Progettare per un mondo più sicuro

Come l’affidabilità aiuta gli ingegneri a rispondere ai requisiti più impegnativi

I disastri naturali saranno probabilmente visti come gli elementi peculiari del 21° secolo. Dalle ondate di calore in Australia agli incendi negli Stati Uniti occidentali, dagli uragani nei Caraibi alle inondazioni nel Sud-Est asiatico, l’impatto sull’umanità è terribile. E può essere potenzialmente peggiorato da edifici, impianti e infrastrutture inaffidabili.

Gli ingegneri strutturali e meccanici devono pianificare questo tipo di eventi inaspettati ma, allo stesso tempo, devono affrontare la richiesta di prodotti più economici, più leggeri e più silenziosi. Possiamo realisticamente aspettarci che gli ingegneri trovino spazio per l’affidabilità in mezzo a tutti questi requisiti?

È essenziale fare un passo indietro e capire che per gli ingegneri affrontare esigenze contrastanti non è certo una novità. I requisiti imposti possono sembrare più grandi che mai, ma ciò non rappresenta necessariamente un grande cambiamento.

Migliori, più veloci e più economiche

Fred Schenkelberg è un ingegnere e consulente in materia di affidabilità, che ha lavorato e insegnato per oltre 20 anni in questo settore. Come spiega, questa situazione non è una partenza così radicale. La richiesta di soluzioni migliori, più veloci e più economiche è sempre stata una costante. Si potrebbe semmai affermare che ha accelerato”.

“Ma questa è l’arte dell’ingegneria: fare dei compromessi e soddisfare requisiti competitivi.”

“Un team di progettazione avrà probabilmente un obiettivo di costo, una data in cui vorrà lanciare il prodotto e degli obiettivi di funzionalità. Durante la fase di progettazione, a questi aspetti vengono riservate numerose misurazioni e priorità. In qualità di professionista dell’affidabilità, voglio essere certo che la rilevanza delle prestazioni di affidabilità sia visibile anche in tutte le fasi della progettazione”.

Uno dei modi in cui questa visibilità è stata incoraggiata è attraverso la Progettazione per l’Affidabilità, che riunisce molti degli strumenti e delle metodologie sviluppate nell’ingegneria dell’affidabilità.

Affidabilità durante l’intero ciclo di vita

L’Ingegneria dell’Affidabilità (DfR) è un processo graduale per supportare l’affidabilità durante l’intero ciclo di vita di un prodotto, dal suo concepimento fino all’obsolescenza. Ciò significa che il DfR non è di competenza esclusiva dei professionisti dell’affidabilità. Ideata e applicata a livello organizzativo, essa guida la progettazione, la produzione e la manutenzione di un prodotto, in modo da poter potenzialmente coinvolgere ogni figura aziendale.

Il principio fondamentale alla base del DfR è che spesso all’affidabilità si pone mente al momento della decisione. Sulla base di questo principio, l’affidabilità deve essere presa in considerazione molto prima che la produzione fisica abbia luogo.

A tal fine è necessario avere una buona comprensione di cosa sia l’affidabilità. Nell’ingegneria meccanica, l’affidabilità è la probabilità che un oggetto svolga la funzione prevista per un periodo specifico in condizioni specifiche.

Disponendo di questa comprensione generale dell’affidabilità, è quindi possibile identificare e definire i requisiti di affidabilità del proprio prodotto, i quali sono probabilmente simili o identici alle aspettative dei propri clienti. Solo quando questi requisiti sono chiari si dovrebbe iniziare a progettare un prodotto in grado di soddisfarli.

Non esiste uno schema unico che vada bene per tutto

Non esiste un modello universale di Ingegneria dell’Affidabilità, ma è probabile che qualsiasi schema comporti i seguenti passaggi fondamentali illustrati nel grafico accanto.

Tuttavia, non si tratta di un processo a senso unico. Le fasi di progettazione, analisi e verifica devono essere ripetutamente rivisitate prima che il prodotto risulti idoneo all’introduzione sul mercato. All’interno di queste fasi, può esservi un numero qualsiasi di strumenti, test e processi che scoprono le vulnerabilità, le tolleranze e la robustezza del prodotto. Schenkelberg fornisce un breve riassunto del DfR:

“È un insieme di regole, linee guida e attività che consentono alle persone che prendono le decisioni – i tecnici, gli ingegneri, i manager – di comprendere appieno le ramificazioni dell’affidabilità”

“Ma non è un insieme fisso di strumenti o attività. Ogni situazione, prodotto e applicazione è diversa”.

Fare un passo indietro per aggiungere valore

Queste differenze sono cruciali perché trattare il DfR come l’adempimento di una lista di controllo può provocare dei problemi.

“Una delle trappole è affermare: ’Il nostro ultimo prodotto ha funzionato ottimamente’. Ha soddisfatto le nostre aspettative di affidabilità e quelle dei nostri clienti, quindi facciamo tutto quello che abbiamo fatto la volta scorsa’”. Questo approccio è pericoloso perché il prodotto successivo potrebbe avere applicazioni diverse, un obiettivo diverso e potrebbe essere destinato ad un cliente diverso”, spiega Schenkelberg.

“Si rischia ad approdare ad una mentalità da lista di controllo: “Faremo questi due test, lo faremo vibrare per 2 ore e poi

abbiamo finito”. Ciò rappresenta effettivamente un valore aggiunto? È necessario fare un passo indietro e individuare dei test che scoprano i problemi che potrebbero verificarsi in futuro”. E per scoprire problemi futuri, potresti dover fare qualcosa che i progettisti spesso evitano: abbracciare il fallimento.

I vantaggi offerti dal fallimento

Testare un prodotto fino al punto di rottura può essere uno strumento utile per esplorarne l’affidabilità. Tuttavia, si tratta di un approccio che può risultare in contrasto con i tipici principi di progettazione.

“I progettisti e gli ingegneri di solito progettano col principio di evitare ogni genere di problema: generalmente è su questo obiettivo che si incentra il processo di creazione di un oggetto”, dice Schenkelberg, e aggiunge:

“Il potere dell’ingegneria dell’affidabilità è evidenziare i punti deboli.”

“È importante avere la capacità di imparare dai guasti. Troppe persone vogliono fare un test per dimostrare che un prodotto funziona. Eseguono i test in condizioni in cui è prevedibile che il prodotto risulti idoneo, ma se si sta cercando di scoprire qualcosa che non si sa già, allora è davvero necessario eseguire i test fino a far emergere gli aspetti deficitari”.

“In questo modo, si scopre la loro natura, il modo in cui si manifestano e la combinazione di sollecitazioni alla loro origine. Vi sono diversi modi, ma è necessario essere disposti a cercare i difetti”.

Un metodo per scovare potenziali deficit è la prova di vita accelerata (HALT). Si può adottare come parte della fase di verifica e convalida del DfR.

Comprendere la vera affidabilità “Mi piace pensare alla HALT come ad un processo di scoperta”, dice Schenkelberg. “Si utilizza una serie di sollecitazioni diverse e significative per la propria applicazione e si aumentano le sollecitazioni fino a portare quest’ultima alla criticità. Si scopre se il prodotto sta cedendo al livello di sollecitazione previsto e ciò consente di prendere delle decisioni sui margini. Cosa altrettanto importante, si scopre anche la natura del guasto: in che modo si è prodotto”.

Gli accademici e i professionisti hanno stilato una lista delle potenziali sollecitazioni in cui edifici, impianti e infrastrutture possono incorrere a seguito
del cambiamento climatico e di altri eventi catastrofici. Sebbene questi eventi comportino nuove esigenze per gli ingegneri, la cosa che cambia è l’entità e la combinazione delle sollecitazioni che dovranno affrontare.

Cercando i guasti, come suggerisce Schenkelberg, è possibile comprendere l’effettiva affidabilità e la robustezza del prodotto e avere una comprensione più completa della sua capacità di resistere agli eventi imprevisti.

PROGETTAZIONE DI GIUNZIONI BULLONATE AFFIDABILI CON IL GRUPPO NORD-LOCK

Scoprire le potenziali fonti di guasto è una delle numerose procedure di test adottate dal Gruppo Nord-Lock, spiega Cyril Cadoux, responsabile tecnico per l’Europa.

“Per una giunzione bullonata, raramente eseguiamo test fino al guasto, perché abbiamo le giuste conoscenze per risalire alla causa delle parti danneggiate. Il semplice fatto di monitorare le prime migliaia di cicli ci fornisce le giuste indicazioni sulle tendenze. Ci permette dunque di avere la necessaria conoscenza e fiducia nell’affidabilità dei nostri prodotti per offrire una garanzia a vita”, afferma.

“Ma guardare i nostri prodotti in un contesto isolato e confermare che sono resistenti e affidabili non è sufficiente. Testiamo i nostri bulloni e le nostre rondelle negli ambienti in cui vengono utilizzati.”

“Parliamo con i nostri clienti, scopriamo le applicazioni e sulla base di ciò eseguiamo un’analisi più approfondita. Ne ricaviamo il maggior numero di dati possibile e poi riproduciamo gli scenari. A volte non è possibile ottenere tutto da disegni o piani 3D, quindi, se necessario, visitiamo di persona i loro luoghi di applicazione”.

“Ciò significa che non stiamo solo testando i prodotti Nord-Lock, ma stiamo anche testando le relative giunzioni bullonate. Possiamo portare la nostra analisi e simulazione, i nostri strumenti interni, per consigliare adeguatamente i nostri clienti”, conclude Cadoux.