17395 - AFFIDABILITA' E SICUREZZA DELLE COSTRUZIONI MECCANICHE L

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo scopo del corso è quello di fornire gli strumenti per poter affrontare e risolvere problematiche di affidabilità con particolare attenzione alle specificità che sono insite nella costruzione dei sistemi meccanici. La complessità di un sistema meccanico risiede nella sua stessa struttura e natura e tale complessità ne determina l’affidabilità. L’affidabilità di un sistema meccanico dipende infatti dalla numerosità dei componenti che lo costituiscono, dalla qualità con cui vengono realizzati i componenti e dalle loro eventuali interazioni. In particolare l’affidabilità dei singoli componenti meccanici è profondamente influenzata da un elevato numero di variabili tra le quali si devono segnalare la morfologia, i materiali costruttivi ed i molteplici modi di guasto che possono agire contemporaneamente sui componenti stessi (e.g.: usura e fatica). L’affidabilità di un sistema meccanico può essere talvolta valutata a priori, mentre altre volte deve essere stimata sulla base di dati sperimentali derivati da prove di laboratorio o da test sul campo. Nell’ambito del corso vengono forniti alcuni strumenti e metodi per poter valutare l’affidabilità dei componenti e dei sistemi meccanici. In particolare nell’ambito del corso vengono forniti: (1) strumenti e metodi basati sul calcolo probabilistico e statistico volti a creare un linguaggio per poter modellare un problema fisico mediante modelli probabilistici e/o stocastici, (2) gli strumenti ed i metodi per il controllo statistico della qualità dei prodotti e dei processi (carte di controllo), (3) gli strumenti ed i metodi per lo studio e l'analisi probabilistica e stocastica dei componenti meccanici e la modellazione dei loro modi di guasto al fine di determinarne il profilo di affidabilità, (4) gli strumenti per l'analisi affidabilistica dei sistemi meccanici e meccattronici complessi tenendo conto degli eventuali interventi di manutenzione.
Gli argomenti vengono trattati sia dal punto di vista teorico che pratico mediante esempi appositamente sviluppati per migliorare la comprensione delle problematiche dell’affidabilità nel settore meccanico sia dal punto di vista progettuale che della verifica. A completamento degli esempi specifici riguardanti i singoli argomenti del corso vengono sviluppate alcune applicazioni maggiormente complesse che permettono di inquadrare il problema della affidabilità dei sistemi meccanici nell’ambito di contesti industriali.

Contenuti

Il corso viene sviluppato secondo un graduale processo di apprendimento sia per quanto riguarda i concetti, le definizioni base e gli strumenti matematici sia per quanto attiene lo sviluppo delle applicazioni. In particolare vengono sviluppate sei unità tematiche:
1.      definizione e misura della affidabilità: nel corso di questa unità tematica partendo da considerazioni intuitive e tratte dalla pratica tecnica viene fornita una definizione operativa di affidabilità e vengono derivate altre grandezze utili quali il tasso di guasto e la funzione rischio al fine di fornire una valutazione della capacità da parte di un componente o un sistema meccanico di svolgere la propria funzione in modo corretto nell’ambito della missione prevista. Infine l’affidabilità viene legata alla teoria della probabilità. In questa sezione vengono richiamati alcuni concetti base della teoria della probabilità quali: variabili aleatorie, combinazioni di variabili aleatorie e funzioni di una o più variabili aleatorie. Esempi di applicazioni per il calcolo della affidabilità di semplici strutture meccaniche quali reticolari e travi.
2.      introduzione alle distribuzioni probabilistiche per l’affidabilità dei sistemi meccanici: distribuzioni discrete e continue, semplici e composte; vengono inoltre introdotte:
a.        la distribuzione probabilistica derivata dalla teoria dell’interferenza per il calcolo della probabilità di rottura di un componente a causa del superamento di un parametro caratteristico (e.g.: superamento della tensione ammissibile)
b.      la distribuzione probabilistica per descrivere i fenomeni di deterioramento dei materiali per accumulo lineare del danno (fatica meccanica ed usura)
3.      tecniche statistiche per la raccolta ed l’analisi dei dati sperimentali per l’affidabilità e l’analisi della qualità dei prodotti e dei processi:
a.       vengono introdotte due tecniche di raccolta dati per variabili continue e discrete
b.      vengono forniti i metodi per determinare i parametri delle distribuzioni probabilistiche che meglio approssimano i dati raccolti
c.       viene fornita una introduzione relativa alle carte di controllo (Statistica Process Control)
Tale unità didattica viene sviluppata mediante uso esteso di esempi di applicazione anche mediante l’uso dei fogli elettronici (è prevista una breve introduzione all’uso avanzato dei fogli elettronici per l’analisi statistica ed affidabilistica)
4.      Progettazione affidabilistica dei componenti meccanici: tecniche di analisi di strutture meccaniche soggette ad una o più variabili aleatorie, esempi di applicazione
5.      Affidabilità dei sistemi meccanici e meccatronici: FMEA, FTA, RBD. Vengono fornite le conoscenze base per eseguire una analisi dei sistemi sulla base delle criticità dei componenti e/o delle funzioni che il sistema stesso deve svolgere. La FMEA, Failure Mode and Effect Analysis, verrà utilizzata per studiare i punti critici di un sistema complesso, mentre la FTA, Fault Tree Analysis, verrà introdotta ed applicata per poter identificare gli eventi base che sono la sorgente dei guasti. Infine la RBD, Reliability Block Diagram, viene sviluppata al fine di poter quantificare l’affidabilità di un sistema complesso a partire struttura logica di funzionamento del sistema stesso. Vengono anche introdotti i concetti di sistemi riparabili e non riparabili e conseguentemente la funzione disponibilità
6.      Progettare e produrre in qualità e sicurezza: in questa unità didattica vengono forniti i concetti base relativamente alle normative ISO ed alla Direttiva Macchine

Testi/Bibliografia

1.      Bazovsky, Principi e Metodi dell’affidabilità, Etas Kompas, 1969
2.      K. C. Kapur, L. R. Lamberson, Reliability in Engineering Design, John Wiley & Sons, 1977.
3.      S. S. Rao, Reliability-Based Design, McGraw-Hill, Inc.1992.
4.      B. S. Dhillon, Design Reliability: Foundamentals and Applications, CRC Press, 1999.
5.      D. Kecechioglu, Reliability Engineering Handbook, Prentice Hall, New Jersey, PTR, 1998.
6.      Douglas C. Montgomery, Controllo Statistico di Qualità, McGraw-Hill, 2000.
7.      I. Elishakoff, Probabilistic Theory of Structures, Dover, 1999.
8.      L. Fedele, L. Furlanetto, D. Saccardi, Progettare e gestire la manutenzione, McGraw-Hill, 2004.
9.      A. Freddi, Imparare a progettare; Principi e metodi del progetto concettuale per lo sviluppo della creatività industriale, Pitagora, 2005.

Metodi didattici

Proiezione di lucidi, presentazioni elettroniche ed esercizi svolti in aula

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Prova scritta e discussione orale di esercizi svolti durante il corso

Strumenti a supporto della didattica

Dispense in forma cartacea ed elettronica fornite dal docente corredate di esempi applicativi.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andrea Zucchelli