La manutenzione dei sistemi oleodinamici
I criteri di monitoraggio dell'efficienza e delle condizioni operative dei sistemi oleodinamici si sono evoluti negli ultimi anni, così da modificare i parametri di riferimento per la definizione dell'idoneità di un sistema, e insieme i paradigmi per il suo mantenimento. Notevoli margini di miglioramento ancora esistono nel rapporto tra progettazione e manutenzione, vale a dire nella capacità di realizzare parti meccaniche già predisposte per facilitare le manutenzioni
I dispositivi ed i sistemi oleodinamici, come ogni altro sottosistema presente nelle macchine mobili, sono soggetti a modifiche del proprio comportamento nel corso del tempo. I fenomeni di naturale usura, il mutuo adattamento delle parti in movimento, le modifiche delle caratteristiche dell’olio idraulico sono alla base del naturale scostamento delle prestazioni da quelle che erano assicurate al momento della prima messa in servizio. La manutenzione è l’unico strumento in grado di garantire il mantenimento nel tempo delle prestazioni che componenti e sistemi sono progettati per fornire.
Storicamente la manutenzione è sempre stata suddivisa fra attività ordinarie e straordinarie. Le prime sono l’insieme di quegli interventi, normalmente ad intervalli di tempo specificati, che devono essere attuati per il mantenimento funzionale dei sistemi, mentre le seconde, in termini reattivi, sono quelle che normalmente si attuano a seguito di guasti o di perdite inaccettabili di prestazione, e non sono, sempre nella concezione tradizionale, programmabili.
Lo scenario negli ultimi anni è profondamente mutato, sono cambiati i parametri di riferimento per definire l’idoneità del sistema al suo scopo, e sono cambiati i paradigmi per il suo mantenimento. Si va dalla manutenzione predittiva, al monitoraggio continuo delle condizioni operative, alla progettazione per la manutenibilità (Design for Maintenance). Questo cambiamento è avvenuto lentamente, ma sulla base di due spinte fondamentali: un diverso approccio alla garanzia di sicurezza e prestazioni e la disponibilità di sensoristica ed elettronica sempre più sofisticata, affidabile e a basso costo.
Manutenzione e progettazione
Nel 1998 si tenne ad Atlanta un meeting dell’Advanced Technology Program (ATP) promosso dal National Institute of Standards and Technology (NIST) sul tema della “Condition-Based Maintenance” (CBM). La discussione allora evidenziò chiaramente tre principali barriere all’applicazione generalizzata del concetto: l’incapacità di stimare in modo accurato ed affidabile la vita utile residua di un componente o di una macchina (predizione); l’incapacità di monitorare una macchina in continuo (sensorizzazione); l’incapacità dei sistemi di manutenzione di imparare e di identificare i guasti rilevanti e di suggerire le azioni correttive da intraprendere (sintesi logica).
Nello stesso contesto le innovazioni in grado di rimuovere le barriere esistenti furono identificate in: capacità predittive, sensorizzazioni e sistemi di monitoraggio affidabili ed economici, miglioramento delle capacità logiche di analisi degli strumenti di controllo, principalmente software. A distanza di quasi un ventennio le necessità principali non sono modificate sostanzialmente, ma è notevolmente migliorata la disponibilità di strumenti per rispondere ad esse. In particolare in tema di sensorizzazione e di capacità di analisi dei sistemi software presenti sulle macchine lo scenario è profondamente diverso da quello che si prospettava sul finire del secolo scorso.
Senza entrare nel dettaglio tecnologico di come tutto questo sia stato, o sarà, introdotto nelle macchine, e nei sistemi oleodinamici che ne costituiscono ancora una parte fondamentale, il quesito logico principale riguarda la stretta correlazione fra progettazione e manutenzione, in cui sussistono tuttora ampi margini di miglioramento. La progettazione inizia a riconoscere, e a volte ha già provveduto a farlo, la strettissima correlazione fra le due fasi, ed in generale l’assoluta necessità di introdurre la manutenzione all’interno dei vincoli progettuali fin dall’inizio del processo di sintesi dei sistemi. Permane ancora, almeno in generale, una diffusa sottostima dell’importanza dell’opera di manutenzione ai fini del mantenimento delle prestazioni, soprattutto dal punto di vista della sicurezza. La spinta normativa e legislativa può aiutare a colmare questa lacuna, ma ciò che appare più efficace è una capillare opera di sensibilizzazione, in particolare verso gli utenti finali, affinché considerino la corretta manutenzione non un inutile aggravio di costo, ma un indispensabile elemento dell’utilizzo efficiente e sicuro delle proprie attrezzature.
Vincoli normativi
Nell’ambito delle machine movimento terra, la norma di riferimento europea EN 474-1 dedica una intera sezione (la 5.22) alla manutenzione della macchina. Tuttavia la prospettiva usata in questa norma è unicamente quella dell’effettuazione in modo sicuro delle operazioni di manutenzione previste dal fabbricante. Viene completamente omessa la parte concettuale del processo di manutenzione, ed in particolare il suo legame con la necessità di mantenimento delle caratteristiche funzionali che la macchina e i suoi sistemi devono possedere. Il reale e più stringente vincolo normativo si trova annidato all’interno di quella che è stata negli ultimi anni una vera e propria rivoluzione paradigmatica nel processo di analisi dei sistemi a bordo macchia, quello dell’analisi funzionale e della conseguente sicurezza funzionale.
Il processo di valutazione della sicurezza funzionale richiede un insieme di attività complesse, che sono tutte legate al concetto di mantenimento, entro livelli predeterminati, delle funzioni che ogni componente, sistema o macchina deve svolgere, richiedendo una attenta valutazione degli effetti che la perdita (o il degrado) di tale funzione comporta. Lo strumento tradizionalmente più efficace a tal fine è la FMECA (Failure Modes Effects and Criticality Analysis), evoluzione della più limitata FMEA, attività che rientra nel più generale contesto del Risk Management. Solo attraverso questo approccio è possibile comprendere le articolate interconnessioni che sono presenti a tutti i livelli nella progettazione della manutenibilità dei sistemi oleodinamici, che ormai nella totalità dei casi sono sistemi elettro-idro-meccanici.
Senza entrare nel merito delle analisi di sicurezza funzionale, che implicano l’applicazione di un complesso ed articolato sistema normativo, preme richiamare l’attenzione sul fatto che la manutenzione sia e debba essere un elemento ineliminabile di questa analisi, la cui responsabilità ricade sul fabbricante (con qualche ripercussione sul fornitore nel caso di subfornitura) in termini di individuazione delle misure e sull’utilizzatore o sul manutentore per la loro attuazione. Lo spazio a disposizione in queste righe non consente di esplicitare i dettagli, ma basti avere presente la necessità di approfondire anche aspetti di tipo normativo, dai quali dovranno discendere anche i capitolati tecnici per le forniture nell’ambito della contrattualistica.
La sicurezza funzionale apre anche nuovi scenari alle possibilità di progettazione di nuovi componenti, che siano basati sul principio della sicurezza intrinseca, in modo tale da rendere possibile la gestione delle condizioni di guasto senza una totale perdita delle funzioni di sicurezza, seppure a discapito di prestazioni ridotte. In questo modo i concetti di manutenzione predittiva e reattiva trovano un punto di sintesi senza penalizzare la disponibilità operativa e la sicurezza delle macchine.
Prospettive
Le prospettive che si aprono in uno scenario di manutenzione “intelligente” dei sistemi sono sicuramente stimolanti. L’incapacità di effettuare un monitoraggio continuo è superata dalla disponibilità di componenti con elettronica integrata in grado di colloquiare con il sistema informativo a bordo macchia per gestire strategie di manutenzione di tipo predittivo e adattativo, mentre la tecnica di sensorizzazione rende sempre più attuabile una strategia in cui il componente stesso diventa il “sensore” per il monitoraggio dei propri stati. Sensori MEMS e nanostrutturati sono ormai disponibili a costi accessibili e affidabilità nota, rendendo disponibili scenari di integrazione, controllo e monitoraggio che solo alcuni anni fa erano impensabili. Una ulteriore considerazione risiede nel fatto che nello specifico campo dell’oleodinamica, la maggior parte delle perdite di “funzione” sono riconducibili, come causa prima, alla contaminazione o al degrado del fluido idraulico. Le nuove tecniche di sensorizzazione rendono disponibili metodologie che, sfruttando analisi chimiche in fase liquida o gassosa, consentono la valutazione dello stato di degrado del fluido, passando da strategie di controllo e sostituzione ad intervalli prefissati su base statistica, ad una manutenzione “on condition”. Questo è ad esempio il caso di un sistema di monitoraggio basato sull’integrazione di sensori in fase liquida e gassosa in sviluppo congiunto fra C.N.R.-IMEM e C.N.R.-Imamoter, ma non mancano esempi di sistemi commerciali già disponibili sul mercato. Un elemento altrettanto importante, e destinato a conoscere un forte sviluppo nei prossimi anni, è l’assistenza al processo di manutenzione, ottenibile utilizzando strumenti di realtà aumentata, sia per la diagnostica sia per la riparazione. Uno scenario in cui un dispositivo mobile comunica con i dati della sensorizzazione a bordo macchina per identificare le condizioni di guasto o la sua imminenza, per poi suggerire il corretto intervento correttivo, sovrapponendo l’informazione visuale all’immagine del sistema reale e guidando l’intervento correttivo dell’operatore, è tutt’altro che fantascientifico. Esempi pilota di questo tipo sono già stati realizzati e la potenzialità è enorme, sia per la garanzia della correttezza dell’intervento, sia per lo sfruttamento dell’informazione ai fini della gestione della strategia di gestione dei programmi di manutenzione.
Conclusioni
Le necessità di un diverso e più integrato approccio alle strategie di manutenzione dei sottosistemi elettro-idro-meccanici è un elemento imprescindibile della moderna progettazione. Tale cambiamento è sicuramente effetto di una pressione di tipo regolamentare e normativo, ma anche una naturale evoluzione tecnologica, che probabilmente troverà anche maggiore impulso nella progressiva modifica di una parte della contrattualistica dalla vendita (disponibilità) del bene alla fornitura della “funzione” o prestazione garantita dalle macchine. In tale diverso scenario l’effettiva operatività della macchina alle massime prestazioni sarà un criterio premiante, e comporterà una sempre maggiore rilevanza delle strategie di progettazione della manutenzione, soprattutto di tipo predittivo. Le tecnologie al servizio dei sistemi di trasmissione di potenza per via fluida per raggiungere questo scopo sono molteplici e intersecano interdisciplinarmente l’informatica, l’elettronica, la chimica-fisica, la scienza dei materiali, la sistemistica. Una adeguata conoscenza delle strategie a disposizione e adeguati strumenti per la loro gestione costituiranno nei prossimi anni gli elementi in grado di offrire quel vantaggio competitivo che è necessario per mantenere quote di mercato.
