Affidabilità questa sconosciuta ing-marin

E. Marin settembre 2013

AFFIDABILITÀ

Questa sconosciuta

JAPAN AIR LINES volo 123

Incidente THREE MILE ISLAND

Incidente AYRTON SENNA

SPACE SHUTTLE CHALLANGER

Brevicenni storici

Affidabilitàdei Sistemi

Definizionie un po’ di

Teoria

CalcoloScorte per

l’Affidabilità

Raccolta eAnalisi dati

di Affidabilità

Prove diAffidabilità

FMEA-FMECAAffidabilità

del Software

Affidabilità deiComponentie DERATING

Disponibilitàe

Manutenibilità

Errorida evitare

Applicabilitàdelle tecniche

Introduzione

Previsioni diAffidabilità

Bibliografia

AFFIDABILITÀ - IntroduzioneLa nostra società si è molto e rapidamente modificata negli ultimi decenni. Possiamo evidenziarne alcune caratteristiche:

■ Tecnologie Innovative, soprattutto nel campo elettronico,

hanno cambiato il nostro stile di vita, rendendo semplici le

cose complesse e accorciandone i tempi

■ La complessità degli oggetti di uso comune è molto elevata

■ Le tecniche produttive hanno seguito lo sviluppo

tecnologico, portando ad oggetti complessi ed avanzati

tecnologicamente, a basso costo e disponibili a tutti

■ Oggetti complessi, di uso quotidiano, hanno radicalmente

cambiato la nostra vita divenendo insostituibili (cellulare)

■ Indotti dall’innovazione continua siamo pronti a recepire le

nuove funzionalità, ormai parte delle nostre aspettative

■ Non basta la complessità degli oggetti, ma essendo vitali,

aspettiamo un corretto funzionamento senza interruzioni

AFFIDABILITÀ - Introduzione

La nostra attenzione si

sta progressivamente

spostando

da FUNZIONALITÀ e PRESTAZIONI

a QUALITÀ e

CONTINUITÀ delle

stesse

Con altre parole

Sta diventando

Sempre Più Importante

L’AFFIDABILITÀ

AFFIDABILITÀ - IntroduzioneAFFIDABILITÀ – SIGNIFICATI DEL TERMINE

• Proprietà degli oggetti (vedi definizione)

• Disciplina Scientifica: insieme di principi, teorie, modelli

matematici/statistici e tecniche di analisi atti a descrivere, prevedere e governare la predisposizione degli oggetti al

guasto;

• Metodologia di Gestione: insieme di metodi

organizzativi rivolti al raggiungimento di obiettivi di affidabilità prefissati per gli oggetti, con applicazione delle

tecniche della disciplina nelle varie fasi del ciclo di vita e

negli ambienti e processi coinvolti.

AFFIDABILITÀ - IntroduzioneCOSA SI PUÒ FARE PER L’AFFIDABILITÀ

Vi è una molteplicità di tecniche, più o meno adatte alle varie fasi

del ciclo di vita degli oggetti, che consentono di implementare ora

l’uno ora l’altro approccio all’affidabilità.Una corretta gestione dell’affidabilità è ottenibile solo con un uso

equilibrato dei vari strumenti, gestendo l’affidabilità in ogni fase del

ciclo di vita, e usando ogni volta le tecniche adeguate.

I principali approcci all’affidabilità si sintetizzano dicendo che

l’Affidabilità si può

CALCOLARECALCOLARE

VERIFICAREVERIFICARE

PROGETTAREPROGETTARE

MIGLIORAREMIGLIORARE

AFFIDABILITÀ - Cenni storici

nell'industria aeronauticanascono alcuni concetti

che costituiranno la base per

la teoria dell'affidabilità

la situazione molto grave degli apparatielettronici motiva lo sviluppo di un insieme

organico di concetti basati sulla definizione

dell'Affidabilità come Probabilità;

nasce la Teoria dell'Affidabilità

la crescente complessità di apparati elettronici e relative problematiche di guasto

induce lo sviluppo di tecniche di analisi e gestione dell'affidabilità, con finalità di

prevenzione dei guasti e progettazione e governo dell'affidabilità;

nascita dei primi standard e normative, in ambito militare;

utilizzo delle tecniche nei settori aeronautico, spaziale e militare;

Anni ‘30 Primo Dopoguerra

Anni ‘60

si perfezionano e completano

le tecniche dell'affidabilità e si

diffondono nell'industria;

nascita di tecniche analitiche specifiche perl'Affidabilità del Software;

emissione degli standard internazionali IEC

armonizzati con ISO 9000;

il peso e la complessità del

software superano il contributo

dell’hardware, ormai con buoni

livelli medi di affidabilità; oggi

il problema principaleè l'Affidabilità del Software.

Anni ‘80 Anni ‘90 Anni ‘2000

Affidabilità R(t1, t2):La probabilità’ che un’entità possa eseguire una funzione richiesta in condizioni stabilite per un dato intervallo di tempo (t1, t2). Nota: Si assume generalmente che

l'entità possa eseguire la funzione

richiesta all'inizio dell'intervallo di tempo.

(CEI 56-50 Sez. 191-12-01)

Guasto:La cessazione dell’attitudine di un'entità a eseguire la funzione richiesta. (CEI 56-50 Sez. 191-04-01)

Tempo al guasto:La durata di tempo complessiva del tempo di funzionamento di un’entità, dal momento in cui essa viene dapprima messa in uno stato di disponibilità fino al guasto, oppure dal momento in cui avviene il ripristino fino all’apparizione del guasto successivo. (CEI 56-50 Sez. 191-10-02)

AFFIDABILITÀ - Definizioni e teoria

Vita Utile:In condizioni date, l’intervallo di tempo che inizia ad un istante dato e termina quando l’intensità di guasto diventa inaccettabile o quando l’entitàè considerata non riparabile a seguito di un’avaria.

(CEI 56-50 Sez. 191-10-06)

Da un po’ di tempo, i bandi di gara cui partecipiamo riportano requisiti di Affidabilità che

nessuno in azienda riesce ad interpretare, perché la materia ci è sconosciuta.

AFFIDABILITÀ - Definizioni e teoriaLe grandezze ed i parametri più importanti:

R(t)R(t) :: Affidabilità

grandezza complementare all’affidabilità; f(t) è la sua derivata

MTTFMTTF :: Tempo Medio al Guasto

MTBFMTBF :: Tempo Operativo Medio tra Guasti

λλλλλλλλ(t) (t) :: Tasso di Guasto

F(t)F(t) :: Probabilità di Guasto

Vita Utileparametro che misura la frequenza dei guasti

il valor medio della variabile aleatoria Tempo al Guasto

il valor medio del tempo tra 2 guasti successivi di entità riparabili

probabilità che il guasto avvenga nell’intervallo (t,t+dt)f(t)f(t) :: Densità della Probabilità di Guasto

Alcune importanti relazioni tra le grandezze principali:


)0( guasto al tempo ∞≤≤= TT

)(Prob)()( 0

tTdxxftF

t

≤=⋅= ∫

∫∞

⋅⋅=0

)( dttftMTTF

)(1)(1)( tTPtFtR ≤−=−=

( )( )

( )dt

tdR

tRt ⋅−=

1 λ

λ

λλ

λλ

λ

1

)(

)(

)(

=

=

=

⋅=

⋅−

⋅−

MTTF

t

etR

etf

t

t

Un caso particolare ma importanteSe la variabile aleatoria tempo al guasto ha distribuzione

esponenziale, si ottiene:DISTRIBUZIONE ESPONENZIALE

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

t

Aff

idab

ilità

0

Tas

so d

i Gu

asto

R(t)

λλλλ (t)


L’importanza di questo caso è dovuta ai seguenti motivi:

la distribuzione esponenziale è di facile trattamento matematico

descrive bene l’affidabilità dei dispositivi elettronici durante la loro

vita utile, esaurito il periodo della mortalità infantile

avendo l’utile proprietà di “riproduzione”, consente una notevole semplificazione nel calcolo dell’affidabilità dei sistemi .

∏=

=⋅⋅⋅=n

i

ins tRtRtRtRtR1

21 )()(...)()()(

SISTEMA SERIE:

AFFIDABILITÀ dei Sistemi

il sistema, composto di n parti distinte, è funzionante quando tutte le n parti sono funzionanti, ed è in stato di guasto quando una parte qualsiasi è in stato di guasto;

le n parti sono indipendenti tra loro per l'affidabilità; il tempo al guasto di una parte è indipendente dal tempo al guasto di ogni altra parte del sistema;

R1(t), R2(t), …, Rn(t) sono le affidabilità delle n parti e Rs(t)l'affidabilità del sistema.

L’affidabilità di un sistema serie, con le ipotesi fatte, è data da:

1 2 n

Stiamo realizzando un sistema complesso, composto da varie unità funzionali, con alcuni

livelli di ridondanza. Con esso intendiamo partecipare ad un bando di gara che fissa dei

requisiti per l’affidabilità e la disponibilità per le singole funzioni e l’intero sistema.

[ ] [ ] [ ] [ ]∏=

−−=−⋅⋅−⋅−−=n

i

inp tRtRtRtRtR1

21 )(11)(1...)(1)(11)(

SISTEMA PARALLELO:


il sistema, composto di n parti distinte, èfunzionante quando almeno una delle n parti èfunzionante, ed è in stato di guasto quando tutte le parti sono in stato di guasto;

le n parti sono indipendenti tra loro per l'affidabilità; il tempo al guasto di una qualsiasi parte è indipendente dal tempo al guasto di ogni altra parte del sistema;

R1(t), R2(t), …, Rn(t) sono le affidabilità delle nparti e Rp(t) l'affidabilità del sistema.

L’affidabilità di un sistema parallelo, con le ipotesi fatte, è data da:

1

2

n

( )∑=

−−⋅⋅

=

n

ki

ini

nk tRtRi

ntR )(1)()(/

SISTEMA PARALLELO A RIDONDANZA k/n:AFFIDABILITÀ dei Sistemi

L’affidabilità di un sistema parallelo a ridondanza k/n, con le ipotesi fatte, èdata da:

il sistema, composto di n parti distinte, èfunzionante quando almeno k delle n parti sono funzionanti, ed è in stato di guasto quando almeno n-k+1 parti sono in stato di guasto;

le n parti sono eguali e hanno la stessa affidabilità;

le n parti sono indipendenti tra loro per l'affidabilità; il tempo al guasto di una qualsiasi parte è indipendente dal tempo al guasto di ogni altra parte del sistema;

R(t) è l'affidabilità di una parte e Rk/n(t)l'affidabilità del sistema.

1

2

n

k/n

s

s

n

i

is

n

i

tt

s MTTFeetR si

λλλλλ 1

ove )(11

==== ∑∏==

⋅−⋅−

Nel caso in cui

le parti abbiano tutte tempo al guasto con distribuzione

esponenziale

λ1, λ2,…,λn siano i tassi di guasto costanti delle n parti

le parti siano tra loro indipendenti

le formule precedenti diventano le seguenti:

SISTEMASERIE

SISTEMAPARALLELO

[ ]∏=

⋅−−−=

n

i

t

pietR

1

11)(λ

l’affidabilità del sistema non è esponenziale e il tasso diguasto del sistema non ècostante

l’affidabilità del sistema è esponenziale e il tasso diguasto del sistema è costante


L’affidabilità dei componenti elettronici, elettrici ed elettromeccanici,

dipende fortemente dall’effetto combinato delle varie tipologie di

stress cui sono sottoposti, in particolare gli stress elettrici e termici.

Per migliorarne l’affidabilità si possono porre ai vari stress limiti inferiori ai massimi ammessi dai costruttori (stress nominali o rating).

Si ottiene così il derating dei componenti. Ne risulta la riduzione dei

tassi di guasto e il prolungamento delle vite utili. Inoltre si provvede

un margine di sicurezza contro le marginalità dei componenti, le

debolezze dei processi di progettazione, produzione e installazione.

Affidabilità dei Componenti e DERATING

Un metodo di Derating diffuso, per varie classi di componenti, è di tipo grafico: si ipotizza che l’affidabilità dipenda da una grandezza di

stress elettrico e dalla temperatura. Su un diagramma cartesiano si

individuano delle aree delimitate dalla curva di Rating e da una curva

di Derating pensata per migliorare l’affidabilità dei componenti.

C’è un grave problema su un alimentatore perché un condensatore elettrolitico in alluminio va sostituito ogni 2 anni, causa corto-circuito o prestazioni degradate, su un apparato che deve avere una vita superiore a 10 anni.

Le curve di Rating e Derating dividono il diagramma cartesiano in 3 zone:

•• Zona A = zona di lavoro consigliabileZona A = zona di lavoro consigliabile

•• Zona R = zona di lavoro vietataZona R = zona di lavoro vietata

•• Zona Q = zona di lavoro discutibileZona Q = zona di lavoro discutibilel’impiego in questa zona è critico, e la criticità va valutata assieme ad esperti

nelle problematiche di affidabilità e d’uso dei componenti; la criticità cresce

avvicinandosi alla curva di Rating; potrebbero essere richieste azioni correttive;

si raccomanda l’impiego del componente in questa zona; sono rispettate le

condizioni di corretto funzionamento e non serve alcuna azione aggiuntiva;

non è consentito l’impiego in questa zona,

perché le condizioni di funzionamento

sono oltre i limiti specificati dal

costruttore; sono necessarie delle azioni

correttive.

0

0

1

R

A

QS

T

Affidabilità dei Componenti e DERATING

PREVISIONI DI AFFIDABILITÀ

Riuscire a prevedere l’affidabilità di un nuovo prodotto, prima di averlo costruito e venduto,

è ovviamente cosa molto interessante.

Tuttavia un’accurata previsione dell’affidabilità implica una tale conoscenza delle possibili cause dei guasti da renderle potenzialmente eliminabili.Una previsione dell’affidabilità difficilmente può essere effettuata con elevata precisione e accuratezza.

Le previsioni dell’affidabilità possono comunque fornire interessanti indicazioni, durante le fasi di sviluppo di un prodotto, se usate per effettuare valutazioni ingegneristiche quali:

confrontare diverse soluzioni ipotizzate;

valutare l’effetto dei punti critici per l’affidabilità nel progetto;

stabilire le caratteristiche del supporto logistico di manutenzione.

Un importante cliente ha intrapreso un’azione legale nei nostri confronti perché su un nostro

apparato subisce una percentuale di guasti in campo pari al 10% per anno, mentre il

contratto di fornitura garantiva un valore massimo del 5%. Non abbiamo calcolato il tasso

di guasto dell’apparato e non abbiamo report sui dati dal campo in altre installazioni.

PREVISIONI DI AFFIDABILITÀPrevisione :

Il processo di calcolo adottato per ottenere il o i valori previsti

di una grandezza.

Nota: Il termine previsione può anche essere usato per indicare il o i valori di una

grandezza.

(CEI 56-50 Sez. 191-16-01)

MODELLI DI PREVISIONE DI AFFIDABILITÀI modelli comunemente utilizzati per la previsione di affidabilità su una unitàcomposta da vari componenti si fondano sulle stesse ipotesi:

l'unità è di tipo serie;

le singole parti componenti sono tra loro indipendenti;

le parti hanno un tasso di guasto costante;

il tasso di guasto di una parte dipende in modo noto dalle sue caratteristiche tecnologiche e dalle sollecitazioni cui è sottoposta.


.....)(

)(

21base

1

⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

=∑=

SSTQEiii

n

i

iisys

S

S

πππππλλ

λλ

Con le ipotesi fatte, i modelli previsionali sono basati sulle formule:

Si tratta di modelli di calcolo moltiplicativi a fattori indipendenti, ciascuno legato a una delle variabili di influenza. Una previsione di affidabilità vale solamente per il periodo della vita utile successivo al periodo dei guasti infantili, quando sono valide le ipotesi basilari dei modelli.

0

0

t

λλλλ(t)

GuastiInfantili

GuastiCasuali

Guastiper Usura

t i t u

Tasso di Guasto di Componenti ElettroniciAndamento Temporale


MIL-HDBK-217F2 PRISM217 PLUS

Standard Emissione Ente199520002006

DOD Military USA Reliability Analysis CenterRIAC

Telcordia SR-332 Issue 3 2011 Telcordia (Bellcore)

UTE C 80-810IEC TR 62380

20052005

UTE (France)IEC

HRD5 1994 British Telecom

IRPH 2003 2003 Italtel

SN 29500-2005-1 2005 Siemens

METRICA/RAPSODIA 1995 CSELT/Telecom Italia

MODELLI DI PREVISIONE DIFFUSI

Raccolta e Analisi dati di Affidabilità

Si può valutare oggettivamente l’affidabilità quando c’è una raccolta

di dati su funzionamento e guasti di oggetti provenienti:

da Prove di Laboratorio o in condizioni fissate

dal Campo.

E’ spesso facile la raccolta dati da prove perché sono generalmente:

progettate accuratamente

in condizioni ben definite, ma ahimè spesso diverse dal campo con i vari parametri d’influenza adeguatamente controllati

ed eventualmente variati proprio per valutarne l’influenza.

Per l’analisi dati vengono comunemente utilizzati Stimatori che

variano a seconda del tipo di prova e del tipo di distribuzione del

tempo al guasto, o in alternativa Carte di Probabilità.

Stima da Prove di Laboratorio

Un cliente che ha acquistato un gran numero di apparati portatili, dopo averli tenuti a lungo

in magazzino, lamenta una percentuale di guasti elevata a causa di un condensatoreAlluminio utilizzato a bassi livelli di tensione e corrente.

Raccolta e Analisi dati di Affidabilità

Più complicato è raccogliere dati dal campo, pur se nelle reali condizioni operative, per l’impossibilità di controllare e conoscere le variabili in gioco:

tempo effettivo di funzionamento

tempo al guasto

a volte, numero di oggetti in campo

omogeneità delle condizioni di funzionamento

influenza di cause di guasto non pertinenti (manutenzione, etc…)

mancato ritorno di informazione dall’utilizzatore.

I dati possono derivare da riparazioni interne, sostituzioni di parti guaste, dati di installazione e ritorni di informazioni dall’utilizzatore.

Se sono gli unici dati usati per stimare l’affidabilità, essendo tardivi rispetto alle fasi di progettazione, non consentono di migliorare l’affidabilità.

E’ comunque importante raccogliere questi dati per:

verificare o aggiustare i dati di previsione

ricavare tempestive informazioni su anomalie sistematiche

migliorare le versioni successive dei progetti.

Stima da Dati dal Campo

Disponibilità e Manutenibilità

Queste situazioni reali sono accomunate dal fatto che l’utente ha l’esigenza di avere un servizio/bene disponibile nel momento in cui lui intende usarlo.

Alcune Situazioni Comuni Aspettative dell’Utente

Un abbonato telefonico intende fare una chiamata

Un titolare di ccb deve effettuare un prelievo col bancomat

Un tifoso di calcio la domenica vuole conoscere i risultati delle partite

Un cuoco deve cucinare sul forno elettrico una pietanza

Trovare la linea Disponibile

Trovare uno sportello bancomat attivo con contante Disponibile

Avere un apparato di ricezione funzionante e un canale sportivo Disponibile

Avere il forno elettrico funzionante e l’alimentazione Disponibile

Un cliente che gestisce un importante servizio con apparati realizzati da noi dice di avere

una elevata indisponibilità, a causa di scarsità di scorte per le parti guaste e tempi di intervento troppo lunghi. Lamenta perdite economiche rilevanti a causa di ciò. Le scorte

sono state dimensionate dall’ufficio commerciale e i tempi di intervento sono quelli presenti

nei nostri contratti standard.

Disponibilità e ManutenibilitàNegli esempi visti non interessa necessariamente che:

il telefono sia sempre funzionante e la linea sempre pronta;

lo sportello bancomat in qualunque istante sia pronto ad erogare il contante richiesto;

il televisore non si guasti mai ed il canale sia sempre pronto;

il forno sia sempre funzionante e l’alimentazione sempre presente;

interessa piuttosto che la linea telefonica, il contante, il canale

sportivo e la cottura siano disponibili quando ci si accinge ad usarli.

Con altre parole, non interessa l’Affidabilità della linea telefonica,

dello sportello bancomat, del canale sportivo e della cottura, ma èimportante la loro DisponibilitDisponibilitàà.

La Disponibilità dipende da:

affidabilità (capacità di funzionare senza bloccarsi);

possibilità di essere ripristinati/riparati a fronte di un guasto/avaria, utilizzando eventualmente parti e materiali di ricambio;

possibilità di avere un servizio di manutenzione e riparazione/ripristino.

Disponibilità e ManutenibilitàDISPONIBILITÀ, MANUTENIBILITÀ (possibilità di riparare gli

oggetti) e SUPPORTO LOGISTICO DI MANUTENZIONE sono

strettamente legati tra loro.

Disponibilità e Manutenibilità sono importanti proprietà degli

OGGETTI RIPARABILIIl Supporto Logistico di Manutenzione è una proprietà della struttura

che supporta la manutenibilità e la disponibilità degli oggetti.

In molti casi pratici, per quantificare il valore di Disponibilità e Indisponibilità, suo complemento, bastano 2 semplici formule:

ove, in riferimento ad un’entità e ad un certo intervallo di tempo,

UT = Tempo di funzionamento DT = Tempo di fuori servizio

A = Disponibilità U = Indisponibilità .

UTDT

DTU

UTDT

UTA

+=

+=

Calcolo Scorte per l’Affidabilità

La progettazione del supporto logistico di un sistema ha la finalità di

assicurare la disponibilità del servizio offerto dal sistema, tramite la gestione dei ritardi logistici.

Il supporto logistico permette che le parti guaste siano rimpiazzate

da parti di scorta in tempi logistici prefissati.

Le scorte vanno dimensionate per garantire la loro presenza durante

il periodo di vita utile del sistema con un certo livello di sicurezza.

La crescente sensibilità dei clienti verso la qualità del servizio, i costi

di unità funzionali sempre più complesse ed i costi delle attività di manutenzione, esigono che il dimensionamento delle scorte venga

trattato in modo rigoroso, con l’impiego di metodi anche matematici

che ne consentano una soluzione razionale.

Il modello di Poisson è il modello di calcolo delle scorte più usato

nella prassi operativa.

Un’azienda cliente, che sta per acquistare una grossa quantità di apparati, dati i tempi elevati di riparazione/sostituzione dei guasti da noi dichiarati, ci chiede di fornire un

adeguato numero di scorte da gestire in loco. Sono disposti a pagarle bene.

Calcolo Scorte per l’AffidabilitàConsideriamo un oggetto riparabile, servito da uno stock di scorte

presso un deposito, e per esso siano valide le seguenti ipotesi:

il Tasso di guasto sia costante e pari a λλλλ

siano presenti N esemplari dell’oggetto

sia Pc l’Adeguatezza dello stock di scorte, ovvero la probabilitàche le scorte siano sufficienti per ogni richiesta di sostituzione

sia Tr il Tempo Medio di Restocking, ovvero il tempo medio per reintegrare le scorte usate per sostituire gli oggetti guasti

sia s il numero di parti di scorta componenti lo stock .

Normalmente si fissa un valore minimo di Pc e iterativamente,

iniziando con s pari a 0, si aumenta s di una unità alla volta fino ad

ottenere dalla formula una probabilità non inferiore a Pc .

Si può dimostrare che l’Adeguatezza Pc è data dalla formula:

rTNS

i

i

rC e

i

TNP

⋅⋅

=

⋅⋅⋅

=∑ λλ -

0

!

)(

FMEA-FMECA

La Failure Mode Effect Analysis (FMEA) è una tecnica di analisi

bottom-up che, per un nuovo prodotto/processo (entità), permette:

la ricerca dei difetti potenziali dell’entitàla valutazione degli effetti dei difetti, dal punto di vista del cliente

l’identificazione delle possibili cause dei difetti

la ricerca e la definizione delle azioni correttive

l’individuazione e la soluzione dei problemi di sicurezza.

Partendo dal basso, ossia dai singoli modi di guasto delle parti

elementari in cui si scompone l’entità, la FMEA considera tutte le

possibili cause di anomalia per poterle eliminare o minimizzare.

La tecnica va applicata quanto prima nel ciclo di sviluppo per

ottenerne il massimo dei vantaggi.

Richiede un lavoro combinato di analisti e team di sviluppo/processo.

La FMECA trasforma la FMEA da tecnica qualitativa in quantitativa,

aggiungendo l’analisi della criticità degli effetti dei difetti.

Un’azienda realizza un apparato elettronico di monitoraggio e gestione di un impianto

pneumatico contenente grossi recipienti in pressione soggetti a rischio di esplosione.

Per ragioni di sicurezza va minimizzato il rischio che tali eventi si presentino.

FMEA-FMECALa FMEA-FMECA è una tecnica ormai consolidata, applicata

soprattutto nel settore meccanico, spesso dove le parti elementari sono poche e non portano ad un elevato livello di complessità, che

invece cresce rapidamente all’aumentare del numero delle parti.

La FMEA-FMECA è ben descritta da alcuni standard internazionali:

MIL-STD-1629A, IEC 60812, CEI 56-1.

In essi viene fornita una tabella tipo con cui impostare l’analisi.

Prove di Affidabilità

PERCHÈ FARE TEST ?Per ridurre i rischi di sviluppo nei nuovi progetti

Per dare conferma ai modelli analitici usati nelle fasi di sviluppo

Per verificare l’affidabilità dei sistemiPer accrescere le informazioni sulle tecnologie

Per determinare le cause dei guasti

Per scoprire interazioni inaspettate

Per trovare anomalie causate da progetto o processi produttivi

Per soddisfare requisiti o regole contrattuali

TEST AMBIENTALIEffettuati per simulare il campo delle condizioni ambientali che il prodotto dovrebbe affrontare durante la sua vita, con attenzione ai principali fattori ambientali che influenzano l’affidabilità: temperatura, umidità, shock, vibrazioni, potenza in ingresso e in uscita, polveri, interazione con l’uomo.

Si esaminano alcuni tipi di test.

Una scheda prodotta ed installata in gran numero di esemplari manifesta in campo una

percentuale anomala e molto elevata di guasti per corto-circuito su due condensatori ceramici multistrato di tipo SMD.

Prove di AffidabilitàTEST DI DIMOSTRAZIONESpesso è necessario misurare l’affidabilità delle apparecchiature durante le fasi di sviluppo, di produzione e nell’uso operativo.Una dimostrazione dell’affidabilità potrebbe essere inclusa in un contratto di un prodotto, per assicurare che ne vengano rispettate le specifiche.Vi sono degli Standard che definiscono metodi di prova riconosciuti e utilizzati come riferimenti contrattuali (es.: US MIL-HDBK-781, IEC 60605).

I test accelerati velocizzano la raccolta di informazioni rispetto al funzionamento in condizioni normali.Spesso sono usati quando affidabilità elevata e vita utile molto lunga renderebbero assai costose e lunghe prove in condizioni normali.La riduzione della durata dei test viene ottenuta usando condizioni ambientali più severe di quelle presenti durante l’uso normale del prodotto. Pertanto i test accelerati vanno affrontati con cautela, al fine di evitare l’introduzione di modi di guasto non presenti nel normale uso.Alcuni test accelerati prevedono condizioni di funzionamento estreme per far precipitare a guasti reali i difetti latenti, le debolezze di progetto, o i limiti dei processi produttivi.

TEST ACCELERATI

Affidabilità del Software

L’hardware è maturo, ha raggiunto buoni livelli medi di affidabilità. Oggi la complessità del software nei sistemi è prevalente rispetto all’hardware.Ormai l’accento va sull'Affidabilità del Software: si è sempre data molta enfasi alle prestazioni e troppo poca ai guasti, ritenuti spesso ineluttabili. E’ stata così sviluppata la Software Reliability Engineering (SRE), disciplina che offre varie tecniche statistiche e matematiche atte a studiare l’affidabilità del software, in tutte le fasi del ciclo di vita:

• Valutazioni preliminari di affidabilità:valutazioni numeriche applicabili quando non vi sono ancora misure o altre informazioni sull’affidabilità;

• Modelli di Crescita dell’Affidabilità del Software SRGM:modelli statistici che permettono di misurare e monitorare il processo di individuazione dei bachi;

• Piani di Prova per Certificare l’Affidabilità del Software:prove di verifica dell’affidabilità in genere attuate su richiesta dei clienti.

Abbiamo rilasciato una nuova release del nostro prodotto software di punta. I clienti ci

contestano una percentuale molto elevata di bachi che rende di fatto inutilizzabile la

nuova release e li costringe ad utilizzare quella vecchia.

Affidabilità del SoftwareCome per le tecniche affidabilistiche applicate all’hardware, anche per le tecniche della SRE un aspetto fondamentale e critico è

costituito dalla raccolta sistematica dei dati.

Assai significativo è l’impiego di Modelli SRGM costruiti sulla curva

dell’andamento degli istanti di

individuazione dei bachi durante un

programma di test strutturato. La curva è già visivamente ricca di

informazioni sulla bontà dei test.

Su tali dati è costruito un modello che

rappresenti al meglio l’andamento nel tempo, e preveda l’evoluzione futura.

Con i Modelli SRGM si possono ottenere i seguenti risultati:

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000

Durata Cumulativa Test [Sec]

N°

Cu

mu

lati

vo F

ault

Dati MUSA T1

Gestione della Durata dei Test con implementazione di politiche

di rilascio basate su numero o percentuale di bachi residui

Stima del Rischio al Rilascio

Monitoraggio dello Stato di Avanzamento dei Programmi di Test.

Errori da evitareSi consideri un lotto di 10.000 ventole, aventi vita utile di 50.000 ore e durante tale

periodo tasso di guasto costante e pari a 0,000001 guasti/ora, equivalente ad un MTTF di 1.000.000 ore. Le 10000 ventole, usate su apparati diversi, hanno problematiche di

guasto tra loro indipendenti, perciò l’MTTF complessivo del lotto si ottiene dividendo l’MTTF

della ventola per il numero di ventole: MTTFlotto = MTTF/10.000 = 100 ore.

Non confondere mai l’MTTF/MTBF con la vita utile di un apparato.L’MTTF è il tempo medio al guasto e, in un lotto numeroso, va diviso per il numero di parti per sapere ogni quanto si presenta un guasto. La Vita utile invece è il tempo oltre il quale il tasso di guasto di ogni parte comincia a crescere rapidamente, quasi in modo deterministico.Solo alcune classi di componenti presentano tipici problemi di vita:condensatori elettrolitici alluminio, fotoaccoppiatori, relay, interruttori, connettori, etc…

Nel valutare l’affidabilità di sistemi composti da più parti, vanno considerate bene le eventuali ridondanze presenti, per evitare discambiare un Sistema Ridondante per un Sistema Serie. Nell’ipotesi ditassi di guasto costanti si possono fare semplificazioni errate,prendendo cantonate clamorose.

Applicabilità delle tecnicheLe tecniche affidabilistiche brevemente descritte, solo alcune tra le tante possibili, possono essere impiegate in vari settori merceologici

e in varie fasi del ciclo di sviluppo dei prodotti.Tecniche

AffidabilisticheSettori di

ApplicabilitàFasi del Ciclodi Sviluppo

Criticità

Affidabilità deiComponenti e

DERATING

Componenti sopratt. in applicazioni elettroniche ed elettrotecniche di potenza

PROGETTAZIONEINGEGNERIZZAZIONE

ACQUISTI

Definizione di regoleaziendali di Derating.Lavoro soprattutto acarico dei progettisti.

Previsioni diAffidabilità

TelecomunicazioniElettronica potenzaElettronica segnaleElettrotecnicaMeccanica

MARKETINGSTUDI FATTIBILITÀPROGETTAZIONE

Si deve scegliere unostandard previsionaleadeguato al settore, alcampo di applicazionee ai componenti usati.

Raccolta eAnalisi Dati

di Affidabilità

In tutti i settorimerceologici

PRODUZIONECOLLAUDO

COMMERCIALIZZ.POST-VENDITA

Progettare un sistemadi raccolta che sia coerente e sistematico.Collaborazione difficilecon utilizzatori.

Disponibilità eManutenibilità

In tutti i settori ovesiano disponibili datidi affidabilità e riparazione

MARKETINGSTUDI FATTIBILITÀPROGETTAZIONECOMMERCIALIZZ.

Disponibilità di programmi di calcolo.Disponibilità parametriaffidabilità delle parti el.

Applicabilità delle tecniche

TecnicheAffidabilistiche

Settori diApplicabilità

Fasi del Ciclodi Sviluppo

Criticità

CalcoloScorte per

l’Affidabilità

In tutti i settori ovesiano disponibilidati di affidabilità eriparazioni

COMMERCIALIZZ.POST-VENDITA

Definire bene con ilcliente i criteri di copertura per il calcolodelle scorte e la logistica del servizio.

FMEA eFMECA

MeccanicaElettronica: quandovi siano potenzialicriticità per sicurezzae funzionalità

STUDI FATTIBILITÀPROGETTAZIONEINDUSTRIALIZZAZ.

PRODUZIONECOLLAUDO

In elettronica ci possono essere moltimodi di guasto da trattare.Lavoro a 4 mani di analista e progettista.

Prove diAffidabilità

In tutti i settorimerceologici

PROGETTAZIONEPRE-PRODUZIONE

PRODUZIONECOLLAUDO

Spesso grande numerodi apparati in prova pertempi lunghi.Diversità tra condizionidi prova e in campo.

AffidabilitàDel Software

Quando il pesodel software siadeterminante per lafunzionalità.

PROGETTAZIONECOMMERCIALIZZAZ.

POST-VENDITA

Per i modelli SRGM i test strutturati potrebbero durare a lungo, oltre i tempidi vendita. Decisionispesso frettolose.

Bibliografia

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Riferimenti

Ing. Emanuele Marin

Tel: 348 2856623

email: [email protected]

www.emanuelemarin.it

Affidabilità questa sconosciuta ing-marin

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