Comprender HALT: Una guía esencial para principiantes

En todos los ámbitos, siempre hay personas que se incorporan a un nuevo sector. El entorno empresarial ha cambiado debido a la situación económica del último año. Muchos optan por la jubilación anticipada cuando tienen la oportunidad. Debido a los despidos masivos, se les exige a las personas que realicen tareas que nunca antes habían desempeñado. Las fusiones pueden implicar la adquisición de equipos desconocidos. Además, siempre habrá personas que se incorporen a un sector por elección propia, como los recién graduados universitarios o quienes se trasladan desde otros departamentos.

Participar en HALT representa un desafío estimulante. Llevo más de diez años inmerso en este proceso. He conocido a numerosos ingenieros que lo dominan a la perfección, pero últimamente he notado que muchos no están muy familiarizados con él y tienen muchas ganas de aprender. Además, existe un grupo que prefiere debatir sobre tecnicismos en lugar de centrarse en la tarea en cuestión.

Para empezar, es importante señalar que no existe un único método correcto para llevar a cabo HALT. Dediquemos un momento a examinar qué es HALT y qué no lo es.

Utilidad de las pruebas aceleradas

Independientemente de la perspectiva, el panorama empresarial actual es complejo. Los clientes, ya sean consumidores individuales, organismos gubernamentales o departamentos internos, exigen más por menos. Buscan alta fiabilidad, bajo coste, tecnología de vanguardia y durabilidad.

Es cierto que complacer a todos es difícil. Necesitas adelantarte a la competencia en el mercado y, al mismo tiempo, garantizar la durabilidad de tu producto. ¿Cómo puedes lograrlo?

Una forma eficaz de abordar muchos de estos desafíos es agilizar el proceso de pruebas. Esperar 20 años para ver si una bombilla durará ese tiempo en la cocina del vecino no es viable. Es necesario acelerar el proceso.

Si bien es posible que una bombilla se funda al dejarla caer, esto solo confirma que la gravedad funciona. Se requiere un enfoque más lógico, uno que "acelere" el tiempo para simular posibles fallos. Diversos programas informáticos y fórmulas científicas pueden ayudar a correlacionar la vida útil potencial, lo que permite identificar posibles fallos en el campo en cuestión de días en lugar de años.

¿Por qué es crucial? Uno de los gastos más importantes de la empresa son los problemas de garantía. Cuando Ford Motor Company identifica y resuelve una debilidad antes de que una pieza llegue a un vehículo en circulación, su departamento de contabilidad destaca el ahorro logrado por el departamento de ingeniería. Detectar los problemas a tiempo puede ahorrar millones y aumentar la confianza del cliente. Usted se beneficia al reducir costos y aumentar los ingresos gracias a la fidelización de clientes.

Temperatura inicial

La forma óptima de comenzar la prueba es a temperatura ambiente de laboratorio. ¿Por qué uso este término?, se preguntarán. Como miembro de varios grupos de trabajo de la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional), he observado que el término "ambiente" ha evolucionado y adquirido distintos significados para diferentes personas a lo largo de los años. Tradicionalmente, ambiente se refería a la temperatura de la cámara que rodeaba el producto en un momento dado. Sin embargo, ahora la mayoría lo interpreta como la temperatura ambiente de la sala donde se realiza la prueba. Al especificar "ambiente de laboratorio", busco asegurar que la prueba comience aproximadamente a temperatura ambiente, evitando confusiones con la temperatura de la prueba anterior en la cámara. ¡Más vale prevenir que curar!

Supervise siempre el producto de forma continua. Ford Electronics, antes de convertirse en Visteon, declaró públicamente que el 50 % de las fallas intermitentes no se habrían detectado sin una supervisión constante. No basta con tomar una lectura al inicio y otra al final.

Una serie de pruebas

Dado que no existe un método perfecto para realizar una prueba HALT, aquí hay algunas ideas fundamentales que conviene recordar. HALT consiste en una serie de pruebas. Lo ideal es disponer de varias unidades para realizar las pruebas, una de ellas designada para cada prueba de la serie.

Desde una perspectiva purista, lo mejor es comenzar realizando pruebas en entornos individuales y luego proceder con entornos combinados para su comparación. Recomendamos las siguientes seis pruebas estándar, aunque existen otros enfoques posibles:

• Solo frío

• Solo calor

• Solo vibración

• Calentar con vibración

• fluctuaciones de temperatura

• Oscilaciones de temperatura con vibración

Sin duda, se pueden incluir factores adicionales. Si le preocupan las bajas temperaturas, considere añadir frío con vibración. Si la humedad es un problema, realice una prueba solo con humedad antes de combinarla con otras condiciones como temperatura y vibración. El ciclo de encendido y apagado también puede ser muy ventajoso.

Antes de comenzar las pruebas, es fundamental comprender a fondo el producto que se va a probar. Familiarícese con el entorno final donde se utilizará y realice las pruebas en consecuencia. Recuerde: los usuarios finales siempre exigen más de lo previsto a un producto, pero esperan que funcione correctamente.

Paso a paso

Tras seleccionar el entorno, ¿cómo empezar? La clave está en comprender el producto. ¿Es tan pequeño como una placa de circuito impreso o tan grande como un tanque? ¿Cuánto tiempo tardará en estabilizarse a una temperatura determinada? ¿Hay componentes más propensos a fallar?

¿Cómo se determina si un producto se ha estabilizado a temperatura ambiente? Consideremos el ejemplo de lo que estoy probando hoy: una consola de vehículo casi tan ancha como el techo de la furgoneta. Es imposible elegir un punto representativo y asumir uniformidad en toda la unidad. La regla general es: cuanto mayor sea el producto o más diversos sean sus componentes, más termopares se necesitarán. El control debe basarse en un termopar principal, colocado donde mejor represente la unidad o en el componente más sensible, según la prioridad.

Un buen punto de partida para todas las pruebas es la temperatura ambiente del laboratorio, generalmente alrededor de 25 °C. Si es necesario, fije su producto y conecte el cableado requerido. ¡Recuerde que su cableado estará expuesto a las mismas condiciones extremas que su producto!

El orden de las pruebas depende totalmente de usted. Sin embargo, comenzar con entornos individuales antes de pasar a combinaciones proporciona una base sólida. Por ejemplo, si su primera prueba combina calor y vibración y se produce una falla, ¿puede determinar cuál la causó? ¿O fue la combinación? Si ya ha realizado pruebas de calor y vibración por separado, es más fácil identificar si la falla se debió a un entorno específico o a la combinación.

¿Qué es un fracaso?

Las distintas empresas evalúan los fallos de diversas maneras. Visité una empresa donde apartaban productos debido a pequeños arañazos en la pintura. Para ellos, esto se consideraba un "fallo" importante que les impedía enviar el producto al cliente.

Algunos consideran que el primer fallo intermitente es el límite que están dispuestos a aceptar. Otros prefieren llegar a un fallo total. Esto es algo que debes tener en cuenta al planificar tu prueba: ¿qué definirás como fallo?

Las pruebas

Tras repasar los puntos clave a tener en cuenta antes de realizar las pruebas, examinemos las pruebas en sí. Es importante comprender que implica mucho más que simplemente pulsar el botón "Ejecutar" en el ordenador. Ya hemos visto la necesidad de planificar con antelación. Exploraremos las diferentes consideraciones para cada prueba y los motivos para realizarlas.

Prueba de paso en frío

Las temperaturas frías suelen ser las menos destructivas entre los distintos entornos, lo que las convierte en un buen punto de partida para las pruebas.

Puedes determinar el tamaño de los pasos según tu conocimiento del producto. Si te preocupan los efectos del frío, usa pasos más pequeños. Si buscas datos de referencia, comienza con pasos más grandes y redúcelos si se produce una falla prematura. Muchos ingenieros se sienten cómodos comenzando con pasos que representan una tasa de cambio de 10 °C por minuto en condiciones de frío.

Tras determinar la velocidad de calentamiento, establezca el tiempo de permanencia. ¿Cuánto tiempo debe mantenerse el producto a una temperatura determinada antes de volver a aumentar la velocidad? En general, se recomienda mantener el tiempo de permanencia al mínimo necesario para estabilizar el producto. Para una placa de circuito impreso (PCB), esto podría ser de tan solo cinco minutos, mientras que un ensamblaje podría requerir más tiempo. Una vez más, confíe en su experiencia para tomar la decisión.

Eche un vistazo al siguiente gráfico:

El gráfico anterior muestra un ejemplo de lo que se podría utilizar. Partiendo de la temperatura ambiente del laboratorio y manteniéndola hasta su estabilización, la prueba reduce la temperatura 10 °C lo más rápido posible y luego la mantiene durante diez minutos. Estos pasos se repiten hasta que se produce un fallo.

Prueba de calentamiento

La prueba de calor sigue un procedimiento similar, pero en sentido contrario. Se basa en los mismos principios que la prueba de enfriamiento. Comience estabilizándose a la temperatura ambiente del laboratorio y luego proceda con el aumento gradual de la temperatura y el mantenimiento de la misma. Dado que el calor suele ser más dañino que el frío, puede optar por aumentar la temperatura a un ritmo de solo 5 °C por minuto en lugar de a un ritmo más rápido.

Tuve la oportunidad de trabajar con una empresa cuyo producto estaba destinado a un entorno hospitalario. Su primer fallo significativo se produjo a tan solo 2 °C por encima de la temperatura típica de un laboratorio. Al principio, no les preocupó, pensando que los hospitales tienen aire acondicionado y que el aire ambiente nunca se calentaría demasiado. Compartí con ellos mi experiencia durante una estancia prolongada en un hospital donde la temperatura se controlaba según la época del año. La calefacción se activaba por la fecha, no por necesidad, lo que provocaba que las habitaciones de los pacientes alcanzaran casi los 30 °C. La empresa rediseñó la placa y su producto ahora es líder del mercado. Moraleja: Asegúrese de que exista un margen entre las condiciones de uso previstas y la resistencia real de su producto. Considere el peor escenario posible y añada un margen de seguridad. En resumen, si algo puede salir mal, saldrá mal.

Prueba de vibración únicamente

Has completado las pruebas más sencillas, como las de calor y frío. Has monitorizado y registrado los datos. Has implementado los cambios que consideraste necesarios. Ahora, estás preparado para las pruebas de vibración.

Comience nuevamente con la temperatura ajustada a las condiciones ambientales del laboratorio. Esto garantiza que la temperatura no influya en la prueba. Si bien esto puede no reflejar una situación real, por ahora nos centraremos únicamente en la vibración.

El método estándar para medir una prueba de vibración es mediante el uso del nivel g. Pero, ¿desde dónde debemos medir g?

La medición desde la parte inferior de la mesa vibratoria indica principalmente la actividad de la mesa, lo que puede no reflejar con precisión el comportamiento del producto. La ubicación ideal para el acelerómetro es sobre o cerca del producto. Algunos optan por fijarlo al soporte que sujeta el producto, lo cual es totalmente aceptable. Si no es posible fijarlo al producto o al soporte, móntelo cerca del soporte, sobre la superficie de la mesa. Esto proporcionará una aproximación bastante precisa de lo que experimenta el producto.

A diferencia de la temperatura, la vibración debe controlarse en incrementos muy pequeños. Su control preciso puede resultar complejo, por lo que recomendamos comenzar con 2 g e incrementarla de 2 g en 2 g. El tiempo de permanencia depende del conocimiento que se tenga del producto. Deje transcurrir un tiempo de estabilización suficiente, generalmente diez minutos. Continúe aumentando la vibración hasta que observe lo que considere un fallo, mientras monitoriza y registra los datos durante todo el proceso.

Combinaciones

Ahora viene la parte emocionante. Has terminado los pasos tediosos. Has obtenido una mayor comprensión de tu producto y de las reacciones de los miembros de tu equipo. ("¿ Qué le estás haciendo a mi diseño?")

Prueba de oscilación térmica

Ya has completado las pruebas de frío, calor y vibración. El siguiente paso lógico es la prueba de oscilación térmica, que combina las pruebas de calor y frío.

Ajuste la cámara a la temperatura ambiente del laboratorio y deje que el producto se aclimate. Elija si prefiere aumentar o disminuir la temperatura inicialmente. Introducir nitrógeno en el aire de la cámara ayudará a eliminar la humedad residual del producto, por lo que debe tenerlo en cuenta.

Seleccione el incremento de la rampa, generalmente de 5 o 10 °C a la vez, y determine el tiempo de permanencia. Luego, comience.

Como se ilustra en el gráfico, cada paso se expande. Supongamos que decides incrementos de 5 °C con una temperatura inicial de 25 °C. Has optado por tiempos de espera de 5 minutos y prefieres aumentar la temperatura primero. Este es el escenario básico:

Continúe realizando pruebas hasta que se produzca un fallo.

Nota: Es común que un producto falle a temperaturas muy bajas y vuelva a funcionar una vez que alcanza la temperatura ambiente. Si se produce un fallo durante la fase fría de esta prueba, se recomienda continuar con la siguiente fase caliente para comprobar si se restablece su funcionamiento.

Existen razones válidas para realizar la prueba de oscilación. La diferencia en los coeficientes térmicos puede provocar que las piezas se separen, lo que a veces da lugar a grietas. Al aplicar estos cambios rápidamente, sometemos la unidad a un estrés superior a sus condiciones normales. Algunos argumentan que rara vez se experimenta un cambio de temperatura superior a 30 °C por minuto, pero considere lo siguiente:

Vivo en Michigan. Si bien no es el estado más frío en invierno, es común experimentar una sensación térmica de -40 °C al menos una vez al año. Imagínate que mi coche se queda atascado en la nieve a un kilómetro y medio de casa. Decido ir andando (los habitantes de Michigan somos muy resistentes).

Mi celular pasa de unos 25 °C a -40 °C mientras lo sostengo junto a mi oído para llamar a mi esposo e informarle de mi problema. Como está de viaje, tengo que usar mi confiable dispositivo PDA para encontrar su número.

Llego a casa temblando, subo la calefacción y me quedo junto al radiador, sin dejar de usar mi fiel teléfono. El teléfono y el ordenador vuelven a calentarse hasta los 25 °C con el aire caliente. Para entonces, no solo los aparatos electrónicos han sufrido un gran esfuerzo, ¡sino yo también! Seguro que se te ocurren otras situaciones extremas en las que sometemos los aparatos electrónicos a un estrés excesivo.

Prueba de calor con vibración

Hagamos una prueba de agitación y horneado. No para la cena, ¡aunque eso ya se ha hecho! Es hora de combinar calor y vibración para probar tu producto.

¿Qué nivel de vibración seleccionará? Supongamos que sabe que su producto falló a 10 g en una prueba previa de vibración únicamente. Dado que ya conoce este punto de falla, no es necesario alcanzar ese nivel. Lo que desea es descubrir qué ocurre cuando se combinan factores térmicos con la vibración.

La mayoría de los ingenieros con los que he trabajado optan por un nivel cercano al 80% del punto de fallo. En este caso, serían 8 g.

¿Cuál es el método óptimo para realizar una prueba combinada de calor y vibración? Una vez más, recurra a su experiencia. Es recomendable seguir de cerca la prueba de calor original que realizó, comenzando de nuevo a temperatura ambiente de laboratorio. Esto le servirá como punto de referencia para prever dónde podría presentar su producto una falla relacionada con el calor. Si la temperatura fue muy alta, podría considerar omitir algunas de las temperaturas más bajas. Por ejemplo, si su producto no falló hasta los 110 °C, podría comenzar alrededor de los 60 °C y continuar desde ahí.

El ejemplo gráfico anterior ilustra periodos de inactividad de diez minutos, con vibración aplicada (por debajo del nivel de fallo) durante dos minutos cada cinco minutos. La pulsación puede provocar fallos, al igual que el funcionamiento continuo. Usted decide cuál es la mejor manera de realizar la prueba.

Aquí es donde la comparación se vuelve interesante. Por lo general, el producto fallará a una temperatura ligeramente inferior cuando se le aplica vibración en comparación con el uso exclusivo de calor. Sin embargo, siempre hay excepciones. Esta prueba en particular debería proporcionar información valiosa sobre cómo su producto resistirá la combinación de factores que probablemente encontrará en su uso real.

Prueba de oscilaciones térmicas con vibración

Utilice los conocimientos adquiridos en sus pruebas de calor y vibración para aplicar principios similares a las variaciones térmicas y la vibración. Si el fallo se produjo mucho más allá de las condiciones de laboratorio, considere omitir algunos pasos.

Descubrí algo interesante en un artículo de una revista de diseño de maquinaria: algunas empresas utilizan temperaturas extremadamente bajas para reducir la tensión en equipos destinados a entornos con alta vibración. Normalmente, se sabe que cualquier modificación en un producto reduce su vida útil. Sin embargo, tras aplicar los principios del artículo, realicé experimentos con clientes de diversos tipos de productos. En todos los casos, la combinación de vibración y bajas temperaturas permitió que los productos soportaran mayor vibración que en condiciones ambientales. Es posible que observe resultados similares durante su prueba de oscilación con vibración. Además, considere incluir una prueba de frío con vibración si su producto necesita soportar bajas temperaturas.

¿Y ahora qué?

Con todas estas cifras y tiempos de fallo, ¿qué deberías hacer a continuación? ¿Cuáles son tus objetivos?

No es necesario sobrediseñar. Si tu producto cumple con los requisitos del mundo real con un margen razonable, es posible que no necesites hacer ningún cambio. Por ejemplo, Microsoft extendió la garantía de su ratón de un año a tres después de realizar pruebas, sin preocuparse por problemas de garantía.

Que algo no falle no significa que hayas fallado. Probablemente indica que tienes un producto robusto y listo para el mercado. Si te encuentras con un fallo, míralo con optimismo. HALT es una herramienta de aprendizaje que te ayuda a identificar rápidamente el fin prematuro de la vida útil de un producto, evitando así un aprendizaje prolongado a través de reemplazos en garantía.

No hay ninguna bala mágica

¿Una prueba HALT predice con exactitud la vida útil de un producto en el mercado? Probablemente no. Sin fallos reales en el mismo producto o en uno similar, establecer una correlación temporal es complicado. Sin embargo, si se pueden replicar los fallos reales en el laboratorio bajo ciertas condiciones, se puede establecer una buena correlación.

¿Es una cámara de ciclos térmicos rápidos con vibración triaxial el único equipo que necesitarás? Si fuera así, sería rico. Al igual que una caja de herramientas requiere varias herramientas, los equipos de prueba no deberían depender únicamente de HALT, a pesar de su utilidad.

Un cambio positivo en la industria es el mayor intercambio de información no propietaria entre ingenieros. Para obtener más información sobre HALT, explore grupos como el grupo IEEE AST (Advanced Stress Testing), asista a seminarios y únase a grupos de usuarios. Compartir conocimientos nos ayuda a evitar empezar desde cero. Las fuentes confiables son invaluables.

Nota final

Al realizar pruebas HALT, confíe en su conocimiento del producto. Planifique con anticipación, teniendo en cuenta el entorno de uso final. En el caso de los plásticos, conozca sus puntos de fusión. Mantenga una mente abierta durante las pruebas, reconociendo las fallas del producto como oportunidades de aprendizaje, no como fracasos personales. Colabore con los ingenieros de diseño, proyecto y producción, la gerencia y cualquier persona que pueda aportar información valiosa.

Disfruto trabajando en HALT y no elegiría ningún otro sector. Como dice el lema de BASF: «No fabricamos el producto, sino que lo mejoramos», contribuyo a crear mejores productos, aumentando la fiabilidad, reduciendo costes y mejorando la seguridad. De niño, soñaba con la paz mundial, pero de adulto, comprendo que el cambio es gradual. Como docente y fabricante, veo que cada uno de nosotros puede contribuir a un mundo mejor. Ahora tienes la oportunidad de destacar en tu trabajo, producir mejores productos de forma rentable y mejorar la vida de los demás haciéndola más segura, sencilla y fiable.