Introduzione alla Reliability Block Diagram

L’acronimo RBD sta per Reliability Block Diagram (Diagramma di affidabilità a blocchi). È un metodo grafico descritto dallo standard internazionale IEC 61078:2016 Reliability Block Diagrams (precedentemente conosciuto come IEC 1078).

Il metodo basato sui RBs è un modello induttivo (vedi di seguito) in cui il sistema (si pensi ad esempio ai componenti di una lavatrice oppure alle fasi di un processo d’assemblaggio) è diviso in blocchi elementari, ed ogni blocco rappresenta un elemento distinto (modalità di guasto), come ad esempio un componente o sottosistema. Questi blocchi elementari vengono poi collegati tra di loro tramite connessioni che rappresentano i percorsi di successo del sistema (system-success pathways).

Si precisa come i blocchi sono rappresentazioni del sistema da un punto di vista affidabilistico e devono essere collegati opportunamente, senza dover rispecchiare il collegamento fisico dei componenti.

Inoltre, i blocchi non devono rappresentare obbligatoriamente un elemento ma possono rappresentare anche una funzione dell’elemento stesso. Si rimarca che i blocchi sono rappresentazioni affidabilistiche del sistema. In genere questi blocchi rappresentano l’elemento più piccolo che verrà sostituito nel momento in cui si verificasse il guasto. Per esempio, la rottura di una valvola comporterà la sostituzione con una valvola funzionante. Nel caso di un’analisi Weibull, questa sarà obbligatoriamente una valvola nuova. Nel caso di un’analisi RBD i software quali BlockSim consentono di gestire sostituzioni con apparati equivalenti ma condizionati. Per entrambe i casi comunque, l’elemento sostituito è un LRU (Lowest Replaceable Unit) – vedasi Nuovo all’ingegneria dell’affidabilità.

Il metodo RBD, nasce con il concetto di studiare sistemi non riparabili (vedi IEC 1078), ma grazie all’ausilio di software come BlockSim, è possibile agilmente implementare e simulare anche sistemi riparabili.

A cosa serve una RBD?

Il metodo RBD è estremamente utile in quanto permette di:

• mettere in evidenza le interdipendenze tra gli elementi e/o funzioni del sistema
• osservare la catena di propagazione di un guasto
• individuare gli elementi più deboli del sistema per ridisegnarli conformi ad un requisito di specifica. Vedasi video https://www.youtube.com/watch?v=vC90Y16wRqg&t=2892s
• calcolare l’affidabilità, la disponibilità, la manutenibilità del sistema o di una sua parte
• Calcolare la produttività di un impianto sulla base delle unità orarie processate e le interruzioni per guasti o interventi di manutenzione.
• …

Come si costruisce una RBD?

La costruzione di un Reliability Block Diagram (RBD) si articola in alcuni passaggi fondamentali.

• Il primo consiste nel definire chiaramente la struttura del sistema, individuando i sottosistemi e le relazioni funzionali tra i vari elementi che ne determinano il comportamento complessivo.
• Successivamente, è necessario stabilire il livello di dettaglio dell’analisi. La modellazione può fermarsi, ad esempio, al livello di assemblaggio qualora i dati disponibili siano limitati, oppure spingersi fino al livello di LRU quando si dispone di informazioni più granulari.

In ogni caso, il principio guida è quello di scendere fino al livello per il quale siano disponibili dati affidabili di guasto e riparazione, così da poter integrare il diagramma con parametri quantitativi coerenti e rappresentativi del comportamento reale del sistema.

Per alcuni blocchi, le informazioni dettagliate potrebbero risiedere su altre pagine. In tal caso come nella figura sopra, sia il Motore che il blocco Alimentazione carburante sono solo link ad altri RBD che contengono informazioni dettagliate.

• Definire le connessioni logiche tra i blocchi tenendo presente che non devono per forza rappresentare le connessioni fisiche e/o funzionali del sistema.

E’ importante notare che un solo blocco iniziale e un solo blocco o nodo finale sono consentiti per la validità del digramma. Nello specifico, le rappresentazioni A, D e E non sono consentite in quanto rappresentano uscite multiple (A), referenza circolare (D) e input multipli (E)

• Eseguire i calcoli

Il procedimento sopra descritto è semplificativo e teorico ma fornisce un’idea di base di quale sia il processo di costruzione di una RBD. Nella pratica aziendale la produzione di RBD è più complessa e richiede l’ausilio di software dedicato con algoritmi avanzati (analitici e simulativi) in quanto la mole di calcoli algebrici da eseguire cresce in modo significativo all’aumentare della complessità del prodotto/processo (si veda “state explosion problem”).

Configurazioni nelle RBD

Un RBD è un grafico aciclico diretto, ossia non ammette la formazione cicli chiusi (loops) e la sua struttura logica convenzionale si basa su due principali configurazioni:

• Serie – Un sistema è detto di avere gli elementi/funzioni in serie, da un punto di vista affidabilistico, quando uno o più elementi guastandosi prima della conclusione della missione del sistema, conseguono al fallimento dell’intero sistema.

• Parallelo – Un sistema è detto di avere n elementi/funzioni in parallelo, da un punto di vista affidabilistico, quando solo il guastarsi di tutti gli n elementi/funzioni prima della conclusione della missione del sistema, conseguono al fallimento del sistema.

Le configurazioni serie e parallelo, se ben utilizzati, permettono di rappresentare l’affidabilità della maggior parte dei sistemi presenti. Con il complicarsi dei processi e prodotti, si è reso sempre più necessario poter simulare in modo più agevole componenti/funzioni sempre più complessi. Per tale ragione oggi vengono largamente utilizzate configurazioni più complesse come i blocchi Standby, Load Sharing e Dynamic Switch (per maggiori informazioni si vedano i corsi di formazione RS250, RS300 e RS600)

Qual è la differenza tra l’approccio induttivo e deduttivo?

La deduzione costituisce un ragionamento dal generale allo specifico. In un’analisi deduttiva del sistema (ad esempio una FTA), si ipotizza che il sistema stesso si sia guastato in un certo modo e si cerca di scoprire quali modalità di comportamento del sistema o del sottosistema (componente) contribuiscono a questo fallimento (approccio alla Sherlock Holmes)

L’induzione costituisce un ragionamento che parte dalle singole cause ed analizzare i loro effetti sul sistema generale. Gli approcci induttivi (RBD, FMEA, FMECA, PHA, FHA, DFM) sono anche definiti approcci bottom-up, cioè che partono dal basso, cioè dagli iniziatori dei guasti e poi procedono verso l’alto per determinare gli effetti sul sistema. Le tecniche induttive forniscono risposte alla domanda “Cosa succede se…? Più formalmente, il processo consiste nell’ipotizzare particolari stati per i componenti, generalmente fallimentari, e poi analizzare gli effetti sul sistema.

Meglio un approccio induttivo o deduttivo?

La risposta a questa domanda mal posta è, banalmente, dipende cosa si deve analizzare. Anzi, in genere vengono eseguite analisi in parallelo con metodi e approcci differenti proprio per analizzare e comprendere meglio i fenomeni che si verificano nel sistema. Ad esempio, è prassi comune associare un’analisi tramite FT con un’analisi RBD. In certi casi vengono eseguite FTA in parallelo con le FMEA. In questo ultimo caso è doveroso riportare che i metodi di costruzione di una FT e una FMEA sono diversi, sebbene possano portare a conclusioni molto simili tra di loro.