CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO

En estos días de mayor número de demandas por responsabilidad legal y la necesidad de cumplir con los reglamentos establecidos por las agencias gubernamentales estadounidenses como la EPA (Environmental Protection Agency) y la OSHA (Occupational Safety and Health Administration), es muy importante que el diseñador y el fabricante conozcan su responsabilidad legal con respecto al producto. El método de confiabilidad de diseño es donde se conoce o se determina la distribución de los esfuerzos y de las resistencias; después se relacionan las dos con objeto de lograr un índice de éxito aceptable. 

La medida estadística de la probabilidad para que un elemento mecánico no falle en el servicio se llama confiabilidad de ese elemento. La confiabilidad R puede expresarse mediante

donde pf es la probabilidad de falla, dada por el número de ocurrencias de falla sobre el número total de ocurrencias posibles. El valor de R se encuentra en el intervalo

 Una confiabilidad de R = 0.90 significa que hay una probabilidad de 90 por ciento que la parte realice una función adecuada sin falla. La falla de 6 piezas, de cada 1 000 fabricadas, se podría considerar un índice de falla aceptable para una cierta clase de productos, lo que representa una confiabilidad de 

o bien 99.4 por ciento. 

Según el método de confiabilidad de diseño, la tarea del diseñador consiste en hacer una selección sensata de materiales, procesos y dimensiones (tamaño) para lograr un objetivo específico de confiabilidad. De esta manera, si el objetivo de confiabilidad es de 99.4 por ciento, como se indicó, ¿qué combinación de materiales, procesos y dimensiones es necesaria para cumplir con este objetivo? Si un sistema mecánico falla cuando lo hace cualquiera de sus componentes, se dice que es un sistema en serie. Si en un sistema de n componentes en serie la confiabilidad del componente i es Ri, entonces la confiabilidad del sistema está dada por 

Por ejemplo, considere un eje con dos cojinetes que tienen confiabilidades de 95 y 98 por ciento. En este caso, a partir de la ecuación (1-5), la confiabilidad global del sistema es 

o 93 por ciento. 

Los análisis que permiten realizar una evaluación de confiabilidad traducen incertidumbres, o sus estimaciones, en parámetros que describen la situación. Las variables estocásticas, como el esfuerzo, la resistencia, la carga o el tamaño, se describen en términos de sus medias, desviaciones estándar y distribuciones. Si se producen bolas para rodamientos por medio de un proceso de manufactura en el cual se crea una distribución de diámetros. Se puede decir, cuando se escoge una bola, que existe incertidumbre en su tamaño. Si se desea considerar el peso o el momento de inercia en el rodamiento, dicha incertidumbre se considera que se propaga a nuestro conocimiento del peso o la inercia. Hay modos de estimar los parámetros estadísticos que describen el peso y la inercia, con base en los que describen el tamaño y la densidad. A tales métodos se les conoce de diversas formas: propagación del error, propagación de la incertidumbre o propagación de la dispersión. Estos métodos son parte integral de las tareas de análisis o síntesis cuando está implícita la probabilidad de falla. Es importante notar que los buenos datos estadísticos y las buenas estimaciones son esenciales para realizar un análisis de confiabilidad aceptable. Lo anterior requiere una buena rutina de prueba y validación de los datos. En muchos casos, esto no es práctico y debe adoptarse un enfoque determinístico en el diseño.