Análisis de pasadores doblados

Como en cualquier análisis FMEA, el análisis de pines doblados considera solo un modo de falla a la vez. Un análisis simple (y tradicional) de pines doblados examina las consecuencias de la flexión de cada pin en sus vecinos y en la carcasa. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, un pin doblado a veces puede afectar más de una trayectoria eléctrica simultáneamente, por lo que un análisis más completo también considera múltiples fallas simultáneas causadas por el modo de falla de un solo pin doblado.

El análisis de pines doblados también determina los efectos de los pines no utilizados que pueden doblarse. Un pin de repuesto doblado pero sin cablear puede no causar ningún efecto perceptible, pero también puede provocar un cortocircuito entre dos circuitos o entre un circuito vecino y una carcasa conectada a tierra.

El análisis de pines doblados también considera las trayectorias abiertas entre los contactos de acoplamiento. Si bien una trayectoria abierta puede deberse a un pin doblado que no toca ningún contacto vecino (dependiendo de la densidad de pines, esto es posible en algunos conectores e imposible en otros), también puede deberse a otros modos de falla además de la flexión. Como se mencionó anteriormente, un modo de falla común es la corrosión de las superficies de acoplamiento de los contactos, pero la corrosión también puede afectar la interfaz donde el cable se une al contacto. Otro modo de falla es un contacto mal colocado (uno que no se ha bloqueado correctamente en su lugar en su inserto durante la fabricación, o uno en el que falla el mecanismo de bloqueo del contacto), de modo que el contacto se sale del inserto durante el proceso de acoplamiento, o puede "salirse" como resultado de la tracción del cable conectado. En algún momento, el contacto mal colocado se separa de su contacto de acoplamiento e interrumpe la trayectoria eléctrica.

Los modos de falla de un pasador en particular siempre incluyen (a) circuito abierto debido a corrosión u otra falla que no sea por flexión, y al menos uno de los siguientes si el pasador es flexible: (b) flexión hasta nada, (c) flexión hasta un pasador vecino, (d) flexión hasta un pasador vecino y la carcasa, (e) flexión hasta dos pasadores vecinos, (f) flexión hasta dos pasadores vecinos y la carcasa, y (g) flexión hasta la carcasa.

En el análisis de pines doblados, tal como se realiza habitualmente, los modos de fallo de cada pin se determinan mediante un dibujo a escala del conector y sus pines. El analista considera cada pin doblable, uno a la vez, y determina qué pines vecinos (si los hay) puede alcanzar el pin seleccionado al doblarse, y si el pin doblado seleccionado puede alcanzar la carcasa. El análisis generalmente no incluye los modos de fallo en los que un pin doblado toca simultáneamente más de un pin o un pin y la carcasa. Si el análisis requiere tasas de fallo, se suele realizar una aproximación asignando una tasa de fallo promedio a cada modo de fallo en función de la tasa de fallo general del conector y el número de pines.

Dado que este método se basa en el juicio humano, pueden existir errores en las conclusiones. Incluso con un enfoque conservador que contemple los peores escenarios de flexión, concluir que un pasador doblado puede alcanzar a otro pasador (o a la carcasa) cuando ese modo de fallo es físicamente imposible constituye un error, al igual que concluir que un pasador doblado no puede alcanzar a otro pasador (o a la carcasa) cuando ese modo de fallo es, de hecho, posible.

Se puede aplicar un enfoque más matemático para determinar los modos de falla por flexión y la tasa de falla de cada uno. El enfoque consiste en calcular el alcance máximo de un pasador doblado como un radio desde el centro del pasador en el inserto, y luego calcular la distancia desde el centro del pasador doblado hasta la parte más cercana de cada pasador vecino (y la carcasa). Si el radio del pasador doblado puede alcanzar un pasador vecino (o la carcasa), entonces se puede calcular la probabilidad de contacto con ese elemento dado que el pasador está doblado. La probabilidad se calcula a partir de los elementos 1, 2 y 3 de la siguiente lista. La tasa de falla se calcula a partir de la probabilidad y los elementos 4 y 5. ^{[ 2 ]}

1. Datos dimensionales de la carcasa y el pasador procedentes de planos militares o del fabricante.

2. La relación entre fallas de ruta abierta y fallas de cortocircuito a partir de datos publicados (por ejemplo, FMD-97 ^{[ 3 ]} ).

3. Las reglas básicas se enumeran en la siguiente sección.

4. Tasa de fallos del conector (específicamente para el conector de pines del par de conectores acoplados) a partir de datos publicados (por ejemplo, MIL-HDBK-217. ^{[ 4 ]} )

5. Tiempo de exposición (el período para el cual se calcula la tasa de fallas).

Sin embargo, incluso con análisis matemático, los resultados pueden ser subjetivos, especialmente porque determinar el alcance de un pasador doblado requiere cierto criterio de ingeniería. Nada especifica las características de una curvatura ni su ubicación a lo largo de la superficie de contacto del inserto. Algunos conectores también incluyen un sello de goma blanda delgada (llamado "sello de contacto con barreras para pasadores" ^{[ 5 ]} ) en la superficie de contacto del inserto para minimizar el flujo de humedad desde la parte posterior del inserto hacia las superficies de contacto (la Figura 2 es un ejemplo), y este sello añade cierta imprevisibilidad al radio de curvatura y la ubicación del pasador.

En ocasiones, también se requiere criterio de ingeniería para determinar las dimensiones de la superficie interna de la carcasa de un conector. Por ejemplo, un conector hembra miniatura común, que siempre encaja dentro de un conector de clavija (la Figura 3 muestra un ejemplo) al acoplarse, es la superficie de la carcasa más cercana a las clavijas. Las dimensiones de esta superficie interna determinan si una clavija doblada puede alcanzar una carcasa conectada a tierra y la probabilidad de que esto ocurra, pero estas dimensiones no siempre se publican. Sería necesario deducirlas considerando las dimensiones externas publicadas y el espesor del material de la carcasa, o bien realizando mediciones reales.

Además, dado que los planos publicados suelen incluir valores mínimos y máximos para cada dimensión, se requiere criterio de ingeniería para seleccionar un valor apropiado del rango de valores dado para cada dimensión necesaria en el análisis.

Este tipo de subjetividad solo es relevante en conectores donde no resulta claramente obvio que cada pin doblado hará o no contacto con cada elemento vecino.

Un enfoque matemático requiere reglas básicas para manejar los datos de entrada de cada pin de manera uniforme.

1. Un pasador se designa como flexible o no flexible.

2. Todos los pasadores tienen la misma probabilidad de fallar de la misma manera.

3. Un alfiler, si se dobla inadvertidamente, tiene la misma probabilidad de doblarse en cualquier dirección.

4. Un pasador doblado que se ha presionado plano contra la superficie de acoplamiento de su inserto puede estar ligeramente curvado.

5. Un pin doblado sin cable que puede tocar dos o más trayectorias eléctricas simultáneamente tiene modos de falla de circuito abierto y cortocircuito.

La regla básica 1 establece que un pasador puede doblarse hasta apoyarse sobre la superficie de contacto de su inserto, o bien no se dobla en absoluto. Ciertos pasadores gruesos (con secciones transversales grandes) y ciertos tipos de contactos pueden considerarse no doblables, aunque algunas organizaciones exigen que todos los pasadores se consideren doblables. Sin embargo, un pasador considerado no doblable también se incluye en el análisis, ya que otros pasadores pueden doblarse hacia él, provocando un cortocircuito entre el pasador doblado y el pasador no doblable. Un pasador no doblable también puede fallar debido a la corrosión.

La regla básica 2 significa que cada pasador tiene la misma probabilidad de doblarse, cada pasador tiene la misma probabilidad de causar un camino abierto debido a la corrosión de la superficie, etc.

La regla básica 3 se aplica a pines con secciones transversales simétricas (es decir, circulares o cuadradas). En cambio, los contactos de lámina, que a veces se utilizan en conectores de borde de placas de circuito impreso de alta densidad, tienen secciones transversales más gruesas en una dimensión y más delgadas en la otra. Se puede considerar que los contactos de lámina tienen la misma probabilidad de doblarse en cualquiera de las dos direcciones de su dimensión más estrecha.

La regla básica 4 contempla que un pasador puede curvarse cuando las superficies de contacto lo obligan a doblarse 90 grados respecto a su dirección normal. Esto significa que un pasador doblado podría tocar otro pasador cuya línea de visión está bloqueada por un tercer pasador situado entre ellos, o que un pasador doblado podría tocar simultáneamente dos pasadores vecinos cuya separación sea mayor que el diámetro del pasador doblado. Las características de dicha curvatura son subjetivas.

La regla básica 5 establece que un pin de reserva sin cablear que pueda provocar efectos en el sistema al doblarse (por ejemplo, si puede cortocircuitar dos circuitos vecinos o si puede cortocircuitar un circuito vecino con una carcasa conectada a tierra) debe analizarse como un pin de reserva. Presentará modos de fallo tanto de circuito abierto como de cortocircuito, aunque la consecuencia de un circuito abierto (sin cortocircuito con nada) es "ningún efecto", y la consecuencia de un cortocircuito con otros pines o con la carcasa sin efectos en el sistema también es "ningún efecto".

Con estas reglas básicas y la información citada en la sección anterior, se puede calcular cada modo de falla posible y su tasa de falla asociada de manera que la suma de las tasas de falla de cada modo de falla sea igual a la tasa de falla del conjunto del conector (para fallas de contacto). ^{[ 2 ]} Una lista de cada modo de falla posible es la base para la siguiente parte del análisis: determinar los efectos de cada modo de falla.

Como en el FMEA en general, existen tres niveles de efectos de falla para cada modo de falla: local o de bajo nivel, de nivel medio y de nivel de sistema o final. Para el análisis de pines doblados, las descripciones de los efectos de falla de nivel local se pueden especificar con precisión en términos de la función de la señal del pin doblado (por ejemplo, "entrada" o "salida"), el nombre de la señal, la acción (por ejemplo, "cortocircuito") y la ruta de señal afectada (por ejemplo, "ruta normal xyz"). Esto significa que las descripciones de los efectos de falla de bajo nivel se pueden elaborar sin considerar otras partes del sistema. Dado que este texto es independiente de otras actividades del sistema, las descripciones de los efectos de falla de nivel local también se pueden generar mediante software. Los efectos de nivel medio y de sistema generalmente requieren la investigación de otras partes del sistema.

Por ejemplo, en la hoja de trabajo del FMEA, un modo de fallo podría figurar como "El pin A provoca un cortocircuito en el pin K", y el efecto de fallo local correspondiente podría ser "La señal de entrada X provoca un cortocircuito en la ruta normal de la señal Y". (En este caso, el pin A doblado transporta la señal X y el pin K intacto transporta la señal Y). Cabe destacar que el modo de fallo "El pin A provoca un cortocircuito en el pin K" es muy diferente de "El pin K provoca un cortocircuito en el pin A", y los efectos de fallo en general también serían muy diferentes.

Al determinar las consecuencias de un pin doblado que provoca un cortocircuito con otra ruta eléctrica, es importante considerar si el pin doblado está conectado a la fuente de la señal o alimentación, en lugar de a la carga o destino. En el primer caso, el pin doblado conecta su señal o alimentación a una ruta adyacente; en el segundo caso, la señal o alimentación de la ruta normal alimenta la carga o destino de la ruta dañada. Las consecuencias de estos dos casos son, en general, muy diferentes. Por ejemplo, un pin doblado puede formar parte de una ruta etiquetada como "+5VDC", pero si el pin está conectado al extremo de carga de la ruta, sería erróneo suponer que el pin suministrará 5 voltios a lo que toque. Para evitar este tipo de error durante el análisis, es útil identificar la función de cada señal en cada pin. En el ejemplo del párrafo anterior, la función de la señal era "entrada", lo que significaba que el pin doblado estaba conectado a la carga o destino. Si la función citada fuera "salida", significaría que el pin doblado estaba conectado a la fuente de la señal o alimentación. La lista de roles útiles para ayudar al análisis podría incluir entrada, salida, bidireccional, potencia, tierra, repuesto y carcasa.

Tierras. El término "tierra" puede ser ambiguo en sistemas que aíslan diferentes tipos de tierra (las tierras aisladas típicas son la tierra de señal analógica, la tierra de señal digital, la tierra de alimentación de CA, la tierra de alimentación de CC y la tierra del chasis). Si diferentes tipos de rutas de tierra se encuentran en rutas separadas en un conector, el análisis debe tratarlas como señales separadas. Asimismo, las rutas que conectan blindajes asociados con pares trenzados y rutas coaxiales deben tratarse como señales separadas, aunque todas sean rutas de "tierra", ya que un blindaje desconectado puede afectar el par trenzado o la ruta coaxial asociada.

Rutas redundantes. Dos rutas con el mismo nombre no son necesariamente redundantes. Varias rutas se consideran redundantes solo si (1) la pérdida de una ruta no provoca que las rutas restantes tengan una carga de corriente insegura, una caída de voltaje excesiva o una impedancia excesiva, y (2) ambas rutas están conectadas en sus extremos. Por ejemplo, varias rutas con el mismo nombre pueden originarse en la misma fuente, pero si terminan en cargas diferentes, un pin doblado podría provocar un circuito abierto en una de ellas.

Efectos equivalentes. En muchos análisis, existen múltiples señales cuyos efectos de falla son idénticos para modos de falla idénticos. Por ejemplo, en un conector que transporta rutas de 32 bits de datos de igual importancia, los efectos a nivel medio y de sistema de cualquier ruta abierta son idénticos a los efectos a nivel medio y de sistema de cualquier otra ruta abierta. Esto implica que el análisis debe determinar los efectos a nivel medio y de sistema solo para la primera aparición de una ruta de bits de datos abierta en la hoja de cálculo. Las descripciones de los efectos de las 31 rutas abiertas restantes pueden hacerse idénticas a la primera asignándoles los valores correspondientes. De esta manera, se realiza una corrección solo en la primera línea donde aparece el modo de falla en la hoja de cálculo, y las demás se corregirán automáticamente.

La Figura 4 muestra un ejemplo simplificado de una hoja de cálculo FMEA típica para el análisis de pines doblados. Se pueden agregar columnas de información adicionales, como se muestra en el artículo aparte sobre FMEA. Este ejemplo se basa en un formato generado por un paquete de software de análisis de pines doblados y utiliza datos para un conector de 79 pines. (Se han eliminado algunas columnas de información del formato original para limitar el tamaño de la tabla en este artículo). La información que se muestra en la figura se deriva de la información relacionada con el conector, como se describe anteriormente. Las descripciones de los efectos de nivel medio y de sistema ("alto") no se muestran, pero serían proporcionadas por analistas humanos. En la celda A2 de este ejemplo, "P5-1@" significa que el pin 1 del conector P5 ha abierto un camino debido a causas distintas a la flexión. En la celda A3, "P5-1" significa que el camino del pin 1 se ha abierto debido a la flexión (pero sin tocar nada más). Si bien los efectos de estos dos modos de falla son los mismos, se enumeran por separado en la hoja de cálculo porque sus tasas de falla son diferentes y reflejan el hecho de que las fallas de camino abierto son mucho más probables que las fallas de camino corto (relacionadas con la flexión). ^{[ 3 ]} Las tasas de fallo en la columna G son por millón de horas y la suma de todas las tasas de fallo es igual a la tasa de fallo del conector. (Las tasas de fallo individuales se derivan de la tasa de fallo del conector).