Simulatori di Ingegneria

A differenza di un simulatore full scale, che riproduce fedelmente e rigidamente la sala controllo dello specifico impianto simulato ed è essenzialmente finalizzato all’addestramento degli operatori, un simulatore ingegneristico costituisce uno strumento, certamente più flessibile, destinato a studi di tipo tecnico-impiantistico, controllistico e modellistico dei fenomeni implicati. Laddove venga rispettata, come solitamente avviene, la riproduzione dei fenomeni in tempo reale (real time), lo strumento può anche prestarsi al pre-addestramento degli operatori.

I primi simulatori ingegneristici, disponevano di una console che rappresentava una sintesi dei dispositivi presenti in una sala controllo reale. I sinottici di impianto come pure la strumentazione reale erano infatti sostituiti da rappresentazioni grafiche su schermi video e da un ridotto numero di azionamenti che, cambiando di volta in volta il componente o sistema da manovrare, consentivano comunque la completa operabilità dell’impianto simulato, almeno dal punto di vista funzionale.

D’altronde, le particolari modalità di rappresentazione delle informazioni e di interfacciamento con gli operatori, rendevano lo strumento potenzialmente indipendente dalla configurazione dell’impianto simulato. In altre parole, la possibilità di modificare l’interfaccia uomo macchina avrebbe consentito di

adattare lo strumento, almeno in linea di principio, alla simulazione di impianti differenti, cosa evidentemente preclusa ad un simulatore full scale.

Un possibile esempio di uno dei primi simulatori di ingegneria è l’ ES-1000 illustrato in Figura 24. Lo strumento venne sviluppato a metà degli anni 80 nell’ambito di un contratto ENEA-Westinghouse per un simulatore di impianto nucleare PWR da utilizzare per verifiche di funzionamento / progetto, assessment di requisiti di sicurezza e collaudo di nuovi sistemi di I & C per il programma PWR-PUN (Progetto Unificato Nazionale).

Il simulatore ES-1000 era operato tramite una console principale dotata di due tastiere integrate e otto schermi CRT (Cathode Ray Tube), in cui venivano visualizzate graficamente tutte le informazioni, allarmi e sistemi dell'impianto.

Figura 24 Console principale di comando del simulatore ingegneristico ES-1000 sviluppato da ENEA- Westinghouse per l’impianto PWR-PUN

Il progredire della tecnologia informatica ha inciso profondamente sulle attività di sviluppo del software di simulazione e dell’interfaccia uomo macchina. In effetti, per quanto attiene ai tools di sviluppo, attualmente sono disponibili sofisticati strumenti commerciali in grado di facilitare la realizzazione di modelli di sistemi/componenti di impianto e lo sviluppo di interfacce grafiche evolute. I tools di sviluppo odierni, del tutto automatizzati, oltre ad agevolare il lavoro riducono fortemente il rischio di errori. Va sottolineato comunque che questi tools sono in genere proprietari e non sempre disponibili a terzi.

Le interfacce uomo-macchina delle sale controllo dei moderni impianti nucleari risentono direttamente dell’evoluzione della computer graphics, per quanto attiene al software, e dell’adozione di schermi LCD (o tecnologia similare) di grandi dimensioni per ciò che riguarda l’hardware. Le modalità operative sui simulatori hanno conseguentemente seguito la stessa evoluzione, al punto che le interfacce dei simulatori full replica e quelle dei simulatori ingegneristici hanno finito per assomigliarsi.

A titolo di esempio, la Figura 25 illustra un simulatore ingegneristico utilizzato in Brasile dall’istituto di ricerca LABIHS (Laboratório de Interfaces Homem-Sistema) in collaborazione con l’ IEN (Instituto de Engenharia Nuclear) ed il CNEN (Institute of Comissão Nacional de Energia Nuclear). Questo simulatore ingegneristico riproduce il comportamento di un tipico reattore PWR a tre loop ed è usato principalmente per studi di interfaccia uomo-macchina.

Figura 25 Simulatore di ingegneria LABIHS

Il funzionamento sicuro ed efficiente di una centrale nucleare richiede personale qualificato, che abbia seguito un adeguato percorso formativo. In tempi recenti si è poi affermato il principio di estendere i percorsi tecnici formativi anche al personale non direttamente impegnato nella effettiva conduzione dell’impianto. Tra questi sono inclusi i responsabili della formazione, i responsabili della sicurezza nucleare, i supervisori e coordinatori per la pianificazione delle operazioni e per la gestione generale dell’impianto. In tutti questi casi, laddove non sia disponibile la necessaria esperienza operativa, è possibile condurre una fase di addestramento ricorrendo all’utilizzo di simulatori ingegneristici. Tali strumenti dunque, oltre ad essere utilizzati per le applicazioni ‘canoniche’ quali quelle di sviluppo progettuale, verifiche di sicurezza ed assessment di componenti e sistemi, possono trovare applicazioni a livello accademico avanzato ed a livello dimostrativo.

Un programma di formazione che includa l’utilizzo di simulatori ingegneristici offre, tra l’altro, i seguenti vantaggi:

Gradualità del percorso formativo dalle nozioni teorico pratiche di base fino alla esecuzione di operazioni complesse.

Possibilità di formare efficacemente, ed in maniera relativamente economica, un ampio numero di persone, sfruttando anche la trasportabilità dello strumento.

Possibilità di seguire programmi individuali di auto addestramento su strumenti di simulazione appositamente concepiti allo scopo.

Possibilità di simulare processi ed operazioni al di fuori delle usuali procedure operative, eventualmente anche incidentali.

Attività dimostrative basate sull’utilizzo di simulatori di ingegneria di impianti nucleari possono avere diversi obiettivi ed essere destinate ad utenti di diverso tipo.

Tale variabilità è diretta conseguenza della duplice caratteristica di una grande facilità e semplicità d’uso da una parte, e di una notevole accuratezza e precisione dall’altra.

In funzione del tipo di ‘dimostrazione’ e del relativo oggetto simulativo cambiano in genere anche i prerequisiti sulla performance dei vari componenti software e hardware: dimostrazioni aventi target prevalentemente tecnico-scientifici (quali quelli di supporto alla progettazione) richiederanno sufficienti prestazioni ai modelli di processo fondamentali (neutronica del reattore, termoidraulica…) mentre dimostrazioni aventi carattere più comunicazionale e divulgativo richiederanno una buona performance agli elementi hardware e software che facilitano la trasmissione e la corretta percezione del messaggio (velocità di esecuzione che consenta la real-time simulation, interfaccia uomo-macchina sufficientemente semplice, chiari e non eccessivamente complessi sistemi di visualizzazione dei risultati simulati).