Design per l'affidabilità: sistemi navali

Le navi militari sono piattaforme complesse che combinano tecnologie di telecomunicazione, radar, difensive e offensive altamente avanzate, nonché sistemi di propulsione ad alta potenza. L'obiettivo di una nave è fornire un'elevata affidabilità della missione, ovvero un'elevata probabilità di successo della missione.
Le missioni navali hanno caratteristiche uniche:

  • Lunghi tempi di missione
  • Scarso o nessun accesso a pezzi di ricambio diversi dal COB (Carry On Board)
  • Condizioni difficili

Esistono diversi metodi di progettazione del sistema per ottenere un'elevata affidabilità della missione:

  • Elevata affidabilità di ogni apparecchiatura
  • Ridondanza a caldo
  • Pezzi di ricambio

L'elevata affidabilità delle apparecchiature è sempre preferita perché riduce la necessità di unità ridondanti/di ricambio. Tuttavia, la maggior parte delle apparecchiature viene acquistata da terze parti e non è sempre possibile ottenere apparecchiature con l'affidabilità desiderata.

Assegnazione dell'affidabilità:

Durante la progettazione iniziale del sistema, dovrebbe essere condotto un processo di allocazione dell'affidabilità per identificare le apparecchiature che richiedono ridondanza/parti di ricambio. L'allocazione dell'affidabilità consente di progettare sistemi efficaci con il giusto numero di ridondanze e di fornire requisiti MTBF realistici agli OEM, in modo tale che il sistema sia conforme ai requisiti di affidabilità della missione.

Previsione di affidabilità:

Durante la progettazione dettagliata, dovrebbe essere condotta un'accurata analisi dell'affidabilità per verificare la conformità con l'affidabilità della missione richiesta.

Pezzi di ricambio:

In molti settori l'analisi dei pezzi di ricambio viene condotta in una fase avanzata del processo di progettazione. Questo non può accadere quando si progettano sistemi navali perché i pezzi di ricambio COB sono limitati dal peso e dal costo e hanno un effetto significativo sull'affidabilità della missione. Pertanto, ridondanze e parti di ricambio devono essere prese in considerazione sin dalle prime fasi di progettazione.

Esempio: sistema di comunicazione

Si consideri il caso di un sistema di comunicazione con i seguenti requisiti:

  • 2 ricetrasmettitori devono essere operativi
  • Devono essere operative 10 unità terminali
  • Il requisito di affidabilità della missione è 98% per una durata della missione di 60 giorni

L'assegnazione dell'affidabilità senza ridondanze e senza parti di ricambio fornisce un requisito MTBF per i ricetrasmettitori e le unità terminali di 855.310 ore.

Reliability Block Diagram Software

Figura 1: Assegnazione dell'affidabilità del sistema senza ricambi, screenshot del diagramma a blocchi di affidabilità (RBD) dal software BQR

 

Il requisito MTBF è troppo rigido sia per i ricetrasmettitori che per le unità finali. Pertanto, i pezzi di ricambio devono essere aggiunti. I pezzi di ricambio possono essere modellati nel software RBD utilizzando modelli stand-by. Aggiungendo 2 unità terminali di riserva e 1 ricetrasmettitore di riserva, il requisito MTBF si riduce a 28.352 ore:

Reliability Block Diagram Software

Figura 2: Assegnazione dell'affidabilità del sistema con ricambi, screenshot dal software BQR RBD

 

Questo requisito MTBF è molto più realistico. Successivamente un MTBF di 40.000 è stato fornito dall'OEM per i ricetrasmettitori, questo valore può essere fissato e quindi il requisito MTBF minimo dell'unità finale si riduce leggermente a 26.841 ore:

Infine, MTBF di 30.000 è stato fornito per le unità finali dall'OEM. Quindi l'affidabilità della missione è calcolata come 98.46%:

MTBF calculator

Figura 3: calcolo dell'affidabilità della missione analitica, screenshot da Software BQRRBD

 

Questo semplice esempio mostra come l'allocazione e il calcolo dell'affidabilità possono essere utilizzati per ottimizzare la progettazione del sistema e garantire la conformità ai requisiti prestazionali.

 

BQR fornisce software RBD e servizi professionali per sistemi navali e molti altri settori.

BQR fornisce anche software per modelli più complessi come:

Modelli a catena di Markov per la condivisione del carico e altri modelli a più stati

Modelli di rete RBD per reti di comunicazione e di utilità

Reliability Block Diagram Software - Markov Models
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