50008 - AFFIDABILITA' E SICUREZZA DELLE COSTRUZIONI MECCANICHE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del modulo, lo studente ha gli strumenti per poter affrontare e risolvere problematiche di affidabilità con particolare attenzione alle specificità che sono insite nella costruzione dei sistemi meccanici. Nell'ambito del corso vengono forniti alcuni strumenti e metodi per poter valutare l'affidabilità dei componenti e dei sistemi meccanici: strumenti e metodi basati sul calcolo probabilistico e statistico, strumenti e metodi per il controllo statistico della qualità dei prodotti e dei processi, strumenti e metodi per lo studio e l'analisi probabilistica e stocastica dei componenti meccanici e la modellazione dei loro modi di guasto, strumenti per l'analisi affidabilistica dei sistemi meccanici e meccattronici complessi tenendo conto degli eventuali interventi di manutenzione.

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).

La FMECA (Failure Mode and Effect Criticality Analysis) secondo lo Standard Militare MIL-STD-1629A: definizione dell'indice di severità di guasto, della probabilità di occorrenza, della matrice di criticità, dell'indice di criticità per le singole modalità di guasto e per i componenti, determinazione dei ranking di criticità per classe di severità. 

Esercitazioni pratiche e Case Studies su:

• Determinazione del rateo di guasto in base all'analisi statistica di una vasta popolazione di dati sperimentali.
• Esecuzione ed applicazioni industriali della FMEA.
• Esecuzione ed applicazioni industriali della FMECA.

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.

Testi/Bibliografia

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

 

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

 

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

 

R.C. Michelini, R.P. Razzoli, Affidabilità e sicurezza del manufatto industriale. La progettazione integrata per lo sviluppo sostenibile, Editrice Tecniche Nuove, 2000, ISBN: 8848110851

Metodi didattici

Lezioni alla lavagna e proiezione di slide. Esercitazione sperimentale in Laboratorio sulla Fotoelasticità.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consta di una prova scritta ed una orale, da sostenere lo stesso giorno. Lo scritto, della durata media di un'ora, comprende solitamente la risoluzione di un esercizio numerico su uno o più argomenti del corso. L'orale verte su domande di teoria sugli argomenti principali del corso.

Strumenti a supporto della didattica

Dispense fornite dal docente, che coprono l'intero programma. Testi originali delle normative per la marcatura CE.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giorgio Olmi

Consulta il sito web di Cristiano Fragassa