MTTF D dei componenti pneumatici, meccanici ed elettromeccanici

Per i componenti pneumatici, meccanici ed elettromeccanici (valvole pneumatiche, relè, contattori, interruttori di posizione, dispositivi a camme per gli interruttori di posizione, ecc.) può risultare difficile stimare il valore di MTTF_D. La maggior parte delle volte il costruttore fornisce solo il numero di cicli in corrispondenza dei quali il 10% dei componenti presenta dei guasti pericolosi (B_10D) essendo tali componenti soggetti a usura e non a guasto casuale. Nel paragrafo 2.3.1 seguente è riportato un semplice metodo che consente di stimare il valore di MTTF_D utilizzando il B_10D o il tempo di vita del componente T_10D.

TABELLA 11:NORME INTERNAZIONALI CHE TRATTANO IL MTTFDO IL B10D DEI COMPONENTI Interruttori di posizione ^a Tabelle D.1 e D.2 IEC 60947

ISO 14119

Arresto di emergenza ^a Tabelle D.1 e D.2 IEC 60947 ISO 13850

B_10D = 100 000

Pulsanti ^a Tabelle D.1 e D.2 IEC 60947 B10D = 100 000

Il B_10D è stimato essere pari a due volte il B₁₀ (50% di guasti pericolosi) se non si hanno altre informazioni.

I termini “carico ridotto” e “carico nominale” sono riferiti ai principi di sicurezza descritti nella EN ISO 13849-2 (ad es.: al sovradimensionamento della corrente nominale), ad esempio “carico ridotto” significa il 20% del carico nominale.

Gli stop di emergenza (IEC 60947-5-5 e ISO 13850) e i pulsanti (IEC 60947-5-8) possono essere considerati sottosistemi di Categoria 1 o di Categoria 3 o 4 a seconda del numero di contatti elettrici in uscita e della rilevazione dei guasti messa in atto nella SRP/CS. Ogni contatto (inclusi gli attuatori meccanici) può essere considerato come un canale con un valore di B_10D. Per i dispositivi (switch, pulsanti) di abilitazione (enabling) (IEC 60947-5-8) ciò significa che la sospensione della funzione si ottiene premendo o rilasciando lo stesso. In alcuni casi il costruttore della macchina può applicare l’esclusione dei guasti in accordo con la tabella D.8 della EN ISO 13849-2, in base alla specifica applicazione e alle condizioni ambientali.

a Se è possibile l’esclusione dei guasti per l’adozione del principio di azione diretta

Il valore di MTTF_D di un componente pneumatico, meccanico ed elettromeccanico può essere stimato col metodo descritto in 2.3.1, se i seguenti criteri sono soddisfatti:

a) i componenti sono stati prodotti seguendo i principi di sicurezza base in accordo con le tabelle A.1, B.1 o D.1 della EN ISO 13849-2 per il progetto di tali componenti (il criterio costruttivo applicato può essere inserito nel data sheet del componente);

b) i componenti per le Categorie 1, 2, 3 o 4 sono stati realizzati seguendo i principi di sicurezza ben provati secondo le tabelle A.2, B.2 o D.2 della EN ISO 13849-2 il criterio costruttivo applicato può essere inserito nel data sheet del componente);

c) il costruttore del componente specifica le applicazioni appropriate e le condizioni di funzionamento del componente; il progettista della SRP/CS fornisce le informazioni che gli competono per ciò che riguarda l’applicazione dei principi di sicurezza base in accordo con le tabelle B.1 o D.1 della EN ISO 13849-2 per l’applicazione e il funzionamento del componente;

per le Categorie 1, 2, 3 o 4, l’utilizzatore deve essere informato delle sue responsabilità nel soddisfacimento dei principi di sicurezza ben provati in accordo con le tabelle B.2 o D.2 della ISO 13849-2 per l’applicazione e il funzionamento del componente.

2.3.1. Calcolo del MTTF_D di un componente dal B₁₀

Il numero di cicli in corrispondenza dei quali il 10% dei componenti presenta dei guasti pericolosi (B_10D) dovrebbe essere stimato dal costruttore, sulla base delle prove contenute nelle norme applicabili. I guasti pericolosi del componente devono essere identificati a partire da tutti i guasti possibili dello stesso.

Se durante le prove non tutti i componenti si sono guastati pericolosamente, allora deve essere condotta un’analisi dello stato dei componenti che tenga conto anche dei componenti che non presentano guasti pericolosi.

Se il valore B_10D non è dato esplicitamente (dal costruttore del componente) ma è fornito solo il numero di cicli in corrispondenza dei quali il 10% dei componenti presenta un guasto qualsiasi (B₁₀), allora, sono necessarie ulteriori informazioni per risalire al valore di B_10D. Nella EN ISO 13849-1, in mancanza di FMEA è fatta l’assunzione che la frazione dei guasti pericolosi sia il 50%

del totale. Ciò significa che il numero di cicli al termine dei quali il 10% dei componenti presenterà un guasto pericoloso è il doppio del numero di quelli relativi al B₁₀. Pertanto, la norma EN ISO 13849-1 propone B_10D= 2 × B₁₀ come valore raccomandato per tale parametro.

Il valore del MTTF_D può essere determinato grazie ai due parametri B_10D e n_op, quest’ultimo individua il numero medio di operazioni l’anno effettuate dal componente. La relazione da utilizzare è la seguente:

MTTF = 0,1 × dove

n_op = numero medio di operazioni l’anno effettuate da un componente, con = ^{× ×} , d_op = numero medio di giorni di lavoro per anno,

hop = durata media di una giornata di lavoro, in ore al giorno,

tcycle = tempo medio tra l’inizio di due cicli di lavoro successivi di un componente, in secondi per ciclo.

Alla formula data per il calcolo del MTTFD si arriva ragionando nel modo seguente. Il tempo operativo di un componente è limitato dal valore di T10D, il tempo medio in corrispondenza del quale il 10% di tali componenti presenta un guasto pericoloso. Tale tempo è legato al numero di cicli B10D dalla seguente formula:

=

La EN ISO 13849-1 assume, in prima approssimazione, che la funzione di distribuzione dei guasti sia di tipo esponenziale, ovvero:

= 1 − e dove _D è il tasso di guasto.

Nel caso in cui si sostituiscano in tale espressione i seguenti valori: t = T_10D e F(T_10D)=10%, e si espliciti il tasso di guasto D, si trova che questo può essere approssimato con la seguente relazione:

= − ln 0,9

≈ 0,1

=0,1 ×

Nel caso di distribuzioni di tipo esponenziale è possibile dimostrare che MTTFD= 1/D e quindi si ottiene la formula per il calcolo del valore di MTTFD in funzione del B10D e di nop presentata in precedenza (si consiglia di esprimere i valori dei parametri delle formule con le unità di misura corrette, per evitare errori).