TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 1 Wykład 4 – 18.03.2004 – Product Assurance Klasyfikacje projektów uwzględniające problemy niezawodności, Elementy projektu wpływające na stopień niezawodności, Normy projektowania stosowane przez różne agencje kosmiczne, Wymagania dotyczące dokumentacji, Analiza niezawodnościowa (FMECA), Interaktywna próba zaprojektowania urządzenia – na przykładzie analizatora fal plazmowych, Interaktywna próba zaprojektowania urządzenia – na przykładzie spektrometru HIFI w misji Herschel.

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 2

Elementy projektu wpływające na stopień niezawodności: TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 3 Elementy projektu wpływające na stopień niezawodności: struktura konsorcjum - zespół PA (Product Assurance) bezpośrednio podlegający PI, dokładne ustalenie zakresów prac, obowiązków i odpowiedzialności (tzw. work packages), sformalizowanie współpracy (business agreement), organizacja pracy - kontrolowany system przepływu dokumentów (documents tracebility), zapewnienie, aby w danym momencie wszyscy posługiwali się tymi samymi wersjami dokumentów, bieżące spotkania lub telekonferencje, raporty z postępu prac i wynikłych problemów, system rozliczania kolejnych faz projektu (reviews), system monitorowania zgodności wykonanych prac z założeniami (Non Conformance Report, Waiver, EIDP), wczesne i bardzo dokładne sprecyzowanie wymagań technicznych oraz pełna specyfikacja interfejsów, metody projektowania - symulacje prowadzone we wczesnej fazie projektu, modelowanie i testowanie krytycznych bloków aparatury, odpowiedni schemat blokowy, pojęcie Single Point Failure Free, stosowanie odpowiednich marginesów projektowych (derating rules), listy elementów, materiałów i procesów technologicznych, analiza niezawodności (FMECA), wykonawstwo - zgodnie z zaleceniami i normami agencji kosmicznych, kwalifikowane technologie i producenci, kwalifikowany personel, weryfikacja każdej operacji przed przystąpieniem do następnej (inspection points), testy - testy elementów u producenta i w wyspecjalizowanych firmach, różne modele testowane począwszy od wczesnej fazy projektu, struktura testów uwzględniająca specyfikę kosmiczną

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 4 ESA PI i współpracujący z nim zespół naukowców Techniczny kierownik projektu, Inżynierowie systemowi, Zespół kontroli jakości Biuro projektu Podsystemy

Specjaliści z LABEN dyskutują szczegóły dokumentacji VEB FM TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 5 struktura konsorcjum - niezależny zespół PA (Product Assurance) bezpośrednio podlegający PI lub kierownikowi projektu Arne O. Solberg - inspektor ESA sprawdza poprawność montażu VEB FM Specjaliści z LABEN dyskutują szczegóły dokumentacji VEB FM

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 6 struktura konsorcjum - niezależny zespół PA (Product Assurance) bezpośrednio podlegający PI lub kierownikowi projektu

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 7 struktura konsorcjum - dokładne ustalenie zakresów prac, obowiązków i odpowiedzialności (tzw. work packages) WP 0000 LO management WP 1000 LO Unit (LOU) WP 2000 LO Control Unit (LCU) WP 3000 LO Source Unit (LSU) WP 4000 LO Interfaces (external) WP 5000 LO AIV, incl. GSE (subsystem level) WP 6000 LO PA/QA ............................ WP 1100 LOU Mechanical Structure WP 1200 LOU Optics WP 1300 LO Chains WP 1400 LOU internal harness ................................... WP 1310 W-band Tripler responsible MPIfR (tbc) WP 1320 Power Amplifiers JPL WP 1330 Multipliers Bands 1-4 MPIfR with RPG WP 1340 Multipliers Band 5 JPL WP 1350 Multipliers Band 6 JPL (tbc) WP 1360 Devices (for multipliers) JPL [RPG, UMass] WP 1370 Isolators WR 10/12 JPL [Millitech] WP 1380 Isolators WR 05/06 MPIfR [Millitech]

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 8 organizacja pracy - kontrolowany system przepływu dokumentów (documents tracebility), zapewnienie, aby w danym momencie wszyscy posługiwali się tymi samymi wersjami dokumentów,

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 9 organizacja pracy - kontrolowany system przepływu dokumentów (documents tracebility), zapewnienie, aby w danym momencie wszyscy posługiwali się tymi samymi wersjami dokumentów,

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 10 organizacja pracy - system rozliczania kolejnych faz projektu (reviews) Instrument Science Verification Review, Instrument Preliminary Design Review, Instrument Baseline Design Review, Instrument Hardware Design Review, Instrument Critical Design Review, Instrument Qualification Review, End Item Data Package, Instrument Flight Acceptance Review Review Board Review Item Discrepancy

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 11 organizacja pracy - system monitorowania zgodności wykonanych prac z założeniami (Non Conformance Report, Waiver)

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 12 organizacja pracy - system monitorowania zgodności wykonanych prac z założeniami (Non Conformance Report, Waiver)

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 13 organizacja pracy - system rozliczania kolejnych faz projektu: End Item Data Package The EIDP shall provide the set of documents and records for further integration, testing and operation in higher-level assemblies: 1. Title page 2. Table of Contents 3. Shipping Documents 4. Packaging, Storing, Transport, Handling and Installation (incl. Alignment)Procedures 5. Full copies of the major drawings including: Drawing family tree, ICD, Top Assembly Drawing(s), Electric circuit diagrams 6. Operation and Maintenance Manuals, User Manual 7. Certificate of Conformance (CoC) containing a binding statement that the items offered for acceptance (name, ID-number, serial-number/model) have been manufactured, assembled and tested in accordance with the CIDL and comply in all respects with EID requirements. If there are exceptions, they shall be listed. 8. List and copies of all NCR and RFW's 9. Copy of the full "As-designed/As-built Configuration Item Data List" (CIDL) The CIDL shall identify all documents with the name, number, issue number/date which define the configuration status of an item. 10. Serialized Items List (replaceable subassemblies) with reference to lower level EIDP's 11. Qualification Status List with reference to applicable Qualification Reports and with identification of differences/modifications between the item used for qualification and the item being offered for acceptance. 12. Test Reports overall Test Flow Chart and copies of all Inspection- and Test-Reports 13. Calibration Data Record, Instrument Data Base 14. Pyrotechnic, radioactive and laser data sheets as applicable with relevant safety procedures 15. Residual Hazard Sheets with applicable safety procedures 16. Historical Record Sheets ("logbook") which shall list in chronological order all major events and activities carried out on the item starting at the latest from the end of the manufacturing phase and with the beginning of all formal inspections and tests. The list shall contain: Start/end date of the activity or event, Activity or Event (e.g. vibration test, transport from A to B, repair per NCR...), Reference Document identifying the procedure, Name and signature of the person responsible for the activity 17. Operating Time or Operating Cycle Records for limited life or age sensitive items (if applicable) 18. Connector mating records (if applicable) 19. Pressure Vessel History Log (if applicable) 20. List and copies of all NCR's 21. Record of temporary removals and installations (e.g. Red Tag/Green Tag Items) 22. Record of open and deferred work or installations 23. Proof Load Certificate for Handling/Lifting Equipment, Safety Certificates for GSE 24. Minutes of the DRB/Acceptance Review Meeting

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 14 organizacja pracy - wczesne i bardzo dokładne sprecyzowanie wymagań technicznych oraz pełna specyfikacja interfejsów,

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 15 metody projektowania - redundancja i pojęcie Single Point Failure Free 3.4.2 Single Point Failure 1. The instrument design must preclude single point failures resulting in complete loss of instrument. 2. The instruments, except the OMC, shall provide redundancy and modularity such that any single point failure after appropriate reconfiguration only causes a throughput reduction of not more than 20 % for SPI and IBIS and not more than 50 % for JEM-X. 3.4.3 Redundancy 1. Redundant functions shall be physically separated to prevent propagation of failures. 2. Redundant functions housed in a common box shall be separated by continuous metallic wall acting as heat sink and EMC shield. 3. Redundant functions shall be routed through separate connectors. 4. Fasteners shall be arranged and dimensioned such that the function is still provided with one component failed. 5. On-board data processing, storage and transmission shall be structured in such way that single bit error per word does not disturb normal operation or activate redundancy. 6. If cross-coupling is implemented to improve the instrument failure recovery capability then it shall be designed in such a way that failure propagation from primary to redundant branch can be excluded.

metody projektowania - odpowiedni schemat blokowy TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 16 metody projektowania - odpowiedni schemat blokowy problemy redundancji przyrządów i bloków

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 17 metody projektowania - stosowanie odpowiednich marginesów projektowych (derating rules)

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 18 metody projektowania - stosowanie odpowiednich marginesów projektowych (derating rules)

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 19 metody projektowania - stosowanie odpowiednich marginesów projektowych (derating rules) WORST CASE ANALYSIS (WCA), PART STRESS ANALYSIS (PSA) PURPOSE To demonstrate the capability of the electronic design to operate satisfactorily during the whole mission, taking into account worst case conditions of parameter drift and degradation due to temperature, ionizing radiation and ageing. CONTENT This analysis has to be performed on mission critical electronic equipment with special emphasis on analogue circuitry including power supplies, RF-circuitry, critical interfaces (e.g. ECL devices), optocouplers and CMOS, as well as power- MOS devices which are susceptible to ionizing radiation for each individual unit. The parameter degradation given in PSS-01-301 shall be applied. Any adaptation of these data to the actual mission duration or the use of other data sources is subject for approval by ESA. Radiation dose values shall be taken from a separate radiation analysis which takes into account the internal radiation shielding of the analysed equipment. In case of use of non radiation resistant components, data on parameter degradation caused by radiation shall be provided by representative sample tests. At least twice the maximum degradation resulting from these tests shall be considered for worst case analysis.

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 20 metody projektowania - listy elementów, materiałów i procesów technologicznych Title : DECLARED MATERIAL LIST (DML) Materials are classified into 20 groups depending on their type or their main use. 1. Aluminium and aluminium alloys 2. Copper and copper alloys 3. Nickel and nickel alloys 4. Titanium and titanium alloys 5. Steels 6. Stainless steel 7. Filler metals: welding, brazing, soldering 8. Miscellaneous metallic materials 9. Optical materials 10. Adhesives, coatings, varnishes 11. Adhesive tapes 12. Paints and inks 13. Lubricants 14. Potting compounds, sealants, foams 15. Reinforced plastics 16. Rubbers and elastomers 17. Thermo plastics (non-adhesive taoes, foils (MLI)...) 18. Thermoset plastics 19. Wires and cables (for materials aspects only) 20. Miscellaneous non metallic materials (ceramics...) Title : DECLARED MECHANICAL PART LIST (DMPL) Mechanical parts shall be classified in 11 groups: 1. Spacing parts (washers, spacers, ...) 2. Connecting parts (bolts, nuts, rivets, inserts, clips ...) 3. Bearing parts (ball-bearings, needle bearings, ...) 4. Separating parts (pyrotechnics, springs, cutters ...) 5. Control parts (gears, ...) 6. Fluid handling parts (diffusers, ...) 7. Heating parts 8. Measuring instruments (gauges, thermocouples, ...) 9. Optical passive equipment 10. Magnetic parts 11. Other parts

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 21 metody projektowania - listy elementów, materiałów i procesów technologicznych Title : DECLARED COMPONENT LIST (DCL) Overall data: - DCL Number, Issue, Revision and Date; - Project. The DCL shall contain the following entries for each part, organised by FAMILYand GROUP: - Sequential line item number; - Component part number; - Equivalent/similar commercial or military type; - Generic and detail specification-number with revision index and with amendments if applicable; - Manufacturer (and back-up if applicable); - Applied screening level; - Applied LAT level; - PAD number or other approval reference. Title : DECLARED PROCESS LIST (DPL) Processes shall be classified into 17 groups: 1. Adhesive bonding 2. Composite manufacture 3. Encapsulation/molding 4. Painting/coating 5. Cleaning 6. Welding 7. Crimping/Stripping/wire wrapping 8. Soldering/Brazing 9. Surface conversion treatments 10. Plating 11. Machining 12. Forming 13. Heat treatment 14. Special fabrication: processes developed specifically for the programme 15. Marking 16. Miscellaneous processes 17. Inspection procedures

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 22 metody projektowania - analiza niezawodności Failure Modes, Effects and Criticality Analyses (FMECA) The purpose of the FMECA shall be to identify all failure modes of the system and rank them in accordance with the severity of the effects of their occurrence. The logical sequence of the FMECA shall include the following steps: - to identify the item under consideration and its function; - to identify the assumed failure modes for that item or function; - to analyse and describe the effect of the assumed failure mode on the function of the assembly under consideration and the effects on related and higher level assemblies and functions; - to identify observable symptoms for the assumed failure mode or its effects (e.g. Automatic function monitoring or house-keeping data and telemetry; in orbit or during test). - to establish what provisions are inherent in the design: . to compensate the effect of the malfunction (e.g. switching to redundant unit, automatically or by telecommand), . to isolate the fault, or . to switch to contingency operational modes; - to identify the criticality category of the failure effect according to the definition given below and, specifically, whether the item is a Single Point Failure (SPF). - provide remarks and recommendations if applicable or necessary or desirable modifications for the design or operations (e.g. elimination of SPFs). The FMECA shall be performed on the basis of the lowest level of design definition which is available at the successive steps in the design and development process, e.g. initially starting with assumed failure modes of basic functions, later at assembly level and finally at instrument level as necessary to cover potentially critical effects. Later, for mechanisms from part level upwards; else from functional blocks without redundancy upwards. The following Failure Effect Severity Categories shall be used in the FMECA: Category 1 : The failure effect is not confined to the instrument. When this failure results also in loss or degradation of the instrument's function, this shall be stated. Category 2 : The failure results in loss or degradation of the instrument's function beyond the limits, and the effect is confined to the instrument. Category 3 : Minor internal instrument failures.

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 23 metody projektowania - analiza niezawodności (FMECA)

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 24 metody projektowania - analiza niezawodności (FMECA)

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 25 metody projektowania - analiza niezawodności (FMECA)

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 26 metody projektowania - analiza niezawodności (FMECA)

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 27 metody projektowania - analiza niezawodności (FMECA) Skaner dla spektrometru PFS - spojrzenie na niezawodność: 1. Obudowa, 2. Obracajacy się bęben ze zwierciadłem, 3. Silniki (redundancja), 4. Koło zębate napędzające bęben, 5. Ślimacznica, 6. Czujniki położenia (kodowanie nadmiarowe), 7. Źródło kalibracyjne dla kanału SW, 8. Czujnik położenia początkowego, 9. BlackBody (źródło kalibracyjne dla kanału LW), 10. Płytka elektroniki (częściowa redundancja).

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 28 metody projektowania - analiza niezawodności (FMECA)

Key and Mandatory Inspection Points (KIP/MIP) TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 29 wykonawstwo - weryfikacja każdej operacji przed przystąpieniem do następnej (inspection points) Key and Mandatory Inspection Points (KIP/MIP) Among the inspections and test as part of the production sequence, some selected inspections shall be performed with participation of representatives from ESA. The PI shall identify Key and Mandatory Inspection Points (KIP/MIP) in accordance with the following criteria: - when critical processes are performed; - formal qualification and acceptance tests. The PI shall propose a list of KIPs and MIPs to ESA together with the manufacturing and inspection flow chart at the IBDR and IHDR. The MIPs where is participation is required will be agreed with the PI.

testy - testy elementów u producenta i w wyspecjalizowanych firmach TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 30 testy - testy elementów u producenta i w wyspecjalizowanych firmach Założenie: proces produkcyjny począwszy od linii produkcyjnej i technologii u producenta i skończywszy na dostarczeniu elementu do finalnego użytkownika jest na tyle wiarygodny, powtarzalny i sprawdzony wcześniej oraz ma potwierdzenie w testach wybranych próbek z serii aktualnej, że z wystarczającym prawdopodobieństwem można założyć pełną sprawność elementu w czasie jego pracy w kosmosie. Po prawidłowym zmontowaniu urządzenia nie trzeba go poddawać stresom większym, niż poziom “acceptance” kwalifikacja producenta i linii produkcyjnej (np. lista producentów zakwalifikowanych przez ESA), kwalifikacja technologii i rodzaju elementu (odporny na radiację, problemy przy pracy w próżni...), kwalifikacja danego typu elementu (listy elementów zalecanych i preferowanych do zastosowania w projektach kosmicznych, specyfikacja SCC) kwalifikacja i testy danej serii elementów u producenta (charakterystyki, szoki cieplne, testy mikroskopowe, testy niszczące, dodatkowe starzenie,...) weryfikacja testów fabrycznych lub dodatkowe testy prowadzone w wyspecjalizowanych firmach (IGG, TopRel, Tecnologica, Asternetix....), testy wizualne, testy lutowalności, wyrywkowe testy sprawdzające charakterystyki elementu, nadawanie dodatkowych oznaczeń i numeracji, specjalne pakowanie. PROM 8kByte nazwa handlowa firmy Harris HS1-6664

TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 4 / 18.03.2004 / strona 31 testy - testy elementów u producenta i w wyspecjalizowanych firmach SMD 5962-00501