L. Landi SICUREZZA FUNZIONALE E «MODI OPERATIVI SICURI», SVILUPPI NELLE NORMATIVE PER LE MACCHINE UTENSILI

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Domenica Montanari
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1 SICUREZZA FUNZIONALE E «MODI OPERATIVI SICURI», SVILUPPI NELLE NORMATIVE PER LE MACCHINE UTENSILI L. Landi a Department of Engineering, University of Perugia, luca.landi@unipg.it

2 Panoramica Progettazione delle SRP/CS fattibile con normative differenti, che danno risultati affidabilistici differenti: Breve Introduzione alla nuova nomenclatura degli MSO Implementazione di approccio ibrido alla progettazione di SRP/CS Metodologia tabellare di ausilio alla progettazione delle SF di SRP/CS basata su dati reali di "occurrence" (prob. di accadimento)

Implementazione di approccio ibrido alla progettazione di SRP/CS Metodologia tabellare di

3 Norme differenti, visioni differenti La progettazione affidabilistica delle SF delle SRP/CS è uno dei problemi emergenti per la difficile individuazione dei requisiti minimi delle SF per la DM e normative correlate Due approcci principali possibili per la progettazione: ISO :2008 Safety of machinery Safety-related parts of control systems Part 1: General principles for design (type B). punto di vista elettro-meccanico, utilizzabile con tutti I tipi di tecnologie PL IEC 62061:2005 Safety of machinery - Functional safety of safety-related electrical, electronic and programmable electronic control systems. punto di vista meramente elettronico ed elettrotecnico, non utilizzabile quando ci sono componenti meccanici s (idraulica e/o pneumatica) SIL

4 Altre norme e TR rilevanti ISO 12100:2010 (Type A standard) Safety of machinery - General principles for design - Risk assessment and risk reduction La Direttiva Macchine specifica che deve essere eseguita una analisi dei rischi non come debba essere fatta ISO/TR :2012 Safety of machinery Risk assessment Part 2: Practical guidance and examples of methods. Il TR fornisce altre possibilità per redigere l analisi dei rischi The ISO fornisce il contesto teorico, la ISO 13849:1 (tipo B) da una possibile soluzione IEC/ISO 17305:2014. Safety functions of control systems, Joint Working Group 1 (draft 2014) Primi risultati in 5 anni

Part 2: Practical guidance and examples of methods.

5 Esiste una possibile soluzione per la progettazione unificata delle SF Se si osservano le vecche norme europee per la progettazione delle SRP/CS (EN 954-1:1996), il concetto base su cui si basava la progettazione affidabilistica era quello di categoria da cui scaturiva un grado di robustezza al guasto pericoloso. Oggi si ha la pretesa di calcolare la robustezza del sistema in base a calcoli affidabilistici del sistema (sia ISO che IEC). HP: il PL e SIL sono comparabili in termini di probabilità di guasto pericoloso per ora (PFH D ) Il PFH D minimo richiesto per la corretta riduzione dei rischi dipende dalla norma con cui si effettua l analisi dei rischi. In molti casi reali di progettazione delle SF il risultato dell affidabilità minima richiesta DIPENDE dalla norma utilizzata

Oggi si ha la pretesa di calcolare la robustezza del sistema in base a calcoli affidabilistici del sistema (sia ISO che IEC).

6 Analisi dei rischi ed OCCURRENCE Cercando di unificare I due approcci teorici, si deve presentare preliminarmente il concetto di OCCURRENCE di un evento pericoloso espresso nella ISO (norma tipo A). Analisi dei rischi per ISO 12100:2010 Severity of harm (Gr. lesione) Exposure to hazard (Esp. pericolo) Possibility to avoid the hazard Occurrence (Probabilità di accadimento) Definizione di Occurrence (point ), Fattori rilevanti da considerare: 1. reliability and other statistical data, 2. accident history, 3. history of damage to health, 4. comparison of risks.

7 Probability of Occurrence Elementi per Il calcolo del PFH D minimo richiesto Severity (S or Se) ISO : livelli dove S2 è permanent IEC 62061: livelli dove Se4 è più grave Exposure (F or Fr) ISO : livelli dove F2 è frequent IEC 62061: livelli di Fr con valori numerici Possibility of avoiding the hazard harm (P or Av) ISO : livelli dove P2 è few chance of avoid hazard IEC 62061: livelli di Av, avoid harm Occurrence of hazard (Pr) Informative Annex A of ISO : Occurrence is missing IEC 62061: livelli di Pr

con valori numerici Possibility of avoiding the hazard harm (P or Av) ISO 13849-1:2008 2 livelli dove P2 è few chance of avoid hazard IEC

8 Il problema Se si legge la ISO 13849:1 c è scritto che la metodologia fornisce: only an estimation of risk reduction and is intended as guidance to the designer and standard maker in determining the PL r for each necessary safety function to be carried out by an SRP/CS. Informative Annex A of ISO : Occurrence non considerato se severity S2 si ha sempre PLr = c o peggio 1

determining the PL r for each necessary safety function to be carried out by an SRP/CS.

9 Altri approcci IEC 62061:2005 Tutti I fattori sono ugualmente importanti ISO/TR :2012 Se Occurrence bassa è possibile ridurre il risk index CL Fr + Pr +Av

10 Riassumendo IEC 62061: casi e 4 severity ISO/TR :2012: 12 casi e 2 severity ISO :2008: 4 casi e 2 severity Troppo approssimativo 1. Analisi dei rischi con IEC (SIL) Approccio ibrido proposto 3. Passaggio al PLr (architettura) 2. Definizione del PFHD con IEC 3. PLr conversion

11 Alcuni casi particolari Caso 1: relazioni multiple, risolto con requisito ad architetture differenti Case 2: nessuna corrispondenza, risolto somma de requisiti Da ISO Da IEC 62061

12 Esempio applicativo The SF function being analysed here is velocità limitata del mandrino portautensili dovuta all utensile being applied in different modi operativi sicuri (MSO). SF: When exceeding the maximum processing speed of the tool, a controlled stopping of the tool spindle shall takes place according to IEC :2009, Usually the maximum processing speed shall be provided in the tool parameters of the tool management (manual human data input). Risk estimation ISO leads for long stays during some operation to: S2- F2 -P2 and then to PLr=e. This is far away from both, and from the state of the art of all the tooling machine technologies and from technical achievability. If the risk estimation of IEC is used, we can find: CL=Fr + Pr +Av=4+1+5=10 with a possible severity Se=4 we have a SIL 2 and then with the partial merging approach PLr=d. Then we have to define, if we have to use a category 2 or 3 system. But when fixed or moveable guards are in operation (for example full enclosure with interlocked guards and guard locking during automatic machining), one can have longer stays according to IEC 62061, because the severity Se=3 is sufficient. Differenz fondamentale è è possibile prendere in considerazione dati sul campo, ad esempio mancanza di incidenti per la particolare SF nel particolare MSO, quindi si giustifica Pr=1.

4-1:2009, 9.2.2. Usually the maximum processing speed shall be provided in the tool parameters of the tool management (manual human data input).

13 Progettazione e Validazione di una SF Migliore approccio possibile di oggi: singola tabella Semplicissimo da capire a prima vista Difficilissimo da mettere in pratica Irrealistico Può dare immensi problemi interpretativi sulla singola SF

a prima vista Difficilissimo da mettere in pratica

14 Progettazione e Validazione di una SF Metodologia utilizzabile per riassumere I requisiti tecnici principali per una SF generica in una generica normativa di tipo C, sono da considerare: La stessa SF in zone differenti della macchina (zona di lavoro, manutenzione.) possono portare a differenti PLr secondo la singola analisi del rischio, La stessa SF in differenti MSO (auto, manual, setup) possono portare a differenti PLr secondo la singola analisi del rischio. Ad esempio other protective measure come gli schermi possono influenzare la stima del rischio (parametro P, possibilità di evitare), Spiegazione dettagliata di come va ridotto il rischio per una SF e di possibili requisiti addizionali. Altre informazioni utili per il progettista per alcune SF, non sono requisiti ma sono utili per CS, Classificazione con parametri ISO S, F, P, accompaganta da descrizione a volte, Additional explanations che portano a modifiche sostaznziali del risultato. Tenendo conto di queste possiamo passare da PL r teorico ad uno realistico (OCCURRENCE)

) possono portare a differenti PLr secondo la singola analisi del rischio, La stessa SF in differenti MSO (auto, manual, setup) possono portare a differenti PLr secondo la singola analisi del rischio.

15 Sdivisione a seconda della zona Progettazione e Validazione di una SF Esempio tabella 1, versione semi definitiva Realistic layout taken from ISO FDIS

16 Progettazione e Validazione di una SF SF_table 2: metodo tabellare per la progettazione e validazione delle SF

17 Progettazione e Validazione di una SF SF_table 2: metodo tabellare per la progettazione e validazione delle SF Esempio

18 Conclusioni Si è cercata una possibile soluzione ai problemi applicativi dovuti alla progettazione di SF delle SRP/CS utilizzando soltanto la ISO E stato proposto un approccio ibrido ISO /IEC partial merging basato sul PFH d, che è base matematica condivisa in entrambe le norme, la riduzione dei rischi da risultati comparabili sia in termini di PL o SIL Introdotta metodologia di progettazione e validazione tabellare utilizzabile per tutte le norme di tipo C. Con questa si ottiene un giusto compromesso fra validazione teorica e stato dell arte (già testata per transfer, centri di lavoro ed alesatrici). Contributo degli autori fornito durante I lavori del lavori del ISO/TC 39/SC 10/WG4 (ISO/CD for milling machines).

comparabili sia in termini di PL o SIL Introdotta metodologia di progettazione e validazione tabellare utilizzabile per tutte le norme di tipo C.

19 Annex

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