AFFIDABILITA' E SICUREZZA DEI SISTEMI PRODUTTIVI

Conoscenza e comprensione

L'insegnamento sviluppa nelle studentesse e negli studenti una sensibilità alla gestione del rischio e della sicurezza nei sistemi complessi. Al termine dell'insegnamento le studentesse e gli studenti padroneggiano il lessico tecnico e i concetti fondamentali dell'analisi e valutazione dei rischi; conoscono i modelli della teoria dell'affidabilità, deterministici e stocastici, per la valutazione di componenti e sistemi, anche riparabili, e le metodologie qualitative e quantitative di identificazione e analisi del rischio; conoscono gli aspetti tecnico-organizzativi della gestione della sicurezza, dell'affidabilità e della manutenzione, finalizzate alla progettazione e gestione della sicurezza di persone, beni e ambiente; comprendono gli elementi essenziali della normativa cogente e delle norme volontarie per la sicurezza dei lavoratori nei luoghi di lavoro e per la sicurezza degli impianti industriali.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine dell'insegnamento le studentesse e gli studenti sono in grado di:

●        eseguire calcoli affidabilistici per componenti e sistemi in configurazioni standard (serie, parallelo attivo e stand-by) e in configurazioni complesse, anche attraverso l'individuazione dei minimal cut set e dei tie set;

●        impostare e risolvere il modello markoviano di un sistema riparabile/non riparabile, ricavando i parametri affidabilistici in transitorio e a regime, anche con l'ausilio delle trasformate di Laplace;

●        costruire e quantificare un albero dei guasti e un albero degli eventi a partire dalla descrizione funzionale di un impianto e dai dati di guasto disponibili;

●        condurre uno studio HAZOP su uno o più nodi di un impianto di processo, applicando le parole guida, individuando cause, conseguenze e salvaguardie esistenti, formulando raccomandazioni per il miglioramento della sicurezza;

●        impostare l'analisi dei rischi di una mansione lavorativa, identificando i pericoli, stimando il rischio e selezionando le misure di prevenzione e protezione, collettive e individuali, coerenti con le misure generali di tutela previste dalla normativa cogente o dalle buone prassi tecniche;

●        selezionare e giustificare la politica e la strategia di manutenzione più appropriata per un componente o un sistema, in funzione del suo comportamento a guasto e delle conseguenze del guasto stesso.

Autonomia di giudizio

Le studentesse e gli studenti sviluppano la capacità di scegliere fra metodi di analisi qualitativi, semiquantitativi e quantitativi motivandone l'adeguatezza al problema, di giudicare la rappresentatività e i limiti dei dati di guasto impiegati e di esprimersi sull'accettabilità del rischio residuo. Tali capacità sono sviluppate attraverso le esercitazioni guidate e lo sviluppo dell'analisi HAZOP o del progetto di analisi dei rischi di mansione, che richiedono di assumere ipotesi in condizioni di informazione incompleta e di difenderle.

Abilità comunicative

Le studentesse e gli studenti acquisiscono la capacità di documentare un'analisi di affidabilità o di rischio con terminologia tecnica appropriata e nei formati propri della pratica professionale (foglio HAZOP, relazione di analisi, documento di valutazione dei rischi) e di illustrarne i risultati a interlocutori specialisti e non specialisti. Tali abilità sono sviluppate attraverso la redazione degli elaborati progettuali e la loro presentazione e discussione, di norma in gruppo, in sede d'esame.

Capacità di apprendimento

Le studentesse e gli studenti acquisiscono la capacità di reperire, leggere e interpretare autonomamente fonti normative primarie e norme tecniche di settore, e di aggiornare le proprie conoscenze in un quadro regolatorio in evoluzione. Tali capacità sono sviluppate attraverso lo studio individuale guidato sui testi di legge e sulle norme tecniche richiamate a lezione e attraverso il lavoro di gruppo sui progetti, che richiede la ricerca autonoma di dati e riferimenti.

L'insegnamento, di 9 CFU, prevede 93 ore di attività didattica, articolate in 28 ore di lezione frontale e 65 ore di esercitazione, cui si aggiungono 132 ore di studio individuale, per un impegno complessivo di 225 ore.

Didattica erogativa (DE) — 28 ore. Lezioni frontali dedicate alla presentazione dei contenuti teorici: fondamenti probabilistici, teoria dell'affidabilità, modelli markoviani, concetti di manutenzione, metodologie di analisi del rischio e quadro normativo. Le lezioni sono svolte con il supporto di lucidi e di dispense rese disponibili sul portale Studium prima della trattazione dell'argomento.

Didattica interattiva (DI) — 65 ore. Esercitazioni qualitative e quantitative (numeriche) svolte in aula con partecipazione attiva delle studentesse e degli studenti alla risoluzione dei problemi; analisi e discussione di casi applicativi, di incidente e di documentazione di impianto; sviluppo in gruppo dell'analisi HAZOP su documentazione di un impianto reale fornita dai docenti, con eventuali revisioni intermedie; in alternativa, sviluppo del progetto di analisi dei rischi di una mansione lavorativa; prova in itinere e verifiche sui contenuti trattati.

 

Coerenza fra metodi didattici e risultati di apprendimento attesi

●        La didattica erogativa è funzionale al descrittore «conoscenza e comprensione»: presenta in forma sistematica i modelli affidabilistici e l'articolato normativo.

●        Le esercitazioni qualitative e quantitative e la prova in itinere sono funzionali al descrittore «capacità di applicare conoscenza e comprensione» nella sua componente analitica, poiché richiedono l'impiego autonomo dei modelli su problemi di crescente complessità.

●        L'analisi HAZOP e il progetto di analisi dei rischi sono funzionali ai descrittori «autonomia di giudizio» e «abilità comunicative», poiché richiedono di assumere e difendere ipotesi in condizioni di informazione incompleta e di documentare i risultati nei formati della pratica professionale.

●        Lo studio guidato delle fonti normative e delle norme tecniche è funzionale al descrittore «capacità di apprendimento», in un ambito in cui il quadro regolatorio è soggetto a modifiche frequenti.

 

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Prerequisiti curriculari (propedeuticità): nessuno.

Prerequisiti culturali. Per affrontare proficuamente l'insegnamento sono richieste le seguenti conoscenze pregresse:

●        indispensabili: elementi di analisi matematica (studio di funzione, derivazione e integrazione, equazioni differenziali ordinarie lineari del primo ordine) e nozioni di algebra booleana;

●        importanti: calcolo combinatorio, calcolo delle probabilità (probabilità condizionata, teorema di Bayes) e principali distribuzioni di probabilità discrete e continue; trasformate di Laplace;

●        utili: nozioni di base sui sistemi produttivi e sugli impianti industriali, capacità di lettura di uno schema di processo e di uno schema a blocchi funzionale; comprensione dell'inglese tecnico (reading) a livello B2.

Le conoscenze indicate come «importanti» sono comunque richiamate all'inizio del corso in forma sintetica, senza che ciò sostituisca lo studio individuale pregresso.

La frequenza è obbligatoria. Ai sensi del Regolamento didattico del Corso di Laurea magistrale in Ingegneria Gestionale, le studentesse e gli studenti sono tenuti a frequentare almeno il 70% delle ore di lezione dell'insegnamento.

Al di là dell'obbligo formale, la partecipazione attiva alle attività didattiche è determinante per il raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi: le esercitazioni e lo sviluppo dell'analisi dei rischi sono attività di didattica interattiva che si svolgono in aula e non sono integralmente sostituibili con lo studio individuale, poiché gran parte dell'apprendimento deriva dal confronto sulle ipotesi assunte e dalla revisione progressiva degli elaborati. In particolare, l'analisi HAZOP è svolta in gruppo con eventuali revisioni intermedie con i docenti.

Le studentesse e gli studenti che si trovino nell'impossibilità di frequentare sono invitati a contattare i docenti all'inizio del corso per concordare modalità di svolgimento delle attività progettuali compatibili con la loro situazione. Il materiale didattico completo è comunque disponibile sul portale Studium.

1. Introduzione e definizioni. Il concetto di sicurezza. Pericolo, rischio, esposizione e danno. Valutazione dei rischi e analisi di sicurezza. Rischio residuo e criteri di accettabilità.

2. Richiami di calcolo combinatorio (allineamento prerequisiti, non argomento d'esame). Fattoriale, binomio di Newton, disposizioni, permutazioni e combinazioni. Prodotto cartesiano di insiemi. Diagrammi ad albero.

3. Richiami di calcolo delle probabilità (allineamento prerequisiti, non argomento d'esame). Definizione di probabilità e proprietà del calcolo probabilistico. Variabili aleatorie discrete. Probabilità condizionata con esempi. Teorema della moltiplicazione e teorema di Bayes.

4. Richiami di statistica (allineamento prerequisiti, non argomento d'esame). Distribuzioni di probabilità discrete e continue di interesse affidabilistico.

5. Teoria classica dell'affidabilità. Funzioni di affidabilità e inaffidabilità. Tassi di guasto e MTTF. Configurazioni affidabilistiche semplici: serie e parallelo attivo. Derivazione delle funzioni di affidabilità per parallelo attivo, stand-by freddo e stand-by caldo. Sistemi complessi: cut set e tie set. Esercizi.

6. Applicazione della teoria di Markov all'affidabilità dei sistemi. Processi stocastici. Processi markoviani e catene di Markov. Richiami sulle trasformate di Laplace. Sistemi di sicurezza riparabili. Applicazione ai sistemi nelle configurazioni affidabilistiche più comuni (serie, parallelo attivo, anche con logica k-out-of-n, stand-by freddo, stand-by caldo, configurazioni complesse). Esercizi.

7. Introduzione ai concetti di manutenzione. Manutenibilità e disponibilità. Politiche e strategie manutentive. Terminologia di riferimento (UNI EN 13306).

8. Analisi dei rischi. Metodologie di analisi del rischio: analisi storica, checklist, HAZOP (IEC 61882) e FMEA/FMECA (IEC 60812). Alberi dei guasti: FTA (IEC 61025) e alberi dinamici. Alberi degli eventi: ETA (IEC 62502). Metodo ad indici.

9. Normativa sui rischi di incidente rilevante. La direttiva 2012/18/UE «Seveso III» e la sua attuazione con d.lgs. 105/2015: campo di applicazione e sostanze pericolose, stabilimenti di soglia inferiore e superiore, rapporto di sicurezza, piani di emergenza interni ed esterni.

10. Normativa sulla sicurezza delle macchine. Il regolamento (UE) 2023/1230: requisiti essenziali di sicurezza e di tutela della salute (allegato III), valutazione della conformità e marcatura CE, fascicolo tecnico, software di sicurezza e modifiche sostanziali. Obblighi del datore di lavoro utilizzatore (d.lgs. 81/2008).

11. Normativa sulla sicurezza nei luoghi di lavoro. Il d.lgs. 81/2008 e ss.mm.ii.: misure generali di tutela, obblighi non delegabili e delegabili del datore di lavoro, valutazione dei rischi e contenuti del documento (art. 28, comma 2), modalità di effettuazione, servizio di prevenzione e protezione, informazione, formazione e addestramento, altre figure rilevanti per la sicurezza dei lavoratori e loro obblighi.

12. Sicurezza sul luogo di lavoro: rischi specifici. Dispositivi di protezione individuale (regolamento (UE) 2016/425). Rischio incendio e misure antincendio. Ergonomia delle postazioni con videoterminali. Rischio chimico e sostanze pericolose (schede dati di sicurezza). Movimentazione manuale dei carichi. Rischio meccanico e protezione dalle parti in movimento.

13. Esercitazioni numeriche. Esercizi sulla teoria classica dell'affidabilità, sulla teoria di Markov applicata all'affidabilità e sulla costruzione e quantificazione degli alberi dei guasti.

14. Analisi HAZOP (lavoro di gruppo). Analisi di uno o più nodi di un impianto industriale con metodologia HAZOP, condotta in gruppo su documentazione di impianto fornita dai docenti.

15. Progetto di analisi dei rischi di una mansione lavorativa (attività in sostituzione dell'Analisi HAZOP). Analisi dei rischi di una mansione lavorativa concordata con i docenti.

Testi di riferimento

D1. Dispense e lucidi delle lezioni, disponibili sul portale Studium (https://studium.unict.it) per tutti gli iscritti al corso, in inglese su Delibera del Consiglio di corso di studio.

I1. Marigo, M., La manutenzione di macchine e impianti. Sicurezza ed affidabilità. EPC editore. Ed. 2012 o successive.

I2. Massera S., La redazione del documento di valutazione dei rischi. Guida metodologica ed esempi applicativi su casi reali ai sensi dell'art. 17 del D.Lgs. 81/2008, nuova ed., EPC Editore, 2025, ISBN 9788892883345.

Testi consigliati per approfondimento

I3. Castellani A., Teoria dell'affidabilità, Pearson Education Italia, Prentice Hall, 2009, ISBN 9788871925820.

Reference texts riportati nella sezione in inglese del Syllabus

I4. Furlanetto L., Garetti M., Macchi M., Principi generali di gestione della manutenzione, FrancoAngeli, Milano, 2006.

Fonti normative

N1. D.Lgs. 9 aprile 2008, n. 81 e ss.mm.ii., testo coordinato disponibile sulla banca dati Normattiva (https://www.normattiva.it).

N2. D.lgs. 26 giugno 2015, n. 105 (attuazione della direttiva 2012/18/UE).

N3. Regolamento (UE) 2023/1230 e D.Lgs. 27 gennaio 2010, n. 17, testi disponibili su EUR-Lex (https://eur-lex.europa.eu) e su Normattiva .

Struttura della verifica

La verifica dell'apprendimento si articola in due prove scritte, una numerica e una teorica, che si svolgono di norma nella stessa data salvo il superamento della prova in itinere, e nella discussione orale dell'analisi dei rischi (HAZOP o analisi dei rischi di una mansione lavorativa), che si svolge di norma in data distinta.

Prova in itinere. Durante il corso è prevista una prova in itinere della durata di circa 75 minuti, dedicata alla parte di esercizi numerici (affidabilità, modelli markoviani, alberi dei guasti). La prova si intende superata con un punteggio non inferiore a 18/30; il punteggio conseguito concorre alla formulazione del voto proposto e sostituisce la corrispondente parte della prova scritta numerica finale. La validità del risultato è limitata agli appelli dell'anno accademico in corso.

Prova scritta finale. Negli appelli successivi all'erogazione del corso la prova scritta ha durata di circa due ore e trenta minuti ed è composta da due parti. La parte teorica comprende circa un'ora per cinque domande a risposta aperta sugli argomenti del programma e un esercizio teorico contenente dimostrazioni su affidabilità, senza documentazione consultabile, più 15 minuti per un test a risposta multipla di 15 domande, con documentazione consultabile. La parte di esercizi numerici ha durata di circa 75 minuti e comprende due esercizi applicativi; non è dovuta da chi abbia superato la prova in itinere. Durante la prova numerica è consentito l'uso della calcolatrice e delle tavole delle trasformate di Laplace. È richiesto un punteggio non inferiore a 18/30 per il superamento della prova scritta, che costituisce condizione di ammissione alla discussione orale.

Discussione orale dell'analisi dei rischi. In data di norma diversa dalla prova scritta vengono presentati e discussi i lavori di gruppo e/o individuali (analisi HAZOP o progetto di analisi dei rischi di una mansione lavorativa), per una durata di circa 45 minuti per gruppo. Ciascun componente del gruppo risponde sull'intero elaborato. Alle studentesse e agli studenti che superano la prova scritta e presentano l'elaborato viene proposto un voto e il superamento della materia.

 

Criteri di valutazione

Nella prova scritta teorica sono valutate la pertinenza della risposta rispetto alla domanda formulata, la correttezza e la completezza dei contenuti, la capacità di sintesi, la correttezza dell'impostazione e dello sviluppo analitico dell'esercizio teorico e la proprietà del linguaggio tecnico.

Nella prova scritta numerica sono valutate l'impostazione metodologica, la correttezza e la completezza dei calcoli intermedi e finali, l'ordine e la sistematicità dello sviluppo, la coerenza delle eventuali ipotesi e dei risultati ottenuti.

Nella discussione dell'analisi dei rischi sono valutate la correttezza metodologica dell'analisi condotta, la giustificazione delle ipotesi assunte, l'accuratezza del report e delle raccomandazioni proposte e la chiarezza espositiva.

Il voto finale, espresso in trentesimi, è determinato come segue: prova scritta teorica (40%), prova scritta numerica o prova in itinere (40%), discussione dell'analisi dei rischi (20%). Nella prova scritta teorica i pesi sono i seguenti: domande a risposta aperta (55%), esercizio teorico (30%), test a risposta multipla (15%).

Per l'attribuzione del voto finale si tiene conto dei seguenti parametri:

●        esame non superato: le studentesse e gli studenti non possiedono la conoscenza minima richiesta dei contenuti principali dell'insegnamento; la capacità di utilizzare il linguaggio specifico è scarsa o nulla e non sono in grado di applicare autonomamente le conoscenze acquisite;

●        18-21: le studentesse e gli studenti hanno la minima conoscenza dei metodi di analisi dell'affidabilità e del rischio e del quadro normativo, hanno una modesta capacità di analizzare criticamente le situazioni presentate ed espongono gli argomenti in modo sufficientemente chiaro, sebbene la proprietà di linguaggio sia poco sviluppata;

●        22-25: le studentesse e gli studenti hanno una discreta conoscenza dei contenuti, anche se limitata agli argomenti principali; riescono a integrare e analizzare in modo critico ma non sempre lineare i casi presentati ed espongono con una discreta proprietà di linguaggio;

●        26-28: le studentesse e gli studenti hanno una buona conoscenza dei contenuti, analizzano in modo critico e lineare i casi presentati, risolvono in modo abbastanza autonomo problemi affidabilistici complessi ed espongono con linguaggio appropriato;

●        29-30 e lode: le studentesse e gli studenti hanno una conoscenza approfondita dei contenuti, integrano e analizzano criticamente i casi presentati risolvendo autonomamente problemi anche di elevata complessità, e dimostrano ottime capacità comunicative e proprietà di linguaggio.

 

Modalità di iscrizione agli appelli

La prenotazione per un appello d'esame è obbligatoria e deve essere effettuata esclusivamente per via telematica attraverso il Portale studenti entro tre giorni lavorativi dalla data d'esame. Le date d'esame sono pubblicate sul sito del Corso di Studio.

 

La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l'integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

PROVA SCRITTA TEORICA

Domande a risposta aperta

●        Illustrare la differenza fra parallelo attivo, stand-by freddo e stand-by caldo.

●        Scrivere le definizioni analitiche delle funzioni affidabilità, inaffidabilità, densità di probabilità di guasto e tasso di guasto nel caso di guasti casuali e riportare i rispettivi diagrammi.

●        Descrivere sinteticamente i vantaggi, gli svantaggi e il campo di applicazione della metodologia di analisi del rischio denominata Checklist.

●        Indicare i criteri di utilizzo per gli APVR isolanti.

●        Illustrare i principali fattori di rischio riconducibili all'utilizzo dei videoterminali, descrivendone sinteticamente le cause.

 

Esercizio teorico

●        Derivare la funzione di affidabilità di un sistema 1-su-2 in stand-by freddo con commutatore ideale, utilizzando la teoria classica dell'affidabilità.

●        Nell'ambito dei sistemi di sicurezza riparabili, si riporti il diagramma che evidenzia i potenziali stati del sistema al variare del tempo, quando la segnalazione del guasto è differita al test periodico e la manutenzione (di durata pari a r) avviene indipendentemente dal verificarsi di un guasto. Tracciare poi il diagramma di Markov corrispondente, evidenziando gli stati che contribuiscono alla PFD.

 

Test a risposta multipla

●        Per ridurre la frequenza di accadimento di un evento accidentale occorre un intervento di: [a] prevenzione — [b] protezione — [c] entrambi.

●        Nella segnaletica per le sostanze pericolose il cartello su cui è rappresentato un teschio indica una sostanza: [a] tossica — [b] nociva — [c] irritante.

 

PROVA SCRITTA NUMERICA

·       Dato lo schema d'impianto (sezione P&ID) in figura, di cui è noto il principio di funzionamento:

R1. Tracciare l'albero di guasto per il Top Event = «XXX».

R2. Determinare i minimal cut set, indicando in ogni passaggio le proprietà dell'algebra booleana utilizzate.

R3. Calcolare la probabilità del Top Event. Per gli eventi con MTTF e MTTR assumere tassi costanti e componenti riparabili; sono ammesse le approssimazioni per eventi rari, purché motivate.

R4. Proporre una modifica di progetto che consenta di migliorarne l'affidabilità, spiegando come cambia la struttura dell'albero e calcolando la nuova probabilità di accadimento del Top Event.

·       Dato lo schema a blocchi affidabilistico (RBD) in figura:

Q1. Tracciare il diagramma degli stati secondo la teoria di Markov, indicando per ogni arco il relativo tasso di transizione.

Q2. Scrivere la matrice dei tassi di transizione A e il sistema di equazioni differenziali.

Q3. Assumendo i tassi di guasto in tabella, risolvere almeno tre equazioni del sistema di equazioni differenziali, scegliendole tra quelle degli stati con al più un componente guasto, per un tempo di missione t = 1000 h.