METODI PER LA QUANTIFICAZIONE DEL RISCHIO: Alberi di Evento e Alberi di Guasto

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1 Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale METODI PER LA QUANTIFICAZIONE DEL RISCHIO: Docente: Page 1

2 Quantificazione del Rischio Fase Fase Fase Fase Fase Fase Definizione Definizione del del rischio rischio ed ed analisi analisi preliminare preliminare (Preliminary (Preliminary Hazard Hazard Analysis Analysis - - PHA); PHA); Analisi Analisi del del rischio rischio del del sistema sistema (System (System Hazard Hazard Analysis Analysis - - SHA) SHA) Analisi Analisi delle delle conseguenze conseguenze (Consequence (Consequence Analysis Analysis - - CA) CA) Fase 1 L analisi preliminare del rischio (PHA) consiste nello sforzo iniziale di identificazione delle aree critiche di un sistema, nella definizione del rischio ad esse associato e nella formulazione preliminare dei criteri di progetto dei sistemi di protezione e sicurezza. Page 2

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4 Fase 2 La seconda fase riguarda la quantificazione del rischio del sistema (SHA), e, pertanto, rappresenta la parte più consistente e complessa del procedimento globale. Le due tecniche più note ed utilizzate, nella maggior parte dei casi, in combinazione sono gli Alberi di Evento (Event Tree - ETA) e gli Alberi di Guasto (Fault Tree - FT). Questi metodi sono, alle volte, complementati ulteriormente da metodi quali l analisi degli effetti dei modi di guasto e della criticità (Failure Mode Effect and Criticality Analysis - FMECA), che contribuisce alla migliore definizione della quantificazione del rischio e delle conseguenze Page 4

5 Failure Mode, Effect and Criticality Analysis Page 5

6 Fase 3 L analisi delle conseguenze (CA) è il diretto risultato dell applicazione di tecniche ETA/FTA, accoppiate a calcoli quantitativi deterministici delle sequenze definite indipendentemente dalle probabilità ad esse associate. Esistono molti metodi formali per lo studio delle conseguenze. Due di questi sono il metodo di studio dell operabilità e rischio ( Hazard and operability study ) e i diagrammi di cause-conseguenze ( Causeconsequence analysis ). Entrambi questi metodi fanno riferimento agli alberi di evento ed alberi di guasto e pure alla tecnica FMEA, includendo calcoli di carattere deterministico. Page 6

7 Metodologia moderna : Analisi Funzionale di Sicurezza L analisi funzionale di sicurezza ( Functional safety ) tende a definire un grado di affidabilità/integrità del sistema di sicurezza o di alcune sue funzioni importanti ( Safety Integrity Level, SIL). Tale grado di affidabilità dovrà essere compatibile con i livelli di rischio introdotti dal sistema tecnico: per livelli di rischio crescenti l affidabilità del sistema di sicurezza dovrà crescere di conseguenza. L analisi funzionale di sicurezza si basa sia su metodi qualitativi che quantitativi e trova larga applicazione in diversi domini tecnologici dove è presente un alto grado di automazione. Page 7

8 Metodo Caratteristiche Vantaggi Svantaggi PHA FMEA FMECA ETA FTA Hazard and operability studies Causeconsequence analysis Functional safety Definisce i rischi ed identifica gli elementi per le FMEA e FTA Esame dei modi di guasto di ogni componente. Parte da eventi iniziatori ed esamina tutte le possibili evoluzioni risultanti da combinazioni binarie. Parte da top event e trova le combinazione dei guasti di base che li provocano Versione estesa di FMEA che include cause ed effetti delle variabili importanti del sistema Parte dagli eventi critici e si sviluppa in avanti usando alberi di conseguenza. Uso dei FT per analisi deduttive Valutazione del grado di integrità dei sistemi Passo iniziale necessario. Cruciale per tutto lo studio Facilmente compreso. Ben accettato. Standardizzato. Non-controverso. Non-matematico Identifica effetti e conseguenze Tecnica ben accettata Molto adatta per trovare correlazioni tra guasti. Adatta per studiare grandi impianti Molto flessibile. Ben documentata. Parti sequenziali ben identificate Metodo completo per la valutazione dei rischi Nessuno POLITECNICO DI MILANO Esamina anche guasti non pericolosi. Time consuming Fattori importanti non considerati (HF...) Fallisce in caso di sequenze multiple. Non adatto per analisi dettagliate. Grandi FT di difficile gestione. Logica complessa. Non ben standardizzata né ben descritta in letteratura Diagrammi Causeconseguenze crescono molto in fretta. Stessi svantaggi dei FT Necessità di uso di metodi diversi e grandi quantità di dati Page 8

9 Alberi di Evento L Analisi tramite Alberi di evento (ETA) è un metodo induttivo, cioè si sviluppa in avanti nel tempo. Si parte assumendo che i sistemi di sicurezza siano disponibili o guasti ovvero che al momento dell entrata in funzione rispondano completamente alle aspettative o non funzionino del tutto Si crea in questo modo una struttura ad albero con tutte diramazioni binarie, che risultano in un numero di possibili sequenze incidentali di 2 n, dove n è il numero di sistemi di sicurezza considerati. Page 9

10 Definizione di Evento Per evento si intende fatto o un azione determinanti un cambiamento di stato del sistema. un evento implicante fattori umani si identifica solo con l esecuzione di un azione che determina un cambiamento di stato del sistema. Page 10

11 Definizione logica analitica dell occorrenza Per occorrenza si intende POLITECNICO DI MILANO Un occorrenza in aviazione è definita come un interruzione di operazioni, difetto, fallimento, o altra circostanza non regolare che ha o può avere influenza sulla sicurezza del volo, che non ha necessariamente dato origine ad un incidente severo, che soddisfa la necessità di archiviare i fatti accaduti secondo una modalità standard in un sistema di raccolta dati, tale da permettere valutazioni di carattere retrospettivo e prospettico associate alla sicurezza stessa. Per evento si intende Evento Tecnologico Fatto o azione determinanti un cambiamento di stato del sistema. Evento Fattori Umani Evento implicante fattori umani si identifica solo con l esecuzione (o non esecuzione) di un azione che determina un cambiamento di stato del sistema. Page 11

12 Alberi di Evento Page 12

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14 Alberi di Guasto La tecnica degli Alberi di guasto (FTA) è considerata come lo strumento analitico più potente che esista per rappresentare le possibili combinazioni di modi di guasto dei componenti in un particolare sistema. Date le probabilità di guasto dei componenti basici, la FTA calcola la probabilità risultante del malfunzionamento mediante un metodo deduttivo. Il malfunzionamento del sistema è detto evento TOP e l albero di guasto si sviluppa in ramificazioni derivanti da questo evento primario, rappresentanti le cause in cascata degli eventi collegati dalle varie ramificazioni. Un albero di guasto è composto di due tipologie di elementi, eventi e porte ( events e gates ). Le porte regolano (permettono o inibiscono) il passaggio logico attraverso l albero. Page 14

15 Alberi di Guasto Porte negli Alberi di Guasto Simbolo della porta Porta Relazione causale Porta AND Porta OR Porta OR esclusivo Porta di inibizione Porta NOT L evento risultante avviene se tutti gli eventi in ingresso avvengono L evento risultante avviene se almeno uno degli eventi in ingresso avviene L evento risultante avviene se uno dei due, ma non entrambi, eventi in ingresso avviene L evento in ingresso produce l evento risultante quando l evento in ingresso e l evento condizionale avvengono entrambi L evento risultante avviene se l evento in ingresso non avviene Page 15

16 Eventi negli Alberi di Guasto Simbolo dell evento Significato Evento intermedio che viene ulteriormente sviluppato da una porta ad unlivello più basso Evento base Evento non sviluppato Simbolo di trasferimento Page 16

17 Esempio di Analisi a mezzo FT Serbatoio Pompa - P1 Filtro F V Motore Valvola Pompa - P2 TOP Event: mancata erogazione del combustibile al motore Page 17

18 Mancata alimentazione motore POLITECNICO DI MILANO Assenza di flusso di carburante nel tubo Assenza di flusso carburante dalla valvola tubo bloccato Valvola bloccata chiusa Assenza di flusso carburante alla valvola V Assenza di flusso carburante dalla P2 Assenza di flusso carburante dalla P1 1 2 Page 18

19 Assenza di flusso carburante dalla P2 POLITECNICO DI MILANO 1 Assenza di flusso di carburante nel tubo Assenza di erogazione carburante dalla P2 tubo bloccato Pompa P2 non funzionante Assenza di flusso carburante dal filtro P2 Filtro bloccato Assenza di combustibile nel serbatoio F Page 19

20 Quantificazione degli Alberi di Guasto Probabilità di guasto dei componenti elettromeccanici: p(v)=0.05 ; p(f)=0.01 p(p1)=0.1 ; p(p2)=0.1 Assunzione 1: Le probabilità degli eventi di blocco delle tubazioni o mancanza di combustibile sono trascurabili, per concentrare lo studio solo sui componenti elettromeccanici del sistema. Assunzione 2: I guasti relativi ai componenti elettromeccanici del sistema non sono mutuamente esclusivi. Page 20

21 Mancata alimentazione motore POLITECNICO DI MILANO Valvola bloccata chiusa Assenza di flusso carburante dalla valvola V Assenza di flusso carburante dalla P2 Assenza di flusso carburante dalla P1 Pompa P2 non funzionante Filtro bloccato Pompa P1 non funzionante Filtro bloccato P2 F P1 F Page 21

22 regole della riduzione booleana ( 1 ) ( 2 ) ( 1 2) ( 1 2 ) ( 1 2) P F P F V = P P P F P F F F V = P P F V probabilità dell evento TOP [ ] p( P1P2 + F + V) = p( P1P2) + p( F) + p( V) p( FV) + p( FP1P2) + p( VP1P2) + p( P1P2 FV) p(top)= (5+1+5) Mancata alimentazione motore V F P1 P2 Page 22

23 Grazie per la Vostra attenzione Page 23