Che cos'è l'analisi della struttura dei malfunzionamenti?
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Aereo all'interno di un tunnel high-tech

Negli impianti di produzione industriale, comprendere le potenziali cause dei malfunzionamenti dei sistemi è fondamentale per prevenirli. L'analisi della struttura dei malfunzionamenti, in inglese FTA, offre un approccio all'analisi delle cause principali, identificando e analizzando la causa principale dei problemi alle risorse prima che i dispositivi si rompano. 

L'analisi della struttura dei malfunzionamenti è un approccio top-down di tipo deduttivo che aiuta a determinare la causa di uno specifico evento indesiderato all'interno di un sistema complesso. Prevede la scomposizione della causa principale di un guasto nei suoi fattori costitutivi, e la sua rappresentazione in un modello grafico chiamato struttura dei malfunzionamenti, che aiuta i manager e gli ingegneri a identificare potenziali modalità guasto (e la probabilità di ciascuna) per le analisi di sicurezza e affidabilità.

Sviluppata per la prima volta all'inizio degli anni Sessanta da Bell Laboratories per aiutare la US Air Force a capire i potenziali errori nel sistema missilistico Minuteman, l'FTA è stata ampiamente utilizzata in diversi settori, fra cui quello aerospaziale, dell'energia nucleare, chimico e automobilistico.

I responsabili della manutenzione possono utilizzare l'analisi della struttura dei malfunzionamenti per:

  • Progettare e/o installare un nuovo sistema
  • Apportare modifiche ai sistemi esistenti
  • Esaminare la sicurezza o l'affidabilità del sistema
  • Valutare la conformità normativa
  • Ottimizzare i budget di manutenzione

Con l'evoluzione e l'aumento della complessità degli ambienti di produzione, anche la necessità di strumenti di gestione del rischio come l'FTA diventa sempre più pressante. Incorporare l'analisi della struttura dei malfunzionamenti nelle pratiche ingegneristiche di sicurezza e affidabilità può aiutare un'organizzazione a ottenere insight più approfonditi sulle potenziali cause dei malfunzionamenti, a migliorare le prestazioni generali e a ridurre la possibilità di incidenti costosi e potenzialmente catastrofici.

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Effettuare un'analisi della struttura dei malfunzionamenti

Effettuare un'analisi della struttura dei malfunzionamenti è un processo complesso che prevede sette passaggi chiave.

Passaggio 1: Definire l'evento indesiderato

Prima di effettuare l'analisi, definisci chiaramente l'evento indesiderato che vuoi analizzare. Deve essere un evento specifico e misurabile, come il guasto di un componente o un malfunzionamento di sistema. È anche importante definire l'evento in termini chiari e coerenti, poiché servirà come punto di partenza del diagramma della struttura.

Passaggio 2: Identificare gli eventi e i fattori che contribuiscono al fenomeno

Una volta definito l'evento indesiderato, è necessario iniziare a identificare i fattori e gli eventi che potrebbero contribuire alla sua insorgenza. Questi fattori tendono a dividersi in due grandi categorie: eventi di base ed eventi intermedi.

Gli eventi di base, ovvero quelli che non possono essere ulteriormente suddivisi in eventi più semplici, sono gli eventi fondamentali in un'analisi dei malfunzionamenti. Rappresentano il livello più basso di eventi che si possono analizzare. Un evento di base in una struttura dei malfunzionamenti per un incidente d'auto, ad esempio, potrebbe essere "il conducente perde il controllo del veicolo."

Gli eventi intermedi si trovano fra gli eventi di base, di livello più basso, e gli eventi principali (l'evento indesiderato primario che viene analizzato). Gli eventi intermedi sono provocati da altri eventi nella struttura dei malfunzionamenti e che, a loro volta, ne provocano altri. Rappresentano gli eventi di livello più alto che possono essere ulteriormente analizzati. Utilizzando di nuovo l'esempio dell'incidente d'auto, un evento intermedio nella struttura dei malfunzionamenti potrebbe essere "scoppio di uno pneumatico."

Assicurati di considerare sia gli eventi interni che quelli esterni, come malfunzionamenti dei componenti, errori umani e condizioni ambientali. In questa fase dell'analisi, potrebbe essere necessario consultare esperti in materia e/o controllare i dati storici, i report degli incidenti e i record di manutenzione.

Passaggio 3: Costruire la struttura dei malfunzionamenti

Utilizzando i simboli standard di connettivi ed eventi, costruisci una rappresentazione grafica delle relazioni fra l'evento indesiderato (o output) e i fattori che hanno contribuito alla sua insorgenza (detti anche eventi di input). La struttura dei malfunzionamenti deve essere organizzata in modo gerarchico, con l'evento indesiderato in cima e i fattori scatenanti ramificati al di sotto.

Ordinare gli eventi di base è piuttosto semplice, poiché non possono provocarne altri. Tuttavia, l'inclusione degli eventi intermedi è più complessa, poiché gli eventi intermedi richiederanno connettivi logici booleani che indicano la relazione fra gli eventi principali, intermedi e di base.

In una struttura dei malfunzionamenti esistono due tipi di connettivi logici: connettori AND e connettori OR.

  • Connettivi AND: utilizza i connettivi AND quando tutti gli eventi che contribuiscono devono verificarsi simultaneamente affinché si verifichi l'evento indesiderato. Ad esempio, se un malfunzionamento di sistema richiede sia il malfunzionamento di un componente che un errore dell'operatore, per connettere questi eventi nella struttura è necessario utilizzare un connettivo AND.
  • Connettivo OR: utilizza un connettivo OR quando basta solo uno degli eventi di input per provocare l'evento di output. In altre parole, l'evento di output si verificherà se si verifica almeno uno degli eventi di input collegati al connettivo OR. Se, ad esempio, un malfunzionamento di sistema può essere provocato dal malfunzionamento di un componente o dall'errore di un operatore, è necessario utilizzare un connettivo OR per collegare gli eventi.

Anche comunemente meno utilizzati, i connettivi NOT, XOR, K/N e INHIBIT possono aiutare a identificare relazioni specifiche fra eventi di input e output.

  • Connettivi NOT: i connettivi NOT rappresentano l'inverso di un evento di input. Se l'evento di input non si verifica, si verifica l'evento di output. Questi connettivi sono meno comuni nell'analisi della struttura dei malfunzionamenti, poiché modellano l'assenza di un evento o la ricorrenza di un evento complementare.

  • Connettivi XOR (detti connettivi di disgiunzione esclusiva): utilizza un connettivo XOR quando, perché si verifichi un evento di output, deve verificarsi esattamente uno degli eventi di input. Se non si verifica nessun evento di input o qualora se ne verifichino più di uno, l'evento di output non avrà luogo.

  • Connettivi K/N: i connettivi K/N, conosciuti anche come connettivi di voto o connettivi di soglia, vengono utilizzati quando un numero specifico di eventi di input (K) sul numero totale possibile (N) deve verificarsi perché abbia luogo l'evento di output. I connettivi K/N aiutano a illustrare relazioni più complesse in un'analisi della struttura dei malfunzionamenti.

  • Connettivi INHIBIT: come per AND, un connettivo INHIBIT indica che un evento di output si verificherà se si presenteranno sia gli eventi di input che un evento condizionale (una condizione o limitazione che si può applicare a qualsiasi connettivo).

Gli eventi intermedi possono includere anche eventi non sviluppati, ovvero eventi non completamente compresi o che non sono stati completamente analizzati.

Utilizzare i vari connettivi disponibili ti aiuterà a creare una struttura dei malfunzionamenti completa in grado di catturare le interazioni complesse fra i vari eventi e fattori che hanno provocato l'evento indesiderato.

È importante ricordare che la costruzione di una struttura dei malfunzionamenti è un processo iterativo, per cui è importante continuare a suddividere gli eventi scatenanti nei loro eventi secondari di base, fino a quando non possono più essere ridotti. Quando ottieni nuove informazioni e/o le condizioni di sistema cambiano, dovrai apportare diversi aggiustamenti per affinare la struttura dei malfunzionamenti.

Passaggio 4: Raccogliere i dati sui malfunzionamenti

Per quantificare i rischi associati all'evento indesiderato, è necessario raccogliere dati sui malfunzionamenti (da registri storici, database di settore, opinioni di esperti, ecc.) per gli eventi di base nella struttura dei malfunzionamenti. I dati dei malfunzionamenti devono essere espressi come probabilità o percentuali di malfunzionamento, a seconda del tipo di analisi che si esegue.

Fase 5: Esecuzione dell'analisi

Dopo aver creato la struttura dei malfunzionamenti e raccolto i dati sul malfunzionamento, si eseguirà l'analisi, in cui si calcolerà la probabilità che si verifichi l'evento indesiderato e si individueranno i fattori contribuenti più critici. Utilizza un metodo di analisi dei dati qualitativo o quantitativo.

Un'analisi qualitativa si concentra sulla comprensione del modello della struttura dei malfunzionamenti , delle relazioni tra eventi e dell'identificazione di percorsi critici e set di tagli minimi (il set più piccolo di eventi che possono dar luogo all'evento indesiderato). L'analisi qualitativa può aiutare ad assegnare priorità alle azioni correttive e individuare le aree per ulteriori analisi.

Una metodologia quantitativa, d'altra parte, comporta il calcolo della probabilità dell'evento indesiderato in base alle probabilità di insuccesso degli eventi di base. L'analisi quantitativa può aiutare a prendere decisioni informate sulla gestione del rischio e valutare l'efficacia dei miglioramenti proposti.

Passaggio 6: Interpretazione dei risultati

Dopo aver eseguito l'analisi, è il momento di interpretare i risultati e comunicare tutte le informazioni pertinenti agli stakeholder necessari.

È importante ricordare che i risultati di un'analisi della struttura dei malfunzionamenti dipendono dalla qualità dei dati di input e dalle ipotesi formulate durante l'analisi. Pertanto, si devono considerare i risultati come un punto di partenza per ulteriori analisi e convalide, piuttosto che come una conclusione definitiva.

Fase 7: Implementazione dei miglioramenti e monitoraggio dei progressi

In base ai risultati dell'analisi della struttura dei malfunzionamenti saranno implementate misure preventive e/o miglioramenti per eliminare o diminuire la probabilità di un evento indesiderato. Assicurati di monitorare le prestazioni di questi miglioramenti e di aggiornare costantemente la struttura dei malfunzionamenti per riflettere eventuali modifiche della progettazione del sistema, delle condizioni operative o delle prestazioni dei componenti, in modo che la struttura rimanga accurata e quindi utile per l'organizzazione.

Vantaggi dell'analisi della struttura dei malfunzionamenti
  • FTA fornisce una rappresentazione visiva dei fattori e degli eventi che contribuiscono a causare un guasto del sistema, agevolando la comprensione delle interazioni complesse tra i componenti del sistema.

  • FTA consente di calcolare la probabilità che si verifichi un evento di malfunzionamento, permettendo una migliore gestione del rischio e un migliore processo decisionale e aiutando i team a essere proattivi sulle azioni di correzione.

  • Poiché è possibile analizzare solo un evento di output alla volta, l'analisi della struttura dei malfunzionamenti aiuta i team a rimanere organizzati durante la valutazione dei livelli di sistema e l'analisi metodica degli effetti.

  • A differenza di altri approcci alle analisi delle modalità e degli effetti dei malfunzionamenti (FMEA), FTA tiene conto dell'errore umano e questo può aiutare i team a capire se i problemi sono correlati a deviazioni dalla procedura operativa standard.

  • L'FTA identifica quali sono i malfunzionamenti più probabili, aiutando i team a decidere quali problemi richiedono un'attenzione urgente.

Limitazioni dell'analisi della struttura dei malfunzionamenti
  • L'accuratezza e l'efficacia dell'FTA dipendono in larga misura dalla competenza degli analisti, dalla loro capacità di individuare le cause di guasto pertinenti e dalla loro comprensione delle complessità della struttura dei malfunzionamenti stessa.
  • L'FTA è più adatto per analisi di sistemi più piccoli. I sistemi grandi e complessi richiedono probabilmente strutture dei malfunzionamenti ampie e complesse, rendendo l'analisi impegnativa e dispendiosa in termini di tempo.
  • La disponibilità e la qualità dei dati di errore determineranno la precisione delle probabilità calcolate in una struttura dei malfunzionamenti.
  • L'analisi della struttura dei malfunzionamenti consente di esaminare solo un evento principale alla volta.
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