mercoledì 27 aprile 2016

affidabilità e tasso di guasto

simulazione di seconda prova proposta dal ministero... 

"In uno stabilimento industriale sono presenti 40 motori elettrici uguali funzionanti nella fase di guasti casuali. Supposto che in un intervallo di tempo di 2000 ore si verifichino 5 guasti e precisamente dopo 400, 700, 1100, 1300 e 1750 ore, il candidato determini il tasso di guasto dei motori esaminati e calcoli l’affidabilità nel lasso di tempo preso in considerazione. Il candidato rappresenti inoltre la curva del tasso di guasto e ne descriva le varie fasi individuabili."

analisi di affidabilità:... ...lavori in corso...

I guasti sono distribuiti casualmente e il tempo medio di guasto del sistema è circa 400 ore...   
A livello di componenti le ore di lavoro complessive  sono 40*2000 .  se i componenti sono uguali   il tempo medio di guasto dei motori  è: MTTF=80.000/5 = 16000 ore.

La affidabilità nel caso di guasti casuali è data dalla:

nel periodo in questione (2000 ore) la affidabilità dei componenti  è  88%.
La curva del tasso di guasto è data dalla : F(t)=1-R(t)


Calcolo la curva in alcuni punti:

Dopo 200 ore di funzionamento il tasso di guasto è 0.012  cioè  la probabilità che il motore si guasti nelle prime 200 ore è  di poco superiore ad 1 su 100...
wunderbar! nessuno dei quaranta motori si guasta nelle prime duecento ore.
Dopo 500 ore il tasso di guasto è 0.03: 3 su 100 
:dopo 400 ore si guasta un altro  motore.
F(2000)= 0,11 =>circa 5/40.... dopo 2000 ore se ne sono guastati 5.
Le ipotesi su MTBF  sembrano corrette ma il tasso di guasto è leggermete più alto  di quello previsto dalla distribuzione esponenziale.



L'MTBF funziona bene a livello di componenti , quando si tratta di sequenze di guasto  di sistemi complessi  la sequenza di guasto può essere molto diversa da quella prevista utilizzando i dati su MTBF.Si utilizzano altri strumenti come la distribuzione  di Weibull.

Proviamo a confrontare l'andamento dei guasti cumulati nel tempo con una tasso di guasto costante  ogni 400 ore.
il  tasso di guasto è superiore a quello previsto... come possiamo interpretare questo dato: utilizzando  strumenti software adeguati per elaborare la sequenza dei guasti ( non credo che ciò sia  attualmente  possibile durante la prova d'esame)

La frequenza media dei guasti è 350 ore

Affidabilità e MTBF

per valutare  l'affidabilità di componenti  non riparabili  si utilizza un  indicatore statistico che misura la frequenza dei guasti:


MTTF mean time to failure  =  tempo medio di funzionamento prima del  guasto.












I dati sulla frequenza dei guasti si ottengono   facendo prove su  banco e in diverse condizioni   di lavoro.


E' uno strumento di analisi della affidabilità  e disponibilità dei componenti: rappresenta il tempo di funzionamento senza guasti di un componente.


Ad esempio se  MTTF di un cuscinetto è 20000 ore  
  • cosa significa in termini di affidabilità ? 
  • quanti cuscinetti si guastano entro 10000 ore ?
  • dopo quanto tempo è necessario sostituire il cuscinetto per garantire una affidabilità superiore a 90%?



un po di matematica:
La distribuzione di guasti a cui fa riferimento l'MTTF è data dalla:



perciò dopo un tempo t= MTTF  il tasso di guasto vale



Ciò significa che , dopo un tempo pari  al MTTF il 63% dei cuscinetti si è guastato e la affidabilità è: 37%.



F(MTTF)=63% ; R=37%
F(MTTF/2)=39%; R=61%
F(MTTF/4)=22%; R=78%
F(MTTF/10)=9%; R=91%

Per avere una affidabilità superiore al 90 per cento è necessario fare controlli , manutenzioni e sostituzioni e revisioni  entro tempi inferiori ad un decimo del MTTF!
Per ridurre il costo di sostituzioni troppo frequenti è possibile monitorare le condizioni di funzionamento (temperatura , velocità, forza, rumorosità...)  e basare la manutenzione sulle condizioni del sistema.