Sergio Di Veroli ([email protected])
TECNICHE AFFIDABILISTICHE PER IL PIANO DELLA
MANUTENZIONE
1. Applicabilità delle tecniche RCM (Reliability Centered
Maintenance)
Le metodologie indicate in questo articolo si possono applicare a
progetti di
ingegneria di qualsiasi natura. Dalle costruzioni, a tutti i tipi di impianti e produzioni
industriali, nonché al mondo dei trasporti aerei e ferroviari, tali metodologie vengono oggi
applicate per minimizzare il Costo del Ciclo di Vita (LCC) di prodotti/impianti e ottenere la
massima sicurezza per chi costruisce e la massima produttività/investimento per chi deve
operare.
La manutenzione intelligente è basata su modellazioni di analisi predittiva
dell’affidabilità che possono raggiungere oggi un grado elevato di previsione della frequenza
dei guasti nel tempo di un prodotto/sistema anche quando il sistema è ormai nelle mani di un
cliente/utente. Tale possibilità permette oggi di poter calcolare il costo degli eventuali guasti
dal campo, a condizioni soddisfatte di manutenzione programmata da fare in tempi certi, così
da poter prevedere il costo medio statistico delle garanzie date al cliente per un tempo
determinato e potere includere tali costi nel prezzo iniziale pagato. Analogamente, nel campo
della sicurezza, le sofisticate analisi FMEA/FMECA sulle modalità e gli effetti dei guasti e
della loro criticità (binomio gravità-frequenza della modalità di guasto) ci aiutano a dare
priorità alle operazioni di manutenzione e a minimizzare gli incidenti possibili.
Il trattamento che segue, sommario perché limitato nella lunghezza, non tratterà in
modo esplicito il tema del calcolo affidabilistico delle parti, né affronterà quello dell’elenco
delle modalità causa-effetto dei guasti in senso funzionale, ma le userà, come già presenti da
progetto, nella metodologia del calcolo del piano di manutenzione ottimale.
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E’ ormai una necessità soffermarsi sul comportamento delle apparecchiature
elettroniche, insieme a quelle meccaniche e elettromeccaniche perché la presenza
dell’elettronica è talmente dilagante in tutte le apparecchiature di impianto che dal suo
comportamento non si può più prescindere.
2. Scelta della tecnica più appropriata
Si usano sostanzialmente due tecniche distinte basate sull'affidabilità per la
ottimizzazione del piano di manutenzione e dei suoi i costi.
La prima
WEIBULL (Generale)
modalità
RCM (Reliability Centered
Z(t)
 =2
Maintenance) riguarda tutti i
tipi di componenti /apparati
=4
che si possono trattare, dal
punto di vista del loro com-
t
portamento affidabilistico, in
POISSON (
base alla curva di Poisson,
Z(t)
ossia a un comportamento di
densità dei guasti sostan-
Vita utile
Infanzia
=1
Fig. 1 Rischio di guasto nel tempo delle varie tipologie di componenti
t
zialmente costante nel tempo.
Rispondono a questo tipo di
comportamento i componenti
di tipo elettronico o elettrico quando non interviene la meccanica. Oggi in molti casi può
essere usato lo stesso modello per tutti i componenti anche meccanici che non risentono in
modo significativo del consumo come ad esempio possono essere i cuscinetti in Teflon o in
Composito. In generale le apparecchiature elettroniche hanno il vantaggio di poter usare
molto più precisamente e in maniera estensiva le modalità di rivelazione del guasto
(Testability) così da ridurre i tempi di individuazione della parte guasta. Inoltre il ricorso a reti
con parti duplicate in stand-by è relativamente più semplice che nelle apparecchiature
meccaniche dove il fattore spazio è spesso prevalente.
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La seconda tecnica RCM serve a determinare il piano ottimale di manutenzione
programmata nei casi in cui esiste, in modo parziale o totale, un consumo delle parti che può
essere previsto, su base affidabilistica, in proporzione all’uso dell’impianto e/o sistema, da
sottoporre a manutenzione; ossia, in termini matematici, quando l’andamento della densità di
guasto, di una parte o del tutto,
segue la funzione di Weibull. Questo è il caso delle
apparecchiature meccaniche o elettromeccaniche e quindi anche della grande maggioranza
degli impianti di edificio più evidenti, come quelli idraulici, di climatizzazione, di Safety
antincendio come quelli a splinker e delle macchine di produzione industriale da cui
dipendono le reali capacità produttiva delle linee. Questi andamenti permettono di prevedere,
se opportunamente visualizzati, i livelli di consumo delle parti e quindi stabilire il limite del
cambio della parte al margine dell’avvento di un rischio il cui livello non è opportuno
superare (Fig. 1). Pertanto un eventuale consumo anomalo non può sorprenderci perché siamo
in tempo a prendere le decisioni di correzione dell’anomalia della parte, prima che essa
avvenga e produca danni o pericoli anche se questa anomalia avviene in periodo antecedente
al tempo della prevista manutenzione programmata.
I sistemi FRACAS (Failure Report Analysis and Corrective Action System) possono
misurare lo MTBUR (Mean Time Before Unscheduled Removal) che è il metro della bontà
del piano di manutenzione a programma e dei suoi ritmi di sostituzione delle parti. Ciò può
portare, al minimo, alla correzione del ritmo temporale della manutenzione a programma e, al
massimo, alla revisione del progetto e alla emissione degli Alarm bullettin che richiedono di
cambiare obbligatoriamente qualcosa in tutto il parco macchine dei clienti.
3. Il modello RCM nei componenti che seguono la curva di
Poisson
In questo caso dove, in genere, non c’è premonizione dell’avvento di una anomalia, la
manutenzione non può che essere di tipo correttiva, ossia dove si può operare solo dopo
l’avvenuto guasto. Ma come si fa a evitare che il sistema possa creare dei danni irreversibili
per un guasto imprevedibile?
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Si deve innanzitutto progettare il sistema affinché abbia le giuste ridondanze e/o
parallelismi (Fig.3) per evitare che, in caso di guasto o anomalia improvvisa di un
componente essenziale, il sistema e il servizio vengano a mancare soprattutto se la loro
sussistenza può produrre riduzioni della Sicurezza umana. Questo è per esempio il progetto
che si adotta nelle cabine elettriche MT/BT di alimentazione dei grandi impianti industriali,
dove in genere si mette un modello di tipo 2 su 3 per i trasformatori, ossia con riserva di una
unità a scambio manuale. Oggi i produttori più avanzati offrono componenti studiati apposta
per avere una curva della densità delle anomalie (gaussiana) nel tempo oltre che pressoché
statisticamente ripetitiva in tutti i componenti dello stesso tipo anche con curva molto stretta
intorno al valore medio. Tali sono per esempio certi tipi di lampade a gas con accensione
elettronica che denunciano un fine vita tra le 10.000 e le 12.000 ore di uso. Questo dato
permette di adottare un piano di manutenzione economico e rapido che può sostituire tutte le
lampade con la stessa vecchiaia prima dell’avvento del periodo di altissimo rischio.
TEMPO DÌ RIPRISTINO
RITARDO
GUASTO
TEMPO DI MANUTENZIONE CORRETTIVA
RITARDO
TECNICO
LOCALIZZ.
CORREZZ.
LOGI STICO
RIPRISTINO
COLLAUDO
TEMPO DÌ RIPARAZIONE
MCT = MEAN CORRECTIVE TIME (TEMPO MEDIO MANUTENZIONE CORRETTIVA)
MRT = MEAN REPAIR TIME (TEMPO MEDIO PER LA RIPARAZI ONE)
MTTR =MEAN TIME TO RESTORATION (TEMPO MEDIO DÌ RIPRISTINO)
A
MTBF
MTBF  MTTR
Fig. 2
(DISPONIBILITA’)
Per i casi più comuni di sistemi ridondati, occorre fare un discorso molto rigoroso sul
tempo di correzione del guasto. Infatti tanto più è breve questo tempo più è affidabile il
sistema ridondato. In questi casi si ricorre allo studio delle reti RBD (Reliability Block
Diagram) e alla determinazione del MTBCF (Mean Time Between Critical Failures), ossia il
tempo medio di Disponibilità del servizio anche quando alcuni componenti sono in
riparazione o sostituzione. Nella fig.4 la curva è quella della Disponibilità nel tempo e lo
MTBCF calcolato per la rete di fig.3. In questa figura compare anche sopra l’albero del
sistema con i suoi dati affidabilistici e di manutenibilità. Determinante è lo MCT (Mean
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Corrective Time)(tempo di riparazione) che rappresenta, in un sistema ridondato, il tempo in
cui il sistema può sopravvivere in servizio. E’ chiaro che la probabilità che un guasto
sopraggiunga nel periodo in cui è assente per guasto la riserva, aumenta con il tempo di uso
del sistema, anche se i componenti seguono la curva di Poisson, perché i componenti
comunque hanno o stanno per superare lo MTBF della singola parte.
I parametri importanti da prendere in considerazione per determinare lo MCT sono:

Il
tempo
riparatore
di
sul
arrivo
del
posto
di
riparazione dopo il riscontro
della Anomalia, ossia la
disposizione logistica
e
l’organizzazione dei posti di
manutenzione intermedi in
cui risiedono i manutentori.
Fig. 3

La
facilità
nella
individuazione della parte
guasta. Per ridurre questo
tempo occorre aver fatto
una
giusta
FMECA/TA
analisi
(Testability
Analysis) e della Logistica
per basarsi nel progetto sul
tempo medio che ci vuole
Fig. 4
per
realizzare
la
ripa-
razione. Se le cause di guasto e gli effetti (analisi FMEA) vengono riportati per iscritto
su un libro, ciò aiuta l’operatore a trovare in breve tempo la causa del guasto, oppure
serve a dotare il sistema con opportuni rivelatori a led delle singole cause di guasto o
della perdita di una funzione delle macchine nel sistema.
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
E’ importante studiare la logistica delle parti di scorta che abbiano sempre un numero
adeguato di parti nei magazzini, in modo che ci siano adeguate parti nei magazzini
collocati al giusto luogo (ILS) Integrated Logistics Support. Se è vero che non
sappiamo quando un componente si guasterà, è pure vero che conosciamo la
guastabilità media delle parti e quindi, con metodi matematici di calcolo che tengano
conto oltre che dell’affidabilità anche della posizione dei magazzini rispetto alle parti
da riparare, dovremmo essere capaci di metterci al riparo dal trovarci senza parti di
scorta al momento opportuno. Da respingere assolutamente è l’assegnazione delle
parti di scorta a percentuale fissa del parco macchine consegnato al cliente. Si rischia
di avere abbondanza di parti assolutamente affidabili e mancanza della parte giusta al
momento giusto. Ad esempio nella impiantistica di edificio industriale o no,
occorrerebbe mettere nei calcoli delle parti di scorta l’insieme delle apparecchiature
elettroniche di controllo e di accensione delle lampade fluorescenti, la parte elettronica
dei sensori antifumo, per non parlare dell’elettronica presente nelle cabine MT/BT ecc.

E’ molto importante che le anomalie che si possono verificare riguardanti la
diminuzione o perdita della sicurezza (Safety) vengano riportati mediante un sistema
di supervisione allarmi a un centro di controllo sorvegliato 24/24 ore o comunque
trasmessi in modo sicuro tramite telefoni cellulari ad addetti che possano intervenire in
caso di necessità. In questo caso il valore della TA viene moltiplicato, in quanto si
produce non solo un migliore controllo in termini di Safety, ma anche una riduzione
dei costi di manutenzione nel senso della riduzione del tempo tecnico di intervento, in
quanto, già a distanza, si può comprendere quale sia la parte guasta e reperirla in
magazzino prima dello spostamento del personale addetto. In pratica invece di 4
spostamenti se ne fanno solo 2.
La reperibilità delle parti di scorta nella misura giusta può evitare grandi pericoli. Per
esempio, nel caso dei sensori antifumo essi non possono essere raddoppiati in ogni zona e
quindi una loro prolungata mancanza può creare grandi pericoli per la prevenzione incendi
soprattutto in sale affollate come cinema o auditorium, oppure in magazzini pieni di materiali
facilmente incendiabili che possono provocare danni ingenti a entità, persone o cose.
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A differenza dei componenti meccanici e elettromeccanici, i componenti elettronici
sono molto sensibili alle condizioni ambientali in cui vivono. Per questo esistono delle
simulazioni (modelli) che misurano il comportamento di tali componenti secondo l’ambiente
come per esempio di tipo GF (fisso in temperatura ambiente, anche all’aperto), GB (fisso in
ambiente controllato come umidità e temperatura), GM (a terra ma su mezzo mobile) ecc.; ne
consegue che quando si istallano le apparecchiature occorre fare molta attenzione a porle
negli ambienti per i quali sono state studiate ed evitare di cambiarne l’ambiente durante
l’operatività degli impianti, perché se ne varia il modello affidabilistico. A questo proposito, è
da dedicare particolare attenzione alle apparecchiature miste elettronico-meccaniche, ossia
quasi tutte quelle di oggi, dove si può sbagliare facilmente a mettere tali apparecchiature in
ambienti umidi, non opportunamente climatizzati, con conseguenza di abbassare lo MTBF
della parte elettronica.
4. Un approccio sistematico alla costruzione del Piano di manutenzione per componenti/sistemi che rispondono a Curve di
Weibull o miste con Poisson
Nel caso in cui dobbiamo trattare di apparecchiature con componenti che rispondono
a curve di Weibull o miste con componenti che rispondono a curve di Poisson, il piano di
manutenzione va fatto oltre che per il consumo, anche per dare una gradazione di pericolosità
ai vari eventi di guasto che si possono manifestare. Ci sono dei casi in cui l'affidabilità di un
componente può nasconderci la sua pericolosità nel caso di guasto. Quindi bisogna fare un
ragionamento complesso sulla probabilità di guasto e sull'effetto che tale guasto può produrre.
È chiaro che sui componenti di tipo meccanico o elettromeccanico la frequenza di uso può
cambiare completamente il piano di manutenzione. Facciamo l'esempio più semplice, che è
quello dei sensori antifumo: ci può essere una notevole differenza di tempo di manutenzione
di pulizia a secondo della posizione di tali sensori in un edificio. Se li mettiamo nella sala dei
fumatori, supponendo che non abbiano la sensibilità sufficiente per essere attivati di volta in
volta dal fumo del fumatore, essi sicuramente si opacizzeranno molto prima di quelli messi in
altri posti dell'edificio. Richiedono perciò, per mantenere la loro funzione, un piano di
manutenzione di ritmo più veloce nella frequenza, rispetto a quello standard. Essendo il
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rivelatore di fumo l'elemento di eccellenza della sicurezza antincendio, non possiamo
trascurarlo nella normale manutenzione, anche quando sono mutate le condizioni di uso, a
pena di elevato rischio. Naturalmente il ragionamento può essere esteso ai reparti verniciatura.
L’esempio più eclatante di uso contemporaneo delle tecniche di previsione del
comportamento di tipo Weibull e della Testability, è quello della ferrovia TAV tra Bologna e
Milano dove il ponte sul fiume Pò viene monitorato continuamente mediante la presenza di
100 sensori messi nella struttura per misurarne le tensioni. Queste misure riportate a un centro
di controllo permettono di accorgersi in tempo di eventuali anomalie. Per dare una sensazione
importante del vantaggio di usare le tecniche RCM, il costo di questo sistema di controllo è
stato meno dell’1% del costo della costruzione del ponte, con beneficio incommensurabile
sulla Safety e notevole sul LCC.
La metodologia RCM utilizza un approccio sistematico per capire come un
apparato/macchina si guasta e quali obiettivi di manutenzione occorra porsi per minimizzare
guasti e massimizzare l'affidabilità. Questa metodologia ci indirizza anche a comprendere
perché certe attività di manutenzione devono essere fatte e darsi invece una giustificazione per
eliminare o rarefare alcune manutenzioni preventive non necessarie. Questo sistema permette
di arrivare al mix ottimale tra la manutenzione correttiva, la preventiva, e la manutenzione
basata “On condition”. La RCM è un approccio che considera l’importanza della missione,
dell'ambiente, della “safety” e della “security”.
La metodologia RCM che si usa normalmente è formata da una successione di cinque
step. Questi step possono essere anche sviluppati con opportuni programmi software che
aiutano nel definire il piano di manutenzione preventiva.
a) Identificazione delle funzioni significative
b) Analisi FMEA/FMECA e divisione per categorie degli effetti di guasto
c) Strategia della manutenzione preventiva e decisioni conseguenti
d) Definizioni della manutenzione preventiva e ottimizzazione della frequenza
e) Generazione del rapporto RCM
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RCM- logica per la determinazione della rilevanza della funzione
Ha la perdita di questa funzione un effetto contrario
alla sicurezza e/o all’ambiente ?
yes
No
Ha la perdita di questa funzione un effetto contrario
alle normali operazioni?
yes
No
Ha la perdita di questa finzione un effetto di aggravio
economico ?
yes
Fig. 5
Analisi FMECA e
categorizzazione degli
effetti di guasto.
No
E’ questa funzione protetta in un già esistente piano di
manutenzione?
yes
No
FUNZIONE NON
SIGNIFICATIVA
FUNZIONE
SIGNIFICATIVA
Identificare tutti i guasti
funzionali e fare le
analisi FMECA e RCM
Percorrere la logica delle decisioni e fare
il doppio click su una di queste opzioni.
Le tre figure 5,6,7 rappresentano alcuni passi della logica con la quale si può costruire un
piano di manutenzione.
RCM: la priorità delle failures e conseguenze logiche.
Il guasto funzionale si evidenzia da se all'operatore mentre sta svolgendo i suoi normali compiti?
Evidente
Nascosto
sì
no
La modalità di guasto causa la perdita
della funzione o provoca, come effetto
secondario, un danno che potrebbe
portare a un effetto negativo sulla
sicurezza operativa o potrebbe portare
a seri danni all'ambiente?
Si
No
Effetto evidente
sull' economia/
operatività.
Effetto evidente
sulla sicurezza/
ambiente.
Fig. 6
Decisioni strategiche
per la manutenzione
preventiva.
Può l'arrivo della modalità di guasto
nascosta in combinazione con un diverso
guasto/evento causare una perdita di
funzione o un danno secondario che
avrebbe un effetto contrario alla normale
operatività o creare serie violazioni alla
sicurezza ambientale?
No
Effetto nascosto
sulla sicurezza/
ambiente.
Si
Effetto nascosto
sull' economia/
operatività.
Si percorra la logica delle decisioni e si faccia il doppio click su una di queste opzioni.
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Decisioni sulla Manutenzione Preventiva
La criticità della modalità di guasto è
accettabile ?
Si
Procedure di manutenzione
correttiva,senza piano della
manutenzione preventiva (PM).
Si
Procedure di controllo
di condizioni previste.
Si
Procedure previste di riparazione o
rottamazione.
Si
Procedure previste per trovare la
failure.
Si
C'è una combinazione di procedure
tecnicamente fattibili e con quali
mezzi ?
No
C’è un’operazione per determinare se sta’
avvenendo un guasto e se dovesse
accadere sarebbe tecnicamente
affrontabile? Qual è l'impegno per farlo?
No
Sono tecnicamente fattibili procedure di
riparazione o di rottamazione per ridurre la
frequenza dei guasti ?
Qual è l'impegno per farlo?
No
E’ tecnicamente fattibile un metodo per
trovare la failure tramite la rivelazione di
essa, e con quali mezzi?
No
La criticità della modalità di guasto è alta
o estremamente alta?
No
Fig. 7
Si
Niente
manutenzione
a programma.
Combinazione
di procedure.
No
Rivisitazione della
struttura della parte.
Definizione delle operazioni
della manutenzione preventiva
e ottimizzazione della
frequenza.
Si percorra la logica delle decisioni e si faccia il doppio click su una di queste opzioni
5. Nota finale
Già oggi si possono annoverare costruzioni, impianti industriali e mezzi di trasporto
che vengono mantenuti in base alle regole e calcoli RCM. E’ probabile che fra non molto si
richiederà a tutti i progettisti di dimostrare che abbiano seguito le opportune procedure per un
progetto della manutenzione che assicuri oltre la massima disponibilità operativa, un rispetto
assoluto della sicurezza. Lo scritto sommario che vi abbiamo presentato speriamo che possa
essere uno stimolo, per gli ingegneri di progettazione e per quelli della manutenzione ad
adeguarsi culturalmente all’uso pratico delle metodologie RCM oggi sempre più necessarie
per progettare e gestire costruzioni e prodotti di grande qualità con costi che permettono la
competitività a livello nazionale e internazionale.
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Particolare importanza assumono le tecniche sopraddette nel caso di contratti di
gestione in concessione o di project financing, dove il controllo dei costi su un largo intervallo
pluriennale, può essere determinante sulla riuscita positiva di un business. L’adozione o
meno di tali tecniche è, tante volte, più di cultura da usare nel progetto e nella operatività, che
per i reali costi che comportano, messi di fronte ai benefit incommensurabili in termini di
Safety e Produttività che essi generano.
Tra l’altro la conoscenza e l’uso di tali tecniche permette di essere molto più accurati
nelle richieste di specifica tecnica nella fornitura di parti e apparati provenienti da Terzi
esterni, necessarie per realizzare sistemi produttivi di alta efficienza.
6. Glossario
FMEA,FMECA- Failure Mode Effects and (Criticality) Analysis
FRACAS- Failure Report Analysis & Corrective Action System
FTA- Fault Tree Analysis
ILS- Integrated Logistics Support
MTBF- Mean Time Between Failures
MTBUR- Mean Time Before Unscheduled Removal
MARKOV- Reti di Markov per l’analisi delle prestazioni e evoluzioni dei sistemi fisici.
MCT- Mean Corrective Time
MTTR- Mean Time To Restoration
MTR- Mean Time for Repair
RAM – Reliability, Availability, Maintainability,
RBD - Reliability Block Diagram
RCM- Reliability Centered Maintenance
TA- Testability Analysis
7. Bibliografia essenziale






Blanchard, Benjamin S. Maintainability A Key to Effective Serviceability and
Maintenance Management- John Wiley & Sons, Inc. New York, NY. 1994.
Furlanetto Luciano (a cura di): Manuale di Manutenzione degli Impianti e Servizi.
Franco Angeli, 2008.
Manuale d’uso della tecnica MMEL nel sistema RAMC della Advanced Logistics
Developments (www.ald.co.il).
Manuali: MIL HDBK 472 procedure 5 & MIL STD 721.
Moubray, John. Reliability-Centered Maintenance. Industrial Press. New York, NY.
1997.
Standard SAE ARP 4761- SAE JA1011.
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Breve biografia dell’autore
Sergio Di Veroli, ingegnere elettronico laureatosi alla Sapienza di Roma e
specializzatosi al Politecnico di Milano, è attualmente direttore della Società Telebit, attiva
da 20 anni in Italia nel campo della Qualità/Affidabilità e dei sistemi di Manutenzione. In
precedenza
è
stato
dirigente
in
grandi
aziende
del
campo
dei
sistemi
di
telecontrollo/telecomunicazioni, in particolare per molti anni nella Società Telettra. Per questa
Società ha tra l’altro partecipato al progetto e alla costruzione dei Sistemi di Dispacciamento
Nazionale dell’ENEL e dell’Ente Elettrico Turco (TEK). E’ stato anche docente della
Manutenzione presso i corsi master AICE-Bocconi, Architettura e Ingegneria della Sapienza
Università di Roma. Ha scritto varie pubblicazioni e ha collaborato al libro in rete sulla
Manutenzione dell’Ordine degli ingegneri di Roma (2008).
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