Sicurezza Funzionale e certificazione SIL: un’occasione vincente di restyling del prodotto. Il caso pratico.

In questo caso di studio parliamo della nostra esperienza al fianco di Brüel & Kjær Vibro America Inc. durante il percorso di certificazione SIL sulla base dello standard IEC 61508 per la Sicurezza Funzionale di un sistema di protezione macchine, VC-8000 SETPOINT®. Brüel & Kjær Vibro America Inc. e H-ON Consulting hanno collaborato conseguendo risultati oltre le aspettative in termini di Functional Safety Assessment e valore dato dalla certificazione SIL. Questo articolo è a cura di Stan Ball, R&D Industrial Director di Brüel & Kjær Vibro America Inc. e Massimiliano Latini, Direttore Ricerca e Progetti Speciali di H-ON Consulting.

Il caso di studio: l’approccio alla certificazione SIL

I processi di certificazione del prodotto sono visti dai produttori come un’esperienza passiva in cui gli “esperti” o “specialisti” eseguono alcune verifiche e audit a prova della conformità di un prodotto, spesso rivendicando la mancanza di prove formali cartacee, come ad esempio l’indice di revisione o l’approvazione di un documento.

Al contrario, le aspettative del produttore consistono solitamente nella possibilità di migliorare il proprio prodotto e fornirne al mercato versioni migliorate e raffinare i processi e le prestazioni aziendali, grazie alle osservazioni o alle lacune evidenziate dall’esperienza degli Assessor incaricati.

 

Il prodotto oggetto di analisi

VC-8000 SETPOINT® è un sistema di protezione della macchina da utilizzare per macchinari nell’industria petrolifera e del gas, nell’industria petrolchimica, nella produzione di energia (grandi centrali termoelettriche e idroelettriche) e in molti altri settori, tra cui miniere, acciaio, cemento, marittimo, legno, carta e numerose altre tipologie di azienda manifatturiera. In tutti questi casi, la protezione della macchina è obbligatoria per evitare danni catastrofici alla sicurezza delle persone, oltre alle costose perdite di produzione. Un buon sistema di protezione dovrà valutare in questi casi i parametri critici della macchina per spegnerla solo quando necessario per non compromettere la sicurezza delle persone e dell’ambiente. Nel caso di VC-8000 SETPOINT®, i parametri critici includono tipicamente, ma non limitatamente, le vibrazioni radiali, la posizione assiale e le misurazioni della temperatura dei cuscinetti comunemente riscontrate nei sistemi di protezione dei macchinari su pompe, motori, compressori, turbine e altri componenti macchinari alternativi.

 

I requisiti dello standard IEC 61508

I requisiti della norma IEC 61508 sono molto impegnativi e, oltre a richiedere una buona affidabilità delle parti relative alla sicurezza, tale standard introduce diversi vincoli che devono essere rispettati per poter dichiarare un prodotto classificato SIL pienamente conforme ai requisiti della norma: stiamo parlando di Architecture Constrains, Diagnostic Coverage e Systematic Capability. Inoltre, anche i processi aziendali confluiscono in un perfetto Sistema di Gestione della Sicurezza Funzionale che sia in grado di soddisfare i requisiti di qualità indicati dallo standard IEC 61508. L’adempimento dei requisiti rende possibile la dichiarazione di un prodotto conforme a IEC 61508 e allo stesso tempo consente a terzi di poter certificare questo risultato.

Per ulteriori informazioni sui requisiti IEC 61508, visita la nostra guida alla Functional Safety.

 

BK Vibro VC-800 SETPOINT certified by H-ON

 

 

Il processo di certificazione: la nostra esperienza condivisa

L’esperienza condivisa con Brüel & Kjær Vibro è iniziata nel 2018, quando uno dei nostri Assessor ha dato inizio al progetto effettuando un’analisi FMEDA (Failure Modes, Effects, and Diagnostic Analysis) per il cliente presso la sede di Minden in Nevada, lavorando a fianco del reparto di ingegneria di B&K Vibro. FMEDA è una tecnica di analisi dell’affidabilità sistematica per ottenere, per ciascun componente prima e per l’intero sistema poi, il tasso di errore, le modalità di errore e la diagnostic capability, prendendo come punto di partenza i dati relativi all’affidabilità dei componenti. Questa è la base per valutare la probabilità di guasto su richiesta, necessaria per valutare il livello SIL (Safety Integrity Level) del sistema.

 

L’analisi FMEDA e la revisione del progetto (Design Review)

Il sistema oggetto di studio era composto principalmente da un backplane principale, con un modulo di connessione a rack (RCM), per ospitare i moduli di monitoraggio della temperatura (TMM) o i moduli di monitoraggio universale (UMM). Tutti i componenti rappresentano parte integrante del sistema di protezione dei macchinari; è stata quindi eseguita una revisione dettagliata del progetto e un’analisi FMEDA sui componenti citati che andasse ad escludere i moduli e le parti non rilevanti ai fini della sicurezza funzionale.

La revisione del progetto (fase di Design Review) ha previsto l’allocazione, la valutazione di tutti i componenti hardware relativi alla sicurezza e l’identificazione di quelli più critici in termini di complessità e tolleranza ai guasti hardware. I risultati della valutazione dell’hardware sono stati integrati con la convalida del firmware al fine di valutare a pieno il livello SIL del sistema.

 

Le migliorie al prodotto

Dopo questa revisione, i Design Engineers del manufacturer – guidati dai principi di progettazione in termini di sicurezza previsti dallo standard IEC 61508 – sono stati in grado di affrontare le lacune evidenziate dal nostro assessor e migliorare la progettazione del sistema dal punto di vista hardware e software (quest’ultimo verificato e convalidato seguendo un approccio Agile). Di seguito sono riportati alcuni punti emersi durante lo svolgimento del progetto che sono stati debitamente affrontati dall’ufficio tecnico di Brüel & Kjær Vibro di Minden:

 

  • Il firmware è stato suddiviso in 2 parti per applicazioni standard. La prima parte è per la parte FW non compresa nelle funzioni critiche per la sicurezza e la seconda parte per il firmware relativo alla sicurezza. Questa distinzione è stata effettuata per limitare, da un lato, la parte del firmware soggetta ai requisiti IEC 61508-3 e IEC 61508-1 e per facilitare, dall’altro, la gestione del ciclo di vita della sicurezza in modo da evitare che le modifiche implementate sulla parte FW non critica per la sicurezza non fossero soggette a rivalutazione o validazione successiva.
  • Per l’hardware, l’affidabilità dei circuiti diagnostici interni risulta aumentata, grazie alle modifiche implementate sull’hardware utilizzato per rilevare le modalità di guasto pericoloso più rilevanti.
  • Alcuni segnali critici per il funzionamento del sistema in caso di guasto potrebbero inibire o bypassare la funzione di sicurezza. Per questo sono state implementate misure tecniche per evitare di bypassare le funzioni di sicurezza (a seguito ad esempio di un corto circuito).
  • Il firmware UMM e TMM è stato modificato per aumentare il feedback diagnostico attraverso il feedback RCM che copre il rilevamento dei guasti più critico dell’intero sistema. Questo lascia invariato il trasmettitore di uscita di ciascun modulo per diagnosticare le modalità di guasto senza influire sull’intero sistema, garantendo così il corretto funzionamento del VC-8000 SETPOINT® senza comprometterne l’affidabilità.

 

Vantaggi della certificazione SIL

Questo è solo un esempio di ciò che si può ottenere dopo un Functional Safety Assessment. Oltre al certificato, il produttore può beneficiare di un oggettivo miglioramento del prodotto oggetto di certificazione. Inoltre, Brüel & Kjær Vibro ha lavorato sui propri processi aziendali per predisporre un Sistema di Gestione della Sicurezza Funzionale più efficace. Ciò include il rispetto dei requisiti di qualità per i fornitori critici facenti parte del processo di produzione, nonché l’assemblaggio e il collaudo di schede elettroniche. Tali fornitori critici sono stati visitati e controllati dal nostro assessor durante il processo di Assessment nel rispetto dei requisiti di certificazione.

Lavorare con Brüel e Kjær Vibro è stato emozionante. Il team tecnico si è dimostrato estremamente partecipativo durante la fase di valutazione e pronto a colmare le lacune identificate. Sono state implementate nuove funzionalità di progettazione del sistema per migliorarne l’affidabilità complessiva ed evitare guasti pericolosi. Sono stati inoltre svolti i test per la conformità EMC, potenzialmente influenti sulle performance del prodotto in termini di sicurezza funzionale.

Come afferma Stan Ball, R&D Industrial Director presso Brüel & Kjær Vibro America Inc., lavorare con noi è stato gratificante ed educativo poiché le complessità del conseguimento della certificazione SIL sono risultate ben dettagliate, col dovuto anticipo, accompagnate da una efficace e puntuale comunicazione. La documentazione consegnata al cliente include elementi come il design HW, le funzionalità FW e SW volte a garantire la conformità agli standard IEC. È risultato fondamentale che l’impianto di produzione operasse entro i limiti dei requisiti SIL, sia dal punto di vista della produzione che della documentazione. Ciò ha incluso il modo in cui il cliente gestisce il materiale in entrata, la movimentazione e lo stoccaggio delle parti utilizzate per assemblare ciascuna scheda, comprese le materie prime. Lavorando congiuntamente, abbiamo reso conformi ai requisiti della IEC 61508 anche i fondamentali punti relativi alle competenze e alla formazione del personale dell’azienda cliente. In ultima istanza, relativamente alla revisione della parte documentale, è stata rivista la garanzia di tracciabilità di tutte le attività, a partire dalla fase di emissione ordini fino alla spedizione.

 

Conclusione

Entrambi gli autori concordano sul fatto che questo sia un ottimo esempio di come dovrebbe essere un impeccabile Functional Safety Assessment volto alla certificazione SIL di un prodotto. Il progetto ha rappresentato una buona occasione per entrambe le parti di beneficiare dall’attività e di imparare l’una dall’altra. Il manufacturer ha così avuto modo di capire come un prodotto può essere migliorato in termini di conformità con gli standard internazionali, ma soprattutto facendo guadagnare al prodotto una nuova vita sul mercato e adempiendo gli oneri legati alla sicurezza delle persone e dell’ambiente circostante. In questo modo il produttore ha potuto percepire in modo sostanziale il valore aggiunto dato dal possedimento di una certificazione come garanzia di maggiore affidabilità sul mercato. Il lavoro dietro al conseguimento di una certificazione viene così premiato contribuendo al successo dell’azienda.

 

Ringraziamo il team di Brüel & Kjær Vibro per aver condiviso con noi questa storia di successo, che ha significato molto professionalmente e non solo. Per ulteriori informazioni su VC-8000 SETPOINT®, visita il sito web di B&K Vibro.

 

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