Affidabilità

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Affidabilità
Norma UNI 9910
Riferimento nella norma 191.02.06
Anno pubblicazione 1991
Definizione breve L'attitudine di una entità a svolgere la funzione richiesta in condizioni date per un dato intervallo di tempo
Argomento Indicatori
Riferimento esterno MIL-STD-756B
Termine inglese Reliability

In teoria dei sistemi e probabilità, definendo come qualità di un assieme o di un sistema comunque complesso la sua rispondenza ai criteri di specifica tecnica di funzionamento, si definisce affidabilità la capacità di rispettare le specifiche tecniche di funzionamento nel tempo.

In sintesi, l'affidabilità di un assieme (un apparato elettronico, una macchina, etc.), di un sistema comunque complesso o di un semplice componente (ad esempio una resistenza elettrica) è la misura della probabilità che l'assieme (od il componente) considerato non si guasti (ovvero non presenti deviazioni dal comportamento descritto nella specifica) in un determinato lasso di tempo.

Per semplicità, in seguito (se non diversamente indicato) si parlerà di componente riferendosi sia ad un assieme o sistema complesso sia ad un componente elementare.

L'importanza del concetto di affidabilità è tale che, in ambito applicativo, esiste una disciplina ad essa dedicata qual è l'ingegneria dell'affidabilità. In tale contesto per superare le difficoltà in termini di affidabilità di un sistema nasce il concetto di ridondanza nell'ambito del dimensionamento dei sistemi fisici realizzati.

In senso esteso il termine può riferirsi anche alla validità o meno delle teorie scientifiche e delle loro intrinseche previsioni.

Definizioni correlate[modifica | modifica wikitesto]

Avaria (o fallimento)[modifica | modifica wikitesto]

Un'avaria, o un fallimento (in inglese failure), è un difetto (cioè la non conformità strutturale o algoritmica alla specifica) di un componente di un sistema.

Un'avaria può causare uno o più errori.

Errore[modifica | modifica wikitesto]

Un errore (in inglese error) è una transizione dello stato globale del sistema, che non è conforme alla specifica di funzionamento del sistema.

Per stato globale di un sistema si intende qui l'insieme degli stati dei moduli di cui è composto, e per funzione di transizione globale si intende invece l'insieme dei cambiamenti allo stato globale che sono definite dalle specifiche di funzionamento del sistema.

Un errore può causare uno o più fallimenti.

Guasto[modifica | modifica wikitesto]

Un guasto (in inglese fault) è un evento per cui un sistema viola definitivamente le specifiche di funzionamento, interrompendo la disponibilità dei servizi che fornisce.

Fault tolerance[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Lo stesso argomento in dettaglio: fault tolerance.

La fault tolerance è un parametro che viene normalmente preso in considerazione soprattutto per sistemi embedded che devono interagire con altri sistemi software e hardware. Un sistema fault tolerant è in grado di proseguire la propria esecuzione senza gravi malfunzionamenti anche a fronte di malfunzionamenti delle controparti con cui dovrebbe interagire. Per esempio, la capacità di un sistema di non perdere i propri dati a fronte di un guasto al disco rigido può essere un fattore decisivo in determinati tipi di applicazione.

Aspetto statistico[modifica | modifica wikitesto]

Definita la probabilità che il guasto si verifichi fra l'istante e l'istante , la probabilità di un guasto fra l'istante iniziale e l'istante è definita dalla relazione ove ed inoltre ed

L'affidabilità è la probabilità che tale sistema non si guasti si dice funzione di sopravvivenza ed è definita essere . Da un punto di vista matematico, interpretando il tempo di guasto come una variabile casuale continua, è la sua funzione di ripartizione e il suo complemento a uno.

Se si considera un componente elementare, ad esempio una resistenza elettrica in condizioni di lavoro ben determinate, l'affidabilità è evidentemente dovuta unicamente a tale componente È diverso il caso in cui un assieme sia costituito da più componenti: il valore di affidabilità dipenderà dalle affidabilità di ciascun singolo componente.

Aspetto sistemistico[modifica | modifica wikitesto]

In pratica, ogni assieme (o sistema) è costituito da più sottoassiemi che, da un punto di vista dell'affidabilità possono essere connessi in parallelo o in serie.

Diremo che tutti i sottoassiemi che, pur guastandosi, non pregiudicano la funzionalità dell'assieme superiore (che li contiene) sono da un punto di vista dell'affidabilità fra loro collegati in parallelo.

Viceversa, nel caso che sia sufficiente l'avaria di un singolo sottoassieme per determinare l'avaria dell'assieme superiore, diremo che tale sottoassieme è connesso in serie.

Sistema misto serie e parallelo

Nell'esempio a lato, è raffigurato un sistema ove l'avaria di uno solo dei blocchi C o D non porta all'avaria del sistema, mentre l'avaria del blocco A oppure B porta necessariamente all'avaria del sistema. In altri termini, per mandare in avaria il sistema si dovrà avere l'avaria contemporanea dei blocchi C-D, oppure l'avaria del blocco A oppure del blocco B.

A prescindere dai modelli teorici, in pratica si rileva sul campo l'intervallo medio fra i fallimenti (Tempo medio fra i guasti o Mean Time Between Failure o MTBF), definito statisticamente come speranza matematica del tempo di funzionamento fra due fallimenti.

In sistemi complessi, dove occorre garantire il funzionamento anche in presenza di avarie di un sottosistema, si ricorre talvolta a ridondanze: questo corrisponde a porre più elementi in parallelo che, quindi, avranno una affidabilità equivalente più elevata del singolo elemento.

Concetto di sollecitazione[modifica | modifica wikitesto]

A seconda del contesto operativo le sollecitazioni che, cumulandosi, arrivano a causare una avaria possono essere di tipo differente. In linea di massima si indica come sollecitazione (in termini di affidabilità) la causa predominante di fallimento.

Per esempio, in un organo meccanico la sollecitazione è quello che viene indicato come "stato di sollecitazione" in ingegneria meccanica. Nel caso di componenti elettronici, usualmente la sollecitazione è la "temperatura di lavoro" del componente, mentre per componenti di impianti chimici può essere l'aggressività (capacità di corrosione) del fluido che opera nel sistema.

In alcuni casi queste diverse sollecitazioni si compongono per ridurre il MTBF del componente. Per esempio: nelle tubazioni di un Reattore nucleare veloce, refrigerato a sodio, il MTBF è determinato

  1. dallo stato di sollecitazione del tronco di tubazione considerato
  2. dalla temperatura del sodio, che generalmente porta a fenomeni di scorrimento viscoso (creep)
  3. dall'aggressione del sodio sul materiale costituente la tubazione (generalmente acciaio inossidabile austenitico)

Oltre alla sollecitazione interviene la modalità di utilizzo del componente. Per componenti che operano in continuo (per esempio tubazioni, resistenze elettriche) la probabilità di rottura si misura in funzione del tempo di operazione (probabilità di rottura/anno).

Nel caso di organi meccanici soggetti a carichi ciclici (es. bielle di un motore a scoppio) la probabilità si esprime, generalmente, in funzione del numero di cicli subiti (probabilità di rottura/ciclo). Infine, per componenti che operano in modo discontinuo con richieste casuali (es. valvole di intercettazione o relais) la probabilità di rottura si misura in base al numero di interventi (probabilità di rottura/richiesta).

Nel caso di apparati elettronici, la sollecitazione è sostanzialmente di tipo termico. Di qui l'esigenza di mantenere bassa la temperatura dei componenti elettronici al fine di migliorarne l'affidabilità. A titolo indicativo, si considera un dimezzamento dell'MTBF ad ogni innalzamento di 10 K della temperatura (equazione di Arrhenius).

Mortalità infantile ad avarie[modifica | modifica wikitesto]

Esempio di curva a vasca da bagno (baththub curve).

Un componente può cessare di funzionare sostanzialmente per due motivi: era già difettoso in origine oppure le sollecitazioni, cumulatesi durante la sua vita operativa, hanno raggiunto il limite massimo per tale componente.

La probabilità di guasto sarà quindi dovuta alla combinazione di due curve:

  • la probabilità di avaria per mortalità infantile (preponderante nella primissima fase di vita operativa)
  • la probabilità di avaria per sollecitazioni (che si cumula a partire dall'inizio della vita e man mano diviene preponderante).

La curva che ne risulta è detta bathtub (Curva a vasca da bagno), che mostra una diminuzione iniziale del numero di fallimenti nel tempo, un periodo di fallimenti costante nel tempo ed infine un aumento del numero di fallimenti nell'unità di tempo.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Testi di carattere interdisciplinare[modifica wikitesto]

  • S.B. Blanchard, Design and Manage to Life Cycle Cost, Forest Grove, Weber System, 1978.
  • S.B. Blanchard, Logistics Engineering and Management, 4ª ed., Englewood Cliffs, New Jersey, Prentice-Hall, Inc., 1992.
  • S.B. Blanchard, Maintainability: A Key to Effective Serviceability and Maintenance Management, New York, John Wiley & Sons Inc., 1995.
  • E. Cescon, M. Sartor, La Failure Mode and Effect Analysis (FMEA), Milano, Il Sole 24 ore, 2010, ISBN 978-88-6345-130-6.
  • R. Denney, Succeeding with Use Cases: Working Smart to Deliver Quality, Addison-Wesley Professional Publishing, 2005.
  • C.E. Ebeling, An Introduction to Reliability and Maintainability Engineering, Boston, McGraw-Hill Companies, Inc., 1997.
  • K.C. Kapur, L.R. Lamberson, Reliability in Engineering Design, New York, John Wiley & Sons, 1977.
  • L. Leemis, Reliability: Probabilistic Models and Statistical Methods, Prentice-Hall, 1995, ISBN 0-13-720517-1.
  • P. D. T. O'Connor, Practical Reliability Engineering, 4ª ed., New York, John Wiley & Sons, 2002.
  • J.D. Patton, Maintanability and Maintenance Management, North Carolina, Instrument Society of America, Research Triangle Park, 1998.
  • M. Broccoletti, Gli strumenti della Qualità, http://www.lulu.com, 2013.

Testi specifici per il campo dell'edilizia[modifica wikitesto]

  • AA. VV., La qualità edilizia nel tempo, Milano, Hoepli, 2003.
  • Bruno Daniotti, La durabilità in edilizia, Milano, Cusl, 2003.
  • Vittorio Manfron, Qualità e affidabilità in edilizia, Milano, Franco Angeli, 1995.
  • UNI, UNI 11156-1, Valutazione della durabilità dei componenti edilizi. Terminologia e definizione dei parametri di valutazione, 2006
  • UNI, UNI 11156-2, Valutazione della durabilità dei componenti edilizi. Metodo per la propensione all’affidabilità, 2006
  • UNI, UNI 11156-3, Valutazione della durabilità dei componenti edilizi. Metodo per la valutazione della durata (vita utile), 2006

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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