Az alkatrészek szerepe a biztonságban és megbízhatóságban
Az ipari világ veszélyes munkahelyeket teremt. A magasan automatizált gyáraktól az olyan nehézipari ágazatokig, mint pl. a bányászat, létfontosságú, hogy olyan szabványokat alkalmazzanak, amelyek biztosítják, hogy a munkavállalók és a berendezések biztonságban legyenek a káros körülményektől, és hogy a rendszerek megbízható szolgáltatást nyújtsanak.
Egyes alkalmazásokban lehetősége van a mérnököknek arra, hogy olyan termékeket használjanak, amelyeket elismert nemzetközi szabványok szerint teszteltek. A berendezések zord környezetektől való védelmére a gyártók az IP-besorolás néven ismert jelölési rendszert fogadták el. A sokak által ismert IP az Ingress Protection (behatolás elleni védelem rövidítése) olyan védelmet biztosít, amely segíti a mérnököket a tervezéshez megfelelő alkatrészválasztásban. (Az IK, EMI/RFI, vagy mindezek egyesítése, a MICE concept [Mechanical, Ingress, Climate, EMC] besorolások is a védelmekről szólnak.)
Az alkatrészalapú tanúsítás azonban csak nagyon speciális helyzetekben elegendő. A felhasználók az elmúlt néhány évben felismerték, hogy a biztonság holisztikusabb megközelítésére van szükség, amelyet gyakran funkcionális biztonságnak neveznek. Ezt az IEC 61508 szabvány úgy határozza meg, mint a vezérlőrendszerek által a teljes folyamat vagy üzem számára nyújtott biztonságot, nem pedig az egyes komponensek által nyújtott biztonságot. Ezért a biztonsági tervezésnek nem az egyes elemeire összpontosít, mint például a nagyfeszültség vagy a zord körülmények elleni védelem.
Ehelyett a tervezők a SIL (Safety Integrity Level – biztonsági integritási szint) értéket veszik figyelembe, ami a teljesítmény mérőszáma, és a rendszert a meghibásodás valószínűsége (PFD, Probability of Failer on Demand) alapján osztályozza. Ez az érték azt mutatja, hogy a meglévő biztonsági funkciók milyen valószínűséggel hibásodnak meg egy nem biztonságos állapot bekövetkezése esetén. A SIL-eket 4 szintre osztják, a 4. szint a lehető legmagasabb biztonsági teljesítményt jelenti. (Az IEC 62443 és az IEC 62304 szabványok is a rendszerbiztonságról szólnak.)
A legfontosabb dolog, amit nem szabad elfelejteni, hogy a teljes biztonsági rendszert figyelembe kell venni. Ez az értékelés a felhasználási eset és a konkrét környezet alapján történik, és a végfelhasználó felelőssége annak garantálása, hogy egy hatékony biztonsági rendszer megfelelően kerüljön megvalósításra. Bár a tervezők kiválaszthatják a biztonságos működést garantáló alkatrészeket, önmagában a SIL minősítésű alkatrészek kiválasztásával egyszerűen nem lehet biztosítani a 3. SIL-szintet.
All-Up tesztelés
Nem új probléma, már régóta felismerték, hogy nem lehet biztonságos vagy megbízható eszközt tervezni pusztán megbízható termékek kiválasztásával. A NASA az Apollo-program során, az 1960-as években szembesült ezzel a problémával. Az Apollo-program valószínűleg a modern kor egyik legjelentősebb mérnöki teljesítménye, amely a valaha készült egyik legbonyolultabb eszközt állította elő. Az Apollo – a Saturn V rakétával együtt – közel 130 m magas volt, közel 3000 tonnát nyomott, és több százezer egyedi alkatrészből állt.
A NASA-nak azzal a nem irigylésre méltó feladattal kellett szembenéznie, hogy egy számot adva, értékkel kellett meghatároznia, mintegy előre jelezve a rakéta megbízhatóságát. Ennek a számnak a meghatározásához kétféle megközelítés volt:
- Az első az volt, hogy a rakétán belül minden egyes alkatrész megbízhatóságát meghatározták – arra gondolva, hogy a 99,9%-os megbízhatóságú egyedi komponensek nagy valószínűséggel biztosítják a sikert – és ezek szorzatával határozták meg a teljes rendszer megbízhatóságát.
Figyelembe véve azonban, hogy az Apollo-programban használt alkatrészek száma több százezer, ez a módszer gyorsan elfogadhatatlan választ adott. Már ezer alkatrész is – amelyek mindegyike 99,9%-os megbízhatósággal rendelkezik – összességében mindössze 37%-os megbízhatóságot eredményezne! - A NASA mérnökei úgy döntöttek, hogy az All-Up tesztelésnek nevezett eljárást alkalmazzák. Ez a koncepció azt mondta ki, hogy felesleges az egyes alkatrészek megbízhatósága alapján megpróbálni megtervezni egy rakétát, ehelyett a minőséget a teljes rendszer szintjén kell megtervezni. Ha ezt az analógiát átvesszük az elektronikai iparra, akkor az egyes alkatrészek egyedi megbízhatósága helyett a teljes eszköz megbízhatóságát kell figyelembe vennünk.
Megbízható alkatrészek a robusztus konstrukciókhoz
Annak érdekében, hogy a felhasználók tisztában lehessenek a zord környezetbe szánt berendezések tervezése során a csatlakozók teljesítményével (környezetállóságával), a Samtec bevezette a Severe Environment Testing (SET) programot. (https://www.samtec.com/support/videos/samtecs-severe-environment-testing-set-405830921/)
A program célja, hogy a kereskedelmi forgalomban kapható szabványos csatlakozókat olyan tesztelési ütemtervnek vessék alá, amely vetekszik a katonai termékekével, vagy akár meg is haladja azt. A SET program lehetővé teszi az ügyfelek számára, hogy a csatlakozókat a teljesítményük alapján válasszák ki, a felhasználási körülményeknek megfelelően a szélsőséges hőmérséklettől kezdve az elektrosztatikus kisülésen át a rázkódásig és a rezgésig, abban a biztos tudatban, hogy azok megfelelnek a feladatnak.
Még abban az esetben is, ha a berendezés nincs kitéve szélsőséges rezgési, hőmérsékleti vagy nedvességi körülményeknek, fontos megérteni, hogy az idő milyen hatással van a teljesítményre. Vannak esetek, amikor a berendezéseket úgy tervezik, hogy azok sok éven át minimális karbantartás mellett működni tudjanak. Más esetekben pedig szükség lehet az alkatrészek akár hosszabb idejű tárolására azzal együtt, hogy bármikor felhasználhatók legyenek.
Fontos, hogy mindkét esetben bízhassanak a felhasználók abban, hogy a csatlakozó az idő múlásával is jól fog működni. Ennek a bizalomnak a biztosítása érdekében a csatlakozókat számos olyan tesztnek vethetik alá, amelyek egy életen át tartó használatot vizsgálnak. Ezek a tesztek nagyszámú párosítási ciklust tartalmaznak, amelyek messze meghaladják az egyenértékű kereskedelmi csatlakozókra vonatkozó szokásos specifikációkat. Ezenkívül a kevert áramló gázokkal (MFG, Mixed Flowing Gas) végzett teszt során gondosan ellenőrzött hőmérsékletet és páratartalmat, valamint nagy koncentrációjú gázokat, többek között klórt, hidrogén-szulfidot és nitrogén-dioxidot használnak. Az így létrehozott körülmény akár 10 éven át fennálló légköri kitettséget is képes szimulálni. (https://blog.samtec.com/post/testing-connectors-with-mixed-flowing-gas/)
A SET program mellett a Samtec bevezette saját Extended Life Products (E.L.P.™) tanúsítványát. Az ELP-címkét kapott termékeket szigorú szabványok szerint tesztelték, amelyek az érintkezési teljesítményt szimulált tárolási és terepi körülmények között értékelik. Az ezeket a termékeket választó ügyfelek biztosak lehetnek abban, hogy a csatlakozók még sok évnyi használat után is teljesíteni fognak. (https://blog.samtec.com/post/extended-life-testing-for-connectors/)
Szerző: David Pike – Samtec, Inc.
Sarkadi György
www.sgconn.hu
FARMELCO Kft. a Samtec
magyarországi disztribútora
