RELIABILITY ANALYSIS OF COMPLEX SYSTEMS DALLA TEORIA AL CASO REALE DI UNA TURBINA EOLICA

This thesis analyzes the crucial role of reliability engineering in optimizing workplace safety, promoting a fundamental shift from a purely reactive approach to incidents toward a preventive and proactive model. The work begins with a solid theoretical framework, exploring the fundamentals of Reliability Theory and defining the RAMS parameters: Reliability, Availability, Maintainability, and Safety. This initial phase examines various failure classifications—including the impact of human error—and describes key statistical prediction models. Subsequently, the study focuses on methodological tools for risk analysis, with an in-depth look at Fault Tree Analysis (FTA). This methodology is used to map critical failure paths, tracing back from system-level events to root causes. To provide a comprehensive engineering perspective, the failure logic of FTA is compared and integrated with the Reliability Block Diagram (RBD), a complementary model that focuses instead on system success conditions. The practical core of the research is a detailed case study involving a wind power generation system. The reliability analysis is conducted on a turbine broken down into its three most critical subsystems: the Electrical System, the Control System, and the Hydraulic System. Using the specialized software "Arbre Analyst," the model enabled the extraction of Minimal Cut Sets (MCS), identifying the plant's structural vulnerabilities in specific "bottlenecks." From a quantitative standpoint, the analysis calculated the initial probability of a system-wide failure. Building on this diagnostic phase, the work progresses to the formulation of mitigation strategies aimed at enhancing the system's robustness. Through design simulations involving the incorporation of parallel redundant components for the least reliable elements, the probability of an accidental event was significantly reduced. However, the concluding section of the thesis highlights that, in real-world industrial settings, the pursuit of absolute reliability must be balanced against the economic viability of the proposed solutions. The research demonstrates that integrating reliability engineering transforms accident prevention from a mere regulatory requirement into a genuine competitive advantage for the entire industrial ecosystem.

Il presente lavoro di tesi analizza il ruolo cruciale dell'ingegneria dell'affidabilità per l'ottimizzazione della sicurezza sul lavoro, promuovendo il fondamentale passaggio da un approccio puramente reattivo agli incidenti verso un modello preventivo e proattivo. L'elaborato prende avvio da una solida cornice teorica, esplorando i fondamenti della Teoria dell'Affidabilità e definendo i parametri RAMS, ovvero Affidabilità, Disponibilità, Manutenibilità e Sicurezza. In questa prima fase vengono analizzate le varie classificazioni dei guasti, includendo l'influenza dell'errore umano, e vengono descritti i principali modelli statistici di previsione. Successivamente, lo studio si concentra sugli strumenti metodologici per l'analisi del rischio, con un focus approfondito sulla Fault Tree Analysis (FTA). Tale metodologia, viene impiegata per mappare i percorsi critici di guasto, risalendo dagli eventi di sistema fino alle cause radice. Per offrire una prospettiva ingegneristica completa, le logiche di fallimento della FTA vengono confrontate e integrate con il Reliability Block Diagram (RBD), un modello complementare orientato, al contrario, alle condizioni di successo del sistema. Il fulcro applicativo della ricerca è costituito da un caso di studio dettagliato riguardante un sistema di generazione eolica. L'analisi affidabilistica viene condotta su una turbina scomposta nei suoi tre sottosistemi principali più critici: il Sistema Elettrico, il Sistema di Controllo e il Sistema Idraulico. Grazie al supporto del software dedicato "Arbre analyst", il modello ha permesso di estrarre i Minimal Cut Sets (MCS), individuando le vulnerabilità strutturali dell'impianto in specifici "colli di bottiglia". Da un punto di vista quantitativo, l'analisi ha calcolato un'iniziale probabilità di avaria globale del sistema. A partire da questa fase diagnostica, il lavoro evolve verso la formulazione di strategie di mitigazione mirate ad aumentare la robustezza dell'impianto. Attraverso la simulazione progettuale che prevede l'inserimento di componenti di ridondanza in parallelo sugli elementi rivelatisi meno affidabili, si è riusciti ad abbattere considerevolmente la probabilità dell’evento accidentale. La parte conclusiva della tesi sottolinea tuttavia come, in contesti industriali reali, la ricerca di un'affidabilità assoluta debba necessariamente confrontarsi con la sostenibilità economica delle soluzioni proposte. La ricerca dimostra come l'integrazione dell'ingegneria dell'affidabilità renda la prevenzione degli infortuni non solo un obbligo normativo, ma anche un reale vantaggio competitivo per l'intero ecosistema industriale.