SISTEMA CMT FS ANALISI RAM PRELIMINARE Allegato … · SISTEMA CMT FS - ANALISI RAM PRELIMINARE...

SISTEMA CMT FS - ANALISI RAM PRELIMINARE

SCMT – VOL 1 – APPENDICE G Codifica: DI TC PATC ST CM 01 M02 B FOGLIO 1 di 53

Rev. Data Descrizione Redazione Verifica Tecnica Autorizzazione

Prima Emissione (*) 8 18/7/01 Modifiche capitolo

air-gap

SISTEMA CMT FS

ANALISI RAM PRELIMINARE Allegato G alle SRS per la SPERIMENTAZIONE

Parte

Titolo

PARTE I

TESTO DEL DOCUMENTO

(*) Verifica Tecnica:

•

SISTEMA CMT FS – ANALISI RAM PRELIMINARE


INDICE

1 INTRODUZIONE 4

2 RIFERIMENTI 5

3 ACRONIMI 5

4 SCOPO DEL DOCUMENTO E METODO DI LAVORO 6

5 I CONFINI DEL SISTEMA 7 5.1 IL SSB....................................................................................................................................................................... 7 5.2 IL SST....................................................................................................................................................................... 8

5.2.1 Tipologie di CI ................................................................................................................................................. 8 6 CONDIZIONI APPLICATIVE E DI ESERCIZIO 10

7 I SISTEMI FERROVIARI DI RIFERIMENTO 11 7.1 PARAMETRI CHE DESCRIVONO I SISTEMI FERROVIARI DI RIFERIMENTO ................................................................... 11

7.1.1 Scenario di riferimento per il SSB.................................................................................................................. 12 7.1.2 Scenari di riferimento per il SST .................................................................................................................... 12

7.1.2.1 Linea banalizzata a doppio binario con BAcc 3/3 .................................................................... 12 7.1.2.2 Linea non banalizzata a doppio binario senza BAcc ................................................................ 14

8 ANALISI RAM 17 8.1 AFFIDABILITÀ ......................................................................................................................................................... 17

8.1.1 Affidabilità del SSB ........................................................................................................................................ 17 8.1.1.1 Definizione di guasto per il SSB................................................................................................ 17 8.1.1.2 Modello per l’affidabilità del SSB............................................................................................. 18 8.1.1.3 Calcolo dei requisiti di affidabilità per il SSB .......................................................................... 19

8.1.1.3.1 Indici di affidabilità per mezzi di trazione “ordinari”.............................................................. 19 8.1.1.3.2 Indici di affidabilità per mezzi di trazione “pregiati” .............................................................. 20

8.1.2 Affidabilità del SST......................................................................................................................................... 21 8.1.2.1 Definizione di guasto per il SST................................................................................................ 21

8.1.2.1.1 Guasto per il CI di tipo A.......................................................................................................... 23 8.1.2.1.2 Guasto per il CI di tipo B.......................................................................................................... 24 8.1.2.1.3 Guasto per il CI di tipo C.......................................................................................................... 25 8.1.2.1.4 Guasto per il CI di tipo D ......................................................................................................... 26 8.1.2.1.5 Guasto per il CI di tipo E.......................................................................................................... 27 8.1.2.1.6 Guasto per il CI di tipo F.......................................................................................................... 27 8.1.2.1.7 Guasto per il CI di tipo G ......................................................................................................... 29 8.1.2.1.8 Guasto per il CI di tipo H ......................................................................................................... 30 8.1.2.1.9 Guasto per il CI di tipo I ........................................................................................................... 31

8.1.2.2 Modello dell’affidabilità per il SST........................................................................................... 32 8.1.2.3 Calcolo dei requisiti di affidabilità per il SST........................................................................... 33

8.1.2.3.1 Indici di affidabilità per linea banalizzata a doppio binario con BAcc .................................... 33 8.1.2.3.2 Indici di affidabilità per linea non banalizzata a doppio binario senza BAcc .......................... 34

8.2 ERRORE INTRODOTTO DALL’AIRGAP ....................................................................................................................... 35 8.2.1 Definizione di errore dovuto all’airgap ......................................................................................................... 35 8.2.2 Modello per l’affidabilità dell’airgap ............................................................................................................ 35 8.2.3 Calcolo del numero di errori dovuti all’airgap.............................................................................................. 38

8.2.3.1 Linea banalizzata a d.b. con BAcc ............................................................................................ 38



8.2.3.2 Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc .................................................................................. 40 8.2.4 Considerazioni sull’errore introdotto dall’airgap ......................................................................................... 41

8.3 MANUTENIBILITÀ.................................................................................................................................................... 42 8.3.1 Definizione degli indici di manutenibilità ...................................................................................................... 42

8.3.1.1 Requisiti di manutenibilità del SSB........................................................................................... 44 8.3.1.2 Requisiti di manutenibilità del SST ........................................................................................... 44

8.3.2 Tempo medio annuale di manutenzione correttiva......................................................................................... 44 8.3.2.1 Tempo medio di manutenzione correttiva per il SSB ................................................................ 44

8.3.2.1.1 Mezzi di trazione “ordinari”..................................................................................................... 44 8.3.2.1.2 Mezzi di trazione “pregiati” ..................................................................................................... 45

8.3.2.2 Tempo medio di manutenzione correttiva per il SST................................................................. 45 8.3.2.2.1 Linea banalizzata a d.b. con BAcc ............................................................................................ 45 8.3.2.2.2 Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc .................................................................................. 45

8.4 DISPONIBILITÀ ........................................................................................................................................................ 46 8.4.1 Disponibilità Operativa.................................................................................................................................. 46

8.4.1.1 Disponibilità Operativa per il SSB............................................................................................ 47 8.4.1.1.1 Mezzi di trazione “ordinari”..................................................................................................... 47 8.4.1.1.2 Mezzi di trazione “pregiati” ..................................................................................................... 47

8.4.1.2 Disponibilità Operativa per il SST............................................................................................ 48 8.4.1.2.1 Linea banalizzata a d.b. con BAcc ............................................................................................ 48 8.4.1.2.2 Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc .................................................................................. 49

8.4.2 Disponibilità intrinseca.................................................................................................................................. 49 8.4.2.1 Disponibilità intrinseca per il SSB............................................................................................ 49

8.4.2.1.1 Mezzi di trazione “ordinari”..................................................................................................... 50 8.4.2.1.2 Mezzi di trazione pregiati.......................................................................................................... 50

8.4.2.2 Disponibilità intrinseca per il SST ............................................................................................ 51 8.4.2.2.1 Linea banalizzata a d.b. con BAcc ............................................................................................ 51 8.4.2.2.2 Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc .................................................................................. 52



1 Introduzione Lo sviluppo di un sistema di protezione della marcia dei treni contempla la definizione, l’analisi e la verifica dei parametri RAM durante l’intero ciclo di vita del progetto in accordo con quanto indicato dalla relativa normativa europea [2]. Tali parametri hanno infatti impatto sui criteri di scelta progettuale e sui rapporti contrattuali con l’Appaltatore: i Requisiti Funzionali del sistema CMT FS [1] domandano il rispetto degli indici RAM attribuiti al sottosistema di bordo e di terra. Il presente documento sviluppa argomenti che si collocano su più fasi del ciclo di vita in quanto si propone di circoscrivere il sistema in studio e le sue condizioni applicative (fase 2 “System Definition and Application Conditions”), di definire gli strumenti che consentono di determinare quantitativamente i valori degli indici di affidabilità, manutenibilità e disponibilità e di attribuire tali indici ai macrosistemi di terra e di bordo degli scenari presi a riferimento (fase 4 “System Requirements” e 5 “Apportionment of System Requirements”). Contrariamente al SSB dove il nuovo sistema CMT integra assieme le funzioni RSDD e le funzioni del BAcc in un unico apparato, nel SST tali due sistemi possono essere considerati indipendenti dal punto di vista RAM per cui l’analisi di affidabilità, disponibilità e manutenibilità è stata rivolta solamente ai componenti del sistema RSDD trascurando il sistema BAcc il cui comportamento è considerato già consolidato ed accettato. Questo documento è stato di supporto alla definizione dei valori RAM indicati nelle SRS ed ha valore informativo ma non normativo.



2 Riferimenti [1] DI TC SR IS 13 002 A 15/11/99 Specifica dei Requisiti Funzionali del

sistema CMT

FS Divisione Infrastruttura

[2] EN 50126 June 97 Rev. PNE 98 Ed. Corr. 11/98

Railway Applications - The Specification and Demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS)

CENELEC

[3] DI TC.PATC ST CM 01 D01 Cxx

20/7/01 SRS del sistema CMT FS FS Divisione Infrastruttura

3 Acronimi BAcc Blocco Automatico a correnti codificate BER Bit Error Rate CI Complesso Informativo CRC Cyclic Redundancy Check IS Impianti di Sicurezza MKBF Mean Kilometers Between Failures MR Maintenance Ratio MTBF Mean Time Between Failures MTTR Mean Time To Repair PI Punto Informativo RSDD Ripetizione Segnali Digitale Discontinua SCMT Sistema di Controllo della Marcia del Treno SSB Sotto-Sistema di Bordo SST Sotto-Sistema di Terra



4 Scopo del documento e metodo di lavoro Obiettivo dell’analisi RAM preliminare è l’individuazione dei confini e delle condizioni al contorno del sistema al quale si vogliono attribuire i requisiti RAM e definire il modello per la loro valutazione quantitativa. Seguendo un approccio top-down, il modello sarà caratterizzato sia da parametri legati alle caratteristiche del sistema ferroviario (frequenza dei treni nell’intervallo di osservazione, distribuzione dei segnali e quindi dei vari tipi di CI, …), sia da parametri che esprimono le esigenze desiderate di prestazione e di regolarità di marcia. Il passo successivo dell’analisi consiste nel quantificare tali parametri e quindi calcolare i valori degli indici RAM per alcune tipologie di linea e di mezzi di trazione considerati di riferimento. Essendo i confini tra SSB e SST CMT facilmente definibili, lo studio per l’affidabilità è svolto separatamente per i due macrosistemi. Il metodo di lavoro usato e le attività svolte nell’affrontare l’analisi seguono quanto previsto dalle norme europee in materia [2] e possono essere così sintetizzate: 1) Definizione dei confini fisici del sistema CMT FS in studio, al quale attribuire i valori degli

indici RAM. 2) Definizione delle condizioni applicative e di esercizio che influenzano il comportamento del

sistema. 3) Definizione dei parametri che descrivono i sistemi ferroviari di riferimento nei quali il

sistema CMT è collocato e per i quali è svolta l’analisi RAM. 4) Costruzione del modello matematico per il calcolo degli indici di affidabilità, per il sistema

definito al punto (1), partendo da ipotesi espresse in termini di prestazioni desiderate (numero massimo di guasti in un certo intervallo di osservazione nel caso dell’affidabilità).

5) Calcolo degli indici di affidabilità per il SSB e per le linee di riferimento. 6) Definizione dell’indice di manutenibilità espresso in termini di tempo complessivo per

ripristinare la disponibilità di un mezzo di trazione o di un punto informativo di linea, e scomposizione di tale tempo in funzione del tipo di operazione da svolgere.

7) Noti i parametri di affidabilità e manutenibilità sono calcolati i valori di Disponibilità Operativa ed Intrinseca nei diversi scenari di riferimento considerati.



5 I Confini del Sistema Dal punto di vista affidabilistico il sistema ferroviario nel quale il sistema CMT viene collocato può essere scomposto in macrosistemi e descritto tramite un modello RBD (Reliability Block Diagram) serie: A ciascun blocco è associata una probabilità di fallimento (inaffidabilità) o una frequenza di guasto λ che caratterizza l’intero macrosistema. L’analisi RAM, svolta nel presente documento, è relativa ai soli blocchi 3, 4 e 5 che costituiscono il sistema CMT e i cui confini saranno definiti nei successivi paragrafi. L’interazione ed il confronto con il sistema ferroviario tradizionale è necessario per quantificare le esigenze RAM da richiedere al sistema CMT e per valutare gli aspetti legati alla manutenibilità. 5.1 Il SSB Con SSB si intende l’apparato, da installare a bordo del locomotore, costituito almeno dai componenti racchiusi dalla linea tratteggiata di Figura 1 . L’elemento MMI comprende tutti i componenti necessari per svolgere le funzioni RSDD, RSC

Figura 1 – Generica architettura SSB

Rotabili 1

IS esistenti 2

SSB SCMT 3

SST SCMT 4

Air-Gap 5

Sottosistema SCMT di Bordo

Sensori Odometrici

Logica CV-RSC, RSDD,

Vigilante, Odometria

BTM

MMI RSC, ATP, Vigilante

Antenna RSDD

Captatori RSC Piastra

Pneumatica

Unità Registrazione Eventi

PdM

A I R G A P

Interfacce

Rotabile

Tachimetro



e vigilante cioè l’avvisatore acustico, i pedali/pulsanti per il vigilante, il cruscotto vero e proprio. Si sottolinea che i componenti individuati in Figura 1 non vincolano l’architettura del SSB stesso e potrebbero non essere tutti forniti dallo stesso appaltatore. La Figura 1 individua i confini del SSB per il quale sono calcolati i valori dei parametri RAM. 5.2 Il SST Con SST si intende un insieme di Complessi Informativi (CI) a loro volta costituiti da più PI. I requisiti in termini di affidabilità saranno calcolati per l’intero SST di alcune linee considerate di riferimento e quindi caratterizzate da una diversa distribuzione di CI e PI. La descrizione delle diverse tipologie di CI e PI si rende necessaria per consentire al fornitore di provare che con i propri prodotti è in grado di soddisfare il requisito complessivo del SST. Nelle situazioni più comuni un PI è costituito da due boe; se almeno una di esse è commutata è necessaria la presenza dell’encoder che però può comandare boe appartenenti anche a PI diversi. I componenti elementari che possono costituire un PI sono rappresentati all’interno della linea tratteggiata in figura Figura 2. I confini del SST sono l’interfaccia con gli Impianti di Sicurezza FS, l’air-gap e l’eventuale Sistema di Diagnostica esterno. 5.2.1 Tipologie di CI Per l’analisi RAM saranno esaminate le seguenti tipologie di CI classificate in base al tipo e numero di boe: • Schema A: un punto informativo (PI) costituito da una boa fissa ed una commutata

Figura 2 – Generico Punto Informativo

Punto Informativo

ENCODER

Boa

Unità Diagnostica

Air Gap

Impianti di Sicurezza

Interfacce

Collegamenti seriali

con altri Encoder



pilotata da un encoder • Schema B: due PI costituiti da una boa fissa ed una commutata ed entrambe le boe

commutate sono pilotate dallo stesso encoder • Schema C: tre PI costituiti da una boa fissa ed una commutata e tutte le tre boe

commutate sono pilotate dallo stesso encoder • Schema D: quattro PI costituiti da una boa fissa ed una commutata e tutte le quattro boe

commutate sono pilotate dallo stesso encoder • Schema E: un PI costituito da due boe commutate pilotate dallo stesso encoder • Schema F: due PI costituiti da due boe commutate e tutte le quattro boe sono pilotate

dallo stesso encoder • Schema G: un PI costituito da due boe commutate pilotate da due encoder differenti • Schema H: due PI costituiti da due boe commutate pilotate da due encoder differenti ed in

configurazione a canali incrociati (ciascun encoder pilota due boe appartenenti a punti informativi diversi)

• Schema I: un PI costituito da due boe fisse

Se entrambe le boe di un PI sono fisse o commutate esse trasmettono la stessa informazione, si considerano cioè ridondate; nel caso di PI ad una boa fissa ed una commutata, la ridondanza è parziale in quanto è duplicata la sola informazione più restrittiva. La necessità di posare due boe nasce dalla possibilità di attribuire una direzione di validità al PI infatti, indipendentemente dalla presenza della logica degli appuntamenti, la “Direzionalità” del PI può essere memorizzata all’interno delle boe stesse, e trasferita al SSB tramite la trasmissione in sequenza degli identificativi “1/2” e “2/2” contenuti all’interno del Telegramma trasmesso da ciascuna delle 2 Boe. Il presente documento non tiene conto della possibilità che esistano PI bidirezionali e simmetrici (potrebbe essere il caso di PI di verifica misura spazio per la ricalibrazione dell’odometro) cioè che trasmettano dati che il SSB può utilizzare anche avendo perso l’informazione di direzionalità. I PI posati lungo una linea possono essere annunciati in termini di distanza e/o identificativo del nome o tipo; nell’analisi dei modi di guasto dei CI (§ 8.1.2.1) non si distinguerà tra i vari casi di appuntamento ma tutti i PI si considereranno non legati in appuntamento che è la condizione peggiore dal punto di vista degli effetti causati sulla marcia del treno da guasti a terra.



6 Condizioni applicative e di esercizio L’individuazione delle condizioni applicative per gli impianti descritti al § 5 comporta la definizione dei seguenti punti: • condizioni ambientali nelle quali il sistema deve operare; • modi di degrado del sistema, cioè la corrispondenza tra funzionalità persa e

comportamento del sistema; • normative relative al comportamento del PdM in presenza di guasto e quindi in situazioni

degradate; • normative relative alla gestione degli interventi di manutenzione. Relativamente ai primi due punti si faccia riferimento al capitolo RAM del vol. 1 ed al capitolo delle funzioni SCMT del vol. 3 delle SRS [3]. Per il quarto punto si vedano i capitoli relativi alla manutenzione nel volume 1 delle SRS [3]. Al momento della distribuzione del presente documento gli altri aspetti sono in corso di definizione per cui non è possibile fare riferimento alla documentazione in oggetto.



7 I sistemi ferroviari di riferimento Si descrivono di seguito gli scenari da considerare per l’analisi RAM del SSB e SST. 7.1 Parametri che descrivono i sistemi ferroviari di riferimento Di seguito sono indicati i parametri del “sistema ferroviario”, che si vuole studiare, da utilizzare nei modelli matematici per l’individuazione degli indici RAM del SSB e del SST. 1. Intervallo di osservazione = T 2. Velocità media dei treni attrezzati con il sistema CMT durante il funzionamento = Vmf 3. Lunghezza della linea di riferimento = L 4. Distanza media di linea tra due stazioni = Dst 5. Lunghezza media delle stazioni = Lst 6. Rapporto (duty-cycle) tra le ore di effettivo funzionamento di un locomotore con il sistema

CMT e le ore complessive = dc 7. Numero di missioni giornaliere = Nm 8. Numero di treni con SCMT necessari giornalmente per compiere le Nm missioni = Nt 9. Numero dei CI lungo la linea:

• numero CI di tipo A = a • numero CI di tipo B = b • numero CI di tipo C = c • numero CI di tipo D = d • numero CI di tipo E = e • numero CI di tipo F = f • numero CI di tipo G = g • numero CI di tipo H = h • numero CI di tipo I = i

I valori indicati al punto 9 sono strettamente legati alla lunghezza della linea presa in esame, al tipo ed al numero di segnali e quindi al regime di circolazione. La loro distinzione e distribuzione non è in realtà necessaria per la definizione del valore di affidabilità complessivo del SST ma servono: • al fornitore per l’allocazione ai propri prodotti del requisito globale di linea; • alle FS, per valutare la consistenza del requisito espresso rispetto lo stato dell’arte

tecnologico. Nel § 8.1.2 i valori di affidabilità degli impianti di terra SCMT sono infatti indicati per le linee di riferimento nel loro complesso, senza arrivare all’allocazione dei requisiti per ciascuna delle tipologie di CI o dei componenti che le compongono. Siccome però, tali valori dipendono dalla distribuzione dei PI o CI e quindi dalle caratteristiche della linea sulla quale viene svolta l’analisi, nel successivo paragrafo sono scelte e descritte le tipologie di linea considerate di riferimento. Per l’affidabilità del SSB saranno calcolati due valori derivati dall’analisi di due scenari il cui scopo è quello di individuare due categorie limite di mezzi di trazione che saranno identificati



come “ordinari” e “pregiati” a seconda delle prestazioni desiderate in termini di affidabilità. 7.1.1 Scenario di riferimento per il SSB Sono due le tipologie di mezzi di trazione che si vogliono individuare dal punto di vista dell’affidabilità: i treni “ordinari” ed i treni “pregiati”; in entrambi i casi il sistema ferroviario di riferimento avrà le stesse caratteristiche mentre muteranno le esigenze di affidabilità richiesta. Con riferimento ai parametri definiti nel § 7.1, le caratteristiche dello sistema di riferimento per il calcolo dei requisiti RAM del SSB sono le seguenti: 1. T = 1 anno = 8760 h 2. Vmf = 100 km/h 3. L = 150 km 4. Dst = ininfluente 5. Lst = ininfluente 6. dc (di missione) = 16/24 = 0.666 7. Nm = circa 107 missioni/giorno 8. Nt = 10 9. Numero CI = ininfluente Questa situazione corrisponde ad avere una frequenza di un treno ogni 11 min per 20 ore al giorno considerando entrambi i sensi di marcia. Per il calcolo dei requisiti di affidabilità del SSB si rimanda al § 8.1.1.3. 7.1.2 Scenari di riferimento per il SST I criteri per la scelta delle linee di riferimento considerano il regime di circolazione, a cui è legata la tipologia di segnali e quindi la distribuzione dei PI e CI, e l’importanza della linea a cui sono invece associate esigenze diverse di regolarità di esercizio e disponibilità di manodopera per la manutenzione. 7.1.2.1 Linea banalizzata a doppio binario con BAcc 3/3 Con riferimento ai parametri definiti nel § 7.1, le caratteristiche dello scenario di riferimento per il calcolo dei requisiti RAM del SST, in presenza di regime di circolazione con BAcc 3/3, sono le seguenti: 1. T = 1 anno = 8760 h 2. Vmf = ininfluente 3. L = 150 km 4. Dst = 6 km 5. Lst = 2 km 6. dc = ininfluente (il SST si ritiene funzionante in continuazione) 7. Nm = ininfluente 8. Nt = ininfluente 9. Per il calcolo del numero di CI si è prima stimato il numero di segnali e di punti

caratteristici e quindi a ciascuno è stato attribuito un tipo di CI con i criteri descritti di



seguito.

• Il numero dei segnali di Partenza (PA) è pari a 4 volte il numero delle stazioni se si considera il solo corretto tracciato (c.t.) in quanto si sta ipotizzando che la linea sia a doppio binario (d.b.) e banalizzata; il numero dei PA si ritiene invece pari a 8 volte il numero delle stazioni se si considerano pure i binari di precedenza.

• Il numero dei segnali di Protezione (PR) è pari a 4 volte il numero delle stazioni in quanto si sta ipotizzando che la linea sia a d.b. e banalizzata.

• Ipotizzando la distanza media di una sezione di blocco pari a 1.35 km, il numero dei segnali di blocco in linea (PBA) è pari a 4 volte (d.b. e linea banalizzata) il rapporto tra la lunghezza della linea, decurtata dello spazio complessivo occupato dalle stazioni e dello spazio di 1 sezione di blocco per ogni stazione (per evitare di contare i segnali di Protezione), e la distanza media di una sezione di blocco.

• Ogni binario di precedenza presenta 2 PI di ricalibrazione (quindi 4 per ogni stazione). • Ipotizzando la distanza media tra due variazione di parametri di linea (VPL) pari a 5

km, si approssima il numero dei PI di VPL pari a 4 volte (d.b. e linea banalizzata) il rapporto tra la lunghezza della linea, decurtata dello spazio complessivo occupato dalle stazioni e dello spazio pari alla distanza media tra due VPL per ogni stazione, e la distanza media tra due VPL.

• Per ogni binario in uscita da una stazione (quindi 4 per ogni stazione) si considera un PI che trasmette i parametri di linea.

Da cui: se si considera solo il c.t.: numero di PA = 75 numero di PR = 75 numero di PBA = circa 258 numero di PI che trasmettono parametri di linea = 90 se si considerano pure i binari di precedenza: numero di PA = 150 numero di PR = 75 numero di PBA = circa 258 numero di PI di ricalibrazione = 75 numero di PI che trasmettono parametri di linea = 90 A ciascun segnale e punto caratteristico sono state attribuite le seguenti configurazioni di CI in base a generiche considerazioni sull’attrezzaggio tipico di una linea con BAcc 3/3 e l’attrezzaggio di una stazione media a fronte di valutazioni sulle esigenze di movimento e di costo: • Per le PA:

• tutti i PA sulle precedenze sono attrezzati con CI di tipo E;



• circa una stazione su 4, due PA sul c.t. sono attrezzati con 2 CI di tipo G; • le restanti coppie di PA sul c.t. sono attrezzate con CI di tipo H.

• Per le PR: tutte sono attrezzate con CI di tipo E;

• Per i PBA: tutti sono attrezzati con CI di tipo I;

• Per i PI di ricalibrazione (solo sulle precedenze): tutti sono attrezzati con CI di tipo I;

• Per i PI che trasmettono i parametri di linea: tutti sono attrezzati con CI di tipo I;

In base alle considerazioni fatte, il numero di CI per la linea in esame vale: se si considera solo il c.t.: a = 0 b = 0 c = 0 d = 0 e = 75 f = 0 g = 9 h = 33 i = 348 se si considerano pure i binari di precedenza: a = 0 b = 0 c = 0 d = 0 e = 150 f = 0 g = 9 h = 33 i = 423

7.1.2.2 Linea non banalizzata a doppio binario senza BAcc Con riferimento ai parametri definiti nel § 7.1, le caratteristiche dello scenario di riferimento per il calcolo dei requisiti RAM del SST, in presenza di linea a media frequentazione con qualsiasi regime di circolazione a 2 aspetti escluso il BAcc, sono le seguenti: 10. T = 1 anno = 8760 h 11. Vmf = ininfluente



12. L = 150 km 13. Dst = 10 km 14. Lst = 2 km 15. dc = ininfluente (il SST si ritiene funzionante in continuazione) 16. Nm = ininfluente 17. Nt = ininfluente 18. Per il calcolo del numero di CI si è prima stimato il numero di segnali e di punti

caratteristici e quindi a ciascuno è stato attribuito un tipo di CI con i criteri descritti di seguito.

• Il numero dei segnali di Partenza (PA) è pari a 4 volte il numero delle stazioni se si

considera il solo corretto tracciato (c.t.) in quanto si sta ipotizzando che la linea sia a doppio binario (d.b.) e banalizzata in stazione; il numero dei PA si ritiene invece pari a 8 volte il numero delle stazioni se si considerano pure i binari di precedenza attrezzati per entrambi i sensi di marcia.

• Il numero dei segnali di Protezione (PR) è pari a 2 volte il numero delle stazioni in quanto si sta ipotizzando che la linea sia a d.b. e non banalizzata.

• Il numero dei segnali di Avviso puro (AVV) è pari a 2 volte il numero delle stazioni in quanto si sta ipotizzando che la linea sia a d.b. e non banalizzata.

• Il numero dei segnali di blocco in linea (PBI) si ritiene nullo. • Ogni binario di precedenza presenta 2 PI di ricalibrazione (quindi 4 per ogni stazione). • Ipotizzando la distanza media tra due variazione di parametri di linea (VPL) pari a 5

km, si approssima il numero dei PI di VPL pari a 4 volte il rapporto tra la lunghezza della linea, decurtata dello spazio complessivo occupato dalle stazioni e dello spazio pari alla distanza media tra due VPL per ogni stazione, e la distanza media tra due VPL (in pratica le informazioni di VPL sono banalizzate).

• Per ogni binario in uscita da una stazione (quindi 4 per ogni stazione) si considera un PI che trasmette i parametri di linea.

Da cui: se si considera solo il c.t.: numero di PA = 50 numero di PR = 25 numero di AVV = 25 numero di PI che trasmettono parametri di linea = 100 se si considerano pure i binari di precedenza: numero di PA = 100 numero di PR = 25 numero di AVV = 25 numero di PI di ricalibrazione = 50 numero di PI che trasmettono parametri di linea = 100



A ciascun segnale e punto caratteristico sono state attribuite le seguenti configurazioni di CI in base a generiche considerazioni sull’attrezzaggio tipico di una linea a media frequentazione senza BAcc e l’attrezzaggio di una stazione media a fronte di valutazioni sulle esigenze di movimento e di costo: • Per le PA:

• tutte le coppie di PA sul c.t. sono attrezzate con CI di tipo H; • circa una stazione su 6, le due coppie di PA sulle precedenze sono attrezzati con

un CI di tipo D; • circa una stazione su 6, tre PA sulle precedenze sono attrezzati con un CI di tipo C

e la restante PA è attrezzata con un CI di tipo A; • circa una stazione su 6, ciascuna delle 4 PA sulle precedenze è attrezzata con un

CI di tipo A; • le restanti coppie di PA sulle precedenze sono attrezzate con CI di tipo B.

• Per le PR e gli AVV: tutte le PR con il rispettivo AVV sono attrezzate con CI di tipo F;

• Per i PI di ricalibrazione (solo sulle precedenze): tutti sono attrezzati con CI di tipo I;

• Per i PI che trasmettono i parametri di linea: tutti sono attrezzati con CI di tipo I;

In base alle considerazioni fatte, il numero di CI per la linea in esame vale: se si considera solo il c.t.: a = 0 b = 0 c = 0 d = 0 e = 0 f = 25 g = 0 h = 25 i = 100 se si considerano pure i binari di precedenza: a = 10 b = 12 c = 2 d = 2 e = 0 f = 25 g = 0 h = 25 i = 150



8 Analisi RAM Nei paragrafi che seguono, le esigenze desiderate di prestazioni, di regolarità di marcia e di frequenza di interventi manutentivi, saranno definite in termini di parametri. Tali parametri, assieme agli indici definiti al § 7.1, verranno utilizzati per la determinazione dei requisiti di affidabilità, manutenibilità e disponibilità una volta descritti i modelli di calcolo. 8.1 Affidabilità I requisiti di affidabilità (valori di tasso di guasto e di MTBF) sono definiti separatamente per il SSB e SST. 8.1.1 Affidabilità del SSB

8.1.1.1 Definizione di guasto per il SSB I valori di MTBF per il SSB nel suo complesso, sono calcolati in funzione delle categorie di guasto individuate in base agli effetti operativi che esse inducono sulla marcia del treno. Le categorie di guasto definite sono:

Categoria di Guasto del SSB

Effetti Operativi

Immobilizzante Il guasto ha un severo impatto sulla regolarità di marcia, causa cioè l’impossibilità di proseguire con lo stesso mezzo e quindi la necessità di fare ricorso al mezzo di riserva

Grave Il guasto ha un grave impatto sulla regolarità di marcia, causa cioè la necessità di proseguire con marcia a vista

di Servizio Il guasto ha impatto sulla regolarità di marcia, causa cioè la necessità di proseguire a velocità vigilante (o comunque con la velocità imposta dal regolamento)

Tabella 1 – Categorie di guasto per il SSB

Sulla base delle categorie di guasto indicate nella Tabella 1, si fissano tre diversi obiettivi di affidabilità di missione. L’affidabilità di missione offre infatti una misura della continuità di esercizio. Tutti i guasti invece, indipendentemente dall’impatto che hanno sulla regolarità di marcia, richiedono interventi manutentivi. Dal punto di vista del carico manutentivo è quindi necessario fissare la cosiddetta affidabilità di base esprimibile in termini di tempo medio tra due guasti qualsiasi. Gli effetti operativi descritti nella precedente tabella non considerano la possibilità che un guasto che inibisce la stessa funzione possa comportare o meno, per ragioni di regolamento, un impatto sulla regolarità di marcia (per esempio potrebbe essere previsto che a seguito della perdita della funzione vigilante, il treno debba limitare la propria velocità solo se è



presente in cabina un solo agente; se quindi il PdM chiamasse al suo fianco il capotreno, il mezzo potrebbe continuare la marcia alla massima velocità). Se si dovessero presentare delle situazioni equivoche, si deve considerare l’ipotesi più conservativa. 8.1.1.2 Modello per l’affidabilità del SSB Le ipotesi per costruire il modello matematico sono: 1. I guasti sono casuali e non dovuti all’invecchiamento (per tutti i treni, l’intervallo di

osservazione non supera la vita utile delle apparecchiature), quindi è possibile considerare costante il tasso di guasto λ.

2. Si considera che giornalmente le Nm missioni siano svolte da Nt locomotori, attrezzati con SCMT, che lavorano con un fattore di carico pari a dc ed hanno la stessa probabilità di guastarsi.

3. Mediamente 1 guasto immobilizzante ad un SSB ogni x3 (h o km). 4. Mediamente 1 guasto grave ad un SSB ogni x2 (h o km). 5. Mediamente 1 guasto di servizio ad un SSB ogni x1 (h o km). 6. Mediamente 1 guasto qualsiasi (senza che necessariamente sia pregiudicata la regolarità

di esercizio) ad un SSB ogni w (h o km). Nell’analisi presente si considerano solamente i guasti casuali di natura hardware. Se con il pedice S si indicano i valori relativi all’intero sistema, comprensivo di tutti i treni circolanti, e con B si intende “bordo”, dalle ipotesi 3, 4, 5 e 6 valgono, rispettivamente per l’affidabilità di missione in funzione della categoria di guasto e per l’affidabilità di base:

λ SB missSB mssMTBF x_ _

_ _3

3 3

1 1= =


_ _2

2 2

1 1= =


_ _1

1 1

1 1= =

λ SB baseSB baseMTBF w_

_

= =1 1

Dall’ipotesi 2, per un singolo mezzo di trazione e per ogni categoria di guasto valgono:

λλ

1 31 3

3

3

1 1B

B

SB miss

t tMTBF N N x= = =_ _

λλ

1 21 2

2

2

1 1B

B

SB miss




λλ

1 11 1

1

1

1 1B

B

SB miss


λλ

11

1 1B base

B base

SB base

t tMTBF N N w__

_= = =

Per conoscere il valore di tasso di guasto, nelle ore di effettivo funzionamento, è necessario dividere tali valori per il duty cycle (dc) del locomotore:

λλ

1 21 2

1 2

2

1 1B eff

B eff

B

c c tMTBF d d N x,,

= = =

λλ

11

11 1B base eff

B base eff

B base

c c tMTBF d d N w_ ,_ ,

_= = =

analogamente per gli altri tipi di guasto. Per determinare invece i valori effettivi di MKBF è sufficiente moltiplicare i valori effettivi di MTBF per la velocità media di esercizio (e non la velocità media giornaliera) dei treni. Noto il comportamento del SSB a fronte della perdita di una o più funzionalità e determinati i valori desiderati di λ1B1,eff , λ1B2,eff , λ1B3,eff e λ1B_base,eff, validi per un SSB nel suo complesso, sarà possibile valutare quale architettura meglio soddisfa le richieste e quindi come tali valori di tasso di guasto possano essere distribuiti tra i vari componenti. 8.1.1.3 Calcolo dei requisiti di affidabilità per il SSB Nei paragrafi successivi si individueranno le caratteristiche di affidabilità minima e massima richieste ai mezzi di trazione che saranno indicati come “ordinari” e “pregiati”. 8.1.1.3.1 Indici di affidabilità per mezzi di trazione “ordinari” Considerando le caratteristiche dello scenario di riferimento, descritte nel § 7.1.1, le condizioni espresse in termini di prestazioni attese sono: • ai fini della regolarità di marcia si accorpano i guasti grave ed immobilizzante e si

impone che mediamente non se ne verifichi più di uno ogni 1,5 anni cioè x2,3 = 1,5 anni = 13128 h.

• Mediamente non più di un guasto di servizio ogni 4 mesi cioè x1 = 2904 h. • Mediamente non più di un guasto qualsiasi ogni 10 giorni cioè w = 240 h. Utilizzando le espressioni definite nel § 8.1.1.2 si trovano i seguenti valori di tasso di guasto, MTBF e MKBF:



Indici di affidabilità per il SSB Valore Effettivo

(duty-cycle di missione) λ di missione per guasto immobilizzante o grave (λ1B23,eff) 1,14 10-5 h-1

MTBF di missione per guasto immobilizzante o grave (MTBF1B23,eff) 87.000 h

MKBF di missione per guasto immobilizzante o grave (MKBF1B23,eff) 8.700.000 km

λ di missione per guasto di servizio (λ1B1,eff) 5,17 10-5 h-1

MTBF di missione per guasto di servizio (MTBF1B1,eff) 19.000 h

MKBF di missione per guasto di servizio (MKBF1B1,eff) 1.900.000 km

λ di base (λ1B_base,eff) 6,25 10-4 h-1

MTBF di base (MTBF1B_base,eff) 1.600 h

MKBF di base (MKBF1B_base,eff) 160.000 km

Tabella 2 – Indici di affidabilità del SSB di mezzi di trazione “ordinari”

8.1.1.3.2 Indici di affidabilità per mezzi di trazione “pregiati” Considerando le caratteristiche dello scenario di riferimento, descritte nel § 7.1.1, le condizioni espresse in termini di prestazioni attese sono: • ai fini della regolarità di marcia si accorpano i guasti grave ed immobilizzante e si

impone che mediamente non se ne verifichi più di uno ogni 2,5 anni cioè x2,3 = 2,5 anni = 21888 h.

• Mediamente non più di un guasto di servizio ogni anno e 8 mesi cioè x1 = 14592 h. • Mediamente non più di un guasto qualsiasi ogni 8 giorni1 cioè w = 192 h. Utilizzando le espressioni definite nel § 8.1.1.2 si trovano i seguenti valori di tasso di guasto, MTBF e MKBF:

1 Nel caso di mezzi pregiati si accetta un maggior numero di guasti che non hanno impatto sulla regolarità di marcia per giustificare il maggior numero di apparati richiesto dalla necessità di ridondanza.



Indici di affidabilità per il SSB Valore Effettivo

(duty-cycle di missione) λ di missione per guasto immobilizzante o grave (λ1B23,eff) 6,85 10-6 h-1

MTBF di missione per guasto immobilizzante o grave (MTBF1B23,eff) 146.000 h

MKBF di missione per guasto immobilizzante o grave (MKBF1B23,eff) 14.600.000 km

λ di missione per guasto di servizio (λ1B1,eff) 1,03 10-5 h-1

MTBF di missione per guasto di servizio (MTBF1B1,eff) 97.000 h

MKBF di missione per guasto di servizio (MKBF1B1,eff) 9.700.000 km

λ di base (λ1B_base,eff) 7,81 10-4 h-1

MTBF di base (MTBF1B_base,eff) 1.300 h

MKBF di base (MKBF1B_base,eff) 130.000 km

Tabella 3 – Indici di affidabilità del SSB di mezzi di trazione “pregiati”

8.1.2 Affidabilità del SST 8.1.2.1 Definizione di guasto per il SST Nel presente paragrafo, e nei successivi dedicati ai guasti dei PI, saranno presi in esame solamente i guasti di natura hardware che interessano i componenti del PI mentre sarà oggetto di trattazione successiva (§ 8.2) il problema della corruzione del telegramma durante la sua trasmissione (random interference). Come nel caso del SSB, definiremo diverse categorie di guasto, che possono interessare un elemento del CI, in funzione dell’effetto provocato sul SSB e quindi sulla regolarità di marcia del treno. Le categorie di guasto sono:

Categoria di Guasto del SST

Effetti Operativi

Grave Il guasto ha impatto sulla regolarità di marcia; un generico SSB non può utilizzare ALMENO UNO tra i PI presenti nel CI

Maggiore Il guasto ha impatto sulla regolarità di marcia; un generico SSB può utilizzare solo l'informazione di default di ALMENO UNO tra i PI presenti nel CI

Tabella 4 – Categorie di guasto per il SST Anche in questo caso sulla base delle categorie di guasto indicate nella Tabella 4, si fissano due diversi obiettivi di affidabilità di missione. L’affidabilità di missione offre infatti una misura della continuità di esercizio.



Tutti i guasti invece, indipendentemente dall’impatto che hanno sulla regolarità di marcia, richiedono interventi manutentivi. Dal punto di vista del carico manutentivo è quindi necessario fissare la cosiddetta affidabilità di base esprimibile in termini di tempo medio tra due guasti qualsiasi. Per poter individuare quali eventi comportino una perturbazione del traffico ferroviario, nei paragrafi che seguono, ciascuna tipologia di CI, già descritta al § 5.2.1, verrà ripresa ed analizzata in funzione del tipo di guasto determinato dalle combinazioni degli stati dei messaggi di ciascuna boa. Gli Stati possibili di un messaggio associato ad una boa sono così indicati: M : Messaggio Corretto (CRC del Telegramma corretto). D : Messaggio di “default” (valido solo per le Boe commutabili). E : boa rilevata senza alcun Messaggio valido (CRC errato o errori sullo shaping …) S : Boa “silenziosa” (il numero di bit trasmessi non è sufficiente per identificare un messaggio

ed accertare quindi la presenza di una boa). Con il termine messaggio si intende il telegramma (compresi i bits del CRC) più 64 bit di stabilità. Lo stato D è associato ad un guasto che interessa l’encoder che pilota la boa; lo stato S è invece legato ad un guasto che ha interessato la boa stessa. Lo stato E può essere associato ad un malfunzionamento sia della boa sia dell’encoder. Si esclude la possibilità che i disturbi possano simulare un messaggio. Ciascuna boa trasmette sempre il proprio numero identificativo della posizione della boa all’interno del PI. Tutte le successive considerazioni valgono nel caso di PI non legati in appuntamento (condizione più penalizzante dal punto di vista degli effetti sul SSB); questa è la condizione che i fornitori dovranno considerare nei calcoli da svolgere per allocare i requisiti di affidabilità alle apparecchiature. Le tabelle che seguono sono state compilate considerando, quando necessario, l’ipotesi che l’intervallo temporale tra la ricezione del telegramma corretto (M o D) e del telegramma errato (E) sia minore della massima distanza consentita tra due Boe appartenenti allo stesso PI.



8.1.2.1.1 Guasto per il CI di tipo A La tabella dei guasti gravi per un CI di tipo A è la seguente:

N° di volte

che si ripete la riga

Stato

Tlg # 1 (boa fissa)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

2

M

S

1

S

S

2

S

E

1

S

D

1(*)

E

E

Tabella 5 – Guasti gravi per CI di tipo A

(*) questa situazione è possibile sia in presenza di due guasti alle boe sia in presenza di guasto ad una boa ed all’encoder. La tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo A è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa fissa)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

1

M

D

1

E

D

1(**)

M

E

Tabella 6 – Guasti maggiori per CI di tipo A

(**) questa situazione è possibile sia in presenza di guasto alla boa sia in presenza di guasto all’encoder. Si osserva che in assenza di appuntamento, la condizione SS non è diagnosticabile. Tutte le altre possibili combinazioni tra gli stati dei telegrammi, non indicate nelle tabelle, non comportano guasti con impatto sulla circolazione.



8.1.2.1.2 Guasto per il CI di tipo B Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti gravi per un CI di tipo B è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2 e 3-4):

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa fissa)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa fissa)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

4

S

M

M

M

6

S

S

M

M

2

E

E

M

M

4

E

S

M

M

4

S

D

M

D

2(*)

S

E

M

E

2(*)

E

E

M

E

Tabella 7 – Guasti gravi per CI di tipo B

(*) nell’ipotesi di considerare non più di due guasti contemporanei, questa situazione è possibile solo se gli stati E dei telegrammi 2 e 4 sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder. Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo B è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa fissa)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa fissa)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

1

M

D

M

D

2

E

D

M

D

2

M

E

M

M

1

M

E

M

E

2

M

E

M

D

Tabella 8 – Guasti maggiori per CI di tipo B

Si osserva che in assenza di appuntamento, la condizione SS non è diagnosticabile. Limitatamente alla presenza di non più di due guasti contemporanei, tutte le altre possibili combinazioni tra gli stati dei telegrammi, non indicate nelle tabelle, non comportano guasti con impatto sulla circolazione.



8.1.2.1.3 Guasto per il CI di tipo C Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti gravi per un CI di tipo C è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2, 3-4 e 5-6):

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa fissa)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa fissa)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

Stato

Tlg # 5 (boa fissa)

Stato

Tlg # 6 (boa comm.)

6

S

M

M

M

M

M

15

S

S

M

M

M

M

3

E

E

M

M

M

M

6

E

S

M

M

M

M

6

S

D

M

D

M

D

3(*)

S

E

M

E

M

E

3(*)

E

E

M

E

M

E

Tabella 9 – Guasti gravi per CI di tipo C

Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo C è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa fissa)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa fissa)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

Stato

Tlg # 5 (boa fissa)

Stato

Tlg # 6 (boa comm.)

1

M

D

M

D

M

D

3

E

D

M

D

M

D

3

M

E

M

M

M

M

3

M

E

M

E

M

M

3

M

E

M

D

M

D

1(*)

M

E

M

E

M

E

Tabella 10 – Guasti maggiori per CI di tipo C

(*) nell’ipotesi di considerare non più di due guasti contemporanei, questa situazione è possibile solo se gli stati E dei telegrammi 2, 4 e 6 sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder. Si osserva che in assenza di appuntamento, la condizione SS non è diagnosticabile. Limitatamente alla presenza di non più di due guasti contemporanei, tutte le altre possibili



combinazioni tra gli stati dei telegrammi, non indicate nelle tabelle, non comportano guasti con impatto sulla circolazione. 8.1.2.1.4 Guasto per il CI di tipo D Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti gravi per un CI di tipo D è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2, 3-4, 5-6 e 7-8):

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa fissa)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa fissa)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

Stato

Tlg # 5 (boa fissa)

Stato

Tlg # 6 (boa comm.)

Stato

Tlg # 7 (boa fissa)

Stato

Tlg # 8 (boa comm.)

8

S

M

M

M

M

M

M

M

28

S

S

M

M

M

M

M

M

4

E

E

M

M

M

M

M

M

8

E

S

M

M

M

M

M

M

8

S

D

M

D

M

D

M

D

4(*)

S

E

M

E

M

E

M

E

4(*)

E

E

M

E

M

E

M

E

Tabella 11 – Guasti gravi per CI di tipo D

Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo D è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa fissa)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa fissa)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

Stato

Tlg # 5 (boa fissa)

Stato

Tlg # 6 (boa comm.)

Stato

Tlg # 7 (boa fissa)

Stato

Tlg # 8 (boa comm.)

1

M

D

M

D

M

D

M

D

4

E

D

M

D

M

D

M

D

4

M

E

M

M

M

M

M

M

4

M

E

M

E

M

M

M

M

4

M

E

M

D

M

D

M

D

1(*)

M

E

M

E

M

E

M

E

Tabella 12 – Guasti maggiori per CI di tipo D

(*) nell’ipotesi di considerare non più di due guasti contemporanei, questa situazione è possibile solo se gli stati E dei telegrammi 2, 4, 6 e 8 sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder.



Si osserva che in assenza di appuntamento, la condizione SS non è diagnosticabile. Limitatamente alla presenza di non più di due guasti contemporanei, tutte le altre possibili combinazioni tra gli stati dei telegrammi, non indicate nelle tabelle, non comportano guasti con impatto sulla circolazione. 8.1.2.1.5 Guasto per il CI di tipo E La tabella dei guasti gravi per un CI di tipo E è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa comm)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

2

M

S

1

S

S

2

S

E

2

S

D

1(*)

E

E

Tabella 13 – Guasti gravi per CI di tipo E

(*) questa condizione può essere il risultato di due guasti contemporanei alle boe o di un solo guasto all’encoder che determina due telegrammi E. La tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo E è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa comm)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

1

D

D

2

D

E

Tabella 14 – Guasti maggiori per CI di tipo E

Si osserva che in assenza di appuntamento, la condizione SS non è diagnosticabile. Tutte le altre possibili combinazioni tra gli stati dei telegrammi, non indicate nelle tabelle, non comportano guasti con impatto sulla circolazione. 8.1.2.1.6 Guasto per il CI di tipo F Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti gravi per un CI di tipo F è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2 e 3-4):



N° di volte che si ripete

la riga

Stato

Tlg # 1 (boa comm)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa comm)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

4

S

M

M

M

6

S

S

M

M

2

E

E

M

M

4

E

S

M

M

4

S

D

D

D

1(*)

E

E

E

E

Tabella 15 – Guasti gravi per CI di tipo F

(*) nell’ipotesi di considerare non più di due guasti contemporanei, questa situazione è possibile solo se gli stati E di tutti i telegrammi sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder. Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo F è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa comm)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa comm)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

1

D

D

D

D

4

E

D

D

D

Tabella 16 – Guasti maggiori per CI di tipo F




8.1.2.1.7 Guasto per il CI di tipo G La tabella dei guasti gravi per un CI di tipo G è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa comm)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

2

M

S

1

S

S

2

S

E

2

S

D

1(*)

E

E

Tabella 17 – Guasti gravi per CI di tipo G

(*) questa condizione può essere il risultato di due guasti contemporanei sia alle due boe sia ai due encoder. La tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo G è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa comm)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

1

D

D

2

D

E

Tabella 18 – Guasti maggiori per CI di tipo G

Si osserva che in assenza di appuntamento, la condizione SS non è diagnosticabile. Tutte le altre possibili combinazioni tra gli stati dei telegrammi, non indicate nelle tabelle, non comportano guasti con impatto sulla circolazione.



8.1.2.1.8 Guasto per il CI di tipo H Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti gravi per un CI di tipo H è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2 e 3-4):

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa comm)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa comm)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

4

S

M

M

M

6

S

S

M

M

2

E

E

M

M

4

E

S

M

M

4

S

D

M

D

4(*)

S

E

M

E

4(*)

E

E

M

E

1(**)

E

E

E

E

Tabella 19 – Guasti gravi per CI di tipo H

(*) nell’ipotesi di considerare non più di due guasti contemporanei, questa situazione è possibile solo se gli stati E dei telegrammi 2, e 4 sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder. (**) nell’ipotesi di considerare non più di due guasti contemporanei, questa situazione è possibile solo se gli stati E di tutti i telegrammi sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder. Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo H è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa comm)

Stato

Tlg # 2 (boa comm.)

Stato

Tlg # 3 (boa comm)

Stato

Tlg # 4 (boa comm.)

1

D

D

D

D

Tabella 20 – Guasti maggiori per CI di tipo H




8.1.2.1.9 Guasto per il CI di tipo I La tabella dei guasti gravi per un CI di tipo I è la seguente:

N° di volte


Stato

Tlg # 1 (boa fissa)

Stato

Tlg # 2 (boa fissa)

2

M

S

1

S

S

2

S

E

1

E

E

Tabella 21 – Guasti gravi per CI di tipo I

Il CI di tipo I non determina guasti maggiori Si osserva che in assenza di appuntamento, la condizione SS non è diagnosticabile. Tutte le altre possibili combinazioni tra gli stati dei telegrammi, non indicate nelle tabelle, non comportano guasti con impatto sulla circolazione.



8.1.2.2 Modello dell’affidabilità per il SST Le ipotesi per costruire il modello matematico sono: 1. I guasti sono casuali e non dovuti all’invecchiamento (per tutti i componenti, l’intervallo di

osservazione non supera la vita utile delle apparecchiature), quindi è possibile considerare costante il tasso di guasto λ.

2. Mediamente 1 guasto grave al SST (come definito nel § 8.1.2.1) ogni x2 ore. 3. Mediamente 1 guasto maggiore al SST (come definito nel § 8.1.2.1) ogni x1 ore. 4. Mediamente 1 guasto qualsiasi (senza che necessariamente sia pregiudicata la regolarità

di esercizio) al SST ogni w ore. 5. I valori di affidabilità associati a ciascuna linea, in funzione del tipo di guasto, non

considerano l’evento della corruzione del telegramma durante la sua trasmissione (random interference).

Nell’analisi presente si considerano solamente i guasti casuali di natura hardware. Se con il pedice ST si indicano i valori relativi all’intero sistema di terra, per le ipotesi 2, 3 e 4 valgono rispettivamente per l’affidabilità di missione in funzione della categoria di guasto e per l’affidabilità di base:

λ ST missST missMTBF x_ _

_ _2

2 2

1 1= =

λ ST missST missMTBF x_ _

_ _1

1 1

1 1= =

λ ST baseST baseMTBF w_

_

= =1 1

I valori di tasso di guasto λST_miss1 λST_miss_2 λST_base sono da ripartire tra i componenti degli apparati che costituiscono i CI. Volendo creare un modello indipendente dall’architettura e dalla tecnologia delle apparecchiature, con un approccio top-down non è possibile spingersi fino al calcolo degli indici di affidabilità dei diversi CI individuati. Il valore del tasso di guasto o del MTBF sarà quindi attribuito all’intero SST per le linee considerate di riferimento (vedere § 7.1.2) una volta imposti gli intervalli di tempo x1, x2 e w entro i quali, mediamente, si accetta un guasto maggiore o grave o che comunque comporti un intervento manutentivo. Per il PI non sarà preso in considerazione il tempo di effettivo funzionamento (il duty-cycle) quindi i valori di MTBF calcolati vanno intesi come se i CI fossero attivi 24h/24 (ipotesi vera per alcuni dei possibili elementi che costituiscono il PI quali gli encoder che sono alimentati con continuità).



8.1.2.3 Calcolo dei requisiti di affidabilità per il SST In questo capitolo saranno calcolati i valori degli indici di affidabilità del SST per linee di riferimento definite al § 7.1.2. 8.1.2.3.1 Indici di affidabilità per linea banalizzata a doppio binario con BAcc Considerando le caratteristiche dello scenario di riferimento descritte nel § 7.1.2.1, tenuto conto dei PI anche sui binari di precedenza e ricordando l’ipotesi penalizzante di assenza di appuntamenti, le condizioni espresse in termini di prestazioni attese sono: • Mediamente non più di un guasto grave ogni 36 giorni cioè x2 = 792 h. • Mediamente non più di un guasto maggiore ogni 22 giorni cioè x1 = 528 h. • Mediamente non più di un guasto qualunque ogni 10 giorni cioè w = 240 h. La tabella seguente riassume i valori di MTBF ed indica i tassi di guasto ricavati dalle definizioni riportate nel § 8.1.2.1.5:

Indici di affidabilità per il SST complessivo (linea a d.b. con BAcc)

Valore

λ di missione per guasto grave (λST_miss_2) 1,37 10-3 h-1

λ di missione per guasto maggiore (λST_miss_1) 1,89 10-3 h-1

λ di base (λST_base) 4,16 10-3 h-1

MTBF di missione per guasto grave (MTBFST_miss_2) 792 h

MTBF di missione per guasto maggiore (MTBFST_miss_1) 528 h

MTBF di base (MTBFST_base) 240 h

Tabella 22 – Indici di affidabilità per il SST di una linea di 150 km a d.b. con BAcc



8.1.2.3.2 Indici di affidabilità per linea non banalizzata a doppio binario senza BAcc Considerando le caratteristiche dello scenario di riferimento descritte nel § 7.1.2.2, tenuto conto dei PI anche sui binari di precedenza e ricordando l’ipotesi penalizzante di assenza di appuntamenti, le condizioni espresse in termini di prestazioni attese sono: • Mediamente non più di un guasto grave ogni 107 giorni cioè x2 = 2568 h. • Mediamente non più di un guasto maggiore ogni 62 giorni cioè x1 = 1488 h. • Mediamente non più di un guasto qualunque ogni 22 giorni cioè w = 528 h. La tabella seguente riassume i valori di MTBF ed indica i tassi di guasto ricavati dalle definizioni riportate nel § 8.1.2.1.5:

Indici di affidabilità per il SST (linea a s.b. senza BAcc)

Valore

λ di missione per guasto grave (λST_miss_2) 3,89 10-4 h-1

λ di missione per guasto maggiore (λST_miss_1) 6,72 10-4 h-1

λ di base (λST_base) 1,89 10-3 h-1

MTBF di missione per guasto grave (MTBFST_miss_2) 2568 h

MTBF di missione per guasto maggiore (MTBFST_miss_1) 1488 h

MTBF di base (MTBFST_base) 528 h

Tabella 23 – Indici di affidabilità del SST di una linea di 150 km a d.b. non banalizzata senza BAcc



8.2 Errore introdotto dall’airgap Nei paragrafi successivi si intende verificare quale contributo ai malfunzionamenti registrati dal SSB dia l’airgap per le linee di riferimento descritte nel § 7.1.2: l’obiettivo è stimarne l’entità da confrontare con i guasti che invece interessano i componenti del SST. Nel § 8.2.4 sono riportate le conclusioni sull’impatto che l’interferenza dell’airgap può provocare sui calcoli di disponibilità e affidabilità del SST. 8.2.1 Definizione di errore dovuto all’airgap Anche se il SST e SSB non sono affetti da alcun guasto, è possibile che il telegramma ricevuto dal SSB sia incorretto, non superi cioè la verifica del codice di ridondanza. Questo avviene poiché, per eventi casuali, il telegramma può essere corrotto durante la sua trasmissione. Tale evento può condurre agli stessi effetti definiti con le categorie di guasto individuate nel § 8.1.2.1, il SSB cioè, non è in grado di discriminare se la corruzione di un telegramma sia dovuta ad un guasto ad un componente del SST o all’interferenza del mezzo di trasmissione. Le stesse tabelle presentate nei § dal 8.1.2.1.1 al 8.1.2.1.9 hanno validità anche tenendo in considerazione il contributo dell’airgap ricordando che, in tal caso, lo stato “E” del messaggio può essere associato pure ad un PI perfettamente funzionante. Si evidenzia però come, contrariamente al caso di guasti del SST, l’interferenza dell’airgap non presupponga alcun intervento manutentivo ed abbia inoltre effetto su un solo treno (un guasto hardware ad un PI interessa invece tutti i treni che vi transitano sopra sino a che il guasto non è riparato). Definita una procedura per la gestione degli errori che consenta di discriminare i guasti agli apparati da semplici disturbi (per esempio considerando un PI guasto solamente dopo che il passaggio consecutivo di un certo numero di treni abbia registrato la stessa perturbazione), il contributo dell’airgap verrà considerato solamente nei casi in cui il malfunzionamento comporta un impatto sulla regolarità di marcia del treno. 8.2.2 Modello per l’affidabilità dell’airgap In questo paragrafo si indicherà un modello per il calcolo della probabilità di ricezione di un messaggio errato in funzione della velocità di passaggio sopra la boa, della lunghezza di contatto e del BER. Da tale valore sarà possibile calcolare, per ogni tipo di PI, la probabilità che si verifichi un guasto grave o maggiore e di conseguenza il numero di perturbazioni a seconda del numero di passaggi. Si definiscono i seguenti parametri: 1. Bit Rate per la boa (velocità di trasmissione) = Fb (bit/s) 2. Tempo di trasmissione di un bit = Tb = 1/ Fb (s) 3. Lunghezza di accoppiamento treno-boa = La (m) 4. Tempo di accoppiamento treno-boa = Ta = La/Vmf (s) 5. Numero di bit captati durante l’accoppiamento = Na = Ta/Tb 6. Bit error rate (probabilità che un bit sia errato) = BER 7. Lunghezza di un messaggio completo = Lm (bit) 8. Numero di messaggi completi captati = Nmg = Na/Lm Gli indici che compaiono ma non sono descritti nel presente paragrafo sono presentati nel §



7.1. Se la probabilità di ricevere un messaggio corretto da una boa (da non confondersi con il PI) è pari a Pm = ( )1− BER Lm , la probabilità di riceverne uno errato è Pe = 1 - ( )1− BER Lm da cui la probabilità che tutti i messaggi ricevuti durante l’accoppiamento con una boa siano errati (il contenuto della boa non è quindi utilizzabile da parte del SSB) è pari a :

( )[ ]P P BERet eN Lm

L FV Lmg

a b

mf m= = − −1 11

Se si indica con E* il messaggio ricevuto completo da una boa, ma con CRC errato a causa dell’interferenza del mezzo di trasmissione, e con λE* il tasso di guasto relativo, allora vale:

λ Em i CI i

et

N k NP*

_=2

24 h-1

dove, per i che varia tra A ed I: • Nm è il numero medio di passaggi giornalieri sopra gli NCI di ciascun tipo; • k è un fattore moltiplicativo che tiene conto dell’effettivo numero di PI che interessano il

SSB durante una missione per ciascun tipo di CI. Per ciascun tipo di CI si considera solamente l’evento probabilisticamente più significativo cioè che, a causa dell’interferenza dell’airgap, porti da uno stato accettabile (eventualmente di guasto che non ha impatto sulla regolarità d’esercizio) ad uno stato di errore grave o maggiore: • per i CI di tipo A, B, C, D:

passaggio dallo stato MM (corretto funzionamento) allo stato ME* (guasto maggiore) a cui corrisponde un tasso di guasto pari a λE*;

• per i CI di tipo E, F, G, H: passaggio dallo stato ME (guasto senza impatto sulla circolazione) allo stato E*E (guasto grave) a cui corrisponde un tasso di guasto proporzionale al prodotto λE*λE dove con λE si indica il tasso di guasto corrispondente alla generazione di un telegramma E sia per colpa della boa sia dell’encoder;

• per il CI di tipo I: passaggio dallo stato ME (guasto senza impatto sulla circolazione) allo stato E*E (guasto grave) a cui corrisponde un tasso di guasto proporzionale al prodotto λE*λE’ dove con λE’ si indica il tasso di guasto corrispondente alla generazione di un telegramma E per colpa della sola boa.



Nel proseguo dei calcoli si assumerà che il tasso di guasto medio che genera un telegramma E, sia per una boa sia per un encoder, sia pari a 10-6 h-1 da cui:

λE = 2 10-6 h-1

λE’ = 10-6 h-1

Nota la distribuzione dei CI (NCI), il tipo di binario (banalizzato o meno) e la frequenza dei treni nelle linee in esame, è possibile determinare il numero ed il tipo di PI incontrati e quindi risalire al numero di errori di terra (Nerr) gravi o maggiori dovuti all’interferenza dell’airgap. Siccome i CI di tipo B, C, D, F ed H comprendono più di un PI si faranno le seguenti ipotesi: • un treno durante una missione può incontrare entrambi i PI di ciascun CI di tipo B; • un treno durante una missione può incontrare non più di 2/3 dei PI di ciascun CI di tipo C; • un treno durante una missione può incontrare non più di 1/2 dei PI di ciascun CI di tipo D; • un treno durante una missione può incontrare entrambi i PI di ciascun CI di tipo F; • un treno durante una missione può incontrare non più di 1/2 dei PI di ciascun CI di tipo H. Per i CI di tipo A, B, C e D la condizione di errore ME* consente al SSB di determinare il verso di validità del PI per cui si dovrà tener conto dei soli PI validi per il senso di marcia del treno. Per i CI di tipo E, F, G, H ed I invece, l’errore E*E non consente al SSB di conoscere il verso di validità del PI per cui tutti i PI incontrati dal treno dovranno essere considerati. Per ciascun CI vale in un anno:

Nerr i anno CI i_ _ _= 8760λ dove, ricordando che Nm è il numero medio di passaggi giornalieri sopra gli NCI di ciascun tipo e che k è un fattore moltiplicativo che tiene conto dell’effettivo numero di PI che interessano il SSB durante una missione, vale:

λ λCI i i CI i m ik N N_ _( )= Per l’equazione sopra si considerano le seguenti approssimazioni: • λi = λE* per i CI di tipo A, B, C, D • λi = λE*λE per i CI di tipo E, F, G, H • λi = λE*λE’ per i CI di tipo I Il numero di errori in un anno per l’intera linea è infine:

N Nerr anno err i anno_ _ _= ∑



8.2.3 Calcolo del numero di errori dovuti all’airgap Nei successivi paragrafi viene calcolato, per le linee di cui al § 7.1.2, il numero di errori provocati da un’interferenza dell’airgap in funzione delle ipotesi e delle formule definite nel § 8.2.2. 8.2.3.1 Linea banalizzata a d.b. con BAcc Le seguenti tabelle indicano il numero di errori causati dall’interferenza dell’airgap per la linea descritta nel § 7.1.2.1. Valgono le seguenti ipotesi: • La linea è attraversata, complessivamente per entrambi i sensi di marcia, da 200 treni al

giorno (quindi Nm = 200)2. • In stazione ¼ dei treni (1/4 Nm) percorrono i binari di precedenza mentre i restanti (3/4 Nm)

percorrono i binari di c.t. per cui nella linea in esame vale: • 75 CI di tipo E sono interessati da tutte le Nm missioni mentre i restanti 75 CI di tipo E

interessano solo le missioni che percorrono le stazioni sui binari di precedenza; • i 9 CI di tipo G sono interessati da tutte le Nm missioni; • i 33 CI di tipo H sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari

di c.t.; • 348 CI di tipo I sono interessati da tutte le Nm missioni mentre i restanti 75 CI di tipo I

interessano solo le missioni che percorrono le stazioni sui binari di precedenza. • I valori dei coefficienti ki che interessano la linea in esame sono:

• KE = ½ perché un treno incontra ¼ dei PI validi per il proprio senso di marcia (linea a d.b. banalizzata) ed appartenenti al CI di tipo E però devono essere considerati pure quelli incontrati e validi per il senso di marcia opposto;

• KG = ½ per le stesse considerazioni valide per KE; • KH = 2 perché un treno incontra ½ dei PI validi per il proprio senso di marcia ed

appartenenti al CI di tipo H (il CI di tipo H comprende due PI) però devono essere considerati pure quelli incontrati e validi per il senso di marcia opposto;

• KI = ½ per le stesse considerazioni valide per KE. • La lunghezza Lm di un messaggio completo è pari a 319 bit (255 bit del telegramma più 64

bit di stabilità). • Come da specifica (vedere relativo capitolo del vol. 1 delle SRS [3]) vale Fb = 50 kbit/s. • Per la scelta dei valori del BER si veda il relativo capitolo del vol.1 delle SRS [3]. Per il significato dei simboli nelle tabelle e per l’espressione di calcolo di Pet si veda il § 8.2.2.

2 Le 200 missioni al giorno sono pari ad una frequenza di un treno ogni 6 min per 20 ore su 24 o un treno ogni 12 min per ciascun senso di marcia.



Considerando il BER = 10-6 vale:

Fb (bit/s) La (cm) Vmf (km/h) Pet Nerr_anno 5 104 50 80 4,7 10-13 6 10-7 5 104 60 80 1,6 10-15 2 10-9 5 104 50 150 2,6 10-7 3,4 10-1 5 104 60 150 1,3 10-8 1,6 10-2 5 104 50 220 3,3 10-5 42 5 104 60 220 4,2 10-6 5

Tabella 24 – Contributo dell’airgap (con BER = 10-6) agli errori su una linea di 150 km a d.b. con BAcc


Fb (bit/s) La (cm) Vmf (km/h) Pet Nerr 5 104 50 80 1,4 10-16 1,8 10-10 5 104 60 80 9,4 10-20 1,2 10-13 5 104 50 150 3,5 10-9 4,5 10-3 5 104 60 150 7,1 10-11 9 10-5 5 104 50 220 1,7 10-6 2 5 104 60 220 1,2 10-7 1,5 10-1

Tabella 25 – Contributo dell’airgap (con BER = 10-7) agli errori su una linea di 150 km a d.b. con BAcc



8.2.3.2 Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc Le seguenti tabelle indicano il numero di errori causati dall’interferenza dell’airgap per la linea descritta nel § 7.1.2.2. Valgono le seguenti ipotesi: • La linea è attraversata, complessivamente per entrambi i sensi di marcia, da 50 treni al

giorno (quindi Nm = 100)3. • In stazione ¼ dei treni (1/4 Nm) percorrono i binari di precedenza mentre i restanti (3/4 Nm)

percorrono i binari di c.t. per cui nella linea in esame vale: • i 10 CI di tipo A sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari

di precedenza; • i 12 CI di tipo B sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari

di precedenza; • i 2 CI di tipo C sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari di

precedenza; • i 2 CI di tipo D sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari di

precedenza; • i 25 CI di tipo F sono interessati da tutte le Nm missioni; • i 25 CI di tipo H sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari

di c.t.; • 100 CI di tipo I sono interessati da tutte le Nm missioni mentre i restanti 50 CI di tipo I

interessano solo le missioni che percorrono le stazioni sui binari di precedenza. • I valori dei coefficienti ki che interessano la linea in esame sono:

• KA = ¼ perché un treno incontra ¼ dei PI validi per il proprio senso di marcia (le precedenze sono banalizzate) ed appartenenti al CI di tipo A e non devono essere considerati i PI validi per il senso di marcia opposto;

• KB = 1 perché un treno incontra tutti e due i PI appartenenti al CI di tipo B ma uno solo è valido per il proprio senso di marcia;

• KC = 1 perché un treno incontra solo due dei tre PI appartenenti al CI di tipo C ma solo uno è valido per il proprio senso di marcia;

• KD = 1 perché un treno incontra solo due dei quattro PI appartenenti al CI di tipo D ma solo uno è valido per il proprio senso di marcia;

• KF = 2 perché un treno incontra entrambi i PI del CI di tipo F ed entrambi sono validi per il proprio senso di marcia;

• KH = 1 perché un treno incontra solo uno dei due PI appartenenti al CI di tipo H e questo deve essere considerato pure se valido per il senso di marcia opposto;

• KI = 1/2 perché un treno incontra ¼ dei PI validi per il proprio senso di marcia ed appartenenti al CI di tipo I (le precedenze sono banalizzate ed anche la linea deve essere considerata banalizzata per quanto riguarda i PI SCMT di linea) però devono essere considerati pure i PI incontrati e validi per il senso di marcia opposto;

• La lunghezza Lm di un messaggio completo è pari a 319 bit (255 bit del telegramma più

3 Le 100 missioni al giorno sono pari ad una frequenza di un treno ogni 24 min per 20 ore su 24 per ciascun senso di marcia.



64 bit di stabilità). • Come da specifica (vedere il relativo capitolo del vol. 1 delle SRS [3]) vale Fb = 50 kbit/s. • Per la scelta dei valori del BER si veda il relativo capitolo del vol.1 delle SRS [3]. Per il significato dei simboli nelle tabelle e per l’espressione di calcolo di Pet si veda il § 8.2.2. Considerando il BER = 10-6 vale:

Fb (bit/s) La (cm) Vmf (km/h) Pet Nerr_anno 5 104 50 80 4,7 10-13 3,4 10-5 5 104 60 80 1,6 10-15 10-7 5 104 50 150 2,6 10-7 19 5 104 60 150 1,3 10-8 1

Tabella 26 – Contributo dell’airgap (con BER = 10-6) agli errori su una linea di 150 km a d.b. senza BAcc


Fb (bit/s) La (cm) Vmf (km/h) Pet Nerr 5 104 50 80 1,4 10-16 10-8 5 104 60 80 9,4 10-20 6,7 10-12 5 104 50 150 3,5 10-9 2,5 10-1 5 104 60 150 7,1 10-11 5 10-3

Tabella 27 – Contributo dell’airgap (con BER = 10-7) agli errori su una linea di 150 km a d.b. senza BAcc

8.2.4 Considerazioni sull’errore introdotto dall’airgap Osservando i valori indicati nelle tabelle riportate nei § 8.2.3.1 e 8.2.3.2 e considerando che il dato BER = 10-6 rappresenta un valore di worst case (vedere vol.1 delle SRS [3]), si conclude che, per la verifica dei requisiti di affidabilità del SST, l’interferenza dell’airgap possa essere trascurata.



8.3 Manutenibilità Obiettivo dei successivi paragrafi è quello di definire i requisiti da attribuire agli indici di manutenzione correttiva per il SST e SSB. Per gli altri aspetti progettuali relativi alla manutenibilità si veda il capitolo RAM del volume 1 delle SRS [3]. 8.3.1 Definizione degli indici di manutenibilità Il tempo tra il verificarsi del guasto ed il ripristino della condizione di corretto funzionamento, può essere scomposto in diversi intervalli i cui responsabili per il rispetto del tempo sono sia i fornitori sia il personale che gestisce la manutenzione degli IS e dei mezzi di trazione. Tali intervalli di tempo sono di seguito individuati e descritti in funzione del tipo di operazione da svolgere. • Individuazione del guasto: tempo che intercorre tra il verificarsi del guasto e la presa

coscienza del tipo di guasto (quali funzioni sono indisponibili). Responsabile per il rispetto del tempo: progettisti dei requisiti e fornitori apparati.

• Informazione ai responsabili: nel caso di guasto a bordo equivale al tempo che intercorre tra la presa coscienza del tipo di guasto da parte del PdM e la comunicazione dell’informazione al responsabile al movimento (DM o DCT); nel caso di guasto a terra equivale al tempo che intercorre tra la presa coscienza del tipo di guasto da parte del PdM o del responsabile al movimento, se esiste un sistema centralizzato di diagnostica del SST, e la comunicazione dell’informazione al personale responsabile della manutenzione (squadra lavori). Responsabile per il rispetto del tempo: personale FS.

• Raggiungimento termine corsa/luogo di intervento: nel caso di guasto a bordo, equivale al tempo medio che intercorre tra la comunicazione del guasto al responsabile del movimento ed il raggiungimento, da parte del treno, della stazione dove termina la corsa o del luogo dove comunque è ripristinata la completa disponibilità del sistema (per esempio tramite l’utilizzo di un mezzo di riserva); nel caso di guasto a terra equivale al tempo che intercorre tra la comunicazione del guasto alla squadra lavori ed il momento in cui questa raggiunge il luogo dove occorre effettuare la riparazione/sostituzione (tale tempo contiene anche i tempi accessori necessari alla squadra per gli spostamenti, per prepararsi e procurarsi l’attrezzatura e gli strumenti). Responsabile per il rispetto del tempo: PdM e personale addetto alla manutenzione di terra.

• Verifica ed isolamento del guasto: è il tempo necessario per verificare la presenza del guasto e l’individuazione della parte di apparato più piccola su cui intervenire per la sostituzione o riparazione.

Responsabile per il rispetto del tempo: fornitori apparati e personale di manutenzione. • Sostituzione/riparazione del componente: tempo che intercorre tra l’inizio dell’azione di

intervento della squadra di manutenzione, nel luogo dove avviene l’intervento (binario, officina o locomotiva), e la completata sostituzione del componente guasto.

Responsabile per il rispetto del tempo: progettisti dei requisiti, fornitori apparati e personale di manutenzione.



• Riattivazione del sistema: tempo che intercorre tra la conclusa sostituzione del componente guasto ed il momento in cui il sistema è pronto per essere nuovamente utilizzato (comprende l’inizializzazione ed i test di corretto montaggio/funzionamento tramite verifica manuale o tramite l’utilizzo di un tool). Responsabile per il rispetto del tempo: fornitori apparati e personale di manutenzione.

Si ricorda che l’intervento di manutenzione correttiva può essere svolto solamente da personale autorizzato ed opportunamente addestrato e che, nel caso del SSB, l’intervento è generalmente operato in officina. Una volta raggiunto il termine corsa con o senza l’ausilio di un mezzo di riserva, deve quindi anche essere considerato il tempo necessario per organizzare ed effettuare il trasferimento in officina (durante questo tempo il mezzo non è comunque considerato in servizio così come nel caso in cui la corsa sia terminata tramite l’ausilio di un mezzo di riserva). Al fine di esprimere i requisiti di manutenibilità si definiscono due tempi: MTTR e MTTReff. • MTTR rappresenta il tempo medio tra il verificarsi del guasto ed il ripristino delle

condizioni di regolari di funzionamento nel sistema ferroviario. MTTR è un indice significativo di progettazione per i fornitori e per FS poiché, in presenza di guasto con impatto sulla circolazione, rappresenta il tempo medio di servizio durante il quale il sistema funziona in condizioni degradate e quindi in situazione di protezione ridotta, mentre per guasti che non hanno impatto sulla regolarità di marcia rappresenta un parametro di calcolo dei requisiti di affidabilità in presenza di sistemi ridondati; MTTR assume un significato diverso per il SSB e SST poiché, nel primo caso, l’intervento di manutenzione è svolto in una opportuna officina essendo oramai la disponibilità del sistema ferroviario ripristinata tramite la sostituzione della locomotiva con una con SCMT funzionante (si ipotizza infinito il numero di riserve) mentre nel secondo caso la riparazione è svolta sul campo e quindi con il sistema ancora indisponibile. Per il SSB il valore di MTTR comprende i seguenti intervalli di tempo: • individuazione del guasto; • informazione ai responsabili; • raggiungimento termine corsa/luogo di intervento. Per il SST invece il valore di MTTR comprende: • individuazione del guasto; • informazione ai responsabili; • raggiungimento termine corsa/luogo di intervento. • isolamento del guasto; • sostituzione/riparazione del componente; • riattivazione del sistema.

• MTTReff rappresenta il tempo medio necessario per l’intervento di manutenzione correttiva.



MTTReff è il requisito di manutenibilità rivolto al fornitore dei componenti del sistema.

Sia per il SSB che per SST il valore di MTTReff comprende i seguenti intervalli di tempo: • isolamento del guasto; • sostituzione/riparazione del componente; • riattivazione del sistema. Si deduce quindi che nel caso del SST, MTTReff è incluso in MTTR contrariamente a quanto accade nel caso del SSB.

8.3.1.1 Requisiti di manutenibilità del SSB Sono due i valori di MTTR di riferimento per la verifica dei requisiti di affidabilità e disponibilità di progetto: • per guasti immobilizzanti o gravi o di servizio (vedere § 8.1.1.1) si considera un MTTR

medio pari a 4 h; • per guasti che non hanno impatto sulla regolarità d’esercizio, si considera un MTTR pari a

48 h. Il requisito per MTTReff è indipendente dalla tipologia di guasto ed è pari ad 1 h. 8.3.1.2 Requisiti di manutenibilità del SST Sono due i valori di MTTR di riferimento per la verifica dei requisiti di affidabilità e disponibilità di progetto: • per guasti gravi o maggiori (vedere § 8.1.2.1) si considera un MTTR medio pari a 4 h; • per guasti che non hanno impatto sulla regolarità d’esercizio, si considera un MTTR pari a

48 h. Il requisito per MTTReff è indipendente dalla tipologia di guasto ed è pari ad 1 h. 8.3.2 Tempo medio annuale di manutenzione correttiva Noto il numero medio di guasti ammessi, si può stimare il tempo totale di ore di manutenzione correttiva richiesto in un anno dal sistema CMT sulle linee di riferimento. 8.3.2.1 Tempo medio di manutenzione correttiva per il SSB Il tempo che la squadra lavori deve spendere per riparare un guasto ad un componente del SSB è il MTTReff; non si considerano quindi i tempi di attesa dovuti a ragioni organizzative o di logistica così come è escluso il tempo necessario per far raggiungere l’officina al mezzo guasto. 8.3.2.1.1 Mezzi di trazione “ordinari” In questo caso vale: • Numero medio di guasti, di qualsiasi categoria essi siano, ammessi in un anno = 37 (un

guasto ogni 10 giorni - si veda il valore di w nel § 8.1.1.3.1)



• MTTReff = 1 h (come richiesto nel § 8.3.1.1). Il tempo totale stimato di manutenzione correttiva effettiva annua è quindi pari a 37 ore in un sistema caratterizzato un totale di 160 ore di funzionamento giornaliere svolte da 10 mezzi di trazione “ordinari” che lavorano per circa 16 ore al giorno. 8.3.2.1.2 Mezzi di trazione “pregiati” In questo caso vale: • Numero medio di guasti, di qualsiasi categoria essi siano, ammessi in un anno = 46 (un

guasto ogni 8 giorni - si veda il valore di w nel § 8.1.1.3.2) • MTTReff = 1 h (come richiesto nel § 8.3.1.1). Il tempo totale stimato di manutenzione correttiva effettiva annua è quindi pari a 46 ore in un sistema caratterizzato da un totale di 160 ore di funzionamento giornaliere svolte da 10 mezzi di trazione “pregiati” che lavorano per circa 16 ore al giorno. Il maggior numero di guasti, e quindi di ore di manutenzione, rispetto al caso di mezzi “ordinari”, va attribuito al maggior numero di componenti resi necessari per ridondare gli apparati. Il più alto numero di guasti “qualsiasi” è quindi il prezzo da pagare per ridurre i guasti con impatto sulla circolazione. 8.3.2.2 Tempo medio di manutenzione correttiva per il SST Anche per il SST, il tempo di manutenzione correttiva che la squadra lavori deve spendere per riparare un guasto è MTTReff; non si considerano quindi i tempi di attesa dovuti a ragioni organizzative o di logistica per raggiungere il luogo di intervento. 8.3.2.2.1 Linea banalizzata a d.b. con BAcc In questo caso vale: • Numero medio di guasti, di qualsiasi categoria essi siano, ammessi in un anno = 37 (un

guasto ogni 10 giorni - si veda il valore di w nel § 8.1.2.3.1) • MTTReff = 1 h (come richiesto nel § 8.3.1.2). Il tempo totale stimato di manutenzione correttiva effettiva annua è quindi pari a 37 ore per una linea a d.b. con BAcc di 150 km caratterizzata da una popolazione di 648 PI di cui 423 a boe fisse. 8.3.2.2.2 Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc In questo caso vale: • Numero medio di guasti, di qualsiasi categoria essi siano, ammessi in un anno = 17 (un

guasto ogni 22 giorni - si veda il valore di w nel § 8.1.2.3.2) • MTTReff = 1 h (come richiesto nel § 8.3.1.2). Il tempo totale stimato di manutenzione correttiva effettiva annua è quindi pari a 17 ore per una linea a d.b. di 150 km senza BAcc caratterizzata da una popolazione di 298 PI di cui 150 a boe fisse, 100 a boe commutate ed i restanti ad una boa fissa ed una commutata.



8.4 Disponibilità Nei paragrafi che seguono sono stimati i valori della disponibilità operativa e della disponibilità intrinseca in funzione dei requisiti di affidabilità e manutenibilità espressi nei capitoli precedenti. Nella trattazione non saranno presi in considerazione i guasti che non hanno impatto sulla regolarità di marcia perché essi non influenzano la disponibilità del sistema. Il presente documento non affronta il problema del calcolo e della gestione delle scorte, per cui tutta l’analisi successiva sarà svolta trascurando l’ipotesi di indisponibilità delle scorte e considerando illimitata la disponibilità dei mezzi di trazione di riserva attrezzati SCMT. 8.4.1 Disponibilità Operativa L’obiettivo di questo capitolo è la determinazione della Disponibilità Operativa per il SSB e SST CMT. La disponibilità operativa è un indice legato al servizio offerto e sarà calcolata per i sistemi interi, costituiti da Nt treni e dal previsto numero di PI, definiti negli scenari di riferimento (§ 7.1.1 e 7.1.2) La Disponibilità operativa Ao è così definita:

AT

T Toup

up down

=+

dove:

• Tup è il tempo durante il quale SCMT è in servizio e funziona correttamente o è inattivo ma comunque disponibile;

• Tdown è il tempo durante il quale SCMT non è disponibile. Potendo considerare nullo il tempo di manutenzione preventiva da dedicare ai componenti di bordo e di terra del sistema CMT, Tdown rappresenta il tempo di ripristino della condizione operativa di normale funzionamento del sistema preso a riferimento. Si può anche approssimare:

A MTBFMTBF MTTRo = +

dove:



• MTBF è il tempo tra due guasti che comportano una perturbazione alla circolazione considerando sia il tempo di effettivo funzionamento sia quello di stand by freddo tra due accensioni;

• MTTR è definito nel § 8.3.1; Come avvenuto per gli indici di affidabilità e manutenibilità, verrà sviluppata una trattazione indipendente per il SSB e SST. 8.4.1.1 Disponibilità Operativa per il SSB Si valuta, di seguito, il valore della Disponibilità Operativa per il sistema costituito da Nt mezzi “ordinari” e “pregiati” in funzione delle tipologie di guasto che comportano un impatto sulla regolarità di marcia. 8.4.1.1.1 Mezzi di trazione “ordinari” Con riferimento ai § 8.1.1.3 e 8.1.1.3.1 valgono: • Per guasti immobilizzanti o gravi che interessano il sistema di riferimento definito nel §

7.1.1: MTBFSB_miss_23= 13.128 h

• Per guasti di servizio: MTBFSB_miss_1 = 2.904 h

Indipendentemente se il guasto è immobilizzante o grave o di servizio e con riferimento al § 8.3.1.1 vale: • MTTR = 4 h

Nella tabella che segue, per il sistema preso a riferimento, si riassumono i valori di Disponibilità Operativa, in presenza di mezzi “ordinari”, calcolati con l’espressione riportata nel § 8.4.1, ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo.

Tipo di guasto Disponibilità Operativa Tempo annuo di indisponibilità

Immobilizzante o grave 0,9997 2,7 h

Di servizio 0,99862 12 h

Tabella 28 – Disponibilità Operativa per il sistema costituito da Nt SSB di mezzi “ordinari”

8.4.1.1.2 Mezzi di trazione “pregiati” Con riferimento ai § 8.1.1.3 e 8.1.1.3.2 valgono: • Per guasti immobilizzanti o gravi che interessano il sistema di riferimento definito nel §

7.1.1: MTBFSB_miss_23 = 21.888 h

• Per guasti di servizio:



MTBFSB_miss_1 = 14.592 h Indipendentemente se il guasto è immobilizzante o grave o di servizio e con riferimento al § 8.3.1.1 vale: • MTTR = 4 h Nella tabella che segue, per il sistema preso a riferimento, si riassumono i valori di Disponibilità Operativa, in presenza di mezzi “pregiati”, calcolati con l’espressione riportata nel § 8.4.1 ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo.



Di servizio 0,99973 2,4 h

Tabella 29 – Disponibilità Operativa per il sistema costituito da Nt SSB di mezzi “pregiati”

8.4.1.2 Disponibilità Operativa per il SST Si valuta, nei successivi paragrafi, il valore della Disponibilità Operativa per le intere linee di riferimento definite nei § 7.1.2.1 (linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc) e 7.1.2.2 (linea di 150 km a d.b. senza BAcc) in funzione delle tipologie di guasto che comportano un impatto sulla regolarità di marcia. 8.4.1.2.1 Linea banalizzata a d.b. con BAcc Con riferimento al § 8.1.2.3.1 valgono: • Per guasti gravi:

MTBFST_miss_2 = 792 h • Per guasti maggiori:

MTBFST_miss_1 = 528 h Per quanto indicato al § 8.3.1.2, vale: • MTTR = 4 h

Nella tabella che segue si riassumono i valori di Disponibilità Operativa, calcolati con l’espressione riportata nel § 8.4.1, ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo per una linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc.


Grave 0,99497 44 h

Maggiore 0,99248 66 h

Tabella 30 – Disponibilità Operativa per una linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc



8.4.1.2.2 Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc Con riferimento al § 8.1.2.3.2 valgono: • Per guasti gravi:

MTBFST_miss_2 = 2.568 h • Per guasti maggiori:

MTBFST_miss_1 = 1.488 h Per quanto indicato al § 8.3.1.2, vale: • MTTR = 4 h

Nella tabella che segue si riassumono i valori di Disponibilità Operativa, calcolati con l’espressione riportata nel § 8.4.1, ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo per una linea non banalizzata di 150 km a d.b. senza BAcc.


Grave 0,99844 13,6 h

Maggiore 0,99732 23,5 h

Tabella 31 – Disponibilità Operativa per una linea non banalizzata di 150 km a d.b. senza BAcc

8.4.2 Disponibilità intrinseca Con riguardo al solo tempo di esercizio e di intervento di manutenzione correttiva (sono trascurati tutti i tempi accessori di natura organizzativa e logistica) si definisce la Disponibilità Intrinseca Ai:

AMTBF

MTBF MTTRieff

eff eff

=+

dove MTTReff per il SSB e SST sono definiti nel § 8.3.1 mentre i valori di MTBFeff saranno considerati in funzione delle categorie di guasto che comportano una perturbazione alla circolazione. Analogamente alla Disponibilità Operativa, quella Intrinseca sarà calcolata per i sistemi interi, costituiti da Nt treni e dal previsto numero di PI, definiti negli scenari di riferimento (§ 7.1.1 e 7.1.2); la trattazione verrà sviluppata in maniera indipendente per il SSB e SST. 8.4.2.1 Disponibilità intrinseca per il SSB Si valuta, di seguito, il valore della Disponibilità Intrinseca per i mezzi “ordinari” e “pregiati” in funzione delle tipologie di guasto che comportano un impatto sulla regolarità di marcia.



8.4.2.1.1 Mezzi di trazione “ordinari” Con riferimento al § 8.1.1.3.1 valgono: • Per guasti immobilizzanti o gravi che interessano il sistema di riferimento definito nel §

7.1.1: MTBFSB_miss_23,eff = MTBFSB_miss_23 * dc = 8.752 h

• Per guasti di servizio: MTBFSB_miss_1,eff = MTBFSB_miss_1 * dc = 1.936 h

Indipendentemente se il guasto è immobilizzante o grave o di servizio e con riferimento al § 8.3.1.1 vale: • MTTReff = 1 h

Nella tabella che segue, per il sistema preso a riferimento, si riassumono i valori di Disponibilità Intrinseca, in presenza di mezzi “ordinari”, calcolati con l’espressione riportata nel § 8.4.2 ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo.

Tipo di guasto Disponibilità Intrinseca Tempo annuo di indisponibilità

Immobilizzante o grave 0,999886 1 h


Tabella 32 – Disponibilità Intrinseca per il sistema costituito da Nt SSB di mezzi “ordinari”

8.4.2.1.2 Mezzi di trazione pregiati Con riferimento al § 8.1.1.3.2 valgono: • Per guasti immobilizzanti o gravi che interessano il sistema di riferimento definito nel §

7.1.1: MTBFSB_miss_23,eff = MTBFSB_miss_23 * dc = 14.592 h

• Per guasti di servizio: MTBFSB_miss_1,eff = MTBFSB_miss_1 * dc = 9.728 h

Indipendentemente se il guasto è immobilizzante o grave o di servizio e con riferimento al § 8.3.1.1 vale: • MTTReff = 1 h



Nella tabella che segue, per il sistema preso a riferimento, si riassumono i valori di Disponibilità Intrinseca in presenza di mezzi “pregiati”, calcolati con l’espressione riportata nel § 8.4.2 ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo.

Tipo di guasto Disponibilità Intrinseca Tempo annuo di indisponibilità



Tabella 33 – Disponibilità Intrinseca per il sistema costituito da Nt SSB di mezzi “pregiati”

8.4.2.2 Disponibilità intrinseca per il SST Si valuta, nei successivi paragrafi, il valore della Disponibilità Intrinseca per le intere linee di riferimento definite nei § 7.1.2.1 (linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc) e 7.1.2.2 (linea di 150 km a d.b. senza BAcc) in funzione delle tipologie di guasto che comportano un impatto sulla regolarità di marcia. 8.4.2.2.1 Linea banalizzata a d.b. con BAcc Considerando i componenti del SST funzionanti 24 h su 24, non vi è distinzione tra MTBF e MTBFeff per cui con riferimento al § 8.1.2.3.1 valgono: • Per guasti gravi:

MTBFST_miss_2 = 792 h • Per guasti maggiori:

MTBFST_miss_1 = 528 h Indipendentemente se il guasto è grave o maggiore e con riferimento al § 8.3.1.2 vale: • MTTReff = 1 h Nella tabella che segue si riassumono i valori di Disponibilità Intrinseca, calcolati con l’espressione riportata nel § 8.4.2, ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo per una linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc.


Grave 0,998739 11 h

Maggiore 0,99811 16,5 h

Tabella 34 – Disponibilità Intrinseca per una linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc



8.4.2.2.2 Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc Considerando i componenti del SST funzionanti 24 h su 24, non vi è distinzione tra MTBF e MTBFeff per cui con riferimento al § 8.1.2.3.2 valgono: • Per guasti gravi:

MTBFST_miss_2 = 2.568 h • Per guasti maggiori:

MTBFST_miss_1 = 1.488 h Indipendentemente se il guasto è grave o maggiore e con riferimento al § 8.3.1.2 vale: • MTTReff = 1 h Nella tabella che segue si riassumono i valori di Disponibilità Intrinseca, calcolati con l’espressione riportata nel § 8.4.2, ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo per una linea non banalizzata di 150 km a d.b. senza BAcc.


Grave 0,999611 3,4 h

Maggiore 0,99933 5,8 h

Tabella 35 – Disponibilità Intrinseca per una linea di 150 km a d.b. senza BAcc

SISTEMA CMT FS ANALISI RAM PRELIMINARE Allegato … · SISTEMA CMT FS - ANALISI RAM PRELIMINARE...

Documents

Transcript of SISTEMA CMT FS ANALISI RAM PRELIMINARE Allegato … · SISTEMA CMT FS - ANALISI RAM PRELIMINARE...