When designing critical products / systems, Reliability, Availability, Safety, and Maintainability (RAMS) aspects have to be accounted for.
Gli standard sono stati definiti per le analisi RAMS in molti settori, ad esempio: RAIL [1] [2] [3], aerospace [4], defence [5], automotive [6] e dispositivi medici [7].
Le norme definiscono il tipo di analisi che devono essere eseguite. La seguente tabella presenta analisi comuni:
| Argomento | Analisi | Senso |
| MTBF | Tempo medio tra guasti | Calcola l'MTBF di componenti e assemblaggi, tenendo conto dell'ambiente e del profilo operativo. I calcoli MTBF sono la base per le analisi di sicurezza, affidabilità e manutenibilità. |
| Sicurezza | Analisi della modalità di errore, effetti e criticità (FMECA) [8] | Analizzare le conseguenze delle singole modalità di guasto (frequenza, gravità e rischio) |
| Sicurezza | Analisi dell'albero dei guasti [9] (FTA) | Calcola il tasso di occorrenza e la probabilità di eventi di sicurezza risultanti da combinazioni complesse di eventi secondari |
| Affidabilità e disponibilità | Diagramma a blocchi dell'affidabilità [10] (RBD) | Calcola affidabilità, disponibilità, tempo medio tra guasti (MTBF) e tempo medio di ripristino (MTTR) di sistemi complessi, in base alle funzionalità minime richieste che consentono al sistema di funzionare. |
| Affidabilità e disponibilità | Catene di Markov [11] | Le catene di Markov consentono di analizzare sistemi complessi modellando ogni possibile stato del sistema e tassi di transizione tra gli stati. |
| manutenibilità | Disponibilità di pezzi di ricambio a magazzino | Calcola la probabilità che uno stock sia disponibile nello stock su richiesta. |
| manutenibilità | Effetto dei pezzi di ricambio sulla disponibilità operativa | Calcola la contabilità della disponibilità operativa del sistema per aumentare i tempi di ripristino a causa della carenza di pezzi di ricambio. |
| manutenibilità | Analisi di testabilità [12] | Progettare un piano di test integrato (BIT) per un'elevata copertura delle modalità di guasto e un rapido isolamento dei guasti. |
Tabella 1: analisi chiave RAMS
FMECA si occupa degli effetti di un singolo evento in modalità errore, quindi questo calcolo è abbastanza semplice.
Altri calcoli possono diventare piuttosto complessi a causa dell'interdipendenza tra gli stati dei componenti del sistema analizzato.
Esempio:
Uno stock centrale fornisce pezzi di ricambio per due elicotteri. Quando un elicottero consuma un pezzo di ricambio, la disponibilità di pezzi di ricambio per il secondo elicottero si riduce.
Esistono due tipi di metodi per il calcolo del comportamento di sistemi complessi:
Ogni metodo ha vantaggi e svantaggi che determinano quando ogni metodo dovrebbe essere usato.
La seguente tabella riassume i vantaggi, le carenze e gli usi di ciascun metodo:
| Analitico | Simulazione | |
| vantaggi | Quando l'algoritmo analitico è progettato con cura [13], è possibile ottenere un'elevata precisione in un tempo di calcolo molto breve. Ad esempio: requisito di probabilità di guasto inferiore a 10-9 per ora di volo può essere facilmente verificato. | La simulazione può essere molto flessibile, consentendo di modellare sistemi altamente complessi con ipotesi minime. |
| svantaggi | Le approssimazioni devono spesso essere impiegate per consentire il calcolo analitico. Per l'analisi della sicurezza, le approssimazioni devono essere "nel peggiore dei casi", cioè fornire un limite superiore alla probabilità di guasto. | Per ottenere un'elevata precisione, è necessario eseguire e calcolare la media di molte simulazioni. Ciò potrebbe richiedere molte risorse di calcolo e tempo. |
| usi | Sicurezza
L'analisi dell'albero dei guasti viene spesso utilizzata per la probabilità di eventi di sicurezza. Il calcolo analitico consente un'analisi rapida e accurata.
Ottimizzazione di riserva L'obiettivo dell'ottimizzazione delle parti di ricambio è trovare la combinazione più economica di parti di ricambio che fornirà la disponibilità del sistema richiesta. L'uso di calcoli analitici rapidi consente di scansionare rapidamente molte opzioni di risparmio. Se abbinato a un motore di ottimizzazione intelligente, è possibile ottenere la combinazione ottimale di pezzi di ricambio.
Disponibilità La disponibilità dello stato stazionario (disponibilità del sistema dopo un tempo sufficientemente lungo, quando le correlazioni tra i componenti del sistema decadono) possono essere calcolate in modo rapido e preciso.
Costo del ciclo di vita Il limite superiore del costo medio del ciclo di vita e i componenti del costo medio per ogni anno di vita possono essere calcolati rapidamente. |
Disponibilità e affidabilità
Le simulazioni Monte Carlo possono fornire la disponibilità e l'affidabilità dei punti (una curva di disponibilità / affidabilità nel tempo), tenendo conto delle correlazioni tra età operativa dei componenti.
Costo del ciclo di vita Associando un costo a tutti gli eventi, è possibile calcolare il costo del ciclo di vita, inclusa una curva che mostra come le spese si accumulano nel tempo. |
Tabella 2: confronto tra calcoli analitici e simulazioni Monte Carlo
[1] EN 50126: 2017 Applicazioni ferroviarie. Specifiche e dimostrazione di affidabilità, disponibilità, manutenibilità e sicurezza (RAMS). Processo RAMS generico.
[2] EN 50128: 2011 Applicazioni ferroviarie. Sistemi di comunicazione, segnalazione ed elaborazione. Software per sistemi di controllo e protezione ferroviari.
[3] EN 50129: 2018 Applicazioni ferroviarie. Sistemi di comunicazione, segnalazione ed elaborazione. Sistemi elettronici di sicurezza per la segnalazione.
[4] SAE ARP4761: 1996 LINEE GUIDA E METODI PER EFFETTUARE IL PROCESSO DI VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA SUI SISTEMI E LE ATTREZZATURE AIRBORNE CIVILI.
[5] MIL-STD-882E: 2012 Sicurezza del sistema.
[6] ISO 26262: 2018 Veicoli stradali Sicurezza funzionale.
[7] ISO 14971: 2007 Dispositivi medici - Applicazione della gestione dei rischi ai dispositivi medici.
[8] IEC 60812: 2018 Modalità di errore e analisi degli effetti (FMEA e FMECA).
[9] IEC 61025: 2007 Analisi dell'albero dei guasti (FTA).
[10] IEC 61078: 2016 Schemi a blocchi dell'affidabilità.
[11] IEC 61165: 2006 Applicazione delle tecniche di Markov.
[12] MIL-HDBK-2165: 1995 MANUALE DI TESTABILITÀ PER SISTEMI E ATTREZZATURE, DOD.
[13] AS &. Y. Bot, "Analisi dell'albero dei guasti, quanto è preciso?" In ESREL 2017, 2017.
