Appunti di Complementi di costruzione di macchine

PROTEZIONI

Ripari mobili: sempre accoppiati con dispositivi di sicurezza

Ripari fissi: non per forza accoppiati a dispositivi di sicurezza

Ripari a chiusura automatica: riparo mobile azionato da un elemento della macchina

Riparo regolabile: fisso o mobile, regolabile allo scopo di limitare l’accesso alle parti di

elementi mobili

dispositivi FOPS e ROPS: cellule protettive progettate strutturalmente da resistere in

caso di ribaltamento della macchina, in modo da evitare che l’operatore sia

schiacciato dalla massa (in questo caso dei cingoli). Si hanno sistemi di protezione da

caduta(FOPS) o ribaltamento(ROPS). Queste cellule sono marcate CE, quindi il

progettista fa test strutturali per verificare la resistenza di questi dispositivi. Le lame in

figura hanno un coperchio che si apre al momento dell’utilizzo, mantenendo però

coperta la parte dove l’operatore può entrare in contatto con la lama.

(vedere slide 7 8 e 9)

6 – VALUTAZIONE DEI RISCHI: METODI E STRUMENTI

Rigenerazione (Revamping): parto da un sistema che esiste fisicamente e lo

rigenero. Solitamente interventi di carattere protettivo.

Processo di analisi dei rischi è un flusso logico più o meno sempre uguale in tutti i

campi.

È importante dividere i rischi in 3 macrocategorie:

Per ognuna delle 3 sorgenti di rischio (Tecnologica, Gestionale-organizzativa, Umana)

gli strumenti per l’analisi di sicurezza variano da qualitativi a quantitativi:

1) Sorgente tecnologia

Qualitativi:

Quantitativi:

2) Sorgente gestionale- organizzativo

Qualitativi:

3) Sorgente umana

Qualitativi:

Quantitativi:

Ci sono 2 approcci:

- Deduttivo: si ipotizza l’evento finale (incidente) e si ricercano gli eventi e le

cause che lo hanno provocato (analisi ad albero dei guasti)

- Induttivo: si ipotizza e si valuta la frequenza e la conseguenza del guasto di un

componente o la deviazione di un processo. L'analisi successiva identifica gli

eventi che tale guasto potrebbe verificare e si arriva a conoscere il possibile

incidente. (analisi dei modi di guasto e dei loro effetti o analisi ad albero degli

eventi)

7 – RICHIAMI DI AFFIDABILITA’ DI COMPONENTI E SISTEMI

L’affidabilità (R) è un valore che va da 0 a 1, mentre l’inaffidabilità (F) è il suo

complemento a 1. Con l’andare del tempo l’affidabilità del componente diminuisce e

aumenta la sua inaffidabilità. In figura un esempio su dei computer, per i quali al

tempo t=0, sono tutti affidabili (R=1), cioè

tutti mantengono le prestazioni ad un certo

livello. Con l’andare del tempo l’affidabilità

diminuisce e aumenta l’inaffidabilità.

Molto spesso si pensa che l’affidabilità

riguardi solamente la fase d’uso del

prodotto, in realtà riguarda anche tutte le

fasi del processo produttivo, come la

progettazione, la produzione, il collaudo e

la manutenzione. Questo perché errori

commessi in queste fasi portano

all’inaffidabilità del prodotto.

Seguire un approccio statistico significa partire da dati, raccolti in istogrammi, e infine

fare una rappresentazione di tipo discreto dell’andamento di guasto di un sistema. Se

densità di

faccio l’interpolazione dell’istogramma, la curva interpolante è chiamata

probabilità di guasto , f(t), che dice quanto frequentemente un componente si può

rompere a un tempo t. E’ la derivata dell’inaffidabilità rispetto al tempo.

λ

Tasso di guasto

Un altro parametro fondamentale è il , , che ci fornisce un indice

t

sulla velocità con cui un componente si guasta, cioè è espresso dal rapporto tra il

numero di guasti che si possono verificare su un componente rispetto al milione di ore

o cicli (unità di misura è guasti/ora).

La Bathtub curve indica l’andamento del tasso di guasto nel tempo e mostra che

nella prima parte il tasso di guasto

è elevato a causa della mortalità

infantile. Poi tende ad essere

costante. Questa curva riguarda

quindi i componenti non dipendenti

dal tempo e quindi componenti

elettrici. Se dovessimo disegnare la

curva dell’andamento del tasso di

guasto per componenti meccanici,

non ci sarebbe nessuna zona in cui

il tasso di guasto è costante, ma

subito dopo la zona di mortalità infantile, la curva tenderebbe a risalire. Ricordiamo

che il tasso di guasto è molto utile per calcolare l’affidabilità nel tempo.

MTTF (Mean time to failure): tempo medio al guasto, i prodotti si rompono e finiscono

la loro vita e indica dopo quanto tempo si preveda che avvenga il danneggiamento.

MTBF (Mean time between failure): è riferito a componenti riparabili, e indica quanto

tempo intercorre tra due guasti

MTTR (Mean time to repair): tempo medio al ripristino, alla riparazione di un oggetto.

Indica il tempo di indisponibilità di un sistema a causa di un guasto.

Per il MTBF, essendo un componente riparabile, devo tener conto del tempo tra un

guasto e un altro, sia del tempo necessario a riparare il guasto.

Dall’analisi dati (reperibili tramite database commerciali, sperimentazione), tiro fuori

l’istogramma, identifico la curva , cioè la distribuzione statistica che meglio

rappresenta il fenomeno affidabilistico e con la quale valutare l’andamento dei

parametri affidabilistici visti prima. Possiamo avere istogrammi diversi (normale,

esponenziale, weibull).

componenti di un gruppo treno soggetti a prova

ESEMPIO:

A 45k km, ho un cedimento, a 50k km 3 e così via. Mettendo i dati su un istogramma,

l’andamento dei guasti è gaussiano. Se vado a calcolare il tasso di guasto,

l’andamento è esponenziale. Quindi nella curva della vasca da bagno, vediamo che

siamo nella zona più a destra, infatti i componenti valutati sono freni, che si rompono

per usura.

I sistemi sono dati però da più componenti messi assieme. Passiamo dall’affidabilità

del componente all’affidabilità del sistema. possiamo definire i sistemi in serie,

parallelo standby e complessi.

Sistemi in serie

- : sono come una catena fatta ad anelli, se un anello si rompe la

catena non funziona più. Quindi se devo calcolare

l’affidabilità di un sistema in serie, questa è uguale al

prodotto di tutte le affidabilità dei singoli componenti.

Se un componente ha affidabilità 0, l’affidabilità del

sistema è 0.

In questo grafico è possibile notare che, a parità di affidabilità

del componente, all’aumentare del numero di componenti

diminuisce l’affidabilità.

I sistemi in serie, per essere tali, devono soddisfare 3 ipotesi:

- tasso di guasto sia costante nel tempo

- il guasto di un componente sia indipendente dagli altri

- il guasto di un componente provoca il guasto del sistema

Questi sistemi sono da evitare quando possibili

Sistemi in parallelo

- : sono sistemi più sicuri in quanto significano una ridondanza di

componenti.

Le ipotesi da fare perché un sistema sia da

considerare parallelo sono:

- tasso di guasto dei componenti costante

nel tempo

- guasto di un componente indipendente

dal guasto degli altri

Per quanto riguarda questi sistemi il

grafico riporta sulle ascisse l’affidabilità

del componente e sulle ordinate le affidabilità

del sistema. Si vede che aumentando il

numero di componenti in parallelo,

aumenta l’affidabilità del sistema, a parità

di affidabilità dei singoli componenti. Se

inoltre l’affidabilità dei componenti

aumenta, aumenterà anche l’affidabilità

del sistema

Sistemi standby

- : In questo caso il sistema deve

saper riconoscere il guasto di uno o più componenti ed

intervenire mantenendo inalterate le sue prestazioni.

Quindi vengono messi i componenti in parallelo e

quando uno non funzione si attiva l’altro.

-

Sistemi complessi : In questi sistemi è difficile

trovare i componenti in serie o in parallelo, in

quanto i componenti sono collegati in modo

complesso. Teorema di Bayes

Per questi si può usare il :

“l’affidabilità di un sistema complesso può essere ricavata da una

il postulato dice

somma di affidabilità condizionate”

Ci sono anche altri metodi:

Diagramma causa-effetto Chiamato anche fishbom

diagram(a lisca di pesce). È

usato quando a partire da

un evento di guasto che nasce

in un sistema, voglio cercare

di capire le cause e concause

che hanno portato a

quell’evento. L’effetto è la

lisca del pesce, le lische

sono le cause.

Procedura:

1) definire il problema o l’effetto

2) costituire un team di persone con esperienza sull’attività che ha generato il

problema

3) brainstorming

4) costruire il diagramma secondo l’approccio delle 5 M (Method, Machine, Man,

Measurement,

Material)

5) indagare le cause probabili

6) individuare l’azione correttiva più

opportuna

7) verificare l’efficacia dell’azione

correttiva

FMEA/FMECA (Failure Modes and Effects Analysis)

Metodologia affidabilistica che consente di valutare, in modo sia qualitativo che

quantitativo: (modi di guasto)

- i modi in cui si manifesta un guasto

(cause di guasto)

- le cause che li hanno prodotti

- le conseguenze che queste comportano sulla funzionalità e sulla sicurezza del

(effetti di guasto)

sistema stesso

Approccio induttivo (bottom-up): parte dal basso analizzando tutti i possibili guasti a

livello di componente e si sviluppa verso l’alto individuando le conseguenze che questi

comportano a livello di sistema

Si applica quando:

– Si conosce poco sull’affidabilità dei componenti del sistema

– Si conosce poco sul modo di operare del sistema

– Gli effetti di un guasto possono essere gravi per l’ambiente o per chi opera sul

sistema

– Si vogliono valutare solo alcuni aspetti associati ai guasti

Si può applicare su 3 livelli:

Questa metodologia può essere suddivisa in 3 fasi

1) FEA (Failure Effect Analysis): valutazione degli effetti dei guasti

2) FMEA (Failure Mode Effect Analysis): valutazione degli effetti e dei modi dei

guasti

3) FMECA (Failure Mode Effect Critically Analysis): valutazione degli effetti e dei

modi dei guasti ed analisi di criticità

Applicazione pratica della

metodologia

Fasi preliminari

1) Scomposizione fisica del

problema

fino ad arrivare al componente

elementare (solitamente quando so il