Si un fallo en tu diseño va a causar algo más que un pequeño inconveniente, tienes que planificarlo. Todos los sistemas fallan tarde o temprano. Cuanto mejor se planifique, menos daños se producirán cuando se produzca un fallo. La ingeniería de la fiabilidad es un campo bien estudiado y comprendido, pero a menudo puede resultar difícil poner en práctica esos principios.

Los aviones, el espacio y los sistemas de perforación de petróleo y gas son excelentes ejemplos de sistemas de alta fiabilidad y disponibilidad. Un fallo completo del sistema de control de vuelo puede tener resultados catastróficos y costar la vida a cientos de pasajeros.

La fiabilidad se define como la probabilidad de no fallar en un periodo de tiempo determinado y en unas condiciones específicas. El objetivo de la ingeniería de fiabilidad es aumentar la fiabilidad de los sistemas en la medida de lo posible sin sobrepasar las limitaciones del sistema (por ejemplo, presupuesto, tamaño, potencia, etc.).

Definiendo la probabilidad de éxito como R (la fiabilidad) y la probabilidad de fallo como F, dado que los dos únicos estados disponibles son éxito y fallo, podemos afirmar que R + F = 1, o alternativamente la fiabilidad puede escribirse como 1 - R = F.

Confiabilidad de los sistemas en serie

Un sistema en el que los subsistemas están conectados en serie y en el que el fallo de un componente determinado provoca el fallo del sistema se define como sistema en serie. La fiabilidad de dos subsistemas en serie puede determinarse multiplicando la fiabilidad de los dos subsistemas. La fiabilidad global de los sistemas es entonces igual a:

Rsistema = R1 R2 = (0,9)(0,9) = 0,81 = 81%.

Figura 1: Fiabilidad de los sistemas en serie.

La configuración en serie, como se muestra en la figura 1, es la más habitual en la mayoría de los sistemas industriales y de consumo. Cuando se diseñan sistemas en serie que no pueden soportar redundancia en la práctica, el objetivo principal es aumentar la fiabilidad de los subsistemas individuales. Las mayores ganancias de fiabilidad se conseguirán centrándose en mejorar la fiabilidad del eslabón más débil de la cadena.

Confiabilidad de los sistemas redundantes

En los sistemas en los que un fallo puede provocar daños catastróficos, se utilizan sistemas redundantes para aumentar la fiabilidad global. La fiabilidad de dos sistemas en paralelo puede definirse como:

Rsystem= 1 - F1F2 = 1 - (0,1)(0,1) = 0,99 = 99%, donde F = 1 - R

Este cálculo supone que la fiabilidad del elector o del conmutador es del 100%. En la práctica, nunca será así, pero suele ser mucho mayor que la fiabilidad de cada subsistema.

Figura 2: Fiabilidad de un sistema redundante.

El papel del votador o conmutador es decidir qué subsistema utilizar, o decidir si uno de los subsistemas ha fallado, en cuyo caso se ignorará el subsistema que ha fallado. La aviónica de aeronaves críticas se basará en la topología de sistema redundante mostrada en la Figura 2, a menudo con triple redundancia de los subsistemas. Un error en uno de los subsistemas será superado por los otros dos subsistemas. Dado que cada subsistema falla raramente, se espera que los subsistemas fallen de forma independiente, y es muy poco probable que dos de los subsistemas fallen simultáneamente.

Confiabilidad global del sistema

Aunque la redundancia puede utilizarse y a menudo se utiliza con éxito, hay que tener cuidado al diseñar sistemas redundantes. En ocasiones, la redundancia reduce la fiabilidad en lugar de aumentarla. Esto puede deberse a un diseño deficiente de la arquitectura general del sistema, a un fallo en el sistema de votación o conmutación, o a la complacencia y negligencia de los operadores, que prestan menos atención a los comportamientos anómalos por suponer que el sistema no fallará.

Todos los sistemas de alta fiabilidad deben someterse a pruebas y validaciones exhaustivas: no se puede dar por sentado que porque un sistema tenga redundancia será más fiable que un sistema sin redundancia. Como ocurre con todos los retos de ingeniería, debe adoptarse un enfoque holístico que cumpla los requisitos del proyecto en cuanto a presupuesto, calendario y rendimiento.

Recursos adicionales

National Instruments - Conceptos básicos de sistemas redundantes