NUMESYS, ANSYS SHERLOCK ile Elektronik Tasarımda Devrim Yaratıyor – MSI Dergisi: Türk Savunma ve Havacılık Sanayisinin Güncel Referans Bilgi Kaynağı ve Yenilik Habercisi

NUMESYS, ANSYS SHERLOCK ile Elektronik Tasarımda Devrim Yaratıyor

7 Kasım 2019

MSI Dergisi’nin 185’inci sayısında yayımlanan tanıtıcı makale, derginin İnternet sitesinde paylaşılmıştır:

 

NUMESYS, sektörün rekabet edebilirliğine desteğini, ANSYS’in dünyada ilk ve tek SAE J3168 uyumlu ekipman ömür analizi yazılımı SHERLOCK ile sürdürüyor. Sektör firmaları, SHERLOCK’u, ANSYS’in Türkiye’deki tek Elite Channel partneri olan NUMESYS’in desteği ile kullanabilecek.

 

Askeri Standartlara Uygun Baskı Devre Kartı (PCB) Tasarımında Güvenilirlik Analizi

Günümüz askeri platformlarının kullanım alanını ve görevlerini, mekanik aksamlardan daha çok, platformların içerisinde bulunan görev bilgisayarları ve elektronik ekipmanlar belirliyor. Bu ekipmanların görev fonksiyonlarını yerine getirmesinin yanı sıra öngörülen çalışma koşullarına dayanması ve bu koşullarda güvenilir bir şekilde fonksiyonlarını devam ettirmesi, görevin başarısı açısından büyük önem arz ediyor. Bu noktada PCB’lerin uzun ömürlü olması, sektörde faaliyet gösteren tasarımcı ve üreticilerin gündeminde önemli bir yer tutuyor. Dolayısıyla PBC’lerin; titreşim, şok ve ısıl yükler başta olmak üzere pek çok etkenin dikkate alınarak tasarlanması gerekiyor. Buna rağmen, PCB’lerin ürün geliştirme maliyetlerinin %73’ü; test etme, başarısızlıkları tespit etme, tasarımın iyileştirilmesi ve testin tekrarlanması döngüsünde harcanıyor.

ANSYS SHERLOCK ile PCB tasarımının sonlu elemanlar ağ örgüsüne (mesh) dönüştürülmesi.

 

PCB’lerin tasarım ve üretiminde uyulması beklenen pek çok standart bulunuyor. Savunma sektörü için MIL-STD-202 standardında nem, yüksek basınç, termal şok, alevlenme, titreşim, serbest düşme, mekanik şok, ivmelenme, rastsal titreşim, voltaj ve akım dayanıklılığı, yalıtım direnci gibi birçok test yer alıyor. MIL-STD-810G ve MIL-S-901D standartlarında ise ekipmanların dayanıklı olması beklenen çevresel koşullar, titreşim, şok ve ısıl yükler testleri bulunuyor.  Özellikle ısıl ve mekanik yükler altındaki dayanıklılık test ile doğrulandığı gibi, tasarım sürecinde analiz yöntemleri de kullanılabiliyor. PCB’lerin karmaşık yapısı gereği Bilgisayar Destekli Mühendislik (CAE) yöntemleri kullanılarak kart üzerindeki ekipmanlar ve lehimlerin detaylı olarak dayanıklılık ve ömrünü değerlendirmek için özel yöntemler gerekiyor. Bu yöntemlerden en yaygın olanı otomotiv, havacılık ve savunma sektörleri için geçerli olan SAE J3168 standardı ile belirlenmiş Güvenilirlik Fiziği Analizi (Reliability Physics Analysis / RPA) olarak öne çıkıyor.

RPA, güvenilirliği tahmin etmek ve ürün performansını iyileştirmek için arıza mekanizmaları hakkında bildiklerimizi kullanan, fiziğe dayalı bir yaklaşımdır. Bu analizde, ürün tasarım aşamasında iken şok, titreşim, sıcaklık döngüsü, aşınma ve korozyon gibi olası arıza nedenlerini modellemek için güçlü simülasyon araçları kullanılıyor. RPA, elektronik endüstrisinde son zamanlarda önemli bir ivme kazanmasıyla dikkat çekiyor.

RPA’nın ardındaki mantık, mühendisler için kafa karıştırıcı olabilir; ancak yönetim açısından oldukça açık. RPA gibi yeni bir sürecin başlatılması, organizasyonun standart hale getirilmesi ve yaygın olarak kabul görmesi için hemen hemen her zaman destek ve kabul gerektiriyor. RPA, ürün performansını sağlamak için en iyi uygulamalara adanmışlık anlamına geliyor.

RPA, CAE yazılımları ile prototip üretimi yapılmadan düşük maliyet ile test imkanı sunuyor. RPA için çoklu fizik sonlu elemanlar analizi yapabilen yazılımlar gerekiyor. ANSYS SHERLOCK, RPA yapabilen bir CAE aracı olarak hizmete sunuluyor.

PCB mesh’in, iç hacim mesh’i ile birleşmesiyle sistem analizi için birleşik mesh’in oluşturulması.

 

PCB kartın, ivme yükü altında gösterdiği şekil değişiminin ANSYS SHERLOCK ile analiz edilmesi.

ANSYS SHERLOCK İş Akışı ve Prosesi

ANSYS SHERLOCK, tasarım sürecinde, PCB güvenilirliğinin doğrulanması için pek çok sınır şartını ve girdiyi değerlendiriyor ve çözümlüyor. ANSYS SHERLOCK, ayını zamanda, 3 boyutlu entegre modeli, sonlu elemanlar modeline çeviriyor. Giriş şartları olan; ortam sıcaklığı, nem, toz, termal şoklar, titreşim, mekanik şoklar ve yüksek sıcaklık altında çalışma durumlarını istediğiniz değer aralıklarında veya belirlenen standarda göre analiz ediyor. ANSYS SHERLOCK, sistem analizleri bütününü, önce PCBA bileşenleri ile iç hacmi birleştirerek sistem analizini oluşturuyor. Sistem analizi oluşturulduğunda, kart elemanlarının fonksiyonlarına ve çalışma şemasına göre elektriksel analiz gerçekleştiriliyor ve analiz döngüsü başlıyor. ANSYS SHERLOCK’un iş akışı analiz döngüsünün ilerleyişi şu şekilde gerçekleşiyor:

  • Elektriksel bileşen analizi ile sinyal ve güç bütünlüğü kaybının hesaplanması
  • Elektriksel analiz sonuçları ile ısı dağılımı ve termal değişkenlerin hesaplanması ve ortam şartları ile entegrasyonu
  • Termal etkiler ile gerilme ve genleşme değerlerinin hesaplanması, titreşim ve şok gibi etkiler ile termo-mekanik etkilerin toplanarak sonuç alınması
  • Tüm etkilerin birleştirilerek RPA’nın gerçekleştirilmesi ve sistem çalışmasının ve ömrünün doğrulanması

PCB kartın yapı destekleme elemanlarının gösterimi.

ANSYS SHERLOCK, arıza zamanları ortalama ağırlığı (MTBF) veri tabanı ile bileşen ömürlerinin istatistik zamanını da hesaplayabiliyor. 500.000’den fazla parça içeren gelişmiş kütüphanesi ile malzeme varyanslarını hızlıca deneyerek optimum malzeme seçimine imkan sağlıyor. ANSYS SHERLOCK, tek bir yazılımda tam bir ömür eğrisi tespiti sunan tek yazılım olarak farkını ortaya koyuyor.

ANSYS SHERLOCK, tasarım döngüsü içerisinde veya sonrasındaki ömür değerleri raporlamalarında tasarımcıya aşağıda sadece ana başlıkları verilmiş birçok ayrı alanda faydalı veriler sağlıyor:

  • Termo-mekanik yükler ve çevre koşulları altında Lehim Ömür Analizi
  • Sistem seviyesi ile beraber Termo-Mekanik Ömür Analizi
  • Farklı sıcaklıklarda (-55°C ila 125°C) Şok ve Titreşim Analizi ile doğal frekans, deplasman ve güvenilirlik tayini
  • IPC TR-579 standardında belirtilen hesaplamalar ile İletken Kaplamalı Delik Ömrü Analizi
  • MIL-HDBK-217, Telcordia SR-332, veya IEC-62380 standartlarıyla belirlenen MTBF hesaplamaları
  • ISO 26262 ve SAE J3168 standartlarında belirlenen RPA yöntemiyle MTTF hesaplamaları

Her geçen gün elektronik ekipmanlardan daha fazla görev fonksiyonu yerine getirmesi bekleniyor. Ancak bu ekipmanlar içerisindeki PCB’lerin, özellikle askeri standartlarda ciddi ısıl ve mekanik yükler altında dayanıklılığının ve ömrünün, tasarım döngüsünün her aşamasında farklı seviyelerde doğrulanması gerekiyor. Tasarım süreci içerisinde komponent seçimi ve komponentlerin kart üzerine yerleşimi, prototip testlerinden çok önce, RPA ile tayin edilmelidir. Bu sayede daha az test ile test maliyetleri düşürülür, ve ürün piyasaya daha ucuz maliyetle, daha erken ve daha güvenilir olarak sunulabilir.

650 toplam görüntüleme, 5 bugünkü görüntüleme