Progetto e fornitura dei componenti per applicazioni militari

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La progettazione di hardware militare innovativo prevede l’uso di una tecnologia dei circuiti integrati all’avanguardia che consente di realizzare gli obiettivi relativi alle prestazioni di sistema; a volte, però, questo lavoro si affianca a tentativi di supportare e mantenere sistemi vecchi anche di 30 anni. Questi progetti risalgono agli albori del settore dei semiconduttori, quando “l’esercito” guidava la domanda di semiconduttori ed esercitava una notevole influenza. Per il settore della difesa non è stato facile gestire il ritmo incalzante dei progressi tecnologici e l’ampia disponibilità di circuiti integrati, oltre ai relativi modelli di business riguardanti i semiconduttori. Quale lezione si può trarre dal punto di vista della progettazione per ridurre al minimo futuri problemi di fornitura dei componenti?

Selezione di fornitori strategici
Molto è stato scritto in merito alla differenza tra ciclo di vita dei prodotti militari e dei prodotti consumer. Sebbene seguano spesso lo stesso percorso, le considerazioni fatte su singoli aspetti della progettazione del prodotto e relativa assistenza divergono in modo sostanziale. Un prodotto consumer può durare solo un paio d’anni, mentre i prodotti destinati ai settori industriale, dei trasporti, dell’energia e della difesa possono avere anche più di 30 anni. Dal punto di vista della progettazione, è fondamentale servirsi di fornitori che abbiano una strategia e una filosofia aziendali, in grado di garantire assistenza ai loro componenti per tutto il ciclo di vita, dall’inizio del progetto fino alla sottoscrizione di contratti relativi ai ricambi e all’assistenza.

Protezione delle risorse di progettazione
Le risorse di progettazione sono un bene prezioso e il successo di un prodotto dipende molto dalla qualità del lavoro di progettazione; tuttavia la scelta dei componenti giusti va ben oltre la semplice selezione di un buon approccio parametrico.
Uno dei modi più naturali con cui le società guidano o dirigono i propri team di progettisti consiste nell’utilizzare gli schemi “Elenchi di parti preferite” e/o “Fornitore autorizzato” che cercano di trovare il giusto equilibrio tra la libertà di progettare e la necessità di bloccare ogni nuovo articolo usato in un complesso sistema di approvazione preliminare. Naturalmente si corre il rischio che un processo di progettazione eccessivamente vincolato possa portare alla creazione di prodotti non concorrenziali che arrivano tardi sul mercato.

Fig. 1 – Modello del ciclo di vita

La selezione dei fornitori è parte della strategia di ogni singola società, probabilmente tra i fattori importanti figurano i quattro elementi essenziali del modello del ciclo di vita sopra citato. Dal punto di vista progettuale l’innovazione comprende un certo numero di idee, compresa la competitività del componente o del sottosistema, la roadmap tecnologica sottostante e la volontà del fornitore di sostenere il processo di progettazione. In effetti il sostegno sta diventando un fattore fondamentale, considerato che i bilanci della difesa diminuiscono e i progettisti devono scontrarsi con risorse ridotte, tempi di sviluppo più brevi e progetti sempre più complessi.

Il settore della difesa e, oggi, altri settori con cicli di vita lunghi si rendono sempre più conto di quante risorse vengano sprecate sostenendo prodotti vecchi in cui componenti obsoleti impongono modifiche al progetto. Nei casi più eclatanti abbiamo visto clienti spendere fino al 40-50% delle risorse per queste attività, dolorosamente consapevoli che sarebbe stato meglio destinare beni così preziosi allo sviluppo di prodotti nuovi.

Divario di competenze
Ampliando il concetto di assistenza alla progettazione, è ormai evidente che nei settori dei circuiti integrati analogici di potenza e a prestazioni elevate che costituiscono il cuore dei prodotti di Linear Technology stia emergendo un divario di competenze. È facile guardare un sistema con FPGA enormi e pensare alle sfide in termini digitali e trascurare i problemi di alimentazione delle parti. I core secondari da 1 volt che consumano 10-20amp richiedono una buona risposta ai transienti di <50mV in tutte le condizioni, facendo diventare la risposta loop, il layout, la precisione del riferimento di tensione e il controllo del carico aspetti importanti.

Aggiungiamoci poi densità più elevate del circuito stampato, maggiori velocità di clock, problemi relativi alle emissioni condotte e osservazioni sulla temperatura di esercizio per farli diventare rapidamente problemi analogici e RF. Il numero di progettisti specializzati in questi settori è diminuito, mentre la domanda di soluzioni è in aumento, il che ha provocato un divario di competenze. Un buon fornitore affronta questa situazione offrendo assistenza alle applicazioni, schede di valutazione, modelli di analisi dei circuiti e, naturalmente, ottimi prodotti.

Un esempio è dato dalla gamma LTC di regolatori di tensione μModule. Ogni prodotto, che assomiglia a un circuito integrato a montaggio superficiale, comprende una soluzione completa system-in-a-package che facilita la progettazione e riduce il numero di componenti esterni. All’interno il layout e il design sono ottimizzati per garantire efficienza elettrica e termica. Costruiti secondo i principali standard del settore, questi moduli offrono la massima affidabilità, quasi quanto i circuiti integrati standard.

Fig. 2 – Gamma LTC di regolatori di tensione μModule

Considerazioni di natura commerciale
Un altro fattore che incide sulla selezione dei componenti nella fase di progettazione è il costo. In primo luogo è importante distinguere tra prezzo del componente e costo della soluzione. Facendo riferimento all’esempio del regolatore di tensione μModule sopra citato, il costo della soluzione equivale al prezzo unitario, tenendo conto che esaminando solo i costi unitari del controller DC/DC e del MOSFET non si tiene conto dei componenti passivi, dei dispositivi magnetici, del tempo di progettazione e dei problemi tecnici associati allo sviluppo di un regolatore di commutazione ad alta efficienza.

Il divario di competenze può avere un ruolo anche in questo calcolo. Inoltre il costo generato nell’intero ciclo di vita (lifetime cost) relativo a una determinata soluzione dipende molto dalla disponibilità a lungo termine del componente. I costi di un’eventuale riprogettazione potrebbero facilmente sovrastare il lifetime cost, come dimostrato dall’esempio sotto. Il componente 1 deve essere riprogettato due volte, mentre il componente 2 è disponibile per tutta la durata del programma.
Risulta evidente che perfino un prezzo unitario ridotto con ciascuna riprogettazione non è sufficiente a compensare i costi della nuova progettazione che nella realtà potrebbe anche essere ben più vasta di quanto indicato in questa sede.

Tabella 1 – Costi di riprogettazione

Progettare intorno all’obsolescenza dei componenti
Quando scelgono i componenti per un progetto nuovo i progettisti bravi possono dare una prospettiva fondamentale sull’es
perienza dei fornitori, senza limitarsi alla semplice consultazione delle numerose banche dati on-line delle parti disponibili sul mercato. Spesso queste sono state mostrate per fornire previsioni matematiche sull’incombente obsolescenza che non tengono conto delle politiche dei singoli produttori. Ad esempio, Linear Technology ha una politica di non obsolescenza; infatti offre ancora l’LT1001 che ha più di 28 anni ed è ancora perfettamente utilizzabile per progetti nuovi. Un solido rapporto con il fornitore consente di accedere a informazioni privilegiate sulla diffusione dei componenti, sulla producibilità e su nuove tecnologie di processo che aiutano a fare scelte più consapevoli in merito a nuovi progetti. Per questo è importante impegnarsi a coltivare queste relazioni.

Rischi associati a componenti riadattati e contraffatti
Nel novembre 2011, da un’indagine condotta dal Senate Armed Services Committee sulle parti elettroniche contraffatte presenti nella catena di fornitura del Dipartimento della Difesa USA, è emerso che un’enorme quantità di parti contraffatte è entrata nella catena di fornitura e che l’industria elettronica ha un costo stimato di 7,5 miliardi di dollari all’anno. Una veloce ricerca su YouTube ha consentito di trovare numerosi esempi di operazioni di recupero di componenti e di spacci di componenti di scarto o alterati.

Molto è stato fatto per dare un giro di vite alle attività illegali, però la cosa più semplice da fare è non acquistare da fonti o agenti non autorizzati. Anche un’attenta scelta dei fornitori e uno stretto rapporto di collaborazione possono contribuire a risolvere i problemi più difficili in termini di obsolescenza. Linear Technology offre, a condizioni rigorose, componenti sotto forma di die per consentire ai clienti di utilizzare package di altri fornitori quando le parti di quello originale sono obsolete. Dal punto di vista progettuale questa può essere una soluzione utile nei casi in cui non occorrano altre modifiche o una riprogettazione del circuito stampato.

I design manager dovrebbero essere gli stakeholder principali nella selezione dei fornitori e nel processo di sviluppo e dovrebbero incoraggiare i progettisti a instaurare solidi rapporti di collaborazione per realizzare i propri obiettivi di progettazione.
Grande innovazione, stabilità nelle forniture, qualità elevata e una pluriennale esperienza nei settori militare e aerospaziale sono gli elementi che costituiscono la base di relazioni affidabili con i fornitori.

Scegliere un componente non significa semplicemente trovare una parte in grado di soddisfare le esigenze in termini di prestazioni. Il fornitore che offre una buona assistenza in fase di progettazione contribuisce a ridurre il time-to-market, colma eventuali divari di competenze e consente di scegliere i componenti in modo consapevole. In questo modo si ottiene la soluzione più concorrenziale e si riduce il rischio a lungo termine di imbattersi in problemi di obsolescenza.
Attenzione alla disinformazione; Internet è piena di risposte e dati immediatamente disponibili, ma sono la conoscenza e l’esperienza degli specialisti e le buone relazioni con i fornitori a garantire la qualità delle informazioni.

Steve Munns, Military & Aerospace Marketing manager, Linear Technology Corporation

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