L'implementazione della Prognostica

La fase iniziale dell'implementazione della Prognostica di un sistema consiste in un’analisi preliminare mirante a identificare gli LRU critici per la missione. Successivamente, occorre stabilire una scala di priorità basata sulle frequenze di guasto tipiche dei vari item e sulla loro idoneità ad essere oggetto di raccolta di dati utili.

Per esempio, le avarie che si verificano su dispositivi meccanici o idraulici bene si prestano ad essere previste attraverso un monitoraggio ed un'analisi attenta dei dati disponibili rilevati lungo un certo arco di tempo. Tali dispositivi, sottoposti alle procedure diagnostiche, possono dunque continuare ad operare normalmente per un certo periodo, anche se severamente sollecitati. Molto più difficile risulta I’implementazione della Prognostica su componenti elettrici/elettronici, caratterizzati, come detto, da guasti subitanei e casuali, che si presentano nel momento in cui una particolare caratteristica, per esempio la tensione elettrica, supera un certo valore di soglia.

Stabilire criteri oggettivamente validi per la determinazione di tale soglia è impresa quanto mai ardua, poiché essa viene raggiunta improvvisamente e senza alcun apparente degrado progressivo della prestazione.

Gli LRU con vita limitata e/o con i più alti valori di frequenza di guasto sono i candidati prioritari all'implementazione della Prognostica, a causa del forte impatto sulla disponibilità operativa.

Attraverso il monitoraggio e quindi all’immagazzinamento dei dati relativi all’andamento dei parametri vitali tramite l’utilizzo di appositi sensori durante un congruo intervallo di tempo, si può passare allo sviluppo di un software adatto alla determinazione, per ciascuna caratteristica, dei valori di soglia, raggiunti i quali si avvia un processo che conduce al guasto. Nel momento in cui questi valori vengono superati, il Sistema di Prognostica può notificare la presenza di un guasto incipiente all'operatore responsabile, programmando inoltre una sostituzione del pezzo alla prima occasione.

Quest’ultima attività è solo una tra quelle legate alla gestione della Prognostica, in analogia con quanto detto per la Testabilità: anche in questo caso, cioè, si dovranno approntare una serie di analisi logistiche che favoriscano una corretta allocazione delle esigenze di Prognostica sul sistema.

6.6.1 II processo di progettazione della Prognostica

Da quanto si è visto, si comprende il livello di complessità di un Sistema di Prognostica che sia in grado di svolgere anche solo parte delle funzioni indicate, soprattutto se si dà il giusto peso al fattore tempo: infatti, una segnalazione di guasto imminente ha tanto più valore quanto più essa è tempestiva, lasciando il maggiore intervallo di tempo possibile per effettuare gli interventi del caso.

Molti, però, sono i fattori che intervengono a rendere difficile tale passaggio. La grande quantità di dati che i sistemi sono in grado, oggi, di mettere a disposizione del manutentore, per certi versi

ostacolano e, a volte, paralizzano lo svolgimento della diagnosi, per le difficoltà interpretative e per l'ambiguità con cui vengono esplicitati i meccanismi di causa-effetto essenziali alla corretta valutazione dei fenomeni.

L'interpretazione della diagnostica (spesso on-board) deve essere affidata a specialisti, il che comporta una minore tempestività di intervento, dovuta sia all'azione contemporanea di diverse figure professionali, sia alla necessità di impegnare addetti di professionalità specifiche, ammesso che siano disponibili. Tale situazione di incertezza è resa ulteriormente drammatica allorché i dati diagnostici vengano rilevati con continuità (monitoring o controllo continuo della condizione) e si pone I ‘esigenza di isolare le poche informazioni importanti dalle molte non significative.

In questo panorama, un ruolo fondamentale può giocarlo un Sistema Intelligente, più o meno integrato con un sistema informativo di manutenzione, allo scopo di migliorare l'efficacia della diagnosi tecnica, sia consentendo una maggiore interattività con l'utente, sia fornendo un supporto attivo per la rapida individuazione dei guasti.

Le prestazioni degli attuali sistemi informativi sono limitate dalla struttura in cui questi sono inseriti, all'interno dei tradizionali sistemi per l'elaborazione dei dati (computer, minicomputer).

Manca, infatti, nella logica procedurale dei calcolatori tradizionali, una struttura che filtri le informazioni e le riproponga eliminando le ridondanze e i casi banali, consentendo al manutentore di concentrarsi sui casi più significativi. Per questo è importante che il manutentore stesso interagisca con strumenti intelligenti in grado di sviscerare almeno in parte la complessità dei problemi, e di offrire sui fenomeni in esame, oltre che una raccolta organizzata di informazioni, anche valutazioni effettive sullo stato dei sistemi.

La diffusione dei Sistemi Intelligenti è ancora abbastanza limitata e riguarda solo il 2-3% delle applicazioni. tra l'altro prevalentemente in campo industriale manifatturiero. Questo perché, tra l'altro, i sistemi intelligenti attualmente realizzati per la manutenzione, sono altamente specializzati e orientati a risolvere un particolare problema. Non si prestano, quindi, ad un uso generalizzato di caccia ai difetti sulla base di informazioni introdotte dal manutentore con I ‘ausilio di un modello preesistente.

I recenti studi e progressi anche in questo settore aprono prospettive del tutto nuove. Basti pensare che, fino a qualche anno fa, i sistemi intelligenti erano ancora considerati troppo lenti, richiedendo tempi di risposta rilevanti per la soluzione dei quesiti. Si trattava, inoltre, di apparati generosamente dimensionati, che si adattavano solo al funzionamento con macchine dedicate o con grandi elaboratori: ciò richiedeva un costo elevato sia in termini di hardware sia di software.

Oggi, invece, la diffusione dei personal computer di moderna concezione rende queste problematiche via via sempre meno pressanti.

6.6.2 Sistemi Intelligenti

Un Sistema Intelligente è un dispositivo artificiale che formula un'ipotesi plausibile su una probabile causa e successivamente la verifica. Ci si muove, quindi, utilizzando modelli di inferenza Bayesiana secondo cui, appunto, si parte da una situazione ipotizzata (per esempio una distribu-zione dei guasti) per poi modificarla in base alle conoscenze acquisite operativamente.

Le procedure di ricerca dei guasti seguono la medesima logica: si osserva che cosa non funziona, lo si analizza, si valuta la plausibile causa, la si verifica e si itera il ragionamento finché non si trova la causa del malfunzionamento. Successivamente si rimuove la causa individuata e si verifica che il

sintomo sia scomparso. Si tratta, in sostanza, di un processo di ricerca delle cause a partire dagli effetti definito tecnicamente backward chaining (concatenamento all'indietro): concatenamento, cioè, di fatti (misure e controlli) per risalire alle cause (danneggiamenti, stato di degradazione) e consigliare sul da farsi.

L' analisi delle cause di guasto trae fondamento dalla seguente considerazione: non solo i guasti sono circoscritti ad un numero limitato di componenti, ma sono spesso ripetitivi. La ripetitività è proprio la ragione per cui ha un senso individuarne le cause, per cercare di rimuovere i problemi alla radice.

Un Sistema Intelligente, in generale, è un programma informatico che si comporta come un esperto in un dato campo: esso deve operare dando giustificazione delle sue decisioni e mostrando il ragionamento che sta alla base. Per costruire un sistema intelligente è necessario sviluppare Ie seguenti funzioni principali: una funzione di risoluzione di problemi, una funzione di interazione con l’utente ed una funzione per il trattamento dell'incertezza. La struttura tipica di un sistema intelligente contempla le seguenti componenti:

• La base delle conoscenze, che comprende le conoscenze specifiche al dominio di applicazione: semplici fatti riguardanti il dominio, regole che descrivono relazioni o fenomeni nel dominio e, eventualmente, anche metodi euristici ed idee per risolvere i problemi in tale dominio.

• Il motore inferenziale, capace di utilizzare le conoscenze che sono contenute nella base.

• L'interfaccia utente, che permette di gestire la comunicazione fra l'utente ed il sistema e fornisce all'utente un'idea del processo di risoluzione che viene eseguito dal motore inferenziale.

II sistema intelligente è, comunque, solo uno degli elementi che possono essere necessari per dar luogo ad un sistema informativo di manutenzione: quest'ultimo dovrà essere integrato ossia in grado di comunicare sia con il mondo delle risorse produttive, sia con il mondo della progettazione.

Ciò consente il miglioramento della diagnosi, attraverso la definizione e l’aggiornamento di modelli di comportamento di guasto del sistema, la taratura del modello consentita dall'analisi dei dati provenienti dal campo, la rielaborazione in tempo reale dei segnali deboli e di tutte le informazioni che riguardano il comportamento dei mezzi (Machine Learning).

L'omologazione dei criteri di raccolta ed elaborazione delle informazioni, inoltre, consentirebbe di confrontare le prestazioni di sistemi appartenenti al medesimo settore. Tale sistema informativo non può risiedere totalmente all'interno di una struttura centralizzata, poiché necessita di altri dispositivi, diversi dal calcolatore elettronico che sovrintende alla gestione, quali:

• Sensori: hanno il compito di rilevare i segnali elementari provenienti dai componenti e dalle funzioni del mezzo. Spesso si trovano già installati sulle macchine o vi è già una struttura pronta ad accoglierli.

• Rete comunicazione: le informazioni raccolte dai sensori debbono essere concentrate in nodi che, opportunamente collegati in rete fra loro e con un front end, consentono la trasmissione economica delle informazioni provenienti dai sensori. Spesso strutture siffatte sono già installate sui mezzi per trasmettere i dati relativi al processo.

• Front end: si tratta di un calcolatore che provvede al continuo monitoraggio dei dati provenienti dai sensori attraverso la rete di comunicazione e che ha il compito di filtrare le informazioni non banali, passandole successivamente al sistema intelligente cui è collegato. Preferibilmente questo dispositivo deve essere dedicato.

• Sistema Intelligente: una struttura hardware/software che consente I’ analisi delle informazioni provenienti dal campo, attraverso il front end, confrontando la situazione anomala con la base di conoscenze alimentata ad esempio dalla FMECA e dalle informazioni ricavate operativamente: deve essere anch'esso un dispositivo dedicato.

In una fase successiva, il manutentore dovrà poter interagire con il sistema intelligente per capire se è necessario eseguire un intervento preventivo a seguito dei segnali rilevati, oppure per diagnosticare la causa del guasto. In ogni caso, dall'interazione con il sistema intelligente il manutentore ricaverà informazioni sufficienti per regolarsi sulle azioni da intraprendere. La retroazione del sistema viene garantita dallo steso manutentore che, in seguito alla segnalazione avuta, registra nel sistema intelligente l’intervento effettuato, che può essere una semplice regolazione, la riparazione di un guasto, oppure un controllo. In quest' ultimo caso, egli segnalerà al sistema intelligente che quella particolare condizione non è da ritenersi critica. In questo modo si ottiene il continuo aggiornamento della base di conoscenze del sistema intelligente che, con questo processo, è in grado di apprendere dall'esperienza e di tararsi costantemente sui problemi che deve risolvere.

Un’ultima considerazione: è fortemente auspicabile la creazione e l’utilizzo di banche dati integrate e condivise (Cloud), nelle quali confluiscano informazioni relative ad un'intera tipologia di macchine/apparati/sistemi, in modo da mettere in comune le conoscenze acquisite sul campo, valorizzandole in un confronto continuo con altre realtà applicative. In campo aeronautico per esempio, un tale sistema consentirebbe di confrontare le prestazioni di equipaggiamenti comuni installati su tipologie di velivoli diversi, per identificare criticità simili o peculiari.