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 comuni a molte macchine o gruppi industriali. L'affidabilità di un sistema meccanico dipende dalle affidabilità dei componenti singoli, dalla funzionalità di questi, dalla composizione delle funzioni per pervenire alla funzione globalmente realizzata. Le proprietà affidabilistiche di ciascun componente o in generale l'esito di un qualunque processo possono essere dovute a molteplici fattori, che spaziano dal materiale, alla morfologia, alle condizioni operative... Alla luce di questo vengono forniti strumenti di Progetto dell'Esperimento (Design of Experiment, DOE), che mettano gli allievi nelle condizioni di pianificare una campagna sperimentale, volta a comprendere quali dei fattori potenzialmente in gioco siano significativi. Vengono poi trattati aspetti di sicurezza, a partire dalla conduzione della FMEA (Failure Mode and Effect Analysis), per accertarsi che tutte le possibili modalità di guasto siano state prese in considerazione, unitamente alla loro frequenza e pericolosità. Lo strumento della FTA (Fault Tree Analysis) viene usato per risalire alle cause di eventi di guasto, con riferimento ad analisi a posteriori in merito a celebri casi di incidenti nel settore dei trasporti e del nucleare. Infine viene dettagliatamente analizzata la Direttiva Macchine con particolare riferimento alle macchine cui si applica, a quelle cui non si applica, alle figure coinvolte ai casi di applicazione. Particolare attenzione è poi data alla procedura di certificazione e marcatura CE, alla stesura del fascicolo tecnico ed alla cura da dedicare alla preparazione del manuale di istruzione. Gli argomenti sono trattati da un punto di vista sia teorico che applicativo, con la risoluzione di esercizi numerici. 

Contenuti

Progettare per l'affidabilità:

Cosa è l'affidabilità: come si definisce e come si calcola. I concetti di MTTF (Mean Time To Failure), MTBF (Mean Time Between Failures), rateo di guasti. Calcolo dell'affidabilità a partire dal rateo di guasto. Le funzioni di probabilità cumulata di danno e di densità di probabilità. Probabilità di guasto e affidabilità condizionate. Calcolo di affidabilità, probabilità, MTTF e rateo di guasti per sistemi in serie e in parallelo. Sistemi in serie-parallelo. Distribuzione probabilistica binomiale e probabilità cumulata. Sistemi in ridondanza k su n: calcolo dell'affidabilità e del MTTF. Elaborazione della formula per il calcolo del MTTF nel caso di n blocchi in completa ridondanza. Sistemi in ridondanza con stand-by. Sistemi complessi: generalità, metodi della decomposizione (o del key-item) e dell'enumerazione: applicazione ad un caso pratico. Le minimal path sets e le minimal cut sets: determinazione dei limiti inferiore e superore di affidabilità.

Gli alberi logici nelle analisi affidabilistiche. L'albero dei guasti (FTA): generalità, connettori logici, simbolistica. Illustrazione di alberi dei guasti con riferimento a incidenti realmente accaduti. Legame fra albero dei guasti e minimal cut sets. L'albero degli eventi (ET). Cenni ai diagrammi a lisca di pesce di Hishikawa. Risoluzione di esercizi numerici.

La FMEA (Failure Mode and Effect Analysis): definizione, generalità, finalità, composizione del team di lavoro. Determinazione del Risk Priority Number (Coefficiente di priorità di rischio, RPN).

 

Progetto dell'esperimento (DOE, Design of Experiment):

Il progetto monofattoriale: modello statistico e somma dei quadrati, Analisi della Varianza. Ipotesi nulla e di significatività, il test di Fisher: curva di densità di probabilità di Fisher, il concetto di p-value e sua determinazione. Soglia di significatività Risoluzione di esercizi numerici.

Piano DOE a due fattori: il concetto di interazione, il modello statistico, analisi della varianza (ANOVA) a due fattori e somme quadratiche. Ipotesi nulla e di significatività, test di Fisher. Risoluzione di esercizi numerici.

Piani fattoriali completi a due livelli e k fattori. Piano a due livelli e due fattori: la notazione di Yates per indicare le combinazioni di trattamenti. Calcolo degli effetti principali e di interazione: approccio grafico e tabella dei segni. Risoluzione di esercizi numerici. 

Piano fattoriale frazionario: logica di base, effetti confusi, coppie e gruppi alias, piano di prove da lanciare (determinazione del blocco principale e degli altri blocchi), valutazione degli effetti.

Il metodo di Taguchi: introduzione e generalità. I quadri magici ("magic squares"), valutazione delle interazioni secondo Taguchi. I quadri L4, L8 ed L16 (cenni) e loro applicazione per la determinazione delle combinazioni di prova da considerare e per la valutazione degli effetti principali. Fattori di controllo e di rumore. Concetto di progettazione robusta. Massimizzazione del rapporto segnale/rumore (S/N): suo significato e calcolo.

 

Progettare in sicurezza: Direttiva Macchine e certificazione CE:

Situazione normativa in Europa ed in Italia in merito alla sicurezza. La Direttiva Macchine (DM) 98/37/CE ed il DPR di recepimento n.459/96. Ambito di applicazione della DM: quali macchine sono contemplate e quali sono escluse. Soggetti umani coinvolti nella DM. Casi di applicazione della DM. Responsabilità dell'utilizzatore e del datore di lavoro. L'allegato IV della DM: macchine pericolose e componenti di sicurezza critici. Gli organismi notificati: funzioni e procedura di notifica. Il Fascicolo Tecnico: Allegati V e VI e sua struttura. Manuale di istruzioni e sua fruibilità da diverse categorie di utilizzatori. Procedure di certificazione per macchine (o componenti di sicurezza) inserite nell'Allegato IV e non totalmente conformi, per macchine (o componenti di sicurezza) inserite nell'Allegato IV e totalmente conformi, per macchine (o componenti di sicurezza) non inserite nell'allegato IV. Confronto fra le diverse procedure ammesse dalla direttiva e dal DPR 459/96. Dichiarazione e Auto-dichiarazione di conformità: diverse forme secondo l'Allegato II. Cenni al marchio CE secondo l'Allegato III. Cenni alle “quasi-macchine” o “sottoinsiemi”, generalità ed esempi, dichiarazione di incorporazione secondo l'Allegato II, uso errato di tale dichiarazione per fini non ammessi dalla normativa. Struttura della normativa: premessa, articoli, allegati. Differenze fra Direttiva 98/37/CE e Direttiva 2006/42/CE: come sono trattate le quasi-macchine dalla nuova direttiva. 

Testi/Bibliografia

A. Freddi, Imparare a progettare. Principi e metodi del progetto concettuale per lo sviluppo della creatività industriale, Pitagora Editrice, Bologna, 2005, ISBN: 8837115121

S. Beretta, Affidabilità delle costruzioni meccaniche, Springer, Milano, 2008, ISBN: 978-88-470-1078-9

Berger, P.D., Maurer, R.E., Experimental design with applications in management, engineering and the sciences, Duxbury Press, Belmont, CA, 2002, ISBN: 0-534-35822-5

E. Grassani, La Direttiva Macchine - 98/37/CE (DPR 459/96) e la nuova 2006/42/CE, Editoriale Delfino, Milano, 2007, ISBN: 9788889518403

Metodi didattici

Lezioni alla lavagna e proiezione di slide.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame è orale con esecuzione di esercizi numerici e domande di teoria.

Strumenti a supporto della didattica

Dispense fornite dal docente.

Link ad altre eventuali informazioni

http://diem1.ing.unibo.it/personale/olmi/index.htm

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giorgio Olmi