalului de timp în care sistemul funcționează fără defecțiuni;

Se admite ipoteza că sunt respectate condițiile de utilizare/exploatare ale sistemului.

Astfel, adoptarea caracterului aleator al comportării fiabilistice ale S.P.T. admite cunoașterea insuficientă a dependențelor dintre momentul de timp al defectării și următoarele aspect:

Caracteristicile efective ale S.P.T. determinate de variabilitatea proceselor tehnologice, a componentelor utilizate în system;

Condițiile efective de utilizare;

Ansamblul fenomenelor și proceselor de degradare și solicitare.

Variabila aleatoare τ, prin repartiția statistică a acesteia, include variabilitatea condițiile de utilizare / exploatare în limitele prestabilite, cu păstrarea acelorași fenomene, moduri și mecanisme de defectare. Se va admite că densitatea de repartiție a variabilei aleatoare τ este continua, ținând cont că durata de timp aferentă funcționării poate lua orice valoare reală pozitivă:

(5.1)

[1] Ioana Armaș – Calitatea și fiabilitatea sistemelor mecatronice

5.2. Indicatori generați de modelul probabilist asociat fiabilității

Putem adopta, în continuare, indicatorii principali de fiabilitate determinați în cadrul teoriei generale a modelului probabilist al fiabilității:

Probabilitatea de bună funcționare (funcția de fiabilitate)

R(t) = P(τ ≥ t) = 1- Fτ (t)=1 – q(t) (5.2)

Probabilitatea de defectare (funcția de repartiție a duratei de bună funcționare)

q(t) = P(τ < t) = Fτ (t) τ = durata de bună funcționare (5.3)

Observăm că q(t) reprezintă funcția de repartiție a variabilei aleatoare τ și are următoarele proprietăți: q(0 ) = 0 și = 1 (5.4)

Frecvența relativă de defectare (densitatea de repartiție a variabilei aleatoare τ)

fτ(t) = P(t ≤ τ < t – 1) = dFτ (t) / dt (5.5)

Intensitatea de defectare (rata defectelor)

λ(t) = P(t ≤ τ < t – 1| τ ≥ t) = fτ(t) / R(t) (5.6)

Media timpilor de buna funcționare (MTBF)

M(τ) = fτ(t) dt (5.7)

În contextul fiabilității în sens restrâns, pentru sistemele nereparabile, M(τ) are semnificația valorii medii a timpului de funcționare până la defectare.

Noțiuni de rată de defectare

Statistic, rata defectărilor în funcție de timp are o alură tip “cadă de baie” (figura 5.2.1). Viața unei componente sau a unui sistem are trei intervale de timp semnificative:

– viața timpurie (early life): în intervalul (t0 – t1), imediat după fabricare, în timpul testelor și punerii în funcțiune;

– viața utilă (useful life): în intervalul (t1 – t2), defectări în timpul utilizării de către beneficiar;

– viața după amortizare / uzură (wearout time): după t2, până la momentul scoaterii din uz.

Curba ce reprezintă rata globală a defectărilor este în cea mai mare parte o consecință a solicitărilor termice, electrice și mecanice.

Defectarea în viața timpurie este în mare măsură influențată de alte solicitări decât temperatura și diferă mult de la o aplicație la alta. Principalii factori ce contribuie la defectarea prematură sunt regimurile tranzitorii, zgomotul, solicitările mecanice improprii și temperatura excesivă (în timpul asamblării și lipiturilor pe placă). Multe din aceste defecte sunt evidențiate în etapa de testare, asamblare și mânuire la punerea în funcție.

Figura 5.2.1 Rata de defectare în funcție de timp

Viața utilă a componentei este intervalul de la t1 – sfârșitul defectării timpurii, până la t2 – timpul când uzura este accentuată. Acest interval, care este de fapt zona centrală a curbei ratei globale a defectărilor este cel utilizat pentru definirea ratei de defectare. Rata defectării în timpul de viață util se poate defini ca procentul de componente ce se defectează în unitatea de timp.

Figura 5.2.2 Ponderea cauzelor de defectare în viața utilă a unei componente

Principalii factori care influențează timpul de viață util sunt: umiditatea, solicitările mecanice, variațiile electrice, temperatura componentelor semiconductoare și praful depus în timpul vieții utile (figura 5.2.2).

Rata de defectare reprezintă numărul de componente ce se defectează într-un anumit interval de timp (de exemplu într-un milion de ore).

O altă noțiune folosită este timp mediu între defectări (MTBF = mean time between failures) și arată timpul mediu scurs între două defectări succesive. Aceste două mărimi se utilizează în estimarea fiabilității și sunt invers proporționale [9]:

MTBF = (5.8)

Rata de apariție a defectelor este uzual reprezentată de modelul Arrhenius. Acest model, este utilizat cu predominanță pentru testarea accelerată a duratei de viață a circuitelor integrate, și presupune existența unei degradări liniare a performanței cu timpul, arătând că rata defectării este o funcție dependentă de solicitarea termică printr-o funcție exponențială [9]:

RataDefectării (T) = exp (5.9)

unde E = energia de activare [eV], k = constanta lui Boltzman, T = temperatura joncțiunii în grade [K].

Se definește factorul de accelerare F ce arată modificarea ratei defectării între două temperaturi diferite [9]:

F = = exp (5.10)

Acest factor de accelerare are o evoluție mai rapidă cu creșterea temperaturii pentru energii de activare mai mari, rezultând clar importanța menținerii temperaturii joncțiunilor la o valoare cât mai mică pentru a reduce rata defectării. O temperatură cu câteva grade mai mare poate reduce dramatic viața unei componente.

Disponibilitatea

Prin disponibilitate se înțelege capacitatea unui sistem de a fi într-o stare în care să poată îndeplini cerințele funcționale, în condiții date, la un moment dat sau într-un interval de timp dat, presupunând că resursele exterioare în acest caz sunt asigurate [73, pag.16].

Disponibilitatea este suma a doua probabilități:

– Probabilitatea de bună funcționare pe un anumit interval de timp;

– Probabilitatea restabilirii capacității de bună funcționare după o defectare.

A(t ) = R(t )+ F(t )⋅M(t ) (5.11)

unde A(t ) – funcția de diponibilitate;

R(t ) – funcția de fiabilitate;

F(t ) – funcția de repartiție;

M(t ) – funcția de mentenabilitate.

Disponibilitatea reprezintă unul dintre criteriile de apreciere a calitatii produselor.

Indicatorii principali de disponibilitate

a. Media timpilor de buna functionare (MTBF)

Fie o mulțime de elemente N care se supune experimentării iar ti sunt timpii de bună funcționare (intervale de timp între două defectări consecutive).

MTBF = (5.12)

Pentru o funcție densitate de probabilitate f (t ), cu variația continuă

MTBF = m = = (5.13)

b. Rata defectărilor λ(t )

Pentru valori discrete rata de defectare se calculează conform formulei :

λ = (5.14)

Pentru o funcție cu variație continuă [73, pag.22]

λ(t) = = (5.15)

sau

λ(t) = = (5.16)

c. Media timpilor de reparare

Fie tri timpii necesari acțiunilor de mentenanță, iar N − 1 este numărul total al acțiunilor de mentenanță pe parcursul duratei de viață a unui sistem. Atunci media timpilor de reparare este:

MTTR = (5.17)

d. Rata de reparare

μ = (5.18)

e. Disponibilitate [71]

A = = (5.17)

f. Indisponibilitatea

U = 1 – A = 1 – = = (5.17)

Figura 5.2.3. Variația în timp a lui MTBF si MTTR.

Tehnici de răcire pasive și active. Comparație

Tabelul 5.2.1 Tehnici de răcire pasive și active

5.3. Mentenabilitate – Noțiuni generale utilizate în mentenabilitate

După un anumit interval de funcționare a unui sistem, acesta se poate găsi într-una dintre următoarele stări:

– Stare de bună funcționare;

– Stare de funcționare necorespunzătoare (funcționare în afara caracteristicilor tehnice);

– Sistemul necesită înlocuirea unor componente (defect);

– Sistemul necesită o revizie generală.

Evitarea pe cât posibil a uneia dintre ultimele trei stări, nedorite, în care se poate afla sistemul, presupune cunoașterea unor proprietăți ale acestuia legate de mentenanță și fiabilitate în sens larg.

5.3.1. Mentenabilitatea

Prin mentenabilitate se înțelege capacitatea unui sistem de a fi menținut sau restabilit, în condiții de utilizare date, într-o stare în care să poată indeplini parametrii de funcționare, dacă mentenanța este realizată în condiții date, cu proceduri și resurse prescrise. Pe scurt, mentenabilitatea este probabilitatea unui sistem de a fi restabilit într-o stare de bună funcționare, într-un interval de timp dat [73, pag.27].

Mentenabilitatea poate fi analizata din doua puncte de vedere diferite:

– Calitativ – este o capacitate a sistemului de a fi menținut sau restabilit;

– Cantitativ – este o probabilitate ca sistemul sa fie restabilit într-un interval de timp dat.

Expresia matematică a mentenabilității este [73, pag.27]:

M(tr) = Pr ob(tr ≤ T ), (5.18)

unde tr este timpul total de restabilire a funcțiilor, iar T este durata de timp maxim impusă pentru această operațiune de restabilire.

În ipoteza repartiției exponențiale a duratei de restabilire t , ecuația mentenabilității se scrie sub forma [73, pag.28]:

M(t) = 1 –e-μt (5.19)

unde t – durata de restabilire (reparare), iar μ – rata de reparare.

Pentru definirea completă a mentenabilității trebuiesc menționate următoarele elemente:

– Cerința funcțională;

– Durata de timp pentru reparație maxim impusă;

– Condițiile de mentenanță;

– Metodele de mentenanță.

De aceste elemente trebuie ținut cont încă din faza de proiectare a sistemului, prin asigurarea următoarelor cerințe:

– Asigurarea accesibilității la toate elementele componente;

– Definirea defecțiunilor posibile ale sistemului cu indicarea acțiunilor de mentenanță

corespunzătoare, pentru fiecare în parte (troubleshooting);

– Specificarea unei perioade de timp necesară remedierii fiecărei defecțiuni.

5.3.2. Mentenanța

Mentenanța este ansamblul tuturor acțiunilor tehnice și administrative, inclusiv acțiuni de supraveghere, destinate menținerii sau restabilirii unui sistem într-o stare care să poată îndeplini o cerință funcțională [73, pag.16].

Pentru funcționarea corectă a serviciilor de mentenanță trebuiesc urmărite urmatoarele aspecte:

– Accesibilitatea la componentele sistemului;

– Existența stocul de piese de schimb corespunzătoare;

– Organizarea cu strictețe a acțiunii de mentenanță;

– Existența forței de muncă calificate în acest scop.

La o analiză atentă a curbei ratelor de defectare (“cada de baie”), se evidențiază o serie de măsuri ce pot fi implementate pentru prelungirea duratei de viață a unui sistem:

– Perioada t0 ÷ t1 – se îmbunatățește asamblarea și controlul tehnic de calitate;

– Perioada t1.÷.t2 – se asigură efectuarea operațiunilor de mentenanță prescrise;

– Perioada t2 până la scoaterea din uz – înlocuirea preventivă a elementelor uzate identificate prin acțiuni de mentenanță predictivă.

Astfel putem clasifica mentenanța după modul de acțiune astfel [69]:

– preventivă; – corectivă; – predictivă (sau mentenanță prescrisă).

1. Mentenanța preventivă [69]

Mentenanța preventivă constă în verificarea și întretinerea periodică a sistemelor la intervale planificate de timp și are drept scop înlocuirea componentelor uzate dar în stare de funcționare, impundu-se scoaterea din funcțiune a sistemului în cauză.

Timpii alocați mentenanței preventive sunt:

– Timpul de pregatire a întreruperii voite a functionarii sistemului;

– Timpul de înlocuire a componentelor uzate;

– Timpul de repunere în funcțiune;

– Timpul alocat probelor de bună funcționare.

Implementarea unui sistem de mentenanță preventivă are drept consecință:

scăderea ratei de defectare, creșterea duratei de viață dar și creșterea costurilor de mentenanță aferente;

reduce probabilitatea de defectare a sistemului, dar nu înlatură apariția defectelor.

2. Mentenanța corectivă [69]

Mentenanța corectivă se aplică în momentul în care sistemul se află deja într-o stare în care nu-și mai poate îndeplini cerințele funcționale.

Timpii necesari pentru mentenanța corectivă sunt:

– Timpul de oprire involuntară cumulat cu timpul de trecere în rezervă;

– Timpul activ de reparare, care cuprinde:

Timpul de pregătire;

Timpul de identificare și localizare a defecțiunii;

Timpul pentru procurarea pieselor;

Timpul efectiv de reparare;

Timpul de repunere în funcțiune;

Timpul alocat probelor de bună funcționare.

Timpul datorat deficiențelor organizatorice.

Se poate observa, timpul alocat mentenantei corective este mai îndelungat celui alocat mentenanței preventive.

Alegerea tipului de mentenanță care va fi implementat unui sistem, luând in calcul criteriul economic, se face calculând raportul , după cum urmează ( – este costul mentenanței preventive, iar – este costul mentenanței corrective):

– Dacă = 1, atunci ambele tipuri de mentenanță sunt indicate în aceeași măsură;

– Dacă < 1, atunci se justifică introducerea mentenanței preventive;

– Dacă > 1, atunci se justifică introducerea mentenanței corective.

3. Mentenanța predictivă [65, pag.2.19-2.34]

Aceasta constă în înlocuirea componentelor uzate pe baza informațiilor preluate prin intermediul unor tehnici de testare precum monitorizarea vibrațiilor, termografia, măsurarea parametrilor de proces, inspecția vizuală sau alte metode de testare nedistructivă, care se pot implementa în timpul funcționării.

Mentenanța predictivă poate reduce drastic cheltuielile cu materialele si manopera.

MODELUL DE FIABILITATE PRIN FUNCȚII DE STRUCTURĂ

SISTEME ȘI STRUCTURI MONOTONE

Variabila binară i = (6.1)

Funcția de structură = (6.2)

= (1, 2, … , ) = ordinul sistemului (6.3)

Structura k din n (6.5)

Structura duală

() = 1-φ(1 – ); 1 – = (1 – , … , 1 – ) (6.6)

() = min 1, 2, … , } Structura serie = “n din n” (6.7)

() = max 1, 2, … , } Structura paralel = “1 de n” (6.8)

Structura duală a conexiunii serie (paralel) = structura paralel (serie)

Elementul i = neesențial dacă:

(, … , , 0, , … , ) = (, …, , 0, , … , ) (6.9)

Elementul i = esențial dacă există astfel încât:

, … ,, 1, , … , ) – , … ,, 0, , … , ) = 1 (6.10)

O structură se numește monotonă dacă toate elementele sale sunt esențiale și funcția de structură este crescătoare:

≤ y ≤ , ≤ (6.11)

Fiabilitatea structurilor monotone

P ( = 1) = ; = (, … ,); = P( – 1); = 1, … , (6.12)

Fiabilitatea structurii din

= (6.13)

6.1. Sisteme cu structură de tip serie, paralel și mixt

Funcția de fiabilitate a sistemelor serie

Sistemele cu structura serie se defectează odată cu căderea oricăreia dintre componentele sale.

Figura 6.1.1 Model de conectare a sistemelor în structură de tip serie

Admițând că defectările reprezintă evenimente independente, iar elementele e1, e2, e3, … ,en au fiabilitățile R1(t), R2(t), R3(t), … ,Rn(t), fiabilitatea globală a sistemului serie este:

Rsis(t) = R1 (t) · R2 (t) ·… · Rn (t) = (t), (6.14)

Rezultă că fiabilitatea sistemului, este mai mică decât fiabilitatea oricărui element, micșorându-se cu creșterea numărului de elemente. Pentru structuri de tip serie se recomandă să se utilizeze numai elemente cu fiabilitate foarte ridicată. Dacă z1(t), z2(t)… reprezintă legile de variație a ratelor defecțiunilor pe cele n elemente, fiabilitatea sistemului cu structura de tip serie se poate scrie:

Rsis(t) = · · … · (6.15)

Indicatori de fiabilitate a sistemelor cu structură de tip paralel

În acest caz defectarea sistemului are loc, teoretic, la defectarea tuturor elementelor, iar probabilitatea de defectare globală a sistemului va fi egală cu produsul probabilităților de defectare a fiecărui element.

Figura 6.1.2 Model de conectare a sistemelor în structură de tip paralel

Se presupun elementele ei, cu probabilitățile de defectare Fi(t), dispuse în paralel. Probabilitatea de defectare este:

Fsis(t) = F1 (t) · F2 (t) ·… · Fn (t) = (t) (6.16)

Fsis(t) = ) (6.17)

Probabilitatea de bună funcționare (funcția de fiabilitate) :

Rsis(t) = 1 – Fsis(t) = 1- ) (6.18)

Se observă că odată cu creșterea numărului de elemente dispuse în paralel scade probabilitatea de defectare a sistemului și, astfel crește probabilitatea de bună funcționare. Sistemul are avantajul de a căpăta o fiabilitate ridicată folosind componente cu o fiabilitate mai redusă, fiabilitatea sistemului fiind mai mare decât fiabilitatea cea mai mare din sistem:

Rsis(t) (6.19)

Funcția de fiabilitate a sistemelor cu structură mixtă

Pentru calcule de fiabilitate se împarte schema sistemului în blocuri (grupări) care au elemente de același tip de dispunere, făcând apoi calcule pe ansambluri formate din grupuri dispuse fie în serie, fie în paralel, până la determinarea fiabilității întregului sistem.

Figura 6.1.3. Model de conectare a sistemelor în structură mixtă (serie / paralel)

Pentru simplificarea sistemului se calculează la început fiabilitățile serie și cele parallel unde sunt implicate doar echipamente serie și doar echipamente parallel: R1,3,4, R2,5, R7,8 și R10,11, obținându-se o structură echivalentă.

R1,3,4 = R1 R3 R4 e1,3,4 conform relației (6.14)

R2,5 = R2 R5 e2,5 conform relației (6.14)

R7,8 = R7 R8 e7,8 conform relației (6.14)

R10,11 =1 – (1- R10) (1- R11) e10,11 conform relației (6.18)

Apoi, se calculează cu structurile echivalente, seriile și paralele nou obținute.

6.2. Redundanța sistemelor

Redundanța reprezintă un proces tehnic de creștere a fiabilității unui sistem, prin introducerea în paralel cu o componentă vulnerabilă din punct de vedere al fiabilității a unor componente sau blocuri de rezervă, care pe măsură ce apar defecțiuni să fie introduse ca elemente active în sistem, preluând toate funcțiile componentei defecte.

Ansamblul format din componenta principală și elementele sale de rezervă constituie grupul de rezervă.

În principiu folosirea acestui procedeu poate duce la obținerea de fiabilități oricât de mari. Se evidențiază trei tipuri de redundanță:

redundanță activă – componentele de rezervă se găsesc în același regim de funcționare ca și elementul principal. Fiabilitatea grupului depinde de momentul punerii în funcțiune;

redundanța semiactivă – componentele de rezervă se găsesc în regim de funcționare redus față de componenta funcțională, principală, până în momentul punerii în funcțiune a acestora. În perioada de “așteptare” probabilitatea de defectare a componentelor de rezervă este mult mai mică decât a componentei principale;

redundanța pasivă – componentele de rezervă se află în repaus și, ca atare, nu se pot defecta înainte de necesitatea utilizării lor.

Pe baza complexității grupului de rezervă se pot evidenția:

redundanța la nivel de sistem, se are în vedere dublarea, triplarea a structurii inițiale a sistemului;

redundanța la nivel de arhitectură (bloc, modul), se are în vedere dublarea, triplarea a modulului principal (surse, procesoare, hard disk-uri);

redundanța la nivel de element (component), se are în vedere dublarea, triplarea a unei componente.

Pe aceste considerente, alegerea numărului de componente se face astfel încât un anumit parametru, raportat la un anumit criteriu, să fie extremul unei funcții (un maxim sau un minim). Această funcție de optimizare poate fi: fiabilitatea, numărul de component sau / și costul lor, greutatea sistemului, volumul etc.

Principalele criterii practice sunt:

obținerea unei fiabilități maxime, cu un număr dat de componente;

obținerea unei fiabilități impuse cu un număr minim de componente;

obținerea unei fiabilități maxime la un cost dat al componentelor;

obținerea unei fiabilități date cu un cost minim al componentelor.

Se admite un sistem cu componentele sale: e = { e1, e2 …, en}, dispuse în serie, având funcția de fiabilitate:

h( R1, R2, …, Rn) = R1 · R2 · … · Rn = (6.20)

Se notează fk, k={k1, k2 ….} sistemul obținut prin punerea în paralel a ki elemente identice cu elementele sistemului inițial, (i=1, 2…n):

ri(k) =(ki) ri(ki)= 1 – (6.21)

funcția de fiabilitate a structurii cu redundanța k.

Pentru un sistem de tip serie, în structura inițială:

k = 0, ri (0) = Ri și r (0, 0 … 0) = h ( R1, R2, …, Rn) = R1 · R2 · … · Rn (6.22)

Dacă se dublează componenta ei a structurii inițiale (ki=1), atunci:

Ri(1) = 1 – (1 – Ri)2 și r(0…1…0) = R1 · …⌊1 – (1 – Ri)2⌋ … Rn (6.23)

Dacă r (0,….1,….0) ≥ R, unde R este fiabilitatea impusă, atunci ki = 1 este numărul minim de elemente redundante, altfel se repetă calculul prin iterații până când r(k) ≥ R.

Optimizarea se poate face prin următorul algoritm:

se calculează fiabilitatea structurii inițiale (ki = 0) ;

se verifică dacă r(k) ≥ R. Dacă r(k)<R, se face ki = 1 și se calculează ri(ki) ;

se determină creșterea maximă a funcției ri(ki) și se stabilește care element al ei trebuie redundat;

se repetă calculul pentru o nouă iterație până când r(k) ≥ R.

STUDIU DE CAZ: ANALIZA ȘI SINTEZA CALITĂȚII ȘI FIABILITĂȚII UNEI S.P.T. DIGITAL POWER SUPPLY (D.P.S.)

7.1. Descriere funcțională a Sursei programabile de tensiune – D.P.S.[100]

Această sursă este o variantă realizată cu microcontroler PIC16F84, capabilă să ofere tensiunea și curentul ajustabile digital sau prin intermediul unui calculator folosind orice program de transmitere serială. Protocolul de comunicare pe RS232 folosește caractere cod ASCII astfel că pentru reglaj se poate folosi un calculator ce are instalat cel mai simplu hyperterminal cu următoarele setări:

Bits per second: 9600

Data bits: 8

Parity: None

Stop bits: 1

Flow control: None

Echipamentul de bază din laboratorul de electronică D.P.S. include un instrument performant care controlează sursa de alimentare. Monitorizarea modelelor descrise aici se face în bucla de control printr-un microcontroler PIC16F84, prin intermediul referințelor și valorilor reale de curenți și tensiuni. Valorile de curent și tensiune se reglează digital prin intermediul a patru butoane (două pentru reglare grosieră și două pentru reglare fină), astfel:

Tensiune reglabilă digital de la 0 ÷ 25 Vcc, în 25 de “pași” a câte 1V sau / și 250 de “pași” a câte 100 milivolți (0,1 V);

Curent reglabil digital de la 0 ÷ 2,5 A, în 25 de “pași” a câte 100 miliamperi (0,1 A) sau / și 250 de “pași” a câte 10 miliamperi (0,01 A);

Afișarea continuă pe un ecran cu cristale lichide LCD iluminat, a curentului debitat pe circuitul exterior și a tensiunii de la borne, cu o rezoluție de 0,01 A, respectiv 0,1 V și o precizie de 2%;

Conectare la P.C. pentru monitorizare la distanță prin intermediul oricărui terminal serial disponibil sau conectare prin program specific, cu care se poate regla / seta de la distanță valorile parametrilor de tensiune și curent.

Tensiune de alimentare 230 Vca / 50 Hz cu o toleranță 15%.

În tabelul de mai jos sunt descriși principalii parametrii ai sursei D.P.S.

Tabel 7.1 Date pe scurt despre sursa de alimentare digitală D.P.S.

Reglaj analogic clasic

Circuitul constă dintr-o parte analogică și o parte digitală, care se află pe o placă comună. Tranzistorii de putere, modulul LCD și transformatorul de putere (inclusiv cel de intrare de rețea și switch-urile) sunt așezate în carcasa sursei. Circuitul clasic de control analogic a fost realizat cu un IC – LM324. Acest IC este un amplificator operațional cvadruplu, care împreună cu rezistențele metalice și toleranțe foarte mici, lucrează atât de precis încât sunt necesare numai câteva puncte pentru calibrare și reglare.

În controlul analogic clasic, la sursa de alimentare D.P.S., tensiunea de ieșire și curentul sunt măsurate prin comparatoare în mod constant, față de valorile de referință. Tensiunea de ieșire se măsoară direct la terminalele de ieșire (pentru a se evita erorile cauzate de rezistența conductorului sau a rezistenței contactelor) și este micșorată de către un divizor de tensiune simplu pentru gama de tensiune de intrare a comparatorului.

Ceva mai complicat este la măsurarea curentului electric, deoarece de regulă rezistența șuntului trebuie inclusă în circuitul de alimentare. Șuntul trebuie să fie cât mai scăzut posibil pentru că, pe de o parte, căderea de tensiune pe șunt să nu fie prea puternică pentru a păstra puterea disipată redusă, iar pe de altă parte, rezistența trebuie să fie mare și suficient de precisă pentru a asigura un curent proporțional cu căderea de tensiune care este evaluată prin comparație și pentru ca în decalaj să nu își piardă referința sau să nu apară alte erori în circuitul de măsurare a curentului, așa cum s-a arătat în capitolul 3.

Rezistența șuntului este formată din zece rezistențe paralele de 1Ω / 1W (R24 ÷ R33) S-a ales aceasta structură deoarece este mult mai ieftin decât o rezistență 0,1Ω / 10W, cu o toleranță de 1%, în plus abaterea de la valoarea nominală a rezistenței este considerabil mai mică, iar reglajul se poate face foarte fin prin adăugarea în paralel a altor rezistențe. Structura este asftel concepută încât interconectarea fluxurilor să fie mică la măsurarea rezistenței conductorului.

Cu un curent de ieșire (în sarcină) de 2,5 A , tensiunea care cade pe rezistența de șunt ajunge la 0,25 V. Amplificatorul operațional IC1.C amplifică această tensiune cu un factor de 20. Tensiunea amplificată este măsurată și prin intermediul comparatorului IC1 A, prin rezistența R14.

Fluxul de curent are, de asemenea, o influență asupra măsurării tensiunii: Amplificatorul operațional IC1.B divide căderea de tensiune pe șunt cu patru, și întoarce polaritatea (-0.0625 V). La terminalele de ieșire, în sarcină maximă, la o tensiune de 25 V, rezultatul este de a mări tensiunea până la 25.25 V, astfel compensând căderea tensiunii pe rezistența de șunt. Divizorul de tensiune R7 / R8 și R15 are o valoare totală de 50kΩ. La divizorul de tensiune sunt solicitate 25.25 V + 0.0625 V = 25.3125 V. Din acestea se pierd 4/5 pentru R7 / R8 și 1/5 pentru R15. La ieșirea de pe R15 se încadrează, prin urmare, 5.0625 V. La divizorul de tensiune (între R8 și R15) sunt necesari 5 V pentru masa circuitului. Tensiunea la divizorul de tensiune (pentru masă) este, prin urmare, exact tensiunea de ieșire, indiferent de cât de mare este fluxul de curent prin rezistența șuntului. Fără compensarea tensiunii de eroare de măsurare, tensiunea ce se pierde pe rezistența șuntului ar putea fi până la 0,25 V, tensiune măsurată la ieșire. Astfel, amplificatorul operațional pentru a prelucra o tensiune negativă față de masă are nevoie de o tensiune de alimentare ajutătoare negativă care se obține cu ajutorul diodei D1 din tensiunea de intrare. Tensiunile de compensare de care am vorbit sunt consolidate de operaționalele IC1.A. și IC1.D. Acestea citesc erorile de măsură prin intermediul R9 și R14 la intrările inversoare ale amplificatoarelor operaționale. Ca și comparator, operaționalul IC1.D compară tensiunea efectivă (la intrarea inversoare) cu valoarea dorită. IC1.A face același lucru pentru curent. Valorile vizate provin de la microcontroler PIC16F84 (IC3), care cu ajutorul filtrelor RC (grupul R11 / C9 și R12 / C8) furnizează două tensiuni analogice precise, tensiuni generate prin impulsuri PWM la pinii RA0 și RA1 (17 și 18) ai microcontrolerului. Cele două convertoare D / A au o rezoluție de 8 biți.

Ambele comparatoare sunt echipate cu un filtru “trece jos” prin condesatoarele C6 și C7, de 100 nF. Ieșirile comparatoarelor comandă direct prin intermediul diodelor D5 si D6 baza tranzistoarelor de putere. Dacă se depășește valoarea de referință efectivă, tranzistorii de putere se blochează. Dacă nici valoarea maximă efectivă a curentului, nici cea a tensiunii nu a fost atinsă, sursa de curent constant construită cu ajutorul tranzistorului T1 oferă, indiferent de tensiunea de ieșire, un curent de bază pentru tranzistorii finali de 2 mA.

Un astfel de curent de bază mic, este posibil numai în cazul în care se utilizează tranzistori de putere Darlington (T2 ÷ T4). Pentru curentul de ieșire de maxim 2,5 A s-a utilizat trei tranzistori Darlington (TIP142. Pentru ca distribuția curentului să fie egală pe fiecare tranzistor, acestora li s-au prevăzut câte o rezistență de 0.51 Ω / 0.5 W în emitor. În cazul în care doar una dintre cele trei rezistențe duce la o creștere a tensiunii peste aproximativ 0,65 V (la aproximativ 1,3 A în circuitul de sarcină), unul din tranzistorii T5 ÷ T7 se deschide și retrage curentul de bază de la toți tranzistorii Darlington. Aceasta reprezintă o protecție eficientă împotriva impulsurilor de curent care apar în timpul unui scurt-circuit la bornele de ieșire care ar fi de natură să distrugă tranzistorii de putere.

Valorile de referință ale controlerului

Legătura dintre partea analogică și cea digitală este microcontrolerul PIC16F84, respectiv IC3. Cu scopul de a măsura tensiunile exact și pentru a le putea transmite, acesta necesită, desigur, o tensiune de referință precisă și stabilă, care provine din tensiunea de alimentare.

Această tensiune de alimentare a fost luată de pe o înfășurare separată a transformatorului de putere, de aproximativ 12Vca. Astfel s-au evitat fluctuațiile tensiunii de alimentare a părții de comandă și control în cazul unor puteri mari consumate la bornele sursei. Blocul de alimentare pentru partea de comandă folosește următoarele componente:

Puntea B2 Bridge;

IC9, LM7812, stabilizator integrat de 12 V, pentru alimentarea amplificatoarelor operaționale de precizie IC2 (amplificator dual);

IC7, 78L05, stabilizator integrat de 5 V, pentru alimentarea microcontrolerului și a celorlate componente digitale aferente (IC4, IC5, IC6, IC8 sau a displayului);

C20, C3, C23 și C4, condesatoare polarizate și nepolarizate, pentru filtrarea, decuplarea și stabilizarea ciocurilor de tensiune care pot apărea în cazuri de scurt sau la pornirea sursei.

Tensiunea de referință este astfel foarte stabilă și în mod normal, apar modificări numai în cazul îmbătrânirii normale a componentelor. Este, prin urmare recomandat, ca în cazul oricărui instrument electronic, să se facă o recalibrare / verificare a acestora, o dată la câțiva ani.

Tensiunea de referință este, de asemenea, utilizată pentru convertorul Delta-sigma-A/D (analog / digital), realizat cu IC2. Cu acest principiu, folosind circuite de complexitate redusă, se pot face convertiri de precizie destul de ridicată. Convertoarele de înaltă rezoluție sunt construite independent de toleranțele componentelor, oferind citiri ale măsurătorilor foarte precise, care sunt, de asemenea, reproductibile. Pentru calibrarea punctului zero s-a folosit un divizor simplu format din rezistențe de precizie 1% și potențiometrul P2. În conversia analog / digitală se utilizează, de asemenea, microcontrolerul. Procesul de conversie este următorul:

În poziția inițială, pinul A2 al microcontrolerului este conectat ca intrare (de înaltă impedanță), iar pinul A3 este configurat ca ieșire, având tensiunea de 0 volți. La ieșirea amplificatorului operațional IC2.B, care este conectat ca un convertor de impedanță, vom avea totdeuna tensiunea ce trebuie măsurată, pe intrarea neinversoare, care în poziția inițială este de 0 volți.

Să presupunem că aici avem exact 1.28 V. Așa că ieșirea integratului IC2.A este aproape la nivelul pozitiv al tensiunii de alimentare. Intrarea controlerului A2 interpretează aceasta ca un semnal H (High). Acum, la următoarea măsurare efectuată, controlerul modifică starea pinului A3 de la L (Low) la H (H = 5.12 V), și așteaptă până când tensiunea la A2 se modifică din nou la L. De acum înainte, controlerul menține un echilibru prin comutarea pinului A3 în cele două stări (L și H). Echilibrul semnalului de ieșire a integratului va fi interpretat de către controler fie low sau high. Se înțelege că pinul A3 trebuie să rămână de trei ori mai mult timp la High decât la Low pentru a produce, împreună cu tensiunea măsurată de la intrarea inversoare a integratului IC2.A, o tensiune medie exact la fel de mare ca tensiunea de la intrarea neinversoare a integratului IC2.B, și anume de 2, 56 V.

Deoarece convertorul de tip A / D nu funcționează cu tensiuni de intrare negative și nu depinde de controler, este necesar ca operaționalul IC2.A, folosit ca un comparator, să aibă ca referință ieșirea de pe P2, unde, tensiunea va avea tot timpul o valoare ușor pozitivă. S-a ales operaționalul dual TLC272 cu intrări MOS, deoarece la acesta curenții de intrare sunt substanțial mai mici decât ai circuitelor integrate bipolare (gen 741). Astfel convertorul A / D funcționează cu mai mare exactitate.

IC4 CD 4066 este un comutator analogic care transmite tensiunea de la pinul 11 (măsurarea tensiunii electrice) sau pinul 8 (măsurarea curentului electric) către convertorul de impedanță IC2.B.

Interfețe

Microcontrolerul este prevăzut cu mai multe interfețe.

Tastatura, este monitorizată / construită cu IC5, iar afișajul LCD este comandat de IC6. Pentru ambele integrate (IC5, IC6), s-a ales circuitul integrat 74HCl64, care este registru de deplasare de 8 biți, cu intrare serială și ieșire paralelă. Microcontrolerul oferă pe pinii B5 (date) și B6 (timp) valorile digitale în curs de desfășurare care vor fi încărcate în registru. La

IC6 sunt transmise comenzile de control și codurile caracterelor care sunt activate atunci când semnalul stroboscopic de la pinul B7 al microcontrolerului activează alimentarea modulul LCD-ului (Liquid Crystal Display). Prin intermediul circuitului IC5, operatorul transmite prin apăsarea unui buton, codul aferent “matricei tastaturii” către intrarea microcontrolerului, respectiv pinul B4.

Pinii controlerului B0, B2 și B3 reprezintă un port RS232. Semnalele de la acești pini sunt interfațați de binecunoscutul circuit integrat MAX232 (IC8) la tensiuni de ± 10 V pe ieșirile lui RS232 și la un nivel TTL pe ieșirile microcontrolerului. În afară de circuitul obișnuit (RxD și TxD) este conectat și CTS (clear to send). Interfața RS232 permite atât afișarea cât și reglarea de la distanță a sursei digitale.

Schema bloc

În figura 7.1.1. se arată interconectarea principalelor blocuri funcționale ale sursei digitale D.P.S. Blocurile “Circuit alimentare bloc comandă”, “Control Serial RS232”, “Bloc comandă și control cu microcontrolerul PIC16F84” și “Bloc de protecție la supratensiune și suprasarcină”, sunt construite cu componente pasive și active, discrete, pe cablajul dublu-placat din fibră de sticlă. Astfel, ele se regăsesc într-o singură componentă – cablaj imprimat echipat. Celelalte blocuri “Conector alimentare, Comutator ON/OFF, Suport siguranțe, Filtru linie intrare”, “Transformator toroidal primar 230 Vca / 80 VA sec1, 12 Vca sec2, 26 Vca”, “Bloc reglare finală de putere asamblat pe radiator”, “Bloc tastatură” și “Modul afișare LCD”, sunt module / blocuri independente ce se regăsesc în interiorul sursei. Toate componentele și blocurile funcționale ale sursei de tensiune și curent constant sunt interconectate prin conectori și cabluri electrice, pe trasee cât mai scurte.

Figura 7.1.1. Schema bloc a sursei digitale

7.2. Fiabilitatea D.P.S. prin aplicarea funcțiilor de structură

CONCLUZII

Calitatea și fiabilitatea produselor hardware totdeauna este diferită de la un echipament la altul, de la un sistem la altul, deoarece are legătură directă cu componentele folosite pentru fiecare sistem, cu uzura utilajelor / resurselor folosite la asamblarea și prelucrarea / construirea sistemului, astfel fiecare echipament / sistem este unic cu anumiți parametrii de calitate și fiabilitate.

În schimb, calitatea și fiabilitatea produselor software (programul folosit în cadrul sistemului / echipamentului) sunt aceleași, putând fi reproduce, fără eroare, de câte ori este nevoie. Erorile în acest caz ramân cele evidențiate în prototip și până la faza de punere în funcțiune. Același soft, folosit pe echipamente diferite, va conduce la rezultate diferite, în funcție de calitatea și fiabilitatea hardware. Toate acestea se pot evidenția în testele finale unde se ia hotărârea dacă acel sistem este finalizat pentru a fi scos pe piață ca fiind un sistem de calitate sau nu.

Problema este că nu putem testa calitatea și fiabilitatea unui sistem pe o perioadă de timp suficient de lungă pentru a evidenția toate erorile posibile. Astfel, produsul poate ieși de pe linia de producție cu defecte ascunse, care vor apărea în timp. Defectele pot fi atât la nivel hardware (componente, contacte, asamblare) dar și la nivel software (bug-uri). O parte din acestea pot fi remediate ulterior în perioada de garanție a sistemului. Testările de calitate, așa cum s-a arătat în capitolele precedente, se fac în primul rând în faza de prototip, urmănd ca în producția de serie testările să se facă pe loturi, prin alegere aleatoare.

De asemenea, în baza calculelor de fiabilitate și calitate se poate evidenția a anume durată de viață a componentelor, sistemelor. Dar, în realitate, de-a lungul timpului s-a dovediti ca există echipamente a căror durată de viață reală este mult mai mare decât cea rezultată din calcule.

În anul 1974 compania United Airlines a prezentat Ministerului Apărării un raport privind procedurile utilizate în aviația civilă privind dezvoltarea programelor de mentenanță. Acest raport, scris de Stan Nowlan și Howard Heap și publicat în 1978, era intitulat “Mentenanța bazată pe fiabilitate” (Reliability Centered Maintenance).

Concluzia principală a raportului era faptul că unele defectări nu pot fi prevenite indiferent de cât de intensă este activitatea de mentenanță preventivă. Suplimentar s-a constatat că pentru multe componente probabilitatea de defectare nu crește direct proporțional cu durata de utilizare a acestora. În consecință, efectul pe care durata de utilizare îl are asupra ratei de defectare este, dacă nu insesizabil, puțin important. [56, pag.2-3]

În anul 1982 marina Statelor Unite ale Americii a extins aplicabilitatea metodei RCM și către echipamentele terestre și marine. Aceste studii au evidențiat diferențe între durata de funcționare proiectată (estimată) și durata de funcționare reală (intrinsecă) pentru majoritatea componentelor analizate. În multe cazuri durata de funcționare reală depășea cu mult durata de viață estimată în proiectare. Teza de doctorat Ivan Bogdan

CONCLUZII……..DE LA

ȘTEFAN LUCIAN CONSTANTIN

GRIGORAȘ HANGANU

FLORIN CIPRIAN

TUDOSE-SANDU VILLE STAMATE

FIABILITATEA SISTEMELOR MECANICE

■ îndrumar de laborator ■

PREFAȚĂ

În calculul fiabilității produselor, principala problemă o constituie obținerea informațiilor necesare. Acestea pot fi obținute în urma încercărilor de laborator sau a încercărilor în condițiile de exploatare normale, de la firmele de service și reparații sau de la instituții de control specializate.

Opinia generală este că numai încercările în condiții normale de exploatare pot furniza date reale asupra comportării produselor, subansamblurilor și părților componente ale acestora, motiv pentru care, în general, calculele de fiabilitate se bazează pe datele obținute din așa numitele "Rapoarte de exploatare".

Tendințele de automatizare fac ca nivelul tehnic al produselor rezultate să depindă atât de calitatea mijloacelor de producție cât și de nivelul calitativ de pregătire a forței de muncă ce asigură desfășurarea procesului de fabricație la parametri prescriși.

Menținerea nivelului calitativ de funcționare al unui produs se face prin operații de mentenanță (preventive și/sau corective) cu cheltuieli ce uneori depășesc costul produsului.

Apare astfel necesitatea de a reduce, cât mai mult posibil, aceste cheltuieli prin colectarea și prelucrarea datelor rezultate din exploatare și elaborarea unor soluții noi, îmbunătățite calitativ, pentru produs.

De rentabilizarea la maximum a utilizării produselor pe această cale se ocupă știința denumită Terotehnică (tero = a avea grijă), știință care se bazează pe un feed-back eficient al datelor obținute în exploatare spre concepție.

O problemă ce poate să apară este cea a încrederii, în valabilitatea datelor stocate în aceste "Rapoarte de exploatare", a realismului lor (chiar dacă sunt corecte) în perioada în care sunt interpretate. Aceasta datorită modificărilor în timp a proprietăților materialelor, a costurilor, a calității factorilor ce intervin în procesul tehnologic etc.

Cu toate aceste riscuri, au fost elaborate metode de calcul, cu un grad suficient de siguranță, care să țină seama atunci când se ia o decizie de achiziționare a unui produs și de cheltuielile de întreținere aferente acestuia.

PAG 52 TABEL3.3 PG 60 TENDINTA CENTRALA ABATEREA MEDIE ABSOLUTA COEF DE VARIATIE, DET VAL MEDII

REZULTATE ȘI CONCLUZII

Sursa detaliată în lucrare este realizată cu microcontrolerul PIC16F84, capabilă să ofere tensiunea și curentul ajustabile digital. Acești parametri pot fi monitorizați și de la distanță, prin intermediul unui calculator folosind orice program de transmitere serială, folosind protocolul de comunicare RS232, conectarea făcându-se prin intermediul unui cablu serial cu mufe DB9 “mamă” și “tată”. Există de asemenea, un program gratuit de control al dispozitivului de rețea care este disponibil la adresa de internet www.pic-basic.de . Astfel acesta poate fi adaptat în programul Visual Basic – 6, fiind comunicat codul sursă.

Așa cum am arătat în primul capitol, tensiunea la bornele unei surse ideale de tensiune este independentă de curentul care o străbate (adică de circuitul extern). În particular, dacă se face un scurtcircuit (rezistența nulă) la bornele sale, curentul debitat devine infinit.

Această sursa digitală, poate fi echivalată cu o sursă ideală de tensiune, dar numai până în momentul în care la bornele sale, prin rezistența circuitului extern curentul debitat ajunge la 2,49 A. Atunci când circuitul extern are nevoie de un curent mai mare decât valoarea de 2,5 A, sursa digitală se comportă ca o sursă ideală de curent, care așa cum am arătat la începutul lucrării, debitează un curent cu intensitatea independentă de tensiunea de la bornele sale.

Această caracteristică este foarte utilă în diferite aplicații unde avem nevoie pe lângă o tensiune stabilizată constantă și de un curent limită reglabil și constant. Bineînțeles că la un scurtcircuit la bornele sale curentul și tensiunea vor fi zero, deoarece intră în funcțiune bucla de protecție la scurt, despre care am vorbit în capitolul 4.

Contribuții personale

Am conceput și construit o sursă digitală care este capabilă să genereze o tensiune între 0 și 25 Vcc, având următoarele caracteristici tehnice:

Am reproiectat alimentarea sursei, folosind două înfășurări pe transformator modificând blocul de alimentare al modulului de comandă și control, realizând astfel o foarte bună stabilitate la fluctuațiile de tensiune sau / și de curent consumat în circuitul exterior.

Am proiectat trasformatorul sursei, detaliind calculele pentru acesta în capitolul 3.3.2.

Am adaptat implementarea hardware a sursei, alegând construcția sa pe blocuri, exemplificată și detaliată în capitolul 4.2.1.

Am rescris programul sofware, pentru afișorul LCD folosit, pe 2 x 14 digiți, care este redat în detaliu în capitolul 4.3.

Concluzii

În conformitate cu definiția fiabilității, despre care s-a discutat la capitolul 5, eu consider că sursa este fiabilă, deoarece își păstrează performanțele de funcționare în limitele prestabilite, pe intervale mari de timp și în condiții de utilizare / exploatare date (în laboratoare).

Am lăsat-o să funcționeze neîntrerupt 48 de ore în sarcină de 80 %, fără pornirea ventilatorului de răcire auxiliară și rezultatele au fost foarte bune.

Fiind o sursă pe care am conceput-o modular, se poate implementa ușor în producția de serie (electronică industrială), astfel montarea / asamblarea, testarea, reglarea se poate face în timpi foarte scurți și cu costuri reduse.

De asemenea în cazul unor defecțiuni, reparațiile se pot face în timpi scurți, deoarece înlocuirea componentelor defecte se face cu ușurință pentru că am folosit, așa cum am arătat la capitolul 4.4.2, socluri de precizie pentru toate circuitele integrate, iar interconectarea modulelor am realizat-o cu conectori și cabluri panglică, ceea ce face operația de demontare sau dezasamblare foarte ușoară.

După cum am arătat în capitolul 5.3 și capitolul și 4.4, pentru o rată de defectare cât mai mică am optat pentru utilizarea sursei la temperaturi cât mai mici, folosind ca radiator inclusiv carcasa, iar la nevoie răcirea este forțată prin pornirea de către utilizator a ventilatorului. Din teste a reieșit că nu este nevoie de această răcire suplimentară deoarece, chiar la sarcină maximă sursa funcționează rece. Tot la testele finale, am observat că radiatoarele se încing foarte tare atunci cănd apare un scurtcircuit de lungă durată la bornele sursei. Este recomandat, ca atunci cănd se folosește în condițiile acestea, improprii dealtfel, să se pornească ventilarea suplimentară, iar după îndepărtarea scurtului de la borne să se repornească alimentarea sursei pentru a primi “power on reset”.

La această sursă, fiind un prototip, costul de producție s-a ridicat în jurul la 170 euro, dar în cazul în care se dorește realizarea sa în cantități mari (serie), costurile de producție pot scădea semnificativ (aproximativ 100 euro). Recomand vânzarea acestui echipament cu prețul de 250 euro.

BIBLIOGRAFIE

Mihai P. Dincă, Electronică – Manualul studentului, vol 1, Editura Universității din București, 2002. (1 licenta)

Ioana Armaș, Calitatea și fiabilitatea sistemelor mecatronice, Editura Victor, București, 2004. (4 licenta)

Mihoc, Gh., Micu, N. – Elemente de teoria probabilitatilor si statistica, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1969

Mihoc, Gh., Muja Aneta, Diatu, E. – Bazele matematice ale teoriei fiabilitatii, Editura Dacia, Cluj Napoca, 1976

Ing. Alin-Iulian Dolan – Calitate și Fiabilitate, note de curs, Martie 2015

Sever Spânulescu, Cursuri “Microcontrolere”, în cadrul facultății Hyperion, București, 2012. (2 licenta)

Nebojsa Matic, Cristian Secrieru, The PIC Microcontroller –Book1, 2000.(3 licenta)

Viorel Alexiu, Cursuri “Mașini electrice și acționări”, în cadrul facultății Hyperion, București, 2011. (4 licenta)

Petre Tusaliu, Transformatoare Electrice, www.regielive.ro. (5 licenta)

Mărășescu Nicolae, Fiabilitate, www.regielive.ro. (6 licenta)

Cătuneanu, V.M., Mihalache, A., Bazele teoretice ale fiabilității, Editura Academiei, București, 1983. (7 licenta)

Mărănescu, V.I., Contribuții la îmbunătățirea unor performanțe ale stabilizatoarelor de tensiune cu regulatoare integrate liniare interconectate, teză de doctorat, Timișoara, 2006. (9 licenta)

http://ham.elcom.pub.ro/ (10 licenta)

http://www.pic-basic.de/ (11 licenta)

http://www.datasheetcatalog.com/ (12 licenta)

Mentenabilitatea – Ivan Bogdan – Teza de doctorat – Contributii la implementarea managementului fiabilitatii si mentenabilitatii in proiectarea instalatiilor, UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI, FACULTATEA DE INGINERIE A INSTALATIILOR, 2014

65 – Onicescu, O., Mihoc, Gh. – Calculul probabilitatilor, Fundatia pentru literatura si arta

“Regele Carol al II-lea”, 1939.

[69] R. Keith Mobley, Lindley R. Higgins, Darrin J. Wikoff – Maintenance Engineering

Handbook, Mc Graw Hill, 2008.

[73] Smith, C. O. – Introduction to Reliability in Design, McGraw-Hill, New York, 1976.

[56] Mihoc, Gh., Muja Aneta, Diatu, E. – Bazele matematice ale teoriei fiabilitatii,

Editura Dacia, Cluj Napoca, 1976.

[18] F.S. Nowlan, H.F. Heap – Reliability-Centered Maintenance, by United Airlines, for

Office of Assistant Secretary of Defense, Washington, D.C., published December 29, 1978.

[59] Mobley Keith, R – An introduction to predictive maintenance, Butterworth Heinemann,

2002.

[60] Moubray, J. – Reliability Centered Maintenance, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1997,

ISBN 07506 3358 1.

[61] NASA – Reliability Centered Maintenance Guide for Facilities and Collateral

Equipment, sept. 2008.

Fiabilitate sistemelor mecatronice curs 2012, Corina Gruescu – structura sisteme, cap 6.2

BIBLIOGRAFIE

Mihai P. Dincă, Electronică – Manualul studentului, vol 1, Editura Universității din București, 2002. (1 licenta)

Ioana Armaș, Calitatea și fiabilitatea sistemelor mecatronice, Editura Victor, București, 2004. (4 licenta)

Mihoc, Gh., Micu, N. – Elemente de teoria probabilitatilor si statistica, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1969

Mihoc, Gh., Muja Aneta, Diatu, E. – Bazele matematice ale teoriei fiabilitatii, Editura Dacia, Cluj Napoca, 1976

Ing. Alin-Iulian Dolan – Calitate și Fiabilitate, note de curs, Martie 2015

Sever Spânulescu, Cursuri “Microcontrolere”, în cadrul facultății Hyperion, București, 2012. (2 licenta)

Nebojsa Matic, Cristian Secrieru, The PIC Microcontroller –Book1, 2000.(3 licenta)

Viorel Alexiu, Cursuri “Mașini electrice și acționări”, în cadrul facultății Hyperion, București, 2011. (4 licenta)

Petre Tusaliu, Transformatoare Electrice, www.regielive.ro. (5 licenta)

Mărășescu Nicolae, Fiabilitate, www.regielive.ro. (6 licenta)

Cătuneanu, V.M., Mihalache, A., Bazele teoretice ale fiabilității, Editura Academiei, București, 1983. (7 licenta)

Mărănescu, V.I., Contribuții la îmbunătățirea unor performanțe ale stabilizatoarelor de tensiune cu regulatoare integrate liniare interconectate, teză de doctorat, Timișoara, 2006. (9 licenta)

http://ham.elcom.pub.ro/ (10 licenta)

http://www.pic-basic.de/ (11 licenta)

http://www.datasheetcatalog.com/ (12 licenta)

Mentenabilitatea – Ivan Bogdan – Teza de doctorat – Contributii la implementarea managementului fiabilitatii si mentenabilitatii in proiectarea instalatiilor, UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI, FACULTATEA DE INGINERIE A INSTALATIILOR, 2014

65 – Onicescu, O., Mihoc, Gh. – Calculul probabilitatilor, Fundatia pentru literatura si arta

“Regele Carol al II-lea”, 1939.

[69] R. Keith Mobley, Lindley R. Higgins, Darrin J. Wikoff – Maintenance Engineering

Handbook, Mc Graw Hill, 2008.

[73] Smith, C. O. – Introduction to Reliability in Design, McGraw-Hill, New York, 1976.

[56] Mihoc, Gh., Muja Aneta, Diatu, E. – Bazele matematice ale teoriei fiabilitatii,

Editura Dacia, Cluj Napoca, 1976.

[18] F.S. Nowlan, H.F. Heap – Reliability-Centered Maintenance, by United Airlines, for

Office of Assistant Secretary of Defense, Washington, D.C., published December 29, 1978.

[59] Mobley Keith, R – An introduction to predictive maintenance, Butterworth Heinemann,

2002.

[60] Moubray, J. – Reliability Centered Maintenance, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1997,

ISBN 07506 3358 1.

[61] NASA – Reliability Centered Maintenance Guide for Facilities and Collateral

Equipment, sept. 2008.

Fiabilitate sistemelor mecatronice curs 2012, Corina Gruescu – structura sisteme, cap 6.2