Test di durata e affidabilità.

Durata e resistenza a sollecitazioni o a eventi straordinari caratterizzano il prodotto e contribuiscono a generare fiducia nel suo impiego.

Se si considera, ad esempio, un componente elettronico installato su una scheda di controllo di un aeromobile, di un veicolo o di un’apparecchiatura medicale, la sua durata e la capacità di resistere alle sollecitazioni diventano requisiti prioritari.

I test di durata misurano tipicamente l’affidabilità del prodotto lungo il suo ciclo di vita in condizioni di funzionamento normale.

Per funzionamento normale si intendono le condizioni ambientali, di installazione, di carico e di utilizzo dichiarate dal costruttore come necessarie a garantire il corretto funzionamento.

Il funzionamento anormale, oppure straordinario, considera invece condizioni eccezionali ma prevedibili durante l’uso normale.

Entrambe le modalità consentono di raccogliere misure e indicazioni sul comportamento del componente o del sistema, così da supportarne il corretto utilizzo nella progettazione di dispositivi, macchine e impianti.

Affidabilità e durata

L’affidabilità può essere intesa come la capacità di mantenere nel tempo le funzionalità previste del prodotto entro condizioni definite di impiego.

Uno degli indicatori più utilizzati è l’MTTF (Mean Time To Failure), cioè il tempo medio al guasto, particolarmente adatto ai componenti non riparabili.

Nel caso più semplice, quando tutti i campioni raggiungono il guasto durante la prova, l’MTTF può essere espresso come media aritmetica dei tempi al guasto registrati sui singoli campioni.

MTTF = (t1 + t2 + … + tn) / n

dove t1, t2, … tn rappresentano i tempi ai quali ciascun campione in prova ha subito il guasto, mentre n è il numero dei campioni considerati nel calcolo.

Questa formulazione è corretta quando il criterio di prova prevede che tutti i campioni vengano osservati fino al guasto. Se invece alcuni campioni non guastano entro il termine del test, la stima dell’affidabilità richiede metodi statistici più evoluti, ad esempio analisi con dati censurati o distribuzioni di vita come la Weibull.

La grandezza di riferimento non deve necessariamente essere espressa in ore: in base al prodotto può essere misurata in cicli, distanza, rotazioni o altre unità rappresentative dell’effettivo utilizzo.

Per guasto si intende una non conformità a uno o più requisiti tale da compromettere o impedire la normale funzionalità del prodotto.

Nel caso di prodotti riparabili entrano in gioco anche ulteriori indicatori, utili a descrivere la disponibilità del sistema e l’efficienza del ripristino.

Tra questi rientrano l’MTTR (Mean Time To Repair), che esprime il tempo medio di ripristino, e l’MTBF (Mean Time Between Failures), che rappresenta il tempo medio tra due guasti successivi in sistemi riparabili.

Dal punto di vista metodologico, questi indicatori devono sempre essere interpretati alla luce del piano di prova, del criterio di guasto adottato, del numero di campioni, della severità applicata e dell’eventuale presenza di dati censurati.

Condizioni di prova

I test di durata e di affidabilità richiedono una definizione chiara delle condizioni operative di riferimento e delle condizioni straordinarie considerate plausibili.

Applicare metodi di prova standardizzati

Le prove di durata e affidabilità risultano realmente confrontabili solo quando si basano su metodi di prova standardizzati o su procedure interne costruite con criteri equivalenti di rigore tecnico.

Nel caso dei prodotti elettrotecnici, elettronici ed elettromeccanici, una delle famiglie normative più rilevanti è la serie IEC 60068, dedicata alle prove ambientali e alla definizione delle relative severità.

La norma generale IEC 60068-1 fornisce il quadro di riferimento e l’impostazione generale delle prove ambientali. La IEC 60068-2-6 definisce procedure per prove di vibrazione sinusoidale, mentre la IEC 60068-2-30 riguarda prove di caldo-umido ciclico e la IEC 60068-2-53 tratta prove combinate climatiche e dinamiche.

Quando il profilo reale di utilizzo combina sollecitazioni ambientali e meccaniche, le prove combinate consentono di avvicinarsi maggiormente alle condizioni effettive di impiego del prodotto, migliorando la significatività tecnica dei risultati.

La definizione delle severità non dovrebbe tuttavia partire solo dall’elenco delle prove disponibili. La serie IEC 60721 classifica infatti le condizioni ambientali di impiego, mentre il rapporto tecnico IEC TR 60721-4-1 supporta la correlazione tra classi ambientali e metodi di prova IEC 60068.

Dal punto di vista della gestione dell’affidabilità, la serie IEC 60300 integra la dimensione strettamente ambientale con quella della dependability. In particolare, la IEC 60300-3-4 fornisce linee guida per specificare requisiti di affidabilità, manutenibilità, supportabilità e disponibilità.

Dove non esiste una regolamentazione di prodotto specifica, il metodo di prova può essere definito internamente, purché descriva in modo chiaro setup, variabili, criteri di accettazione, numero di campioni, modalità di misura e tracciabilità dei risultati.

I metodi di prova definiscono tipicamente setup e condizioni ambientali, posizionamento dei campioni, geometrie, carichi applicati, misure dirette e indirette, sequenze di test, numero di campioni e criteri di accettazione.

Definiscono inoltre le caratteristiche minime di attrezzature, sensori, strumenti e sistemi di acquisizione necessari per eseguire prove ripetibili, verificabili e confrontabili.

In molti casi è inoltre necessario raccogliere dati che non servono solo alla verifica di conformità, ma anche alla comprensione del comportamento del prodotto a supporto delle scelte progettuali.

Il software

Il software svolge un ruolo centrale nella raccolta dati, nell’elaborazione delle misure e nella gestione delle sequenze di prova.

L’interfaccia applicativa consente di ridurre l’impiego continuativo di risorse operative, particolarmente importante nelle prove di lunga durata, e di attivare controlli di sicurezza anche in assenza costante dell’operatore.

Molti elementi architetturali sono riutilizzabili: interfacciamento con strumenti e sensori, temporizzazioni programmabili, logging su file e database, gestione delle campagne di test, tracciabilità degli eventi e dei risultati.

In ByteQX mettiamo a disposizione esperienza applicativa e capacità di integrazione per focalizzarci rapidamente sugli aspetti hardware, software e sul metodo di prova più adatto al contesto specifico.

La prima fase consiste nella comprensione del campo applicativo e dell’installazione: fissa, mobile, imbarcata o trasportabile, oltre all’analisi di strumenti, sensori, attuatori e vincoli funzionali.

Il secondo passaggio riguarda la costruzione del layer applicativo, basato sulla definizione di campagne di test e di sequenze organizzate in procedure esecutive strutturate.

Successivamente vengono studiati la gestione dei dati, le funzioni di elaborazione, la struttura della base dati e i criteri di accesso alle informazioni.

Infine viene sviluppata l’interfaccia utente, con interazioni coerenti con i diversi profili operativi e con i livelli di condivisione e disponibilità richiesti: locale, aziendale, privata o pubblica.

Esperienza applicativa

ByteQX realizza sistemi di test e misura per prove di durata, affidabilità e collaudo in diversi contesti industriali, con particolare attenzione alla tracciabilità del dato, alla ripetibilità delle procedure e all’automazione delle sequenze di prova.

Le applicazioni sviluppate riguardano ambiti quali machinery, HVAC, HoReCa e componenti elettromeccanici, con soluzioni dedicate a banchi prova, sistemi di endurance, collaudi funzionali e piattaforme software per la gestione centralizzata delle campagne di test.

Tra i casi applicativi pubblicati rientrano sistemi per prove di durata su motori elettrici per pompe ad immersione, test automatizzati per motori tubolari secondo UNI EN 14202, sistemi di controllo per test su motoriduttori e approfondimenti specifici sull’affidabilità dei componenti elettromeccanici.

Alcuni esempi di applicazioni realizzate

• Prove di durata su motori elettrici per pompe ad immersione
• Approfondimento su prove di durata per motori elettrici RPM per pompe ad immersione
• Sistema di test automatizzato per motori tubolari secondo UNI EN 14202
• Sistema di controllo per test su motoriduttori
• Approfondimento sull’affidabilità dei componenti elettromeccanici
• Software per la gestione di test di collaudo, durata e affidabilità

Riferimenti tecnici e normativi