Diseño para la confiabilidad: sistemas navales

Los buques de guerra son plataformas complejas que combinan tecnologías altamente avanzadas de telecomunicaciones, radar, defensivas y ofensivas, así como sistemas de propulsión de alta potencia. El objetivo de un buque es proporcionar una alta fiabilidad de la misión, es decir, una alta probabilidad de éxito de la misión.
Las misiones navales tienen características únicas:

  • Largos tiempos de misión
  • Acceso bajo o nulo a repuestos que no sean COB (transporte a bordo)
  • Condiciones duras

Existen varios métodos de diseño de sistemas para lograr una alta confiabilidad de la misión:

  • Alta confiabilidad de cada equipo
  • Redundancia en caliente
  • Piezas de repuesto

Siempre se prefiere una alta confiabilidad del equipo porque reduce la necesidad de unidades redundantes / de repuestos. Sin embargo, la mayoría de los equipos se adquieren a terceros y no siempre es posible obtener equipos con la confiabilidad deseada.

Asignación de confiabilidad:

Durante el diseño inicial del sistema, se debe realizar un proceso de asignación de confiabilidad para identificar el equipo que requiere redundancia / repuestos. La asignación de confiabilidad le permite diseñar sistemas efectivos con el número correcto de redundancias y proporcionar requisitos de MTBF realistas a los OEM, de modo que se espera que el sistema cumpla con el requisito de confiabilidad de la misión.

Predicción de confiabilidad:

Durante el diseño detallado, se debe realizar un análisis de confiabilidad preciso para verificar el cumplimiento de la confiabilidad de la misión requerida.

Piezas de repuesto:

En muchas industrias, el análisis de piezas de repuesto se realiza al final del proceso de diseño. Este no puede ser el caso al diseñar sistemas navales porque las piezas de repuesto COB están limitadas por el peso y el costo, y tienen un efecto significativo en la confiabilidad de la misión. Por lo tanto, las redundancias y las piezas de repuesto deben considerarse desde una etapa inicial de diseño.

Ejemplo: sistema de comunicación

Considere el caso de un sistema de comunicación con los siguientes requisitos:

  • 2 transceptores deben estar operativos
  • 10 unidades terminales deben estar operativas
  • El requisito de confiabilidad de la misión es 98% para una duración de la misión de 60 días

La asignación de confiabilidad sin redundancias y sin repuestos proporciona un requisito de MTBF para los transceptores y unidades terminales de 855,310 horas.

Reliability Block Diagram Software

Figura 1: Asignación de confiabilidad del sistema sin repuestos, captura de pantalla del Diagrama de bloques de confiabilidad (RBD) del software BQR

 

El requisito de MTBF es demasiado estricto tanto para los transceptores como para las unidades terminales. Por lo tanto, se deben agregar piezas de repuesto. Las piezas de repuesto se pueden modelar en el software RBD utilizando modelos en espera. Al agregar 2 unidades terminales de repuesto y 1 transceptor de repuesto, el requisito de MTBF se reduce a 28,352 horas:

Reliability Block Diagram Software

Figura 2: Asignación de confiabilidad del sistema con repuestos, captura de pantalla del software BQR RBD

 

Este requisito de MTBF es mucho más realista. A continuación, el OEM proporcionó un MTBF de 40.000 para los transceptores, este valor se puede fijar y luego el requisito de MTBF mínimo de las unidades finales se reduce ligeramente a 26.841 horas:

Finalmente, se proporcionó un MTBF de 30.000 para las unidades finales del OEM. Entonces, la confiabilidad de la misión se calcula en 98.46%:

MTBF calculator

Figura 3: Cálculo de confiabilidad de la misión analítica, captura de pantalla del software BQR RBD

 

Este sencillo ejemplo muestra cómo se pueden utilizar la asignación y el cálculo de la confiabilidad para optimizar el diseño del sistema y garantizar el cumplimiento de los requisitos de rendimiento.

 

BQR proporciona software RBD y servicios profesionales para sistemas navales y muchas otras industrias.

BQR también proporciona software para modelos más complejos como:

Modelos de cadena de Markov para reparto de carga y otros modelos multiestado

Modelos de red RBD para redes de comunicación y servicios públicos

Reliability Block Diagram Software - Markov Models
RAM analysis - Reliability Block Diagram Software