SISTEMA CMT FS - ANALISI RAM PRELIMINARE Codifica: DI TC

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SISTEMA CMT FS - ANALISI RAM PRELIMINARE
SCMT – VOL 1 – APPENDICE G
Codifica:
DI TC PATC ST CM 01 M02 B
FOGLIO
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SISTEMA CMT FS
ANALISI RAM PRELIMINARE
Allegato G alle SRS per la SPERIMENTAZIONE
Parte
Titolo
TESTO DEL DOCUMENTO
PARTE I
(*) Verifica Tecnica:
•
Rev.
Data
Descrizione
Prima Emissione
8
18/7/01
Modifiche capitolo
air-gap
Redazione
Verifica Tecnica
(*)
Autorizzazione
SISTEMA CMT FS – ANALISI RAM PRELIMINARE
Codifica:
FOGLIO
2 di 53
INDICE
1
INTRODUZIONE
4
2
RIFERIMENTI
5
3
ACRONIMI
5
4
SCOPO DEL DOCUMENTO E METODO DI LAVORO
6
5
I CONFINI DEL SISTEMA
7
5.1
IL SSB....................................................................................................................................................................... 7
5.2
IL SST....................................................................................................................................................................... 8
5.2.1
Tipologie di CI ................................................................................................................................................. 8
6
CONDIZIONI APPLICATIVE E DI ESERCIZIO
10
7
I SISTEMI FERROVIARI DI RIFERIMENTO
11
7.1
PARAMETRI CHE DESCRIVONO I SISTEMI FERROVIARI DI RIFERIMENTO ................................................................... 11
7.1.1
Scenario di riferimento per il SSB.................................................................................................................. 12
7.1.2
Scenari di riferimento per il SST .................................................................................................................... 12
7.1.2.1
Linea banalizzata a doppio binario con BAcc 3/3 .................................................................... 12
7.1.2.2
Linea non banalizzata a doppio binario senza BAcc ................................................................ 14
8
ANALISI RAM
17
8.1
AFFIDABILITÀ ......................................................................................................................................................... 17
8.1.1
Affidabilità del SSB ........................................................................................................................................ 17
8.1.1.1
Definizione di guasto per il SSB................................................................................................ 17
8.1.1.2
Modello per l’affidabilità del SSB............................................................................................. 18
8.1.1.3
Calcolo dei requisiti di affidabilità per il SSB .......................................................................... 19
8.1.1.3.1
Indici di affidabilità per mezzi di trazione “ordinari”.............................................................. 19
8.1.1.3.2
Indici di affidabilità per mezzi di trazione “pregiati” .............................................................. 20
8.1.2
Affidabilità del SST......................................................................................................................................... 21
8.1.2.1
Definizione di guasto per il SST................................................................................................ 21
8.1.2.1.1
Guasto per il CI di tipo A .......................................................................................................... 23
8.1.2.1.2
Guasto per il CI di tipo B .......................................................................................................... 24
8.1.2.1.3
Guasto per il CI di tipo C.......................................................................................................... 25
8.1.2.1.4
Guasto per il CI di tipo D ......................................................................................................... 26
8.1.2.1.5
Guasto per il CI di tipo E .......................................................................................................... 27
8.1.2.1.6
Guasto per il CI di tipo F .......................................................................................................... 27
8.1.2.1.7
Guasto per il CI di tipo G ......................................................................................................... 29
8.1.2.1.8
Guasto per il CI di tipo H ......................................................................................................... 30
8.1.2.1.9
Guasto per il CI di tipo I ........................................................................................................... 31
8.1.2.2
Modello dell’affidabilità per il SST........................................................................................... 32
8.1.2.3
Calcolo dei requisiti di affidabilità per il SST........................................................................... 33
8.1.2.3.1
Indici di affidabilità per linea banalizzata a doppio binario con BAcc .................................... 33
8.1.2.3.2
Indici di affidabilità per linea non banalizzata a doppio binario senza BAcc .......................... 34
8.2
ERRORE INTRODOTTO DALL’AIRGAP ....................................................................................................................... 35
8.2.1
Definizione di errore dovuto all’airgap ......................................................................................................... 35
8.2.2
Modello per l’affidabilità dell’airgap ............................................................................................................ 35
8.2.3
Calcolo del numero di errori dovuti all’airgap.............................................................................................. 38
8.2.3.1
Linea banalizzata a d.b. con BAcc ............................................................................................ 38
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8.2.3.2
Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc .................................................................................. 40
8.2.4
Considerazioni sull’errore introdotto dall’airgap ......................................................................................... 41
8.3
MANUTENIBILITÀ.................................................................................................................................................... 42
8.3.1
Definizione degli indici di manutenibilità ...................................................................................................... 42
8.3.1.1
Requisiti di manutenibilità del SSB ........................................................................................... 44
8.3.1.2
Requisiti di manutenibilità del SST ........................................................................................... 44
8.3.2
Tempo medio annuale di manutenzione correttiva......................................................................................... 44
8.3.2.1
Tempo medio di manutenzione correttiva per il SSB ................................................................ 44
8.3.2.1.1
Mezzi di trazione “ordinari”..................................................................................................... 44
8.3.2.1.2
Mezzi di trazione “pregiati” ..................................................................................................... 45
8.3.2.2
Tempo medio di manutenzione correttiva per il SST................................................................. 45
8.3.2.2.1
8.3.2.2.2
8.4
DISPONIBILITÀ ........................................................................................................................................................ 46
8.4.1
Disponibilità Operativa.................................................................................................................................. 46
8.4.1.1
Disponibilità Operativa per il SSB............................................................................................ 47
8.4.1.1.1
8.4.1.1.2
Mezzi di trazione “pregiati” ..................................................................................................... 47
8.4.1.2
Disponibilità Operativa per il SST............................................................................................ 48
8.4.1.2.1
8.4.1.2.2
8.4.2
Disponibilità intrinseca.................................................................................................................................. 49
8.4.2.1
Disponibilità intrinseca per il SSB............................................................................................ 49
8.4.2.1.1
8.4.2.1.2
Mezzi di trazione pregiati.......................................................................................................... 50
8.4.2.2
Disponibilità intrinseca per il SST ............................................................................................ 51
8.4.2.2.1
8.4.2.2.2
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1 Introduzione
Lo sviluppo di un sistema di protezione della marcia dei treni contempla la definizione, l’analisi
e la verifica dei parametri RAM durante l’intero ciclo di vita del progetto in accordo con quanto
indicato dalla relativa normativa europea [2]. Tali parametri hanno infatti impatto sui criteri di
scelta progettuale e sui rapporti contrattuali con l’Appaltatore: i Requisiti Funzionali del
sistema CMT FS [1] domandano il rispetto degli indici RAM attribuiti al sottosistema di bordo e
di terra.
Il presente documento sviluppa argomenti che si collocano su più fasi del ciclo di vita in
quanto si propone di circoscrivere il sistema in studio e le sue condizioni applicative (fase 2
“System Definition and Application Conditions”), di definire gli strumenti che consentono di
determinare quantitativamente i valori degli indici di affidabilità, manutenibilità e disponibilità e
di attribuire tali indici ai macrosistemi di terra e di bordo degli scenari presi a riferimento (fase
4 “System Requirements” e 5 “Apportionment of System Requirements”).
Contrariamente al SSB dove il nuovo sistema CMT integra assieme le funzioni RSDD e le
funzioni del BAcc in un unico apparato, nel SST tali due sistemi possono essere considerati
indipendenti dal punto di vista RAM per cui l’analisi di affidabilità, disponibilità e manutenibilità
è stata rivolta solamente ai componenti del sistema RSDD trascurando il sistema BAcc il cui
comportamento è considerato già consolidato ed accettato.
Questo documento è stato di supporto alla definizione dei valori RAM indicati nelle SRS ed ha
valore informativo ma non normativo.
2
Codifica:
Riferimenti
[1]
DI TC SR IS 13 002 A 15/11/99
Specifica dei Requisiti Funzionali del
sistema CMT
[2]
EN 50126
June 97
Rev. PNE 98
Ed. Corr.
11/98
Railway Applications CENELEC
The Specification and Demonstration of
Reliability, Availability, Maintainability
and Safety (RAMS)
[3]
DI TC.PATC ST CM 01
D01 Cxx
20/7/01
SRS del sistema CMT FS
3
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Acronimi
BAcc
BER
CI
CRC
IS
MKBF
MR
MTBF
MTTR
PI
RSDD
SCMT
SSB
SST
Blocco Automatico a correnti codificate
Bit Error Rate
Complesso Informativo
Cyclic Redundancy Check
Impianti di Sicurezza
Mean Kilometers Between Failures
Maintenance Ratio
Mean Time Between Failures
Mean Time To Repair
Punto Informativo
Ripetizione Segnali Digitale Discontinua
Sistema di Controllo della Marcia del Treno
Sotto-Sistema di Bordo
Sotto-Sistema di Terra
FS
Divisione Infrastruttura
FS
Divisione Infrastruttura
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4 Scopo del documento e metodo di lavoro
Obiettivo dell’analisi RAM preliminare è l’individuazione dei confini e delle condizioni al
contorno del sistema al quale si vogliono attribuire i requisiti RAM e definire il modello per la
loro valutazione quantitativa.
Seguendo un approccio top-down, il modello sarà caratterizzato sia da parametri legati alle
caratteristiche del sistema ferroviario (frequenza dei treni nell’intervallo di osservazione,
distribuzione dei segnali e quindi dei vari tipi di CI, …), sia da parametri che esprimono le
esigenze desiderate di prestazione e di regolarità di marcia.
Il passo successivo dell’analisi consiste nel quantificare tali parametri e quindi calcolare i
valori degli indici RAM per alcune tipologie di linea e di mezzi di trazione considerati di
riferimento.
Essendo i confini tra SSB e SST CMT facilmente definibili, lo studio per l’affidabilità è svolto
separatamente per i due macrosistemi.
Il metodo di lavoro usato e le attività svolte nell’affrontare l’analisi seguono quanto previsto
dalle norme europee in materia [2] e possono essere così sintetizzate:
1) Definizione dei confini fisici del sistema CMT FS in studio, al quale attribuire i valori degli
indici RAM.
2) Definizione delle condizioni applicative e di esercizio che influenzano il comportamento del
sistema.
3) Definizione dei parametri che descrivono i sistemi ferroviari di riferimento nei quali il
sistema CMT è collocato e per i quali è svolta l’analisi RAM.
4) Costruzione del modello matematico per il calcolo degli indici di affidabilità, per il sistema
definito al punto (1), partendo da ipotesi espresse in termini di prestazioni desiderate
(numero massimo di guasti in un certo intervallo di osservazione nel caso dell’affidabilità).
5) Calcolo degli indici di affidabilità per il SSB e per le linee di riferimento.
6) Definizione dell’indice di manutenibilità espresso in termini di tempo complessivo per
ripristinare la disponibilità di un mezzo di trazione o di un punto informativo di linea, e
scomposizione di tale tempo in funzione del tipo di operazione da svolgere.
7) Noti i parametri di affidabilità e manutenibilità sono calcolati i valori di Disponibilità
Operativa ed Intrinseca nei diversi scenari di riferimento considerati.
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5 I Confini del Sistema
Dal punto di vista affidabilistico il sistema ferroviario nel quale il sistema CMT viene collocato
può essere scomposto in macrosistemi e descritto tramite un modello RBD (Reliability Block
Diagram) serie:
Rotabili
1
IS esistenti
2
SSB SCMT
3
SST SCMT
4
Air-Gap
5
A ciascun blocco è associata una probabilità di fallimento (inaffidabilità) o una frequenza di
guasto λ che caratterizza l’intero macrosistema.
L’analisi RAM, svolta nel presente documento, è relativa ai soli blocchi 3, 4 e 5 che
costituiscono il sistema CMT e i cui confini saranno definiti nei successivi paragrafi.
L’interazione ed il confronto con il sistema ferroviario tradizionale è necessario per
quantificare le esigenze RAM da richiedere al sistema CMT e per valutare gli aspetti legati
alla manutenibilità.
5.1 Il SSB
Con SSB si intende l’apparato, da installare a bordo del locomotore, costituito almeno dai
componenti racchiusi dalla linea tratteggiata di Figura 1 .
PdM
Antenna
RSDD
A
I
R
G
A
P
BTM
Sottosistema
SCMT di Bordo
MMI
RSC, ATP, Vigilante
Logica
Sensori
Odometrici
CV-RSC, RSDD,
Vigilante, Odometria
Captatori
RSC
Interfacce
Tachimetro
Piastra
Pneumatica
Rotabile
Unità
Registrazione Eventi
Figura 1 – Generica architettura SSB
L’elemento MMI comprende tutti i componenti necessari per svolgere le funzioni RSDD, RSC
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e vigilante cioè l’avvisatore acustico, i pedali/pulsanti per il vigilante, il cruscotto vero e
proprio.
Si sottolinea che i componenti individuati in Figura 1 non vincolano l’architettura del SSB
stesso e potrebbero non essere tutti forniti dallo stesso appaltatore.
La Figura 1 individua i confini del SSB per il quale sono calcolati i valori dei parametri RAM.
5.2 Il SST
Con SST si intende un insieme di Complessi Informativi (CI) a loro volta costituiti da più PI.
I requisiti in termini di affidabilità saranno calcolati per l’intero SST di alcune linee considerate
di riferimento e quindi caratterizzate da una diversa distribuzione di CI e PI.
La descrizione delle diverse tipologie di CI e PI si rende necessaria per consentire al fornitore
di provare che con i propri prodotti è in grado di soddisfare il requisito complessivo del SST.
Nelle situazioni più comuni un PI è costituito da due boe; se almeno una di esse è commutata
è necessaria la presenza dell’encoder che però può comandare boe appartenenti anche a PI
diversi.
I componenti elementari che possono costituire un PI sono rappresentati all’interno della linea
tratteggiata in figura Figura 2.
Air Gap
Punto Informativo
Boa
Unità
Diagnostica
Interfacce
ENCODER
Collegamenti
seriali
con altri Encoder
Impianti di
Sicurezza
Figura 2 – Generico Punto Informativo
I confini del SST sono l’interfaccia con gli Impianti di Sicurezza FS, l’air-gap e l’eventuale
Sistema di Diagnostica esterno.
5.2.1 Tipologie di CI
Per l’analisi RAM saranno esaminate le seguenti tipologie di CI classificate in base al tipo e
numero di boe:
•
Schema A: un punto informativo (PI) costituito da una boa fissa ed una commutata
•
•
•
•
•
•
•
•
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pilotata da un encoder
Schema B: due PI costituiti da una boa fissa ed una commutata ed entrambe le boe
commutate sono pilotate dallo stesso encoder
Schema C: tre PI costituiti da una boa fissa ed una commutata e tutte le tre boe
Schema D: quattro PI costituiti da una boa fissa ed una commutata e tutte le quattro boe
Schema E: un PI costituito da due boe commutate pilotate dallo stesso encoder
Schema F: due PI costituiti da due boe commutate e tutte le quattro boe sono pilotate
dallo stesso encoder
Schema G: un PI costituito da due boe commutate pilotate da due encoder differenti
Schema H: due PI costituiti da due boe commutate pilotate da due encoder differenti ed in
configurazione a canali incrociati (ciascun encoder pilota due boe appartenenti a punti
informativi diversi)
Schema I: un PI costituito da due boe fisse
Se entrambe le boe di un PI sono fisse o commutate esse trasmettono la stessa
informazione, si considerano cioè ridondate; nel caso di PI ad una boa fissa ed una
commutata, la ridondanza è parziale in quanto è duplicata la sola informazione più restrittiva.
La necessità di posare due boe nasce dalla possibilità di attribuire una direzione di validità al
PI infatti, indipendentemente dalla presenza della logica degli appuntamenti, la “Direzionalità”
del PI può essere memorizzata all’interno delle boe stesse, e trasferita al SSB tramite la
trasmissione in sequenza degli identificativi “1/2” e “2/2” contenuti all’interno del Telegramma
trasmesso da ciascuna delle 2 Boe.
Il presente documento non tiene conto della possibilità che esistano PI bidirezionali e
simmetrici (potrebbe essere il caso di PI di verifica misura spazio per la ricalibrazione
dell’odometro) cioè che trasmettano dati che il SSB può utilizzare anche avendo perso
l’informazione di direzionalità.
I PI posati lungo una linea possono essere annunciati in termini di distanza e/o identificativo
del nome o tipo; nell’analisi dei modi di guasto dei CI (§ 8.1.2.1) non si distinguerà tra i vari
casi di appuntamento ma tutti i PI si considereranno non legati in appuntamento che è la
condizione peggiore dal punto di vista degli effetti causati sulla marcia del treno da guasti a
terra.
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6 Condizioni applicative e di esercizio
L’individuazione delle condizioni applicative per gli impianti descritti al § 5 comporta la
definizione dei seguenti punti:
• condizioni ambientali nelle quali il sistema deve operare;
• modi di degrado del sistema, cioè la corrispondenza tra funzionalità persa e
comportamento del sistema;
• normative relative al comportamento del PdM in presenza di guasto e quindi in situazioni
degradate;
• normative relative alla gestione degli interventi di manutenzione.
Relativamente ai primi due punti si faccia riferimento al capitolo RAM del vol. 1 ed al capitolo
delle funzioni SCMT del vol. 3 delle SRS [3].
Per il quarto punto si vedano i capitoli relativi alla manutenzione nel volume 1 delle SRS [3].
Al momento della distribuzione del presente documento gli altri aspetti sono in corso di
definizione per cui non è possibile fare riferimento alla documentazione in oggetto.
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7 I sistemi ferroviari di riferimento
Si descrivono di seguito gli scenari da considerare per l’analisi RAM del SSB e SST.
7.1 Parametri che descrivono i sistemi ferroviari di riferimento
Di seguito sono indicati i parametri del “sistema ferroviario”, che si vuole studiare, da utilizzare
nei modelli matematici per l’individuazione degli indici RAM del SSB e del SST.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Intervallo di osservazione = T
Velocità media dei treni attrezzati con il sistema CMT durante il funzionamento = Vmf
Lunghezza della linea di riferimento = L
Distanza media di linea tra due stazioni = Dst
Lunghezza media delle stazioni = Lst
Rapporto (duty-cycle) tra le ore di effettivo funzionamento di un locomotore con il sistema
CMT e le ore complessive = dc
7. Numero di missioni giornaliere = Nm
8. Numero di treni con SCMT necessari giornalmente per compiere le Nm missioni = Nt
9. Numero dei CI lungo la linea:
• numero CI di tipo A =
a
• numero CI di tipo B =
b
• numero CI di tipo C =
c
• numero CI di tipo D =
d
• numero CI di tipo E =
e
• numero CI di tipo F =
f
• numero CI di tipo G =
g
• numero CI di tipo H =
h
• numero CI di tipo I =
i
I valori indicati al punto 9 sono strettamente legati alla lunghezza della linea presa in esame,
al tipo ed al numero di segnali e quindi al regime di circolazione. La loro distinzione e
distribuzione non è in realtà necessaria per la definizione del valore di affidabilità complessivo
del SST ma servono:
• al fornitore per l’allocazione ai propri prodotti del requisito globale di linea;
• alle FS, per valutare la consistenza del requisito espresso rispetto lo stato dell’arte
tecnologico.
Nel § 8.1.2 i valori di affidabilità degli impianti di terra SCMT sono infatti indicati per le linee di
riferimento nel loro complesso, senza arrivare all’allocazione dei requisiti per ciascuna delle
tipologie di CI o dei componenti che le compongono. Siccome però, tali valori dipendono dalla
distribuzione dei PI o CI e quindi dalle caratteristiche della linea sulla quale viene svolta
l’analisi, nel successivo paragrafo sono scelte e descritte le tipologie di linea considerate di
riferimento.
Per l’affidabilità del SSB saranno calcolati due valori derivati dall’analisi di due scenari il cui
scopo è quello di individuare due categorie limite di mezzi di trazione che saranno identificati
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come “ordinari” e “pregiati” a seconda delle prestazioni desiderate in termini di affidabilità.
7.1.1 Scenario di riferimento per il SSB
Sono due le tipologie di mezzi di trazione che si vogliono individuare dal punto di vista
dell’affidabilità: i treni “ordinari” ed i treni “pregiati”; in entrambi i casi il sistema ferroviario di
riferimento avrà le stesse caratteristiche mentre muteranno le esigenze di affidabilità richiesta.
Con riferimento ai parametri definiti nel § 7.1, le caratteristiche dello sistema di riferimento per
il calcolo dei requisiti RAM del SSB sono le seguenti:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
T = 1 anno = 8760 h
Vmf = 100 km/h
L = 150 km
Dst = ininfluente
Lst = ininfluente
dc (di missione) = 16/24 = 0.666
Nm = circa 107 missioni/giorno
Nt = 10
Numero CI = ininfluente
Questa situazione corrisponde ad avere una frequenza di un treno ogni 11 min per 20 ore al
giorno considerando entrambi i sensi di marcia.
Per il calcolo dei requisiti di affidabilità del SSB si rimanda al § 8.1.1.3.
7.1.2 Scenari di riferimento per il SST
I criteri per la scelta delle linee di riferimento considerano il regime di circolazione, a cui è
legata la tipologia di segnali e quindi la distribuzione dei PI e CI, e l’importanza della linea a
cui sono invece associate esigenze diverse di regolarità di esercizio e disponibilità di
manodopera per la manutenzione.
7.1.2.1 Linea banalizzata a doppio binario con BAcc 3/3
Con riferimento ai parametri definiti nel § 7.1, le caratteristiche dello scenario di riferimento
per il calcolo dei requisiti RAM del SST, in presenza di regime di circolazione con BAcc 3/3,
sono le seguenti:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
T = 1 anno = 8760 h
Vmf = ininfluente
L = 150 km
Dst = 6 km
Lst = 2 km
dc = ininfluente (il SST si ritiene funzionante in continuazione)
Nm = ininfluente
Nt = ininfluente
Per il calcolo del numero di CI si è prima stimato il numero di segnali e di punti
caratteristici e quindi a ciascuno è stato attribuito un tipo di CI con i criteri descritti di
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seguito.
•
•
•
•
•
•
Il numero dei segnali di Partenza (PA) è pari a 4 volte il numero delle stazioni se si
considera il solo corretto tracciato (c.t.) in quanto si sta ipotizzando che la linea sia a
doppio binario (d.b.) e banalizzata; il numero dei PA si ritiene invece pari a 8 volte il
numero delle stazioni se si considerano pure i binari di precedenza.
Il numero dei segnali di Protezione (PR) è pari a 4 volte il numero delle stazioni in
quanto si sta ipotizzando che la linea sia a d.b. e banalizzata.
Ipotizzando la distanza media di una sezione di blocco pari a 1.35 km, il numero dei
segnali di blocco in linea (PBA) è pari a 4 volte (d.b. e linea banalizzata) il rapporto
tra la lunghezza della linea, decurtata dello spazio complessivo occupato dalle stazioni
e dello spazio di 1 sezione di blocco per ogni stazione (per evitare di contare i segnali
di Protezione), e la distanza media di una sezione di blocco.
Ogni binario di precedenza presenta 2 PI di ricalibrazione (quindi 4 per ogni stazione).
Ipotizzando la distanza media tra due variazione di parametri di linea (VPL) pari a 5
km, si approssima il numero dei PI di VPL pari a 4 volte (d.b. e linea banalizzata) il
rapporto tra la lunghezza della linea, decurtata dello spazio complessivo occupato
dalle stazioni e dello spazio pari alla distanza media tra due VPL per ogni stazione, e la
distanza media tra due VPL.
Per ogni binario in uscita da una stazione (quindi 4 per ogni stazione) si considera un
PI che trasmette i parametri di linea.
Da cui:
se si considera solo il c.t.:
numero di PA = 75
numero di PR = 75
numero di PBA = circa 258
numero di PI che trasmettono parametri di linea = 90
se si considerano pure i binari di precedenza:
numero di PA = 150
numero di PR = 75
numero di PBA = circa 258
numero di PI di ricalibrazione = 75
A ciascun segnale e punto caratteristico sono state attribuite le seguenti configurazioni di
CI in base a generiche considerazioni sull’attrezzaggio tipico di una linea con BAcc 3/3 e
l’attrezzaggio di una stazione media a fronte di valutazioni sulle esigenze di movimento e
di costo:
•
Per le PA:
• tutti i PA sulle precedenze sono attrezzati con CI di tipo E;
•
•
•
•
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• circa una stazione su 4, due PA sul c.t. sono attrezzati con 2 CI di tipo G;
• le restanti coppie di PA sul c.t. sono attrezzate con CI di tipo H.
Per le PR:
tutte sono attrezzate con CI di tipo E;
Per i PBA:
tutti sono attrezzati con CI di tipo I;
Per i PI di ricalibrazione (solo sulle precedenze):
Per i PI che trasmettono i parametri di linea:
In base alle considerazioni fatte, il numero di CI per la linea in esame vale:
a=0
b=0
c=0
d=0
e = 75
f=0
g=9
h = 33
i = 348
a=0
b=0
c=0
d=0
e = 150
f=0
g=9
h = 33
i = 423
7.1.2.2 Linea non banalizzata a doppio binario senza BAcc
Con riferimento ai parametri definiti nel § 7.1, le caratteristiche dello scenario di riferimento
per il calcolo dei requisiti RAM del SST, in presenza di linea a media frequentazione con
qualsiasi regime di circolazione a 2 aspetti escluso il BAcc, sono le seguenti:
10. T = 1 anno = 8760 h
11. Vmf = ininfluente
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12. L = 150 km
13. Dst = 10 km
14. Lst = 2 km
15. dc = ininfluente (il SST si ritiene funzionante in continuazione)
16. Nm = ininfluente
17. Nt = ininfluente
18. Per il calcolo del numero di CI si è prima stimato il numero di segnali e di punti
caratteristici e quindi a ciascuno è stato attribuito un tipo di CI con i criteri descritti di
seguito.
•
•
•
•
•
•
•
Il numero dei segnali di Partenza (PA) è pari a 4 volte il numero delle stazioni se si
considera il solo corretto tracciato (c.t.) in quanto si sta ipotizzando che la linea sia a
doppio binario (d.b.) e banalizzata in stazione; il numero dei PA si ritiene invece pari a
8 volte il numero delle stazioni se si considerano pure i binari di precedenza attrezzati
per entrambi i sensi di marcia.
Il numero dei segnali di Protezione (PR) è pari a 2 volte il numero delle stazioni in
quanto si sta ipotizzando che la linea sia a d.b. e non banalizzata.
Il numero dei segnali di Avviso puro (AVV) è pari a 2 volte il numero delle stazioni in
quanto si sta ipotizzando che la linea sia a d.b. e non banalizzata.
Il numero dei segnali di blocco in linea (PBI) si ritiene nullo.
Ogni binario di precedenza presenta 2 PI di ricalibrazione (quindi 4 per ogni stazione).
Ipotizzando la distanza media tra due variazione di parametri di linea (VPL) pari a 5
km, si approssima il numero dei PI di VPL pari a 4 volte il rapporto tra la lunghezza
della linea, decurtata dello spazio complessivo occupato dalle stazioni e dello spazio
pari alla distanza media tra due VPL per ogni stazione, e la distanza media tra due
VPL (in pratica le informazioni di VPL sono banalizzate).
Per ogni binario in uscita da una stazione (quindi 4 per ogni stazione) si considera un
PI che trasmette i parametri di linea.
Da cui:
numero di PA = 50
numero di PR = 25
numero di AVV = 25
numero di PA = 100
numero di PR = 25
numero di AVV = 25
numero di PI di ricalibrazione = 50
Codifica:
FOGLIO
16 di 53
A ciascun segnale e punto caratteristico sono state attribuite le seguenti configurazioni di
CI in base a generiche considerazioni sull’attrezzaggio tipico di una linea a media
frequentazione senza BAcc e l’attrezzaggio di una stazione media a fronte di valutazioni
sulle esigenze di movimento e di costo:
•
Per le PA:
• tutte le coppie di PA sul c.t. sono attrezzate con CI di tipo H;
• circa una stazione su 6, le due coppie di PA sulle precedenze sono attrezzati con
un CI di tipo D;
• circa una stazione su 6, tre PA sulle precedenze sono attrezzati con un CI di tipo C
e la restante PA è attrezzata con un CI di tipo A;
• circa una stazione su 6, ciascuna delle 4 PA sulle precedenze è attrezzata con un
CI di tipo A;
• le restanti coppie di PA sulle precedenze sono attrezzate con CI di tipo B.
• Per le PR e gli AVV:
tutte le PR con il rispettivo AVV sono attrezzate con CI di tipo F;
• Per i PI di ricalibrazione (solo sulle precedenze):
• Per i PI che trasmettono i parametri di linea:
In base alle considerazioni fatte, il numero di CI per la linea in esame vale:
a=0
b=0
c=0
d=0
e=0
f = 25
g=0
h = 25
i = 100
a = 10
b = 12
c=2
d=2
e=0
f = 25
g=0
h = 25
i = 150
Codifica:
FOGLIO
17 di 53
8 Analisi RAM
Nei paragrafi che seguono, le esigenze desiderate di prestazioni, di regolarità di marcia e di
frequenza di interventi manutentivi, saranno definite in termini di parametri.
Tali parametri, assieme agli indici definiti al § 7.1, verranno utilizzati per la determinazione dei
requisiti di affidabilità, manutenibilità e disponibilità una volta descritti i modelli di calcolo.
8.1 Affidabilità
I requisiti di affidabilità (valori di tasso di guasto e di MTBF) sono definiti separatamente per il
SSB e SST.
8.1.1 Affidabilità del SSB
8.1.1.1 Definizione di guasto per il SSB
I valori di MTBF per il SSB nel suo complesso, sono calcolati in funzione delle categorie di
guasto individuate in base agli effetti operativi che esse inducono sulla marcia del treno.
Le categorie di guasto definite sono:
Categoria di
Guasto del SSB
Immobilizzante
Grave
di Servizio
Effetti Operativi
Il guasto ha un severo impatto sulla regolarità di
marcia, causa cioè l’impossibilità di proseguire con
lo stesso mezzo e quindi la necessità di fare ricorso
al mezzo di riserva
Il guasto ha un grave impatto sulla regolarità di
marcia, causa cioè la necessità di proseguire con
marcia a vista
Il guasto ha impatto sulla regolarità di marcia, causa
cioè la necessità di proseguire a velocità vigilante
(o comunque con la velocità imposta dal
regolamento)
Tabella 1 – Categorie di guasto per il SSB
Sulla base delle categorie di guasto indicate nella Tabella 1, si fissano tre diversi obiettivi di
affidabilità di missione. L’affidabilità di missione offre infatti una misura della continuità di
esercizio.
Tutti i guasti invece, indipendentemente dall’impatto che hanno sulla regolarità di marcia,
richiedono interventi manutentivi. Dal punto di vista del carico manutentivo è quindi
necessario fissare la cosiddetta affidabilità di base esprimibile in termini di tempo medio tra
due guasti qualsiasi.
Gli effetti operativi descritti nella precedente tabella non considerano la possibilità che un
guasto che inibisce la stessa funzione possa comportare o meno, per ragioni di regolamento,
un impatto sulla regolarità di marcia (per esempio potrebbe essere previsto che a seguito
della perdita della funzione vigilante, il treno debba limitare la propria velocità solo se è
Codifica:
FOGLIO
18 di 53
presente in cabina un solo agente; se quindi il PdM chiamasse al suo fianco il capotreno, il
mezzo potrebbe continuare la marcia alla massima velocità). Se si dovessero presentare
delle situazioni equivoche, si deve considerare l’ipotesi più conservativa.
8.1.1.2 Modello per l’affidabilità del SSB
Le ipotesi per costruire il modello matematico sono:
1. I guasti sono casuali e non dovuti all’invecchiamento (per tutti i treni, l’intervallo di
osservazione non supera la vita utile delle apparecchiature), quindi è possibile
considerare costante il tasso di guasto λ.
2. Si considera che giornalmente le Nm missioni siano svolte da Nt locomotori, attrezzati con
SCMT, che lavorano con un fattore di carico pari a dc ed hanno la stessa probabilità di
guastarsi.
3. Mediamente 1 guasto immobilizzante ad un SSB ogni x3 (h o km).
4. Mediamente 1 guasto grave ad un SSB ogni x2 (h o km).
5. Mediamente 1 guasto di servizio ad un SSB ogni x1 (h o km).
6. Mediamente 1 guasto qualsiasi (senza che necessariamente sia pregiudicata la regolarità
di esercizio) ad un SSB ogni w (h o km).
Nell’analisi presente si considerano solamente i guasti casuali di natura hardware.
Se con il pedice S si indicano i valori relativi all’intero sistema, comprensivo di tutti i treni
circolanti, e con B si intende “bordo”, dalle ipotesi 3, 4, 5 e 6 valgono, rispettivamente per
l’affidabilità di missione in funzione della categoria di guasto e per l’affidabilità di base:
λ SB _ miss _ 3 =
1
1
=
MTBFSB _ mss _ 3 x 3
1
1
=
MTBFSB _ mss _ 2 x2
1
1
=
=
MTBFSB _ mss _1 x1
λ SB _ miss _ 2 =
λ SB _ miss _1
λ SB _ base =
1
1
=
MTBFSB _ base w
Dall’ipotesi 2, per un singolo mezzo di trazione e per ogni categoria di guasto valgono:
λ 1B 3 =
λ
1
1
= SB _ miss _ 3 =
MTBF1B 3
Nt
N t x3
λ 1B 2 =
λ SB _ miss _ 2
1
1
=
=
MTBF1B 2
Nt
N t x2
λ 1 B1 =
λ 1B _base =
Codifica:
FOGLIO
19 di 53
λ SB _ miss _1
1
1
=
=
MTBF1B1
Nt
N t x1
λ SB _base
1
1
=
=
MTBF1B _base
Nt
Nt w
Per conoscere il valore di tasso di guasto, nelle ore di effettivo funzionamento, è necessario
dividere tali valori per il duty cycle (dc) del locomotore:
λ 1B 2 ,eff =
λ 1B _base ,eff =
λ
1
1
= 1B 2 =
MTBF1B 2 ,eff
dc
d c N t x2
λ 1B _base
1
1
=
=
MTBF1B _base ,eff
dc
dc N t w
analogamente per gli altri tipi di guasto.
Per determinare invece i valori effettivi di MKBF è sufficiente moltiplicare i valori effettivi di
MTBF per la velocità media di esercizio (e non la velocità media giornaliera) dei treni.
Noto il comportamento del SSB a fronte della perdita di una o più funzionalità e determinati i
valori desiderati di λ1B1,eff , λ1B2,eff , λ1B3,eff e λ1B_base,eff, validi per un SSB nel suo complesso,
sarà possibile valutare quale architettura meglio soddisfa le richieste e quindi come tali valori
di tasso di guasto possano essere distribuiti tra i vari componenti.
8.1.1.3 Calcolo dei requisiti di affidabilità per il SSB
Nei paragrafi successivi si individueranno le caratteristiche di affidabilità minima e massima
richieste ai mezzi di trazione che saranno indicati come “ordinari” e “pregiati”.
8.1.1.3.1
Indici di affidabilità per mezzi di trazione “ordinari”
Considerando le caratteristiche dello scenario di riferimento, descritte nel § 7.1.1, le
condizioni espresse in termini di prestazioni attese sono:
• ai fini della regolarità di marcia si accorpano i guasti grave ed immobilizzante e si
impone che mediamente non se ne verifichi più di uno ogni 1,5 anni cioè x2,3 = 1,5 anni
= 13128 h.
• Mediamente non più di un guasto di servizio ogni 4 mesi cioè x1 = 2904 h.
• Mediamente non più di un guasto qualsiasi ogni 10 giorni cioè w = 240 h.
Utilizzando le espressioni definite nel § 8.1.1.2 si trovano i seguenti valori di tasso di guasto,
MTBF e MKBF:
Codifica:
FOGLIO
20 di 53
Indici di affidabilità per il SSB
λ di missione per guasto immobilizzante o grave (λ1B23,eff)
MTBF di missione per guasto immobilizzante o grave (MTBF1B23,eff)
MKBF di missione per guasto immobilizzante o grave (MKBF1B23,eff)
λ di missione per guasto di servizio (λ1B1,eff)
MTBF di missione per guasto di servizio (MTBF1B1,eff)
Valore Effettivo
(duty-cycle di missione)
1,14 10-5
h-1
87.000 h
8.700.000 km
5,17 10-5 h-1
19.000 h
MKBF di missione per guasto di servizio (MKBF1B1,eff)
1.900.000 km
λ di base (λ1B_base,eff)
6,25 10-4
h-1
MTBF di base (MTBF1B_base,eff)
1.600 h
MKBF di base (MKBF1B_base,eff)
160.000 km
Tabella 2 – Indici di affidabilità del SSB di mezzi di trazione “ordinari”
8.1.1.3.2
Indici di affidabilità per mezzi di trazione “pregiati”
Considerando le caratteristiche dello scenario di riferimento, descritte nel § 7.1.1, le
condizioni espresse in termini di prestazioni attese sono:
• ai fini della regolarità di marcia si accorpano i guasti grave ed immobilizzante e si
impone che mediamente non se ne verifichi più di uno ogni 2,5 anni cioè x2,3 = 2,5 anni
= 21888 h.
• Mediamente non più di un guasto di servizio ogni anno e 8 mesi cioè x1 = 14592 h.
• Mediamente non più di un guasto qualsiasi ogni 8 giorni1 cioè w = 192 h.
Utilizzando le espressioni definite nel § 8.1.1.2 si trovano i seguenti valori di tasso di guasto,
MTBF e MKBF:
1
Nel caso di mezzi pregiati si accetta un maggior numero di guasti che non hanno impatto sulla regolarità di
marcia per giustificare il maggior numero di apparati richiesto dalla necessità di ridondanza.
Codifica:
FOGLIO
21 di 53
Indici di affidabilità per il SSB
Valore Effettivo
(duty-cycle di missione)
λ di missione per guasto immobilizzante o grave (λ1B23,eff)
MTBF di missione per guasto immobilizzante o grave (MTBF1B23,eff)
MKBF di missione per guasto immobilizzante o grave (MKBF1B23,eff)
6,85 10-6
h-1
146.000 h
14.600.000 km
1,03 10-5 h-1
λ di missione per guasto di servizio (λ1B1,eff)
97.000 h
MTBF di missione per guasto di servizio (MTBF1B1,eff)
MKBF di missione per guasto di servizio (MKBF1B1,eff)
9.700.000 km
λ di base (λ1B_base,eff)
7,81 10-4
h-1
MTBF di base (MTBF1B_base,eff)
1.300 h
MKBF di base (MKBF1B_base,eff)
130.000 km
Tabella 3 – Indici di affidabilità del SSB di mezzi di trazione “pregiati”
8.1.2 Affidabilità del SST
8.1.2.1 Definizione di guasto per il SST
Nel presente paragrafo, e nei successivi dedicati ai guasti dei PI, saranno presi in esame
solamente i guasti di natura hardware che interessano i componenti del PI mentre sarà
oggetto di trattazione successiva (§ 8.2) il problema della corruzione del telegramma durante
la sua trasmissione (random interference).
Come nel caso del SSB, definiremo diverse categorie di guasto, che possono interessare un
elemento del CI, in funzione dell’effetto provocato sul SSB e quindi sulla regolarità di marcia
del treno.
Le categorie di guasto sono:
Categoria di
Guasto del SST
Grave
Maggiore
Effetti Operativi
Il guasto ha impatto sulla regolarità di marcia;
un generico SSB non può utilizzare ALMENO UNO
tra i PI presenti nel CI
Il guasto ha impatto sulla regolarità di marcia;
un generico SSB può utilizzare solo l'informazione
di default di ALMENO UNO tra i PI presenti nel CI
Tabella 4 – Categorie di guasto per il SST
Anche in questo caso sulla base delle categorie di guasto indicate nella Tabella 4, si fissano
due diversi obiettivi di affidabilità di missione. L’affidabilità di missione offre infatti una
misura della continuità di esercizio.
Codifica:
FOGLIO
22 di 53
Tutti i guasti invece, indipendentemente dall’impatto che hanno sulla regolarità di marcia,
richiedono interventi manutentivi. Dal punto di vista del carico manutentivo è quindi
necessario fissare la cosiddetta affidabilità di base esprimibile in termini di tempo medio tra
due guasti qualsiasi.
Per poter individuare quali eventi comportino una perturbazione del traffico ferroviario, nei
paragrafi che seguono, ciascuna tipologia di CI, già descritta al § 5.2.1, verrà ripresa ed
analizzata in funzione del tipo di guasto determinato dalle combinazioni degli stati dei
messaggi di ciascuna boa.
Gli Stati possibili di un messaggio associato ad una boa sono così indicati:
M : Messaggio Corretto (CRC del Telegramma corretto).
D : Messaggio di “default” (valido solo per le Boe commutabili).
E : boa rilevata senza alcun Messaggio valido (CRC errato o errori sullo shaping …)
S : Boa “silenziosa” (il numero di bit trasmessi non è sufficiente per identificare un messaggio
ed accertare quindi la presenza di una boa).
Con il termine messaggio si intende il telegramma (compresi i bits del CRC) più 64 bit di
stabilità.
Lo stato D è associato ad un guasto che interessa l’encoder che pilota la boa; lo stato S è
invece legato ad un guasto che ha interessato la boa stessa. Lo stato E può essere associato
ad un malfunzionamento sia della boa sia dell’encoder.
Si esclude la possibilità che i disturbi possano simulare un messaggio.
Ciascuna boa trasmette sempre il proprio numero identificativo della posizione della boa
all’interno del PI.
Tutte le successive considerazioni valgono nel caso di PI non legati in appuntamento
(condizione più penalizzante dal punto di vista degli effetti sul SSB); questa è la condizione
che i fornitori dovranno considerare nei calcoli da svolgere per allocare i requisiti di affidabilità
alle apparecchiature.
Le tabelle che seguono sono state compilate considerando, quando necessario, l’ipotesi che
l’intervallo temporale tra la ricezione del telegramma corretto (M o D) e del telegramma errato
(E) sia minore della massima distanza consentita tra due Boe appartenenti allo stesso PI.
8.1.2.1.1
Codifica:
FOGLIO
23 di 53
Guasto per il CI di tipo A
La tabella dei guasti gravi per un CI di tipo A è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa fissa)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
2
M
S
1
S
S
2
S
E
1
S
D
1(*)
E
E
Tabella 5 – Guasti gravi per CI di tipo A
(*) questa situazione è possibile sia in presenza di due guasti alle boe sia in presenza di
guasto ad una boa ed all’encoder.
La tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo A è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa fissa)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
1
M
D
1
E
D
1(**)
M
E
Tabella 6 – Guasti maggiori per CI di tipo A
(**) questa situazione è possibile sia in presenza di guasto alla boa sia in presenza di guasto
all’encoder.
Si osserva che in assenza di appuntamento, la condizione SS non è diagnosticabile.
Tutte le altre possibili combinazioni tra gli stati dei telegrammi, non indicate nelle tabelle, non
comportano guasti con impatto sulla circolazione.
8.1.2.1.2
Codifica:
FOGLIO
24 di 53
Guasto per il CI di tipo B
Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti gravi per
un CI di tipo B è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2 e 3-4):
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa fissa)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa fissa)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
4
S
M
M
M
6
S
S
M
M
2
E
E
M
M
4
E
S
M
M
4
S
D
M
D
2(*)
S
E
M
E
2(*)
E
E
M
E
Tabella 7 – Guasti gravi per CI di tipo B
(*) nell’ipotesi di considerare non più di due guasti contemporanei, questa situazione è
possibile solo se gli stati E dei telegrammi 2 e 4 sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder.
Se si esclude la presenza di più di due guasti contemporanei, la tabella dei guasti maggiori
per un CI di tipo B è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa fissa)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa fissa)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
1
M
D
M
D
2
E
D
M
D
2
M
E
M
M
1
M
E
M
E
2
M
E
M
D
Tabella 8 – Guasti maggiori per CI di tipo B
Limitatamente alla presenza di non più di due guasti contemporanei, tutte le altre possibili
combinazioni tra gli stati dei telegrammi, non indicate nelle tabelle, non comportano guasti
con impatto sulla circolazione.
8.1.2.1.3
Codifica:
FOGLIO
25 di 53
Guasto per il CI di tipo C
un CI di tipo C è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2, 3-4 e 5-6):
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa fissa)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa fissa)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
Stato
Tlg # 5
(boa fissa)
Stato
Tlg # 6
(boa comm.)
6
S
M
M
M
M
M
15
S
S
M
M
M
M
3
E
E
M
M
M
M
6
E
S
M
M
M
M
6
S
D
M
D
M
D
3(*)
S
E
M
E
M
E
3(*)
E
E
M
E
M
E
Tabella 9 – Guasti gravi per CI di tipo C
per un CI di tipo C è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa fissa)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa fissa)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
Stato
Tlg # 5
(boa fissa)
Stato
Tlg # 6
(boa comm.)
1
M
D
M
D
M
D
3
E
D
M
D
M
D
3
M
E
M
M
M
M
3
M
E
M
E
M
M
3
M
E
M
D
M
D
1(*)
M
E
M
E
M
E
Tabella 10 – Guasti maggiori per CI di tipo C
possibile solo se gli stati E dei telegrammi 2, 4 e 6 sono dovuti allo stesso guasto
dell’encoder.
Codifica:
FOGLIO
26 di 53
8.1.2.1.4
Guasto per il CI di tipo D
un CI di tipo D è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2, 3-4, 5-6 e 7-8):
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa fissa)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa fissa)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
Stato
Tlg # 5
(boa fissa)
Stato
Tlg # 6
(boa comm.)
Stato
Tlg # 7
(boa fissa)
Stato
Tlg # 8
(boa comm.)
8
S
M
M
M
M
M
M
M
28
S
S
M
M
M
M
M
M
4
E
E
M
M
M
M
M
M
8
E
S
M
M
M
M
M
M
8
S
D
M
D
M
D
M
D
4(*)
S
E
M
E
M
E
M
E
4(*)
E
E
M
E
M
E
M
E
Tabella 11 – Guasti gravi per CI di tipo D
per un CI di tipo D è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa fissa)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa fissa)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
Stato
Tlg # 5
(boa fissa)
Stato
Tlg # 6
(boa comm.)
Stato
Tlg # 7
(boa fissa)
Stato
Tlg # 8
(boa comm.)
1
M
D
M
D
M
D
M
D
4
E
D
M
D
M
D
M
D
4
M
E
M
M
M
M
M
M
4
M
E
M
E
M
M
M
M
4
M
E
M
D
M
D
M
D
1(*)
M
E
M
E
M
E
M
E
Tabella 12 – Guasti maggiori per CI di tipo D
possibile solo se gli stati E dei telegrammi 2, 4, 6 e 8 sono dovuti allo stesso guasto
dell’encoder.
Codifica:
FOGLIO
27 di 53
8.1.2.1.5
Guasto per il CI di tipo E
La tabella dei guasti gravi per un CI di tipo E è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa comm)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
2
M
S
1
S
S
2
S
E
2
S
D
1(*)
E
E
Tabella 13 – Guasti gravi per CI di tipo E
(*) questa condizione può essere il risultato di due guasti contemporanei alle boe o di un solo
guasto all’encoder che determina due telegrammi E.
La tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo E è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa comm)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
1
D
D
2
D
E
Tabella 14 – Guasti maggiori per CI di tipo E
8.1.2.1.6
Guasto per il CI di tipo F
un CI di tipo F è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2 e 3-4):
Codifica:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa comm)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa comm)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
4
S
M
M
M
6
S
S
M
M
2
E
E
M
M
4
E
S
M
M
4
S
D
D
D
1(*)
E
E
E
E
FOGLIO
28 di 53
Tabella 15 – Guasti gravi per CI di tipo F
possibile solo se gli stati E di tutti i telegrammi sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder.
per un CI di tipo F è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa comm)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa comm)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
1
D
D
D
D
4
E
D
D
D
Tabella 16 – Guasti maggiori per CI di tipo F
8.1.2.1.7
Codifica:
FOGLIO
29 di 53
Guasto per il CI di tipo G
La tabella dei guasti gravi per un CI di tipo G è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa comm)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
2
M
S
1
S
S
2
S
E
2
S
D
1(*)
E
E
Tabella 17 – Guasti gravi per CI di tipo G
(*) questa condizione può essere il risultato di due guasti contemporanei sia alle due boe sia
ai due encoder.
La tabella dei guasti maggiori per un CI di tipo G è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa comm)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
1
D
D
2
D
E
Tabella 18 – Guasti maggiori per CI di tipo G
8.1.2.1.8
Codifica:
FOGLIO
30 di 53
Guasto per il CI di tipo H
un CI di tipo H è la seguente (i PI sono costituiti dalle boe 1-2 e 3-4):
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa comm)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa comm)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
4
S
M
M
M
6
S
S
M
M
2
E
E
M
M
4
E
S
M
M
4
S
D
M
D
4(*)
S
E
M
E
4(*)
E
E
M
E
1(**)
E
E
E
E
Tabella 19 – Guasti gravi per CI di tipo H
possibile solo se gli stati E dei telegrammi 2, e 4 sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder.
(**) nell’ipotesi di considerare non più di due guasti contemporanei, questa situazione è
possibile solo se gli stati E di tutti i telegrammi sono dovuti allo stesso guasto dell’encoder.
per un CI di tipo H è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa comm)
Stato
Tlg # 2
(boa comm.)
Stato
Tlg # 3
(boa comm)
Stato
Tlg # 4
(boa comm.)
1
D
D
D
D
Tabella 20 – Guasti maggiori per CI di tipo H
8.1.2.1.9
Codifica:
FOGLIO
31 di 53
Guasto per il CI di tipo I
La tabella dei guasti gravi per un CI di tipo I è la seguente:
N° di volte
che si ripete
la riga
Stato
Tlg # 1
(boa fissa)
Stato
Tlg # 2
(boa fissa)
2
M
S
1
S
S
2
S
E
1
E
E
Tabella 21 – Guasti gravi per CI di tipo I
Il CI di tipo I non determina guasti maggiori
Codifica:
FOGLIO
32 di 53
8.1.2.2 Modello dell’affidabilità per il SST
Le ipotesi per costruire il modello matematico sono:
1. I guasti sono casuali e non dovuti all’invecchiamento (per tutti i componenti, l’intervallo di
osservazione non supera la vita utile delle apparecchiature), quindi è possibile
considerare costante il tasso di guasto λ.
2. Mediamente 1 guasto grave al SST (come definito nel § 8.1.2.1) ogni x2 ore.
3. Mediamente 1 guasto maggiore al SST (come definito nel § 8.1.2.1) ogni x1 ore.
4. Mediamente 1 guasto qualsiasi (senza che necessariamente sia pregiudicata la regolarità
di esercizio) al SST ogni w ore.
5. I valori di affidabilità associati a ciascuna linea, in funzione del tipo di guasto, non
considerano l’evento della corruzione del telegramma durante la sua trasmissione
(random interference).
Nell’analisi presente si considerano solamente i guasti casuali di natura hardware.
Se con il pedice ST si indicano i valori relativi all’intero sistema di terra, per le ipotesi 2, 3 e 4
valgono rispettivamente per l’affidabilità di missione in funzione della categoria di guasto e
per l’affidabilità di base:
λ ST _miss _ 2 =
1
1
=
MTBFST _ miss _ 2 x 2
1
1
=
MTBFST _ miss _1 x1
1
1
=
=
MTBFST _base w
λ ST _ miss _1 =
λ ST _base
I valori di tasso di guasto λST_miss1 λST_miss_2 λST_base sono da ripartire tra i componenti degli
apparati che costituiscono i CI.
Volendo creare un modello indipendente dall’architettura e dalla tecnologia delle
apparecchiature, con un approccio top-down non è possibile spingersi fino al calcolo degli
indici di affidabilità dei diversi CI individuati.
Il valore del tasso di guasto o del MTBF sarà quindi attribuito all’intero SST per le linee
considerate di riferimento (vedere § 7.1.2) una volta imposti gli intervalli di tempo x1, x2 e w
entro i quali, mediamente, si accetta un guasto maggiore o grave o che comunque comporti
un intervento manutentivo.
Per il PI non sarà preso in considerazione il tempo di effettivo funzionamento (il duty-cycle)
quindi i valori di MTBF calcolati vanno intesi come se i CI fossero attivi 24h/24 (ipotesi vera
per alcuni dei possibili elementi che costituiscono il PI quali gli encoder che sono alimentati
con continuità).
Codifica:
FOGLIO
33 di 53
8.1.2.3 Calcolo dei requisiti di affidabilità per il SST
In questo capitolo saranno calcolati i valori degli indici di affidabilità del SST per linee di
riferimento definite al § 7.1.2.
8.1.2.3.1
Indici di affidabilità per linea banalizzata a doppio binario con BAcc
Considerando le caratteristiche dello scenario di riferimento descritte nel § 7.1.2.1, tenuto
conto dei PI anche sui binari di precedenza e ricordando l’ipotesi penalizzante di assenza di
appuntamenti, le condizioni espresse in termini di prestazioni attese sono:
•
•
•
Mediamente non più di un guasto grave ogni 36 giorni cioè x2 = 792 h.
Mediamente non più di un guasto maggiore ogni 22 giorni cioè x1 = 528 h.
Mediamente non più di un guasto qualunque ogni 10 giorni cioè w = 240 h.
La tabella seguente riassume i valori di MTBF ed indica i tassi di guasto ricavati dalle
definizioni riportate nel § 8.1.2.1.5:
Indici di affidabilità per il SST complessivo
(linea a d.b. con BAcc)
Valore
λ di missione per guasto grave (λST_miss_2)
1,37 10-3 h-1
λ di missione per guasto maggiore (λST_miss_1)
1,89 10-3 h-1
λ di base (λST_base)
4,16 10-3 h-1
MTBF di missione per guasto grave (MTBFST_miss_2)
792 h
MTBF di missione per guasto maggiore (MTBFST_miss_1)
528 h
MTBF di base (MTBFST_base)
240 h
Tabella 22 – Indici di affidabilità per il SST di una linea di 150 km a d.b. con BAcc
8.1.2.3.2
Codifica:
FOGLIO
34 di 53
Indici di affidabilità per linea non banalizzata a doppio binario senza BAcc
Considerando le caratteristiche dello scenario di riferimento descritte nel § 7.1.2.2, tenuto
conto dei PI anche sui binari di precedenza e ricordando l’ipotesi penalizzante di assenza di
appuntamenti, le condizioni espresse in termini di prestazioni attese sono:
•
•
•
Mediamente non più di un guasto grave ogni 107 giorni cioè x2 = 2568 h.
Mediamente non più di un guasto maggiore ogni 62 giorni cioè x1 = 1488 h.
Mediamente non più di un guasto qualunque ogni 22 giorni cioè w = 528 h.
La tabella seguente riassume i valori di MTBF ed indica i tassi di guasto ricavati dalle
definizioni riportate nel § 8.1.2.1.5:
Indici di affidabilità per il SST
(linea a s.b. senza BAcc)
Valore
λ di missione per guasto grave (λST_miss_2)
3,89 10-4 h-1
λ di missione per guasto maggiore (λST_miss_1)
6,72 10-4 h-1
λ di base (λST_base)
1,89 10-3 h-1
MTBF di missione per guasto grave (MTBFST_miss_2)
2568 h
MTBF di missione per guasto maggiore (MTBFST_miss_1)
1488 h
MTBF di base (MTBFST_base)
528 h
Tabella 23 – Indici di affidabilità del SST di una linea di 150 km a d.b. non banalizzata senza BAcc
Codifica:
FOGLIO
35 di 53
8.2 Errore introdotto dall’airgap
Nei paragrafi successivi si intende verificare quale contributo ai malfunzionamenti registrati
dal SSB dia l’airgap per le linee di riferimento descritte nel § 7.1.2: l’obiettivo è stimarne
l’entità da confrontare con i guasti che invece interessano i componenti del SST.
Nel § 8.2.4 sono riportate le conclusioni sull’impatto che l’interferenza dell’airgap può
provocare sui calcoli di disponibilità e affidabilità del SST.
8.2.1 Definizione di errore dovuto all’airgap
Anche se il SST e SSB non sono affetti da alcun guasto, è possibile che il telegramma
ricevuto dal SSB sia incorretto, non superi cioè la verifica del codice di ridondanza. Questo
avviene poiché, per eventi casuali, il telegramma può essere corrotto durante la sua
trasmissione. Tale evento può condurre agli stessi effetti definiti con le categorie di guasto
individuate nel § 8.1.2.1, il SSB cioè, non è in grado di discriminare se la corruzione di un
telegramma sia dovuta ad un guasto ad un componente del SST o all’interferenza del mezzo
di trasmissione.
Le stesse tabelle presentate nei § dal 8.1.2.1.1 al 8.1.2.1.9 hanno validità anche tenendo in
considerazione il contributo dell’airgap ricordando che, in tal caso, lo stato “E” del messaggio
può essere associato pure ad un PI perfettamente funzionante.
Si evidenzia però come, contrariamente al caso di guasti del SST, l’interferenza dell’airgap
non presupponga alcun intervento manutentivo ed abbia inoltre effetto su un solo treno (un
guasto hardware ad un PI interessa invece tutti i treni che vi transitano sopra sino a che il
guasto non è riparato). Definita una procedura per la gestione degli errori che consenta di
discriminare i guasti agli apparati da semplici disturbi (per esempio considerando un PI
guasto solamente dopo che il passaggio consecutivo di un certo numero di treni abbia
registrato la stessa perturbazione), il contributo dell’airgap verrà considerato solamente nei
casi in cui il malfunzionamento comporta un impatto sulla regolarità di marcia del treno.
8.2.2 Modello per l’affidabilità dell’airgap
In questo paragrafo si indicherà un modello per il calcolo della probabilità di ricezione di un
messaggio errato in funzione della velocità di passaggio sopra la boa, della lunghezza di
contatto e del BER. Da tale valore sarà possibile calcolare, per ogni tipo di PI, la probabilità
che si verifichi un guasto grave o maggiore e di conseguenza il numero di perturbazioni a
seconda del numero di passaggi.
Si definiscono i seguenti parametri:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Bit Rate per la boa (velocità di trasmissione) =
Tempo di trasmissione di un bit =
Lunghezza di accoppiamento treno-boa =
Tempo di accoppiamento treno-boa =
Numero di bit captati durante l’accoppiamento =
Bit error rate (probabilità che un bit sia errato) =
Lunghezza di un messaggio completo =
Numero di messaggi completi captati =
Fb
Tb = 1/ Fb
La
Ta = La/Vmf
Na = Ta/Tb
BER
Lm
Nmg = Na/Lm
(bit/s)
(s)
(m)
(s)
(bit)
Gli indici che compaiono ma non sono descritti nel presente paragrafo sono presentati nel §
Codifica:
FOGLIO
36 di 53
7.1.
Se la probabilità di ricevere un messaggio corretto da una boa (da non confondersi con il PI)
è pari a Pm = (1 − BER) Lm , la probabilità di riceverne uno errato è Pe = 1 - (1 − BER) Lm da cui la
probabilità che tutti i messaggi ricevuti durante l’accoppiamento con una boa siano errati (il
contenuto della boa non è quindi utilizzabile da parte del SSB) è pari a :
[
Pet = Pe N mg = 1 − (1 − BER )
Lm
]
La Fb 1
Vmf Lm
Se si indica con E* il messaggio ricevuto completo da una boa, ma con CRC errato a causa
dell’interferenza del mezzo di trasmissione, e con λE* il tasso di guasto relativo, allora vale:
λ E* =
N m 2 k i N CI _i
24
Pet
h-1
dove, per i che varia tra A ed I:
• Nm è il numero medio di passaggi giornalieri sopra gli NCI di ciascun tipo;
• k è un fattore moltiplicativo che tiene conto dell’effettivo numero di PI che interessano il
SSB durante una missione per ciascun tipo di CI.
Per ciascun tipo di CI si considera solamente l’evento probabilisticamente più significativo
cioè che, a causa dell’interferenza dell’airgap, porti da uno stato accettabile (eventualmente di
guasto che non ha impatto sulla regolarità d’esercizio) ad uno stato di errore grave o
maggiore:
•
per i CI di tipo A, B, C, D:
passaggio dallo stato MM (corretto funzionamento) allo stato ME* (guasto maggiore) a cui
corrisponde un tasso di guasto pari a λE*;
•
per i CI di tipo E, F, G, H:
passaggio dallo stato ME (guasto senza impatto sulla circolazione) allo stato E*E (guasto
grave) a cui corrisponde un tasso di guasto proporzionale al prodotto λE*λE dove con λE si
indica il tasso di guasto corrispondente alla generazione di un telegramma E sia per colpa
della boa sia dell’encoder;
•
per il CI di tipo I:
passaggio dallo stato ME (guasto senza impatto sulla circolazione) allo stato E*E (guasto
grave) a cui corrisponde un tasso di guasto proporzionale al prodotto λE*λE’ dove con λE’ si
indica il tasso di guasto corrispondente alla generazione di un telegramma E per colpa
della sola boa.
Codifica:
FOGLIO
37 di 53
Nel proseguo dei calcoli si assumerà che il tasso di guasto medio che genera un telegramma
E, sia per una boa sia per un encoder, sia pari a 10-6 h-1 da cui:
λE = 2 10-6 h-1
λE’ = 10-6 h-1
Nota la distribuzione dei CI (NCI), il tipo di binario (banalizzato o meno) e la frequenza dei treni
nelle linee in esame, è possibile determinare il numero ed il tipo di PI incontrati e quindi
risalire al numero di errori di terra (Nerr) gravi o maggiori dovuti all’interferenza dell’airgap.
Siccome i CI di tipo B, C, D, F ed H comprendono più di un PI si faranno le seguenti ipotesi:
•
•
•
•
•
un treno durante una missione può incontrare entrambi i PI di ciascun CI di tipo B;
un treno durante una missione può incontrare non più di 2/3 dei PI di ciascun CI di tipo C;
un treno durante una missione può incontrare non più di 1/2 dei PI di ciascun CI di tipo D;
un treno durante una missione può incontrare entrambi i PI di ciascun CI di tipo F;
un treno durante una missione può incontrare non più di 1/2 dei PI di ciascun CI di tipo H.
Per i CI di tipo A, B, C e D la condizione di errore ME* consente al SSB di determinare il
verso di validità del PI per cui si dovrà tener conto dei soli PI validi per il senso di marcia del
treno. Per i CI di tipo E, F, G, H ed I invece, l’errore E*E non consente al SSB di conoscere il
verso di validità del PI per cui tutti i PI incontrati dal treno dovranno essere considerati.
Per ciascun CI vale in un anno:
N err _i _ anno = 8760λ CI _i
dove, ricordando che Nm è il numero medio di passaggi giornalieri sopra gli NCI di ciascun tipo
e che k è un fattore moltiplicativo che tiene conto dell’effettivo numero di PI che interessano il
SSB durante una missione, vale:
λ CI _i = ( k i N CI _i N m ) λ i
Per l’equazione sopra si considerano le seguenti approssimazioni:
•
•
•
λi = λE*
λi = λE*λE
λi = λE*λE’
per i CI di tipo A, B, C, D
per i CI di tipo E, F, G, H
per i CI di tipo I
Il numero di errori in un anno per l’intera linea è infine:
N err _ anno = ∑ N err _ i _ anno
Codifica:
FOGLIO
38 di 53
8.2.3 Calcolo del numero di errori dovuti all’airgap
Nei successivi paragrafi viene calcolato, per le linee di cui al § 7.1.2, il numero di errori
provocati da un’interferenza dell’airgap in funzione delle ipotesi e delle formule definite nel §
8.2.2.
8.2.3.1 Linea banalizzata a d.b. con BAcc
Le seguenti tabelle indicano il numero di errori causati dall’interferenza dell’airgap per la linea
descritta nel § 7.1.2.1.
Valgono le seguenti ipotesi:
• La linea è attraversata, complessivamente per entrambi i sensi di marcia, da 200 treni al
giorno (quindi Nm = 200)2.
• In stazione ¼ dei treni (1/4 Nm) percorrono i binari di precedenza mentre i restanti (3/4 Nm)
percorrono i binari di c.t. per cui nella linea in esame vale:
• 75 CI di tipo E sono interessati da tutte le Nm missioni mentre i restanti 75 CI di tipo E
interessano solo le missioni che percorrono le stazioni sui binari di precedenza;
• i 9 CI di tipo G sono interessati da tutte le Nm missioni;
• i 33 CI di tipo H sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari
di c.t.;
• 348 CI di tipo I sono interessati da tutte le Nm missioni mentre i restanti 75 CI di tipo I
interessano solo le missioni che percorrono le stazioni sui binari di precedenza.
• I valori dei coefficienti ki che interessano la linea in esame sono:
• KE = ½ perché un treno incontra ¼ dei PI validi per il proprio senso di marcia (linea a
d.b. banalizzata) ed appartenenti al CI di tipo E però devono essere considerati pure
quelli incontrati e validi per il senso di marcia opposto;
• KG = ½ per le stesse considerazioni valide per KE;
• KH = 2 perché un treno incontra ½ dei PI validi per il proprio senso di marcia ed
appartenenti al CI di tipo H (il CI di tipo H comprende due PI) però devono essere
considerati pure quelli incontrati e validi per il senso di marcia opposto;
• KI = ½ per le stesse considerazioni valide per KE.
• La lunghezza Lm di un messaggio completo è pari a 319 bit (255 bit del telegramma più 64
bit di stabilità).
• Come da specifica (vedere relativo capitolo del vol. 1 delle SRS [3]) vale Fb = 50 kbit/s.
• Per la scelta dei valori del BER si veda il relativo capitolo del vol.1 delle SRS [3].
Per il significato dei simboli nelle tabelle e per l’espressione di calcolo di Pet si veda il § 8.2.2.
2
Le 200 missioni al giorno sono pari ad una frequenza di un treno ogni 6 min per 20 ore su 24 o un treno ogni
12 min per ciascun senso di marcia.
Codifica:
FOGLIO
39 di 53
Considerando il BER = 10-6 vale:
Fb (bit/s)
5 104
5 104
5 104
5 104
5 104
5 104
La (cm)
50
60
50
60
50
60
Vmf (km/h)
80
80
150
150
220
220
Pet
4,7 10-13
1,6 10-15
2,6 10-7
1,3 10-8
3,3 10-5
4,2 10-6
Nerr_anno
6 10-7
2 10-9
3,4 10-1
1,6 10-2
42
5
Tabella 24 – Contributo dell’airgap (con BER = 10-6) agli errori su una linea di 150 km a d.b. con BAcc
Fb (bit/s)
5 104
5 104
5 104
5 104
5 104
5 104
La (cm)
50
60
50
60
50
60
Vmf (km/h)
80
80
150
150
220
220
Pet
1,4 10-16
9,4 10-20
3,5 10-9
7,1 10-11
1,7 10-6
1,2 10-7
Nerr
1,8 10-10
1,2 10-13
4,5 10-3
9 10-5
2
1,5 10-1
Tabella 25 – Contributo dell’airgap (con BER = 10-7) agli errori su una linea di 150 km a d.b. con BAcc
Codifica:
FOGLIO
40 di 53
8.2.3.2 Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc
Le seguenti tabelle indicano il numero di errori causati dall’interferenza dell’airgap per la linea
descritta nel § 7.1.2.2.
Valgono le seguenti ipotesi:
• La linea è attraversata, complessivamente per entrambi i sensi di marcia, da 50 treni al
giorno (quindi Nm = 100)3.
• In stazione ¼ dei treni (1/4 Nm) percorrono i binari di precedenza mentre i restanti (3/4 Nm)
percorrono i binari di c.t. per cui nella linea in esame vale:
• i 10 CI di tipo A sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari
di precedenza;
• i 12 CI di tipo B sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari
di precedenza;
• i 2 CI di tipo C sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari di
precedenza;
• i 2 CI di tipo D sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari di
precedenza;
• i 25 CI di tipo F sono interessati da tutte le Nm missioni;
• i 25 CI di tipo H sono interessati dalle sole missioni che percorrono le stazioni sui binari
di c.t.;
• 100 CI di tipo I sono interessati da tutte le Nm missioni mentre i restanti 50 CI di tipo I
interessano solo le missioni che percorrono le stazioni sui binari di precedenza.
• I valori dei coefficienti ki che interessano la linea in esame sono:
• KA = ¼ perché un treno incontra ¼ dei PI validi per il proprio senso di marcia (le
precedenze sono banalizzate) ed appartenenti al CI di tipo A e non devono essere
considerati i PI validi per il senso di marcia opposto;
• KB = 1 perché un treno incontra tutti e due i PI appartenenti al CI di tipo B ma uno solo è
valido per il proprio senso di marcia;
• KC = 1 perché un treno incontra solo due dei tre PI appartenenti al CI di tipo C ma solo
uno è valido per il proprio senso di marcia;
• KD = 1 perché un treno incontra solo due dei quattro PI appartenenti al CI di tipo D ma
solo uno è valido per il proprio senso di marcia;
• KF = 2 perché un treno incontra entrambi i PI del CI di tipo F ed entrambi sono validi per
il proprio senso di marcia;
• KH = 1 perché un treno incontra solo uno dei due PI appartenenti al CI di tipo H e questo
deve essere considerato pure se valido per il senso di marcia opposto;
• KI = 1/2 perché un treno incontra ¼ dei PI validi per il proprio senso di marcia ed
appartenenti al CI di tipo I (le precedenze sono banalizzate ed anche la linea deve
essere considerata banalizzata per quanto riguarda i PI SCMT di linea) però devono
essere considerati pure i PI incontrati e validi per il senso di marcia opposto;
• La lunghezza Lm di un messaggio completo è pari a 319 bit (255 bit del telegramma più
3
Le 100 missioni al giorno sono pari ad una frequenza di un treno ogni 24 min per 20 ore su 24 per ciascun
senso di marcia.
Codifica:
FOGLIO
41 di 53
64 bit di stabilità).
• Come da specifica (vedere il relativo capitolo del vol. 1 delle SRS [3]) vale Fb = 50 kbit/s.
• Per la scelta dei valori del BER si veda il relativo capitolo del vol.1 delle SRS [3].
Per il significato dei simboli nelle tabelle e per l’espressione di calcolo di Pet si veda il § 8.2.2.
Fb (bit/s)
5 104
5 104
5 104
5 104
La (cm)
50
60
50
60
Vmf (km/h)
80
80
150
150
Pet
4,7 10-13
1,6 10-15
2,6 10-7
1,3 10-8
Nerr_anno
3,4 10-5
10-7
19
1
Tabella 26 – Contributo dell’airgap (con BER = 10-6) agli errori su una linea di 150 km a d.b. senza BAcc
Fb (bit/s)
5 104
5 104
5 104
5 104
La (cm)
50
60
50
60
Vmf (km/h)
80
80
150
150
Pet
1,4 10-16
9,4 10-20
3,5 10-9
7,1 10-11
Nerr
10-8
6,7 10-12
2,5 10-1
5 10-3
Tabella 27 – Contributo dell’airgap (con BER = 10-7) agli errori su una linea di 150 km a d.b. senza BAcc
8.2.4 Considerazioni sull’errore introdotto dall’airgap
Osservando i valori indicati nelle tabelle riportate nei § 8.2.3.1 e 8.2.3.2 e considerando che il
dato BER = 10-6 rappresenta un valore di worst case (vedere vol.1 delle SRS [3]), si conclude
che, per la verifica dei requisiti di affidabilità del SST, l’interferenza dell’airgap possa essere
trascurata.
Codifica:
FOGLIO
42 di 53
8.3 Manutenibilità
Obiettivo dei successivi paragrafi è quello di definire i requisiti da attribuire agli indici di
manutenzione correttiva per il SST e SSB. Per gli altri aspetti progettuali relativi alla
manutenibilità si veda il capitolo RAM del volume 1 delle SRS [3].
8.3.1 Definizione degli indici di manutenibilità
Il tempo tra il verificarsi del guasto ed il ripristino della condizione di corretto funzionamento,
può essere scomposto in diversi intervalli i cui responsabili per il rispetto del tempo sono sia i
fornitori sia il personale che gestisce la manutenzione degli IS e dei mezzi di trazione.
Tali intervalli di tempo sono di seguito individuati e descritti in funzione del tipo di operazione
da svolgere.
•
•
•
•
•
Individuazione del guasto: tempo che intercorre tra il verificarsi del guasto e la presa
coscienza del tipo di guasto (quali funzioni sono indisponibili).
Responsabile per il rispetto del tempo: progettisti dei requisiti e fornitori apparati.
Informazione ai responsabili: nel caso di guasto a bordo equivale al tempo che
intercorre tra la presa coscienza del tipo di guasto da parte del PdM e la comunicazione
dell’informazione al responsabile al movimento (DM o DCT); nel caso di guasto a terra
equivale al tempo che intercorre tra la presa coscienza del tipo di guasto da parte del PdM
o del responsabile al movimento, se esiste un sistema centralizzato di diagnostica del
SST, e la comunicazione dell’informazione al personale responsabile della manutenzione
(squadra lavori).
Responsabile per il rispetto del tempo: personale FS.
Raggiungimento termine corsa/luogo di intervento: nel caso di guasto a bordo,
equivale al tempo medio che intercorre tra la comunicazione del guasto al responsabile
del movimento ed il raggiungimento, da parte del treno, della stazione dove termina la
corsa o del luogo dove comunque è ripristinata la completa disponibilità del sistema (per
esempio tramite l’utilizzo di un mezzo di riserva); nel caso di guasto a terra equivale al
tempo che intercorre tra la comunicazione del guasto alla squadra lavori ed il momento in
cui questa raggiunge il luogo dove occorre effettuare la riparazione/sostituzione (tale
tempo contiene anche i tempi accessori necessari alla squadra per gli spostamenti, per
prepararsi e procurarsi l’attrezzatura e gli strumenti).
Responsabile per il rispetto del tempo: PdM e personale addetto alla manutenzione di
terra.
Verifica ed isolamento del guasto: è il tempo necessario per verificare la presenza del
guasto e l’individuazione della parte di apparato più piccola su cui intervenire per la
sostituzione o riparazione.
Responsabile per il rispetto del tempo: fornitori apparati e personale di manutenzione.
Sostituzione/riparazione del componente: tempo che intercorre tra l’inizio dell’azione di
intervento della squadra di manutenzione, nel luogo dove avviene l’intervento (binario,
officina o locomotiva), e la completata sostituzione del componente guasto.
Responsabile per il rispetto del tempo: progettisti dei requisiti, fornitori apparati e
personale di manutenzione.
•
Codifica:
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Riattivazione del sistema: tempo che intercorre tra la conclusa sostituzione del
componente guasto ed il momento in cui il sistema è pronto per essere nuovamente
utilizzato (comprende l’inizializzazione ed i test di corretto montaggio/funzionamento
tramite verifica manuale o tramite l’utilizzo di un tool).
Responsabile per il rispetto del tempo: fornitori apparati e personale di manutenzione.
Si ricorda che l’intervento di manutenzione correttiva può essere svolto solamente da
personale autorizzato ed opportunamente addestrato e che, nel caso del SSB, l’intervento è
generalmente operato in officina. Una volta raggiunto il termine corsa con o senza l’ausilio di
un mezzo di riserva, deve quindi anche essere considerato il tempo necessario per
organizzare ed effettuare il trasferimento in officina (durante questo tempo il mezzo non è
comunque considerato in servizio così come nel caso in cui la corsa sia terminata tramite
l’ausilio di un mezzo di riserva).
Al fine di esprimere i requisiti di manutenibilità si definiscono due tempi: MTTR e MTTReff.
•
MTTR rappresenta il tempo medio tra il verificarsi del guasto ed il ripristino delle
condizioni di regolari di funzionamento nel sistema ferroviario.
MTTR è un indice significativo di progettazione per i fornitori e per FS poiché, in presenza
di guasto con impatto sulla circolazione, rappresenta il tempo medio di servizio durante il
quale il sistema funziona in condizioni degradate e quindi in situazione di protezione
ridotta, mentre per guasti che non hanno impatto sulla regolarità di marcia rappresenta un
parametro di calcolo dei requisiti di affidabilità in presenza di sistemi ridondati;
MTTR assume un significato diverso per il SSB e SST poiché, nel primo caso, l’intervento
di manutenzione è svolto in una opportuna officina essendo oramai la disponibilità del
sistema ferroviario ripristinata tramite la sostituzione della locomotiva con una con SCMT
funzionante (si ipotizza infinito il numero di riserve) mentre nel secondo caso la
riparazione è svolta sul campo e quindi con il sistema ancora indisponibile.
Per il SSB il valore di MTTR comprende i seguenti intervalli di tempo:
• individuazione del guasto;
• informazione ai responsabili;
• raggiungimento termine corsa/luogo di intervento.
Per il SST invece il valore di MTTR comprende:
• individuazione del guasto;
• informazione ai responsabili;
• raggiungimento termine corsa/luogo di intervento.
• isolamento del guasto;
• sostituzione/riparazione del componente;
• riattivazione del sistema.
•
MTTReff rappresenta il tempo medio necessario per l’intervento di manutenzione
correttiva.
Codifica:
FOGLIO
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MTTReff è il requisito di manutenibilità rivolto al fornitore dei componenti del sistema.
Sia per il SSB che per SST il valore di MTTReff comprende i seguenti intervalli di tempo:
• isolamento del guasto;
• sostituzione/riparazione del componente;
• riattivazione del sistema.
Si deduce quindi che nel caso del SST, MTTReff è incluso in MTTR contrariamente a
quanto accade nel caso del SSB.
8.3.1.1 Requisiti di manutenibilità del SSB
Sono due i valori di MTTR di riferimento per la verifica dei requisiti di affidabilità e disponibilità
di progetto:
•
•
per guasti immobilizzanti o gravi o di servizio (vedere § 8.1.1.1) si considera un MTTR
medio pari a 4 h;
per guasti che non hanno impatto sulla regolarità d’esercizio, si considera un MTTR pari a
48 h.
Il requisito per MTTReff è indipendente dalla tipologia di guasto ed è pari ad 1 h.
8.3.1.2 Requisiti di manutenibilità del SST
Sono due i valori di MTTR di riferimento per la verifica dei requisiti di affidabilità e disponibilità
di progetto:
•
•
per guasti gravi o maggiori (vedere § 8.1.2.1) si considera un MTTR medio pari a 4 h;
per guasti che non hanno impatto sulla regolarità d’esercizio, si considera un MTTR pari a
48 h.
Il requisito per MTTReff è indipendente dalla tipologia di guasto ed è pari ad 1 h.
8.3.2 Tempo medio annuale di manutenzione correttiva
Noto il numero medio di guasti ammessi, si può stimare il tempo totale di ore di manutenzione
correttiva richiesto in un anno dal sistema CMT sulle linee di riferimento.
8.3.2.1 Tempo medio di manutenzione correttiva per il SSB
Il tempo che la squadra lavori deve spendere per riparare un guasto ad un componente del
SSB è il MTTReff; non si considerano quindi i tempi di attesa dovuti a ragioni organizzative o
di logistica così come è escluso il tempo necessario per far raggiungere l’officina al mezzo
guasto.
8.3.2.1.1
Mezzi di trazione “ordinari”
In questo caso vale:
• Numero medio di guasti, di qualsiasi categoria essi siano, ammessi in un anno = 37 (un
guasto ogni 10 giorni - si veda il valore di w nel § 8.1.1.3.1)
•
Codifica:
FOGLIO
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MTTReff = 1 h (come richiesto nel § 8.3.1.1).
Il tempo totale stimato di manutenzione correttiva effettiva annua è quindi pari a 37 ore in un
sistema caratterizzato un totale di 160 ore di funzionamento giornaliere svolte da 10 mezzi di
trazione “ordinari” che lavorano per circa 16 ore al giorno.
8.3.2.1.2
Mezzi di trazione “pregiati”
• MTTReff = 1 h (come richiesto nel § 8.3.1.1).
Il tempo totale stimato di manutenzione correttiva effettiva annua è quindi pari a 46 ore in un
sistema caratterizzato da un totale di 160 ore di funzionamento giornaliere svolte da 10 mezzi
di trazione “pregiati” che lavorano per circa 16 ore al giorno.
Il maggior numero di guasti, e quindi di ore di manutenzione, rispetto al caso di mezzi
“ordinari”, va attribuito al maggior numero di componenti resi necessari per ridondare gli
apparati. Il più alto numero di guasti “qualsiasi” è quindi il prezzo da pagare per ridurre i guasti
8.3.2.2 Tempo medio di manutenzione correttiva per il SST
Anche per il SST, il tempo di manutenzione correttiva che la squadra lavori deve spendere
per riparare un guasto è MTTReff; non si considerano quindi i tempi di attesa dovuti a ragioni
organizzative o di logistica per raggiungere il luogo di intervento.
8.3.2.2.1
Linea banalizzata a d.b. con BAcc
Il tempo totale stimato di manutenzione correttiva effettiva annua è quindi pari a 37 ore per
una linea a d.b. con BAcc di 150 km caratterizzata da una popolazione di 648 PI di cui 423 a
boe fisse.
8.3.2.2.2
Linea non banalizzata a d.b. senza BAcc
Il tempo totale stimato di manutenzione correttiva effettiva annua è quindi pari a 17 ore per
una linea a d.b. di 150 km senza BAcc caratterizzata da una popolazione di 298 PI di cui 150
a boe fisse, 100 a boe commutate ed i restanti ad una boa fissa ed una commutata.
Codifica:
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8.4 Disponibilità
Nei paragrafi che seguono sono stimati i valori della disponibilità operativa e della disponibilità
intrinseca in funzione dei requisiti di affidabilità e manutenibilità espressi nei capitoli
precedenti.
Nella trattazione non saranno presi in considerazione i guasti che non hanno impatto sulla
regolarità di marcia perché essi non influenzano la disponibilità del sistema.
Il presente documento non affronta il problema del calcolo e della gestione delle scorte, per
cui tutta l’analisi successiva sarà svolta trascurando l’ipotesi di indisponibilità delle scorte
e considerando illimitata la disponibilità dei mezzi di trazione di riserva attrezzati
SCMT.
8.4.1 Disponibilità Operativa
L’obiettivo di questo capitolo è la determinazione della Disponibilità Operativa per il SSB e
SST CMT.
La disponibilità operativa è un indice legato al servizio offerto e sarà calcolata per i sistemi
interi, costituiti da Nt treni e dal previsto numero di PI, definiti negli scenari di riferimento (§
7.1.1 e 7.1.2)
La Disponibilità operativa Ao è così definita:
Ao =
Tup
Tup + Tdown
dove:
•
Tup è il tempo durante il quale SCMT è in servizio e funziona correttamente o è inattivo ma
comunque disponibile;
•
Tdown è il tempo durante il quale SCMT non è disponibile.
Potendo considerare nullo il tempo di manutenzione preventiva da dedicare ai componenti di
bordo e di terra del sistema CMT, Tdown rappresenta il tempo di ripristino della condizione
operativa di normale funzionamento del sistema preso a riferimento.
Si può anche approssimare:
Ao =
dove:
MTBF
MTBF + MTTR
Codifica:
FOGLIO
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•
MTBF è il tempo tra due guasti che comportano una perturbazione alla circolazione
considerando sia il tempo di effettivo funzionamento sia quello di stand by freddo tra due
accensioni;
•
MTTR è definito nel § 8.3.1;
Come avvenuto per gli indici di affidabilità e manutenibilità, verrà sviluppata una trattazione
indipendente per il SSB e SST.
8.4.1.1 Disponibilità Operativa per il SSB
Si valuta, di seguito, il valore della Disponibilità Operativa per il sistema costituito da Nt mezzi
“ordinari” e “pregiati” in funzione delle tipologie di guasto che comportano un impatto sulla
regolarità di marcia.
8.4.1.1.1
Con riferimento ai § 8.1.1.3 e 8.1.1.3.1 valgono:
• Per guasti immobilizzanti o gravi che interessano il sistema di riferimento definito nel §
7.1.1:
MTBFSB_miss_23= 13.128 h
• Per guasti di servizio:
MTBFSB_miss_1 = 2.904 h
Indipendentemente se il guasto è immobilizzante o grave o di servizio e con riferimento al §
8.3.1.1 vale:
• MTTR = 4 h
Nella tabella che segue, per il sistema preso a riferimento, si riassumono i valori di
Disponibilità Operativa, in presenza di mezzi “ordinari”, calcolati con l’espressione riportata
nel § 8.4.1, ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo.
Tipo di guasto
Disponibilità Operativa
Tempo annuo di indisponibilità
Immobilizzante o grave
0,9997
2,7 h
Di servizio
0,99862
12 h
Tabella 28 – Disponibilità Operativa per il sistema costituito da Nt SSB di mezzi “ordinari”
8.4.1.1.2
Mezzi di trazione “pregiati”
Con riferimento ai § 8.1.1.3 e 8.1.1.3.2 valgono:
7.1.1:
Codifica:
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8.3.1.1 vale:
• MTTR = 4 h
Disponibilità Operativa, in presenza di mezzi “pregiati”, calcolati con l’espressione riportata
nel § 8.4.1 ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo.
Tipo di guasto
0,99982
1,6 h
Di servizio
0,99973
2,4 h
Tabella 29 – Disponibilità Operativa per il sistema costituito da Nt SSB di mezzi “pregiati”
8.4.1.2 Disponibilità Operativa per il SST
Si valuta, nei successivi paragrafi, il valore della Disponibilità Operativa per le intere linee di
riferimento definite nei § 7.1.2.1 (linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc) e 7.1.2.2 (linea
di 150 km a d.b. senza BAcc) in funzione delle tipologie di guasto che comportano un impatto
sulla regolarità di marcia.
8.4.1.2.1
Con riferimento al § 8.1.2.3.1 valgono:
• Per guasti gravi:
MTBFST_miss_2 = 792 h
• Per guasti maggiori:
Per quanto indicato al § 8.3.1.2, vale:
• MTTR = 4 h
Nella tabella che segue si riassumono i valori di Disponibilità Operativa, calcolati con
l’espressione riportata nel § 8.4.1, ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo per una
linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc.
Tipo di guasto
Grave
0,99497
44 h
Maggiore
0,99248
66 h
Tabella 30 – Disponibilità Operativa per una linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc
8.4.1.2.2
Codifica:
FOGLIO
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MTBFST_miss_2 = 2.568 h
Per quanto indicato al § 8.3.1.2, vale:
• MTTR = 4 h
Nella tabella che segue si riassumono i valori di Disponibilità Operativa, calcolati con
linea non banalizzata di 150 km a d.b. senza BAcc.
Tipo di guasto
Grave
0,99844
13,6 h
Maggiore
0,99732
23,5 h
Tabella 31 – Disponibilità Operativa per una linea non banalizzata di 150 km a d.b. senza BAcc
8.4.2 Disponibilità intrinseca
Con riguardo al solo tempo di esercizio e di intervento di manutenzione correttiva (sono
trascurati tutti i tempi accessori di natura organizzativa e logistica) si definisce la Disponibilità
Intrinseca Ai:
Ai =
MTBFeff
MTBFeff + MTTReff
dove MTTReff per il SSB e SST sono definiti nel § 8.3.1 mentre i valori di MTBFeff saranno
considerati in funzione delle categorie di guasto che comportano una perturbazione alla
circolazione.
Analogamente alla Disponibilità Operativa, quella Intrinseca sarà calcolata per i sistemi interi,
costituiti da Nt treni e dal previsto numero di PI, definiti negli scenari di riferimento (§ 7.1.1 e
7.1.2); la trattazione verrà sviluppata in maniera indipendente per il SSB e SST.
8.4.2.1 Disponibilità intrinseca per il SSB
Si valuta, di seguito, il valore della Disponibilità Intrinseca per i mezzi “ordinari” e “pregiati” in
funzione delle tipologie di guasto che comportano un impatto sulla regolarità di marcia.
8.4.2.1.1
Codifica:
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7.1.1:
MTBFSB_miss_23,eff = MTBFSB_miss_23 * dc = 8.752 h
8.3.1.1 vale:
• MTTReff = 1 h
Disponibilità Intrinseca, in presenza di mezzi “ordinari”, calcolati con l’espressione riportata
nel § 8.4.2 ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo.
Tipo di guasto
Disponibilità Intrinseca
0,999886
1h
Di servizio
0,999483
4,5 h
Tabella 32 – Disponibilità Intrinseca per il sistema costituito da Nt SSB di mezzi “ordinari”
8.4.2.1.2
Mezzi di trazione pregiati
7.1.1:
8.3.1.1 vale:
• MTTReff = 1 h
Codifica:
FOGLIO
51 di 53
Disponibilità Intrinseca in presenza di mezzi “pregiati”, calcolati con l’espressione riportata nel
§ 8.4.2 ed il corrispondente tempo di indisponibilità annuo.
Tipo di guasto
Disponibilità Intrinseca
0,999931
0,6 h
Di servizio
0,999897
0,9 h
Tabella 33 – Disponibilità Intrinseca per il sistema costituito da Nt SSB di mezzi “pregiati”
8.4.2.2 Disponibilità intrinseca per il SST
Si valuta, nei successivi paragrafi, il valore della Disponibilità Intrinseca per le intere linee di
riferimento definite nei § 7.1.2.1 (linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc) e 7.1.2.2 (linea
di 150 km a d.b. senza BAcc) in funzione delle tipologie di guasto che comportano un impatto
sulla regolarità di marcia.
8.4.2.2.1
Considerando i componenti del SST funzionanti 24 h su 24, non vi è distinzione tra MTBF e
MTBFeff per cui con riferimento al § 8.1.2.3.1 valgono:
Indipendentemente se il guasto è grave o maggiore e con riferimento al § 8.3.1.2 vale:
• MTTReff = 1 h
Nella tabella che segue si riassumono i valori di Disponibilità Intrinseca, calcolati con
linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc.
Tipo di guasto
Grave
0,998739
11 h
Maggiore
0,99811
16,5 h
Tabella 34 – Disponibilità Intrinseca per una linea banalizzata di 150 km a d.b. con BAcc
8.4.2.2.2
Codifica:
FOGLIO
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Considerando i componenti del SST funzionanti 24 h su 24, non vi è distinzione tra MTBF e
MTBFeff per cui con riferimento al § 8.1.2.3.2 valgono:
Indipendentemente se il guasto è grave o maggiore e con riferimento al § 8.3.1.2 vale:
• MTTReff = 1 h
Nella tabella che segue si riassumono i valori di Disponibilità Intrinseca, calcolati con
linea non banalizzata di 150 km a d.b. senza BAcc.
Tipo di guasto
Grave
0,999611
3,4 h
Maggiore
0,99933
5,8 h
Tabella 35 – Disponibilità Intrinseca per una linea di 150 km a d.b. senza BAcc

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