Fidatezza

Ci sono due aspetti fondamentali che caratterizzano la fase operativa del sistema elettrico integrato (IPS) di una nave (ed in generale di qualsiasi sistema più o meno complesso): il servizio e la sicurezza. Il primo inteso come l’insieme delle funzioni svolte dall’IPS, la seconda come la proprietà che esso non produca danni a persone, cose o ambiente.

La sicurezza è un tema attuale e prioritario, come evidenziato ad esempio dalla direttiva Safe-Return to Port (SRtP) che ad essa pone particolare attenzione.

Per quanto concerne il funzionamento dell’IPS, il servizio atteso o corretto è quello che ci si aspetta sia svolto dal sistema. Qualsiasi deviazione dal servizio atteso comporta una degradazione della qualità del servizio con possibili conseguenze negative.

Negli ultimi tempi, accanto alla sicurezza, è aumentata la sensibilità dei progettisti e costruttori – in vari ambiti industriali e dei trasporti, alla garanzia del servizio – soprattutto in caso di guasti o avarie.

Poiché la capacità di svolgere il servizio corretto è legata anche alla sicurezza, i due argomenti sono stati riuniti nella cosiddetta “teoria della fidatezza” (dependability). Essa esprime il livello di fiducia che si è disposti a porre nell’aspettativa che l’IPS svolga il servizio corretto. Rappresenta un punto di vista più ampio rispetto alla sola sicurezza.

Decomposizione parziale di un impianto elettrico navale mediante l’ipotesi dell’uso delle “marche pezzo”.

La teoria della fidatezza non ha purtroppo assunto tuttora una veste formale organica e condivisa.  La letteratura specializzata, pur ampia, si è finora occupata principalmente di applicazioni specifiche e particolarmente critiche per la sicurezza, presenti in ambito spaziale, nucleare e chimico.

La fidatezza è messa in crisi da minacce quali guasti o avarie che accadono nell’IPS. Ci sono molte tipologie di guasti o avarie, dal guasto di un singolo componente all’avaria di interi apparati dovuta ad eventi catastrofici quali incendi o allagamenti. Questi ultimi sono molto temuti perché minacciano la sicurezza della navigazione e perciò sono disponibili numerose normative e indicazioni finalizzate a mitigare o risolvere le conseguenze.

Anche il guasto di un componente, dovuto per esempio ad usura, può tuttavia portare ad un’avaria che compromette il servizio corretto. Per far fronte in maniera organica e sistematica anche a queste eventualità – con lo scopo di garantire la continuità del servizio o la fornitura di un servizio degradato, ma entro limiti accettabili per concludere la missione della nave – si ricorre a procedure ed interventi contemplati nella teoria della fidatezza.

La misura del livello di fidatezza è fornita dai parametri probabilistici detti attributi tra cui l’affidabilità è quello comunemente usato.

Gli interventi migliorativi della fidatezza sono applicati nella fase progettuale e/o in quella di verifica sul progetto esecutivo o dopo la costruzione del sistema.

Nel primo caso c’è un maggiore margine di azione ma va rivista la tradizionale procedura progettuale introducendo fin dall’inizio lo studio sulla fidatezza. La procedura comprende le seguenti operazioni aggiuntive:

• a) analisi dello schema di principio dell’IPS;
• b) scomposizione della struttura dell’IPS in sottosistemi via via più piccoli e organizzati per livelli secondo una logica di “dipendenza” funzionale. La scomposizione si arresta quando sono raggiunti i componenti elementari;
• c) individuazione delle possibili sorgenti di guasto in base all’esperienza del progettista ed eventualmente a statistiche storiche di guasto;
• d) analisi qualitativa della propagazione e delle conseguenze dei guasti;
• e) determinazione quantitativa dell’affidabilità dell’IPS a partire dai dati di affidabilità dei componenti elementari;
• f) individuazione degli elementi critici per la fidatezza in relazione alla sua affidabilità e alla sua interazione funzionale con altri elementi ai diversi livelli di scomposizione;
• g) scelta degli interventi migliorativi basati essenzialmente sulle tecniche di prevenzione e di tolleranza dei guasti;
• h) verifica del livello di fidatezza tramite rideterminazione dell’affidabilità e/o di altri attributi quantitativi dell’IPS modificato.

Le attività sviluppate da MVDC Large Ship si sono focalizzate sui punti a), b), c), d), e) e parzialmente f).

Lo scopo è stato quello di avviare i progettisti all’applicazione dei principi della fidatezza, mostrando quali sono i passi fondamentali, quali le tecniche a disposizione e come possono essere utilizzate nel caso dell’IPS di bordo.

Fault Tree di una singola stazione di generazione di un impianto elettrico navale.

Dopo aver analizzato l’IPS (punto a)), è stata proposta una sua scomposizione fino ai componenti elementari identificati con un codice “marca pezzo” (punto b)) e sono stati ipotizzati alcuni possibili guasti (punto c)). Quindi sono state esaminate ed applicate le tecniche qualitative “Fault Tree Analysis” (FTA) e “Failure Mode and Effect Analysis”(FMEA) per l’analisi del punto d) e le tecniche di tipo quantitativo “Reliability Block Diagram” (RBD) e “Dynamic Reliability Block Diagram” (DRBD) per la determinazione dell’affidabilità indicata nel punto e).

Questa procedura, di cui il progetto ha mostrato e applicato alcuni strumenti fondamentali, in prospettiva consente di individuare dove e come intervenire per ottenere un IPS con adeguato grado di fiducia sulla garanzia del servizio svolto.

Indirettamente viene così garantita anche la sicurezza perché si evita che il propagarsi di un guasto in un componente dell’IPS porti in avaria intere apparecchiature e induca all’intervento delle procedure espressamente previste per la sicurezza (come ad esempio quelle del SRtP) compromettendo la missione della nave.