Principi fondamentali di affidabilità

La disciplina nota con il nome di affidabilità è stata sviluppata con lo scopo di fornire metodi per valutare se un prodotto o un servizio sarà funzionante per la durata in cui l’utilizzatore lo richiederà.

La “teoria dell’affidabilità” comprende un insieme di studi, metodi matematici e statistici
e piattaforme organizzative che hanno le seguenti finalità:
• previsione della vita media di un componente o di un sistema;
• ottimizzazione delle probabilità di sopravvivenza di un componente o di un sistema;
• stima della percentuale di tempo di buon funzionamento di un componente o di un sistema.

La teoria dell’affidabilità sta acquisendo sempre più importanza nelle attività produttive umane, soprattutto nelle attività industriali a carattere tecnologicamente avanzato. Alla base della teoria dell’affidabilità vi è lo studio delle modalità e dei tassi (o ratei) di guasto di componenti e sistemi. La sua definizione più completa è quella che indica l’affidabilità di un elemento o di un sistema come la probabilità che l’elemento:
• esegua una specifica funzione o porti a compimento una missione;
• sotto specifiche condizioni operativi ed ambientali;
• per un prefissato intervallo di tempo.

L’affidabilità quindi non è una grandezza deterministica, che può essere definita con formule analitiche, quanto piuttosto una variabile aleatoria il cui valore può essere previsto solo attraverso considerazioni di tipo probabilistico. La definizione di affidabilità è molto sensibile a ciò che viene definito “sistema”, considerando che può essere considerato sistema ogni prodotto ed ogni servizio che viene impiegato da un utilizzatore. Perciò un sistema è un insieme di elementi materiali, oppure non materiali, che si comporta come una unica entità che si propone la realizzazione di alcune funzioni o servizi. In base a questa definizione, possiamo distinguere fra sistema e componente: un sistema può essere sia un insieme frutto dell’assemblaggio di più componenti, che costituisce una parte funzionale di un’apparecchiatura, sia una sequenza di operazioni (procedura) per eseguire un servizio; per componente intendiamo invece un singolo oggetto, anche complesso, la cui affidabilità può essere caratterizzata solo applicando direttamente i dati statistici provenienti dall’esperienza. La definizione di affidabilità è legata quindi alla specifica funzione che un sistema deve compiere e alle condizioni operative nelle quali esso si trova; occorre definire quindi l’intento progettuale del sistema e chiedersi:
• qual è la funzione che il sistema deve effettivamente svolgere?
• come deve essere adoperato il prodotto o il servizio dall’utilizzatore?
• in quale intervallo di tempo il pro- dotto o il servizio deve funzionare?
• quali sono i valori limite delle con- dizioni operative ed ambientali sotto le quali il prodotto deve funzionare correttamente?
• in quale modo le strategie e le politiche di manutenzione influenzano l’operatività del sistema?

Pur non fornendo la certezza che una anomalia si verifichi o meno, la teoria dell’affidabilità, applicata in modo sistematico su un sistema, ci dà risultati molto utili sui quali è possibile basare importanti decisioni sul modo in cui un impianto viene fatto funzionare, per esempio decisioni che riguardano la sicurezza. La teoria dell’affidabilità consentirà di distinguere tra sistemi riparabili e non riparabili e di analizzare sistemi a due o più stati di funzionamento.

Cenni storici

Per chiarire meglio come l’affidabilità possa aiutare a conseguire tali scopi, è utile analizzare la nascita e l’evoluzione di questa disciplina. Le prime tracce di studi di affidabilità si hanno tra le due guerre mondiali, in campo aeronautico: si doveva decidere quale fosse la migliore configurazione per il sistema di propulsione degli aerei a più motori. Questi studi però inizialmente ebbero carattere prettamente sperimentale, così come sperimentali erano anche i dati sulla frequenza di guasto di apparecchiature che si trovavano a bordo degli aerei, espresse in termini di numero medio di sostituzione della stessa apparecchiatura. Intorno al 1930, questi dati cominciarono ad essere elaborati statisticamente, fornendo utili indicazioni sui miglioramenti da apportare ai progetti.

Fra il 1943 ed il 1950 sia i tedeschi sia gli americani, che operavano in ambito militare, avendo constatato che malfunzionamenti avevano effetti negativi di notevole entità sia sull’operatività sia sui costi di mantenimento dell’apparato bellico, cercarono di dare una soluzione ingegneristica ai problemi affidabilistici. I famosi missili tedeschi V1 e V2 furono i primi sistemi sui quali venne applicato con successo il concetto di affidabilità di sistema, partendo dall’affidabilità dei singoli componenti (principio dell’anello debole). Wernher von Braun, responsabile del progetto, riteneva che la probabilità di guasto del missile fosse pari alla probabilità di guasto del componente più delicato. Un matematico dimostrò che in sistemi complessi l’affidabilità del sistema stesso può essere minore dell’affidabilità dei singoli componenti, anche di quello più delicato. Il missile V1 fu riprogettato tenendo conto di queste considerazioni e raggiunse un’affidabilità del 75%. Questi studi sfociarono nel 1952 nella definizione di affidabilità come la probabilità che un oggetto adempia alla sua specifica funzione, per un tempo determinato e sotto determinate condizioni.

La diffusione della disciplina dall’ ambito militare a quello civile si ebbe intorno agli anni ’60, a mano a mano che in tutti i settori i sistemi divenivano sempre più complessi ed automatizzati. Alla fine degli anni ’80 gli studi affidabilistici entrarono a far parte del Total Quality Management e alcuni metodi di valutazione dell’affidabilità dei sistemi cominciarono ad essere richiesti per ottenere la certificazione di qualità ISO 9000.

Dalle brevi note storiche sull’origine dell’affidabilità si può intuire come il campo di interesse di tale materia si sia progressivamente ampliato, trasformandola da semplice strumento di supporto alla progettazione e alla produzione dei sistemi e dei componenti, ad una disciplina che ha ormai assunto un ruolo centrale nella visione più moderna della progettazione all’interno della quale vengono considerati prioritari ed integrati gli aspetti legati alla sicurezza, alla qualità e ai costi.

 

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