Performance Level: la chiave per la sicurezza delle macchine

Introduzione al concetto di performence level

Nell’attuale contesto di rapido sviluppo dell’automazione industriale, il performence level svolge un ruolo fondamentale nel garantire la sicurezza di macchine e apparecchiature. Il performence level indica il grado di capacità di un sistema di raggiungere un determinato livello di sicurezza, riducendo al minimo il rischio di guasti e incidenti. Nel contesto della Direttiva Macchine 2006/42/CE, le norme armonizzate di tipo B, come la UNI EN ISO 13849-1, definiscono i principi generali di progettazione che devono essere rispettati affinché le macchine possano ottenere la marcatura CE. Il performence level è uno degli elementi chiave di tali norme e incide su ogni aspetto della progettazione, dell’audit di sicurezza di macchine e linee di produzione e della gestione della sicurezza delle macchine e delle linee di produzione.

Introduzione alla norma UNI EN ISO 13849-1

La norma UNI EN ISO 13849-1 è un documento fondamentale nell’ambito della sicurezza delle macchine e stabilisce i requisiti per la progettazione, l’implementazione e la valutazione dei sistemi di comando legati alla sicurezza. Il suo obiettivo principale è garantire che tali sistemi soddisfino adeguati livelli di affidabilità e funzionalità, riducendo al minimo il rischio di guasti che potrebbero causare pericoli per gli operatori e per l’ambiente di lavoro. Questa norma è armonizzata con la Direttiva Macchine 2006/42/CE, il che significa che la sua applicazione è essenziale per ottenere la marcatura CE delle macchine e delle apparecchiature immesse sul mercato europeo.

Concetti di base e campo di applicazione della norma

La norma UNI EN ISO 13849-1 definisce il performence level (PL) come il grado di capacità di un sistema di raggiungere un determinato livello di sicurezza, misurato in cinque categorie da PL a a PL e, dove PL e rappresenta il livello di sicurezza più elevato. Il performence level dipende da diversi fattori, quali l’architettura del sistema, la diagnostica e l’affidabilità dei componenti.

La norma copre un ampio insieme di aspetti legati alla progettazione e alla valutazione dei sistemi di comando con funzioni di sicurezza, tra cui:

• Analisi del rischio: individuazione e valutazione dei potenziali pericoli associati al funzionamento della macchina.
• Specifica dei requisiti di sicurezza: definizione dei requisiti relativi alle funzioni di sicurezza che il sistema di comando deve soddisfare.
• Progettazione dei sistemi di comando: sviluppo e implementazione di sistemi conformi al performence level richiesto.
• Valutazione e verifica: esecuzione di prove e analisi per confermare che i sistemi soddisfino i requisiti della norma.

Analisi del rischio e definizione dei requisiti di sicurezza

Il primo passo nel processo di conformità alla norma UNI EN ISO 13849-1 consiste nell’eseguire un’analisi del rischio dettagliata. Tale analisi ha lo scopo di identificare i potenziali pericoli e valutare il rischio associato a ciascuno di essi. Sulla base dei risultati dell’analisi del rischio vengono definiti i requisiti di sicurezza per i sistemi di comando.

Uno strumento fondamentale nell’analisi del rischio è l’Analisi del rischio secondo la norma UNI EN ISO 12100, che fornisce una metodologia per una valutazione sistematica del rischio. Tale metodologia comprende l’identificazione dei pericoli, la valutazione del rischio e la definizione delle misure di controllo finalizzate a ridurre il rischio a un livello accettabile.

Progettazione dei sistemi di comando

La progettazione di sistemi di comando conformi alla UNI EN ISO 13849-1 comprende diverse fasi chiave, tra cui:

• Definizione delle funzioni di sicurezza: individuazione delle funzioni di comando critiche per la sicurezza e dei relativi requisiti.
• Scelta dei componenti: selezione dei componenti idonei che soddisfano i requisiti di affidabilità e diagnostica.
• Architettura del sistema: progettazione della struttura del sistema di comando, tenendo conto della ridondanza e della diagnostica.
• Calcoli di affidabilità: esecuzione di calcoli di affidabilità, come il Tempo Medio al Guasto (MTTF) e il Tempo Medio di Riparazione (MTTR), al fine di determinare il performence level complessivo del sistema.

Implementazione e integrazione

Dopo la progettazione del sistema di comando, il passo successivo è la sua implementazione e integrazione nella macchina. Questa fase comprende:

• Installazione dei componenti: montaggio dei componenti selezionati in conformità al progetto.
• Integrazione dei sistemi: collegamento delle diverse parti del sistema di comando, garantendone la cooperazione e la compatibilità.
• Prove funzionali: esecuzione di prove funzionali per verificare che il sistema operi secondo le ipotesi di progetto.

Verifica e validazione

Un elemento chiave della conformità alla norma UNI EN ISO 13849-1 è il processo di verifica e validazione, che comprende:

• Verifica del progetto: controllo che il progetto del sistema di comando soddisfi tutti i requisiti specificati.
• Prove di validazione: esecuzione di prove di validazione, comprendenti simulazioni e test pratici, per accertare che il sistema funzioni in conformità ai requisiti del performance level.
• Documentazione: redazione di una documentazione dettagliata contenente i risultati delle prove e delle analisi, a conferma della conformità del sistema alla norma.

Esempio di calcolo per PL e e PL c

I calcoli per i livelli di prestazione PL e e PL c sono fondamentali per garantire che i sistemi di comando legati alla sicurezza soddisfino gli standard di affidabilità richiesti. Di seguito sono riportati esempi di calcolo per entrambi i livelli di prestazione.

Esempio 1: calcoli per PL e

Descrizione del sistema:

• Sistema di comando di una macchina di produzione con funzione di arresto di emergenza (E-Stop).
• Architettura: categoria 4, con doppio canale e monitoraggio.
• È richiesto il raggiungimento del livello PL e.

Fasi del calcolo:

1. Definizione dei componenti del sistema:
   • Due pulsanti E-Stop (doppio canale).
   • Due relè di sicurezza.
   • PLC con funzioni di sicurezza.
2. Tempo medio al guasto pericoloso (MTTF_d):
   • Ciascun pulsante E-Stop ha MTTF_d = 100 anni.
   • Ciascun relè di sicurezza ha MTTF_d = 50 anni.
   • Il PLC ha MTTF_d = 30 anni.
3. Copertura diagnostica (DC):
   • La copertura diagnostica per la categoria 4 è pari al 99% (0.99).
4. Fattore di guasti da causa comune (CCF):
   • Il valore CCF per la categoria 4 è almeno del 65%.
5. Calcolo dell’MTTF_d dell’intero sistema:
   • Pulsanti E-Stop (doppio canale): 1 / (1 / 100 + 1 / 100) = 50 anni.
   • Relè di sicurezza: 1 / (1 / 50 + 1 / 50) = 25 anni.
   • PLC: 1 / (1 / 30 + 1 / 30) = 15 anni.
6. Calcolo dell’MTTF_d del sistema:
   • Combinazione di tutti gli elementi: 1 / (1 / 50 + 1 / 25 + 1 / 15) = 9.68 anni.
7. Calcolo del PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • Il PFH per PL e deve essere inferiore a 10^-8 all’ora.
   • Utilizzando i valori di MTTF_d e DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (9.68 * 365 * 24) * (1 – 0.99) = 1.18 * 10^-8

Conclusione: Il sistema non raggiunge PL e, perché il PFH calcolato non rientra nel valore richiesto per PL e.

Esempio 2: calcoli per PL c

Descrizione del sistema:

• Sistema di comando di una macchina con funzione di controllo del riparo di sicurezza.
• Architettura: categoria 2, con monitoraggio periodico.
• È richiesto il raggiungimento del livello PL c.

Fasi del calcolo:

1. Definizione dei componenti del sistema:
   • Riparo di sicurezza con sensore di posizione.
   • Relè di sicurezza.
   • PLC con funzioni di sicurezza.
2. Tempo medio al guasto pericoloso (MTTF_d):
   • Riparo di sicurezza: MTTF_d = 20 anni.
   • Relè di sicurezza: MTTF_d = 50 anni.
   • PLC: MTTF_d = 30 anni.
3. Copertura diagnostica (DC):
   • La copertura diagnostica per la categoria 2 è pari al 90% (0.90).
4. Calcolo dell’MTTF_d dell’intero sistema:
   • Riparo di sicurezza: MTTF_d = 20 anni.
   • Relè di sicurezza: MTTF_d = 50 anni.
   • PLC: MTTF_d = 30 anni.
5. Calcolo dell’MTTF_d del sistema:
   • Combinazione di tutti gli elementi: 1 / (1 / 20 + 1 / 50 + 1 / 30) = 10.64 anni.
6. Calcolo del PFH (Probability of dangerous Failure per Hour):
   • Il PFH per PL c deve essere inferiore a 10^-6 all’ora.
   • Utilizzando i valori di MTTF_d e DC: PFH = 1 / (MTTF_d * 365 * 24) * (1 – DC) = 1 / (10.64 * 365 * 24) * (1 – 0.90) = 1.08 * 10^-6

Conclusione: Il sistema non raggiunge PL c, perché il PFH calcolato non rientra nel valore richiesto per PL c.

Confronto con la norma UNI EN IEC 62061

La norma UNI EN 62061, relativa alla sicurezza funzionale dei sistemi di comando elettrici, elettronici ed elettronici programmabili legati alla sicurezza, viene spesso confrontata con la UNI EN ISO 13849-1. Entrambe le norme hanno l’obiettivo di garantire la sicurezza delle macchine, ma differiscono per approccio e campo di applicazione.

• Campo di applicazione: UNI EN IEC 62061 si concentra principalmente sui sistemi elettrici, elettronici e programmabili, mentre UNI EN ISO 13849-1 copre un ambito tecnologico più ampio, includendo anche sistemi meccanici e idraulici.
• Livello di dettaglio: UNI EN 62061 è più dettagliata per quanto riguarda i requisiti tecnici dei sistemi elettronici, mentre UNI EN ISO 13849-1 propone un approccio più generale, applicabile a tecnologie diverse.
• Valutazione del rischio: Entrambe le norme richiedono l’esecuzione di un’analisi del rischio, ma UNI EN IEC 62061 pone maggiore enfasi sulla valutazione dettagliata del rischio e sull’attuazione di misure di controllo nei sistemi programmabili.

Il ruolo del performence level nell’automazione industriale

Il performence level è un elemento indispensabile nell’automazione industriale, dove precisione e affidabilità sono fattori chiave. L’implementazione di un adeguato performence level nei sistemi di comando delle macchine incide direttamente sulla loro efficienza e sulla sicurezza operativa. Un esempio di applicazione del performence level è la progettazione di linee di produzione, in cui ogni macchina deve soddisfare specifici requisiti di sicurezza per garantire la continuità e l’assenza di guasti dell’intero processo produttivo. L’automazione dei processi produttivi richiede non solo efficienza, ma anche conformità alle norme di sicurezza, obiettivo che si raggiunge grazie a un performence level correttamente definito.

Audit di sicurezza e performence level

L’audit di sicurezza è un processo che valuta la conformità delle macchine ai requisiti delle norme di sicurezza, incluso il performence level. Gli integratori di automazione industriale svolgono un ruolo fondamentale nell’esecuzione di queste verifiche, assicurando che i sistemi rispettino i più elevati standard di sicurezza. Il performence level viene valutato sulla base dell’analisi del rischio e di prove funzionali che verificano se i sistemi di comando operano in conformità alle ipotesi di progetto e alle norme applicabili. L’audit di sicurezza può comprendere anche l’analisi della documentazione tecnica, l’esecuzione di prove di verifica e l’ispezione delle macchine per individuare potenziali pericoli.

Progettazione delle macchine in conformità ai requisiti del performence level

La progettazione delle macchine richiede di considerare diversi aspetti meccanici ed elettronici per soddisfare i requisiti del performence level. I sistemi meccanici, come quelli pneumatici e idraulici, devono essere dimensionati con attenzione dal punto di vista della resistenza, per garantirne affidabilità e sicurezza nelle diverse condizioni di esercizio. I sistemi elettronici, invece, devono assicurare affidabilità e sicurezza funzionale, aspetto particolarmente importante nei sistemi di comando. Il performence level definisce i requisiti minimi che i sistemi di comando devono soddisfare per ridurre al minimo il rischio di guasto. Nell’ambito della progettazione, l’ufficio tecnico di progettazione tiene conto anche dei requisiti delle norme armonizzate, come UNI EN ISO 13849-1 e UNI EN 62061, che specificano i requisiti per entrambe le tipologie di sistemi, garantendo un approccio completo alla sicurezza delle macchine.

Certificazione CE delle macchine e performence level

La norma UNI EN ISO 13849-1 definisce i requisiti relativi alla certificazione CE delle macchine, con particolare attenzione agli aspetti di sicurezza legati al performence level. La certificazione CE è indispensabile affinché le macchine possano essere immesse legalmente sul mercato dell’Unione Europea. La norma UNI EN 62061, anch’essa riferita alla sicurezza funzionale, introduce ulteriori requisiti per i sistemi elettronici e programmabili, aumentando la complessità del processo di certificazione. Entrambe le norme sono armonizzate con la Direttiva Macchine 2006/42/CE, il che significa che il rispetto dei loro requisiti equivale a garantire la conformità alla normativa europea in materia di sicurezza.

Performence level e adeguamento delle macchine ai requisiti minimi

L’adeguamento delle macchine ai requisiti minimi in linea con il performence level richiede procedure accurate e audit periodici. Gli esempi pratici mostrano come tali procedure vengano applicate in diversi settori, garantendo sicurezza e conformità normativa. Il performence level è un elemento chiave nel processo di ammodernamento delle macchine, in cui le attrezzature esistenti vengono adattate ai nuovi standard di sicurezza. Questo processo comprende, tra l’altro, l’analisi del rischio, l’adeguamento dei sistemi di comando esistenti e l’esecuzione di prove e verifiche, per assicurare che le macchine soddisfino gli attuali requisiti di sicurezza. L’adeguamento delle macchine ai requisiti minimi secondo il performence level è essenziale per garantirne un funzionamento sicuro ed efficiente.

Importanza per l’Industria 4.0

La norma UNI EN ISO 13849-1 riveste un’importanza fondamentale nel contesto dell’Industria 4.0, caratterizzata da un elevato livello di automazione e integrazione dei sistemi. Nell’ambito dell’Industria 4.0, i sistemi di comando devono essere non solo affidabili, ma anche flessibili e scalabili, per rispondere ai requisiti produttivi in continua evoluzione. Il performence level definito nella norma UNI EN ISO 13849-1 garantisce che i sistemi di comando siano progettati secondo i più elevati standard di sicurezza, aspetto indispensabile in ambienti produttivi complessi e automatizzati.

Performence Level: sintesi

La norma UNI EN ISO 13849-1 è un documento fondamentale per garantire la sicurezza delle macchine e dei sistemi di comando. Il suo rispetto consente alle aziende di avere la certezza che i propri sistemi di comando siano conformi ai più recenti requisiti di sicurezza, riducendo al minimo il rischio di guasti e incidenti. Il performence level è l’elemento centrale di questa norma e definisce i requisiti relativi all’affidabilità e alla funzionalità dei sistemi di comando. Il rispetto della norma UNI EN ISO 13849-1 è indispensabile per ottenere la marcatura CE e garantire che le macchine immesse sul mercato europeo siano sicure per gli utilizzatori e per l’ambiente di lavoro.