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Università degli studi di Firenze Gruppo: 6 Analisi di sicurezza di un sistema di controllo di pressurizzazione e sgancio delle mascherine con ossigeno Firenze 21/10/2011 Studenti: Marco Montagni Alessio Farina Lorenzo Giuseppi Jacopo Casini Alessandro Ussi

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Page 1: Università degli studi di Firenze Gruppo: 6 Analisi di sicurezza di un sistema di controllo di pressurizzazione e sgancio delle mascherine con ossigeno

Università degli studi di FirenzeGruppo: 6

Analisi di sicurezza di un sistema di controllo di pressurizzazione e sgancio delle mascherine con

ossigeno

Firenze 21/10/2011

Studenti:Marco Montagni

Alessio FarinaLorenzo Giuseppi

Jacopo CasiniAlessandro Ussi

Page 2: Università degli studi di Firenze Gruppo: 6 Analisi di sicurezza di un sistema di controllo di pressurizzazione e sgancio delle mascherine con ossigeno

Dati di partenza

Le prestazioni richieste dal committente prevedono:

• SIL3

• Tasso di guasto precalcolato di ogni sottosistema λ=8*10^(-3)

• Richiesta almeno una configurazione 1oo2D nel sistema

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Page 3: Università degli studi di Firenze Gruppo: 6 Analisi di sicurezza di un sistema di controllo di pressurizzazione e sgancio delle mascherine con ossigeno

La sicurezza per la respirazione

La respirazione degli esseri viventi

Con pressione atmosferica standard e percentuale di

ossigeno standard

Con pressione atmosferica ridotta e percentuale di

ossigeno maggiore

Sistema di pressurizzazione

funzionante

Sistema di pressurizzazione

guasto

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Descrizione del sistemaComposizione:• N°2 sensori all’interno della fusoliera: uno a poppa e uno a prua• N°2 microprocessori per il logic solver• N°2 attuatori per il rilascio della mascherina per ossigeno

Funzionamento:

Regolare

Guasto: falla o pressurizzazione

I due sensori misurano la pressione all’interno della fusoliera,

monitorandolo continuamente, e rientra nei margini di sicurezza

I sensori misurano la pressione all’interno della fusoliera e non rientra nei margini di

sicurezza

Il sistema risponde in un tempo ragionevole ed espelle le mascherine per

approvvigionamento di ossigeno 4

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Architettura utilizzata

Implementazione dell’architettura utilizzata all’interno del sistema di diagnostica e sicurezza

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Ipotesi di lavoro

Il sistema di sicurezza progettato presenta i seguenti caratteristiche:

• Come suggerito dalla norma CEI 61508-6 2011-02 si considera il sistema suddiviso nei tre sottosistemi: Sensoristica, Logica controllo, Attuatori• Si considera che la pressione sia uniforme all’interno della carlinga• Si ipotizza che sia stata fatta un’analisi FMECA/FMEA• La parte di logica di controllo costituita da 2 microcontrollori posti in luoghi diversi• Cavi divisi in canaline diverse • Due attuatori in parallelo.• Il vano che contiene il sistema logica è accessibile solo da personale qualificato• Il sistema di sicurezza lavora con un’alta frequenza dei test di diagnostica

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Valori del PFHSYS

PFHSYS

Λ= 8 exp(-3) h-1 βS/FE=2% βLS =1% T1= 25 ore

DC MRT=MTTR [h]

\ 0,5 1 2 4 6 8 16

0,4 7,720E-04 8,113E-04 8,898E-04 1,047E-03 1,204E-03 1,361E-03 1,989E-03

0,5 6,677E-04 7,028E-04 7,730E-04 9,134E-04 1,054E-03 1,194E-03 1,756E-03

0,6 5,854E-04 6,154E-04 6,754E-04 7,953E-04 9,153E-04 1,035E-03 1,515E-03

0,65 5,526E-04 5,797E-04 6,339E-04 7,421E-04 8,504E-04 9,587E-04 1,392E-03

0,75 5,038E-04 5,244E-04 5,654E-04 6,475E-04 7,296E-04 8,117E-04 1,140E-03

0,85 4,774E-04 4,905E-04 5,165E-04 5,687E-04 6,208E-04 6,729E-04 8,814E-04

0,9 4,727E-04 4,816E-04 4,994E-04 5,351E-04 5,708E-04 6,065E-04 7,493E-04

0,95 4,735E-04 4,781E-04 4,873E-04 5,056E-04 5,239E-04 5,422E-04 6,155E-04

0,99 4,783E-04 4,792E-04 4,811E-04 4,848E-04 4,885E-04 4,923E-04 5,072E-04

Valori di PFH Forniti dal committente

• SIL3 1*10^(-8) < PFH < 1*10^(-7)• Si considera caso proof test interval 25 ore (caso migliore)

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Analisi dei valori di PFH e SIL

Le richieste del committente non sono state soddisfatte in termini di sicurezza.

Il tasso di guasto dei sottosistemi, non permettono di ottenere il SIL3.

Valutazione dei parametri che influenzano in modo significativo l’analisi

Possibile soluzione

Identificazione delle parti deboli del sistema

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Soluzioni

Variare K Variare l’architettura

Variare e diminuire il

tasso di guasto

PER OTTENERE

UN SIL3

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La variazione di K: il decisore

Il parametro K identifica la possibilità di sbaglio del decisore

Con K= 0,999 non sono adeguati alle richieste

PFHSYS

Λ= 8 exp(-3) h-1 βS/FE=2% βLS =1% T1= 25 ore

DC MRT=MTTR [h]

\ 0,5 1 2 4 6 8 16

0,4 5,896E-04 6,289E-04 7,074E-04 8,645E-04 1,022E-03 1,179E-03 1,807E-03

0,5 4,397E-04 4,748E-04 5,450E-04 6,854E-04 8,258E-04 9,662E-04 1,528E-03

0,6 3,118E-04 3,418E-04 4,018E-04 5,217E-04 6,417E-04 7,616E-04 1,241E-03

0,65 2,562E-04 2,833E-04 3,375E-04 4,457E-04 5,540E-04 6,623E-04 1,095E-03

0,75 1,618E-04 1,824E-04 2,234E-04 3,055E-04 3,876E-04 4,697E-04 7,982E-04

0,85 8,984E-05 1,029E-04 1,289E-04 1,811E-04 2,332E-04 2,853E-04 4,938E-04

0,9 6,227E-05 7,119E-05 8,904E-05 1,247E-04 1,604E-04 1,961E-04 3,389E-04

0,95 4,032E-05 4,490E-05 5,406E-05 7,239E-05 9,071E-05 1,090E-04 1,823E-04

0,99 2,681E-05 2,775E-05 2,962E-05 3,336E-05 3,710E-05 4,084E-05 5,581E-05 10

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Cambio di configurazione

PFHSYS 1oo3

βS/FE=2% βLS =1% T1= 25 ore

DC MRT=MTTR [h]

\ 0,5

0,4 1,491E-04

0,5 1,174E-04

0,6 8,933E-05

0,65 7,646E-05

0,75 5,260E-05

0,85 3,069E-05

0,9 2,026E-05

0,95 1,006E-05

0,99 2,004E-06

Calcolo del PFH con configurazione 1oo3

SIL-1 11

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Tasso di migliore

PFHSYS

Λ= 1 10^(-5) h-1 βS/FE=2% βLS =1% T1= 25 ore

DC MRT=MTTR [h]

\ 0,5 1 2 4 6 8 16

0,4 3,907E-07 3,908E-07 3,909E-07 3,911E-07 3,914E-07 3,916E-07 3,926E-07

0,5 4,255E-07 4,256E-07 4,257E-07 4,259E-07 4,261E-07 4,263E-07 4,272E-07

0,6 4,603E-07 4,604E-07 4,605E-07 4,607E-07 4,609E-07 4,610E-07 4,618E-07

0,65 4,778E-07 4,778E-07 4,779E-07 4,781E-07 4,782E-07 4,784E-07 4,791E-07

0,75 5,126E-07 5,127E-07 5,127E-07 5,129E-07 5,130E-07 5,131E-07 5,136E-07

0,85 5,476E-07 5,476E-07 5,476E-07 5,477E-07 5,478E-07 5,479E-07 5,482E-07

0,9 5,650E-07 5,650E-07 5,651E-07 5,651E-07 5,652E-07 5,652E-07 5,655E-07

0,95 5,825E-07 5,825E-07 5,825E-07 5,826E-07 5,826E-07 5,826E-07 5,827E-07

0,99 5,965E-07 5,965E-07 5,965E-07 5,965E-07 5,965E-07 5,965E-07 5,965E-07

Trovando componenti con tasso di guasto che ci garantiscono un MTBF nell’ordine di 10^5 ore e con un decisore di bassa qualità (K=0,98)

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PFHSYS 1oo3

βS/FE=2% βLS =1% λ=10^-5 T1= 25 ore

DC MRT=MTTR [h]\ 0,5

0,4 1,500E-070,5 1,250E-070,6 1,000E-07

0,65 8,750E-080,75 6,250E-080,85 3,750E-080,9 2,500E-08

0,95 1,250E-080,99 2,500E-09

βS/FE=5% βLS =2% λ=1o^-5 T1= 25 ore

DC MRT=MTTR [h]\ 0,5

0,4 3,600E-070,5 3,000E-070,6 2,400E-07

0,65 2,100E-070,75 1,500E-070,85 9,000E-080,9 6,000E-08

0,95 3,000E-080,99 6,000E-09

Ottenere un SIL 4

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Page 14: Università degli studi di Firenze Gruppo: 6 Analisi di sicurezza di un sistema di controllo di pressurizzazione e sgancio delle mascherine con ossigeno

Valori PFH con K=0,999

DC

PFH

SIL3

SIL4

SIL2

SIL1

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Conclusioni

In base ai risultati ottenuti la richiesta del committente può essere soddisfatta

incorporando i suggerimenti ottenuti con l’analisi migliorando quindi i vari

sottosistemi.

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