Esercizio del materiale rotabile sulla Ferrovia Canavesana (2020)

Figura 45 - Itinerario di arrivo (Fonte: Regolamento Segnali RFI, 2016)

Per il ricevimento di un treno su un binario privo di segnale di partenza, o con segnale di

partenza comune a più binari, l’itinerario di arrivo si estende fino al primo ente situato oltre il

punto di normale fermata del treno di massima composizione. L’itinerario di partenza è il

tratto che deve essere percorso dal punto di stazionamento al punto di piena linea. Per il

transito si sommano le due condizioni. Nell’esercizio non può escludersi in modo assoluto

che un treno in arrivo possa scorrere oltre il punto terminale dell’itinerario di arrivo e pertanto

si prevede un tratto di binario di possibile scorrimento e conseguentemente un prolungamento

dell’itinerario di arrivo. Tale tratto è denominato “zona di uscita” (Figura 46).

Figura 46 - In verde l'itinerario di arrivo per il treno A, in arancione la zona di uscita, in azzurro l’itinerario di

partenza per il binario III (Fonte: Regolamento Segnali RFI, 2016)

La zona d’uscita deve essere considerata alla stregua dell’itinerario del treno in arrivo. La

lunghezza della zona d’uscita assume estensione diversa a seconda delle caratteristiche di

impianto e può andare fino agli scambi d’uscita o essere limitata a valori compresi fra 50

metri e 300 metri. L’attuale normativa prevede una zona d’uscita di 50 metri quando il binario

di ricevimento del treno è provvisto di segnale di partenza distinto per binario e di 100 metri

nel caso di binario privo di segnale di partenza o segnale di partenza comune tra binari.

L’attuale collegamento di sicurezza, denominato “bloccabile”, risponde alla condizione che

per rimuovere i deviatoi e gli altri meccanismi dalla posizione richiesta per il movimento del

treno, occorre aver disposto a via impedita il segnale. Tale condizione, voluta per l’ingresso

del treno, assicura che non può essere modificata la posizione degli scambi finché il segnale

di protezione è a via libera, ma non garantisce che non possa essere ridisposto a via impedita

il segnale prima che il treno abbia completamente percorso l’itinerario stesso. Si presenta

quindi la necessità di introdurre un collegamento di sicurezza con un ulteriore vincolo per

ovviare tale eventualità. A ciò si è provveduto attraverso opportuni dispositivi elettrici che

impediscono di modificare l’itinerario predisposto finché il treno non lo ha liberato.

I movimenti interni alla stazione

Uno dei concetti fondamentali per l’esercizio ferroviario nell’ambito delle stazioni è la

definizione dei binari indipendenti: la stazione presenta la completa mancanza di

comunicazione tra instradamenti. Agli effetti dello svolgimento tra manovre, un binario

congiunto mediante comunicazione a quello che deve percorrere un treno si considera

indipendente quando i deviatori della comunicazione sono assicurati nella posizione dovuta,

cioè per la non confluenza, mediante fermascambio di sicurezza.

Le norme di esercizio riguardanti i movimenti dei treni e manovre in stazione dipendono dalle

apparecchiature installate (vedi successivo paragrafo 3.2.3) e sottendono al principio generale

del rispetto assoluto del segnale di arresto da parte del macchinista. I segnali di protezione

delle stazioni sono ubicati normalmente a 100 metri dal punto protetto (deviatoio estremo o

picchetto limite di manovra a sua volta posti a 150 metri dal deviatoio estremo) . Le manovre

si effettuano entro tali punti protetti. Le manovre, come visto nel paragrafo 3.1, sono

comandate per mezzo di segnali a mano o segnali bassi luminosi azionati a distanza. Le

manovre sui binari non indipendenti devono necessariamente essere sospese in caso di arrivo

di un treno, possono invece continuare le manovre su binari indipendenti. Sono permesse le

manovre che si svolgono sui deviatoi dalla parte dell’uscita del treno sempre che il punto di

convergenza dell’itinerario si trovi a più di 50 metri oltre il termine di itinerario di arrivo, se il

binario di ricevimento è provvisto di distinto segnale di partenza, altrimenti 100 metri con

segnali di partenza comune ad altri binari (Figura 47) (Vicuna, 1993).

Figura 47 - Manovra ai deviatori

Le manovre di uscita all’atto del ricevimento sono comunque vietate quando la pendenza

media della linea al segnale di protezione al termine del binario è superiore al 15‰ in discesa

(decreto ANSF 4/2012).

Le manovre simultanee in stazione hanno prescrizioni simili a quelle dei deviatoi appena

esposti:

il punto di convergenza deve essere protetto da segnale di partenza a via impedita,

preceduto da avviso, distinto per binario e ubicato a distanza di almeno 100 metri dal

punto stesso (Figura 48);

la stazione deve essere munita di collegamenti di sicurezza i quali, nella disposizione a

via libera dei segnali, garantiscono l’indipendenza tra gli itinerari;

nel tratto di arrivo compreso fra il segnale di 1^a categoria di protezione e quello di

partenza a via impedita la pendenza media del binario non sia superiore a 6‰ in

discesa.

Figura 48 - Manovra itinerari non indipendenti

Nelle linee a semplice binario, allo scopo di evitare incidenti sulla linea, si impone l’obbligo

di non ricevere il secondo treno incrociante dopo che il primo treno si sia fermato; a questo

scopo il segnale di protezione per l’ingresso del secondo treno non viene aperto se non dopo

che il primo treno sia entrato in stazione e si sia fermato (Figura 49).

Figura 49 - Manovra in stazione su linee a semplice binario

La normativa italiana in riferimento agli incroci in stazione su linee a semplice binario, in

particolare la Direttiva ANSF 1/dir/2010 aggiornata al 23 febbraio 2010, risulta più stringente

rispetto ad altri Stati nei quali il ricevimento dei due treni può avvenire simultaneamente con

adeguate riduzioni di velocità.

Riassumendo le operazioni volte a garantire la sicurezza nei movimenti nell’ambito delle

stazioni definiscono il seguente ciclo:

disposizione dei deviatoi interessanti il movimento del treno: la corretta successione di

configurazioni che i deviatoi devono assumere è redatta in un programma prestabilito

in ogni stazione. Tale documento prende il nome di “Piano schematico” e viene

compilato sulla base della planimetria della stazione e del programma di esercizio

predisposto in base alle esigenze funzionali dell’impianto.

assicurazione dei deviatoi interessanti il movimento del treno: gli organi volti a

garantire tale configurazione vengono chiamati “impianti di sicurezza dei deviatoi”.

Essi vanno dal semplice fermascambio che, con l’estrazione di una chiave, assicura

l’ago di un deviatoio al contrago, fino ai complessi apparati centrali elettrici che

consentono la manovra a distanza di scambi e segnali.

controllo della libertà di itinerario da rotabili e, nell’ambito della visuale libera degli

operatori interessati, da ulteriori ostacoli: il controllo della regolarità dell’itinerario

predisposto viene effettuato dal dirigente che opera al banco di manovra dell’apparato

all’atto stesso della manovra degli scambi per la disposizione dell’itinerario. L’azione

dell’operatore è visualizzata su un quadro luminoso e viene facilitata da strisce

bianche luminose relative all’itinerario predisposto e strisce rosse per l’identificazione

degli itinerari occupati. Prima di manovrare a via libera un segnale è infine necessario

accertare che l’itinerario sia libero da manovre o altri veicoli, che siano sospese le

manovre che potrebbero interessare l’itinerario e che i veicoli fermi sugli itinerari non

indipendenti siano immobilizzati (Vicuna, 1993).

L’organizzazione del movimento in stazione in Italia è di tipo accentrato: l’accentramento

delle responsabilità della circolazione nel DM è volto a garantire la sicurezza dell’esercizio.

Il DM è responsabile di tutti gli eventi legati alla circolazione dei treni. Il Decreto ANSF n°

4/2012 introduce alcuni alleggerimenti di responsabilità, mantenendo comunque il modello

organizzativo tradizionale. In altre Nazioni la circolazione è di tipo decentrato, affidando le

responsabilità ad agenti esecutivi diversi e il DM interviene quando sono necessarie

modifiche non conformi al programma tramite l’invio di dispacci di sicurezza agli agenti

competenti.

3.2.3 L’evoluzione degli apparati in stazione

Parallelamente all’evoluzione dei regimi di circolazione precedentemente esposti, si sono

sviluppati apparati sempre più sofisticati nelle stazioni al fine di soddisfare le esigenze di

traffico e il passaggio dai sistemi manuali ai sistemi automatici. Per il funzionamento del

sistema di regolazione automatizzato occorre fornire all’elaboratore numerosi dati sia in via

preventiva, sia in tempo reale.

Dati fissi: i principali dati fissi forniti sono l’orario dei treni ordinari, compresi quelli

periodici, programmati nella zona di giurisdizione con le relative caratteristiche viste

nei paragrafi precedenti (composizione, velocità, frenatura, ecc.) e inoltre bisogna

trasmettere il coefficiente di priorità fra le diverse categorie di treni. Quest’ultimo

aspetto è di notevole importanza in quanto bisogna fornire una guida per l’elaboratore

nella soluzione dei conflitti di circolazione che si presentano nella realtà dell’esercizio.

A tal fine nella PGOS si sono istituite delle tabelle, denominate “Tabelle dei rapporti

di reciproca tolleranza”, in cui trovano collocazione i coefficienti di priorità nella

regolamentazione dell’esercizio. Oggi le tabelle sono in parte superate, avendo

introdotto nell’algoritmo vincoli di tipo economico e contrattuali dato il libero accesso

all’infrastruttura da parte di più imprese ferroviarie. Questo presuppone da parte degli

operatori calcoli di previsione sulla corsa dei treni nei casi di conflitti di circolazione.

Tali calcoli devono derivare anche da ragioni di convenienza, analizzando il singolo

caso in relazione al sistema generale di circolazione. Per ciascun treno viene definito

un perditempo virtuale ottenuto dal prodotto del perditempo reale per il coefficiente di

priorità attribuito al treno stesso, tanto maggiore quanto maggiore è l’importanza del

treno. Se in una certa fase dell’esercizio alcuni treni di diversa importanza subiscono

ritardi si può calcolare il perditempo globale complessivo come somma dei perditempi

virtuali di ciascuno di essi. L’algoritmo di ottimizzazione consente di confrontare in

tempo reale la marcia del treno con quelli degli altri, analizzando sia i perditempo

globali sia valutando la qualità del servizio erogato nell’intero sistema, considerando

meccanismi economici (penalità) in base ai ritardi prodotti o indotti dai diversi

soggetti (infrastruttura ed esercizio). La procedura descritta richiede la disponibilità di

tutte le informazioni necessarie che devono affluire al calcolatore con tutti i mezzi a

disposizione e in modo automatico così da stilare un programma di ottimizzazione in

grado di valutare le condizioni di circolazione in tempo reale.

Dati variabili: i dati variabili attinti in modo automatico derivano dall’orario grafico

reale e quindi dalla circolazione attuale sulla linea. In particolare vengono presi in

considerazione: dati sulla marcia dei treni in circolazione. Stato degli impianti,

aggiornamento sulle situazioni che possono influire sulla circolazione reale dei treni,

aggiornamento sulle modifiche temporanee dell’esercizio (Franceschini, 2019).

Apparati automatizzati di stazione

Soprattutto negli impianti più grandi, quando l’esercizio era svolto in base ad accordi

telefonici, la gestione della circolazione era piuttosto laboriosa. Inoltre l’aumento del traffico

imponeva la necessità di maggiori garanzie per tutelare la sicurezza della circolazione. In un

primo momento vennero creati collegamenti tra scambi e segnali per evitare movimenti

incompatibili: inizialmente erano di tipo meccanico (ADM) attraverso l’estrazione di una

chiave dai fermascambi dei deviatori, successivamente si utilizzò un collegamento di tipo

elettromeccanico basato su consensi elettrici tramite relè. Nacquero i primi apparati centrali

(ACE) tali da consentire la manovra a distanza degli scambi e dei segnali da un unico posto

centrale: la cabina del Dirigente di Movimento (DM). La moderna configurazione degli

impianti in stazione si basa su due diversi apparati. I primi sono gli apparati centrali elettrici a

leve di itinerario (ACELI), costituiti da leve per la disposizione degli scambi concepite su

base di itinerario e alcune leve libere per i singoli scambi: questa tipologia introdusse il

concetto di “distruzione semirigida” per cui la liberazione del percorso progredisce con

l’avanzare del treno, rendendo immediatamente disponibili i singoli enti per successivi

comandi di itinerario. La seconda tipologia di apparati sono gli apparati centrali elettrici ad

itinerari (ACEI): con tali apparati sono necessari pochi operatori per gestire stazioni estese,

basta infatti premere solo il pulsante del punto iniziale e finale dell’itinerario desiderato.

Tuttavia negli ACEI di grandi dimensioni, a causa del grande numero di itinerari previsti, la

manovra poteva risultare complessa. Pertanto sono stati introdotti gli ACEIT, ovvero gli

ACEI muniti di tabulatore, ossia una tastiera dove l’operatore può formare l’itinerario

inserendo il numero del punto iniziale e il numero del punto finale. Quest’ultimi sono

attualmente in uso sulla Rete Nazionale, affiancati progressivamente da apparati centrali

basati su logica elettronica, ovvero programmata via software, inizialmente definiti apparati

centrali statici (ACS) e successivamente apparati centrali computerizzati (ACC). La

modularità degli ACC ha permesso nel tempo di aggregare più posti di servizio, estendendo il

comando e controllo della sicurezza anche nei tratti di linea: nascono così gli ACCM

(Apparati Centrali Computerizzati Multistazione), apparati che di norma gestiscono una linea

o un nodo ferroviario impartendo comandi a distanza e ricevendo controlli sicuri nel Posto

Centrale.

ADM

ACE

ACELI

ACEI/ACEIT

ACS/ACC/ACCM

Figura 50 - Evoluzione degli apparati di stazione

Questa evoluzione tecnologica ha portato progressivamente a modifiche sostanziali alle

modalità di regolazione della circolazione. Si è assistito al passaggio da una gestione locale a

una gestione sempre più centralizzata con il telecomando effettuato all’interno di posti

centrali. L’evoluzione tecnologica ha reso possibile lo sviluppo di impianti di controllo

centralizzati del traffico (CTC evoluti in ACCM - Apparato Centrale e Calcolatore

Multistazione) che consentono di accentrare la gestione della circolazione nella nuova figura

del Dirigente Centrale Operativo (DCO) che da un unico posto comanda sia il nodo sia la

linea (Cerquarelli et al., 2019). Per la massima integrazione degli impianti di una linea o di un

nodo da inserire nella giurisdizione dell’ACCM, il Posto Centrale Multistazione può

estendere la propria competenza anche sui singoli ACC già esistenti e più periferici e si può

interfacciare agli impianti ACEI mediante un dispositivo denominato GEA (Gestore

Elettronico Apparati).

3.3 L’Agenzia Nazionale per la Sicurezza Ferroviaria (ANSF)

Negli ultimi anni ha preso sempre più campo il ruolo dell’Unione Europea nella gestione e

circolazione ferroviaria, in collaborazione con le possibilità offerte dell’informatica e la

volontà di creare una rete ferroviaria europea. Dal punto di vista gerarchico, le Norme

europee hanno assegnato il primo livello regolamentare all’ANSF che ha, nel suo lavoro di

riordino normativo, emanato in nuovo Regolamento per la Circolazione Ferroviaria (RCF)

che contiene i principi del RCT e RS ma ad un livello maggiore di generalità ed astrazione. La

trattazione presentata nel capitolo 2 e 3 si basa già sul RCF. Inoltre la separazione tra gestore

dell’infrastruttura e imprese ferroviarie ha richiesto la scrittura di norme di interfaccia atte a

disciplinare i rapporti tra le due (ove sono incluse quasi tutte quelle del RS), lasciando il

compito al gestore dell’infrastruttura di emanarle. A livello inferiore sono previste

Disposizioni o Prescrizioni a cura del gestore dell’esercizio per disciplinare singoli casi di cui

hanno la responsabilità. Nonostante gli sforzi fatti per raggruppare ergonomicamente le norme

in manuali di mestiere, raccolte in modo semplice e completo, la situazione non è ancora

ottimale (Franceschini, 2019). Per sopperire a tale aspetto sono d’aiuto nuove tecnologie

informatiche a supporto delle nuove idee di riordino normativo. Nel quadro generale delineato

attraverso le Normative europee è previsto che ogni operatore ferroviario debba dotarsi di un

Sistema di Gestione della Sicurezza (SGS) per poter ottenere le autorizzazioni o le

certificazioni di sicurezza richieste. Uno degli elementi del SGS riguarda la gestione dei rischi

ferroviari e delle relative metodologie, applicabili anche alle Norme ferroviarie. In tale ambito

ogni nuova norma o una modifica sostanziale deve essere sottoposta ad esame per verificarne

l’impatto sul livello di sicurezza ferroviaria. A tale scopo sono utilizzati da ANSF metodi di

analisi del rischio sia di tipo qualitativo sia di tipo quantitativo, in base alla complessità

dell’innovazione proposta. Un’ulteriore novità formalizzata da ANSF è l’utilizzo del “ritorno

d’esperienza”, cioè l’inserimento in tali analisi di informazioni contenute nelle banche dati

che, in maniera semplice ed accurata, registrano non solo gli incidenti avvenuti ma anche le

situazioni anomale che possono rappresentare dei precursori di incidenti (“incidenti mancati”

o “near miss”) offrendo indicazioni rispetto ai settori in cui è utile intervenire con opportune

modifiche normative. ANSF si occupa inoltre di recepire le Specifiche Tecniche di

Interoperabilità (STI): apparato normativo europeo armonizzato tra gli stati membri che si

occupa di accompagnare l’evoluzione normativa all’evoluzione tecnologica nella visione di

un’Europa unita da un sistema dialogante e interconnesso. In particolare è prerogativa di

ANSF portare avanti l’innovazione richiesta dal progetto ERTMS, proponendo e monitorando

l’operato dei diversi soggetti nell’innovazione tecnologia della rete.

Da questa introduzione, e dai paragrafi precedenti, si evince come una delle sfide della

normativa in ambito ferroviario sia la strada della semplificazione. La semplificazione delle

procedure, unita all’affidabilità delle tecnologie in uso, potrà ridurre la casistica dei guasti e la

complessità di applicazione. La realizzazione di testi unici dovrebbe accorpare il più possibile

Norme presenti su diverse fonti per una semplificazione nella consultazione (Franceschini,

2019).

3.3.1 Normativa ANSF

Il complesso quadro normativo ANSF ricopre tutti i ruoli della gestione del trasporto

ferroviario: dall’infrastruttura alla circolazione in linea, dall’organizzazione del personale in

stazione alla manutenzione del materiale rotabile. Verranno ripresi gli aspetti trattati nel

paragrafo 2.2.2, e quindi del RCT, evidenziando i principali elementi di novità introdotti da

ANSF nell’ultimo decennio:

Le manovre: l’Agenzia Nazionale per la Sicurezza Ferroviaria ha stabilito vincoli più

restrittivi rispetto la possibilità di eseguire manovre su binari non indipendenti, in base al

principio che le circolazioni devono avvenire tenendo conto delle attrezzature installate di

protezione della marcia dei convogli e delle misure di mitigazione del rischio. In particolare

un movimento di manovra può avvenire contemporaneamente se gli itinerari sono

indipendenti per le caratteristiche dell’impianto oppure se tale indipendenza è creata per

mezzo di collegamenti di sicurezza con i segnali descritti nel paragrafo 3.1.5. (Linee Guida

ANSF 1/2013).

Le precedenze: la conoscenza esatta della normale successione dei treni non è più ritenuta un

prerequisito per assicurare il sicuro distanziamento e gli incroci sulle linee a semplice binario,

conservando comunque un valido aspetto riguardo la qualità del servizio offerto e delle

possibili implicazioni nell’inserimento di un treno non programmato. Allo scopo di assicurare

la sicurezza su tali tratte, e tenere il controllo della successione dei treni, ha preso campo la

diffusione di sistemi automatici interfacciati con gli apparati di controllo e comando nelle

stazioni capo-tronco. Gli apparati CTC (paragrafo 3.2.3) sono stati correlati da dispositivi

“train-describer”, visualizzando in tempo reale il movimento del treno su mappe satellitari

elaborate tramite i dati provenienti dal treno stesso.

Gli incroci: grazie all’attrezzamento delle linee dei sistemi di blocco e della tecnologia CTC,

gli incroci fuori dalla programmazione di esercizio, nelle linee a semplice binario, avvengono

solo per decisione ed attuazione del DCO supportato dalla tecnologia vista nel paragrafo

3.2.3. Sono stati eliminati i moduli per lo spostamento di incrocio, snellendo la procedura e

concentrando la decisione e l’attuazione in un unico centro di controllo. Dal 2012 ANSF ha

eliminato il termine “incrocio” dal Regolamento Circolazione Treni, rimanendo pur valido il

significato nella realtà quotidiana dell’esercizio ferroviario.

La circolazione dei carrelli: la denominazione “carrelli” è stata sostituita da ANSF con la

terminologia “mezzi d’opera”. È stato istituito un ente predisposto al rilascio delle

certificazioni tecniche di idoneità di circolazione (Italcertifer) e dal 2014 tutti i rotabili di

questa categoria devono essere iscritti in un Registro Unico Mezzi d’Opera (RUMO), gestito

da RFI. Inoltre, nell’ambito della iscrizione normativa da parte di ANSF (Linea Guida ANSF

06/08/2013), possono viaggiare come treni o in composizione a treni i mezzi d’opera aventi le

caratteristiche tecniche (frenatura, sistemi di bordo SCMT, ecc.) che ne consentono

l’iscrizione nel Registro Immatricolazione Nazionale (RIN) gestito da ANSF stessa.

La circolazione a binario unico su linea a doppio: ANSF ha di fatto vietato la circolazione

su binario illegale delle linee non banalizzate, lasciando la possibilità di eseguire tali manovre

solo un caso di eventi improvvisi e al solo fine di consentire ai treni già in circolazione di

superare il tratto strettamente necessario. Inoltre sono stati posti severi limiti di velocità: 90

km/h se è attivo il SCMT, 50 km/h se il sistema è escluso. La diffusione della banalizzazione

comunque è notevolmente diffusa sulla rete e nelle linee non banalizzate il ricorso alla

programmazione di interruzione con circolazione illegale è drasticamente diminuito dopo tale

regolamentazione (Decreto ANSF 4/2012).

4. La manutenzione

Al giorno d'oggi la manutenzione, nei diversi ambiti, viene concepita come attività

programmabile e non più come un lavoro condizionato dal singolo evento di rottura. Ormai la

manutenzione è diventata a tutti gli effetti un servizio che l’azienda presta alle proprie attività

e non è più considerata un’attività complementare alle attività produttive. Si creano sempre

più delle squadre responsabili e competenti che integrano la loro attività nella vita quotidiana

dell’azienda. La manutenzione deve programmare, coordinare e controllare le diverse

funzionalità dell’impresa, in modo da unire la tecnica propria delle attività manutentive con

l’economicità degli interventi. In questo riveste un ruolo di primaria importanza la formazione

del personale addetto alla manutenzione, non solo in termini di capacità professionale ma

anche nel creare una mentalità che consideri la manutenzione come un investimento e rendere

ciò operativamente efficace ed utile alla vita dell’azienda. Trattandosi di un’attività che

intacca fortemente la sicurezza dei lavoratori e dell’utenza, è resa necessaria anche un’opera

di responsabilizzazione da parte delle squadre manutentive e della classe dirigente

dell’azienda stessa. La manutenzione è definita come il controllo costante degli impianti e

l’insieme dei lavori di riparazione e revisione necessari ad assicurare il funzionamento

regolare e il buon stato di conservazione degli impianti produttivi, dei servizi e delle

attrezzature di stabilimento (OCDE, 1963). Si evince fin da subito che l’attività manutentiva è

condotta in ottica di mero vantaggio per il servizio o bene prodotto dall’azienda e non deve

essere vista come spreco di risorse e tempi. Il progresso tecnologico, e l’impiego di materiale

sempre più sofisticato, ha reso necessari una serie di interventi preventivi o correttivi del

materiale, definendo progressivamente delle procedure di manutenzione redatte sia dalle case

produttrici sia dalle aziende che usufruiscono di tali materiali. Per il suo origine la

manutenzione non è stata inizialmente volta a processi di ottimizzazione dei tempi e dei costi,

essendo legata alla messa in fuori uso del pezzo e demandata solo a posteriori dell’evento di

guasto. Solo in tempi più recenti la pianificazione di una corretta manutenzione è entrata a far

parte del processo di produzione aziendale. La letteratura considera l’attività manutentiva a

volte parte del processo produttivo e a volte parte di un processo di progettazione in una

posizione che si colloca durante il ciclo di produzione. Il ruolo che i capi squadra hanno

acquisito con il tempo gli pone in costante rapporto con tutti i comparti aziendali,

confrontandosi quotidianamente con le rispettive esigenze e cercando di creare una sinergia

unica per la risoluzione dei problemi. Si mettono in evidenza ora alcuni degli obiettivi

principali che la manutenzione è chiamata a perseguire, non solo in campo ferroviario:

1. svolgere attività preventiva agli eventi di guasto, mantenendo la macchina efficiente e

fornire continuo aggiornamento per incrementare la sicurezza,

2. pianificare gli interventi di adeguamento e modernizzazione, sia in termini temporali

sia per l’aggiornamento tecnologico,

3. ricorrere a competenze esterne all’azienda, ove necessario, per la risoluzione di

problemi di dimensioni importanti,

4. svolgere attività di revisione periodica garantendo un adeguato grado di funzionalità e

miglioramento tecnico ed eventualmente stabilire la sostituzione della macchina,

5. svolgere attività di formazione del personale addetto, sia per la conoscenza delle

macchine sia per la condivisione della responsabilità e dell’azione nei confronti di

guasti,

6. effettuare una continua comunicazione con le altre parti aziendali, in modo da creare

una collaborazione nella gestione della produzione e trovare una soluzione comune ai

rispettivi problemi,

7. gestione del magazzino, al fine di non avere tempi di attesa posteriori ai guasti ma

essere pronti nella riparazione e nella rimessa in opera della macchina,

8. fornire una dettagliata documentazione ed una precisa archiviazione dei processi

attuati e della risoluzione dei problemi.

Il responsabile della manutenzione deve quindi:

 gestire le politiche manutentive,

 gestire le risorse umane in base alle esigenze,

 gestire la pianificazione degli ordini e dei ricambi disponibili, in accordo con

l’economicità dell’azienda.

Per questi motivi, negli ultimi anni, il ruolo del responsabile della manutenzione sta

assumendo peculiarità di carattere manageriale. La sua responsabilità, recentemente cresciuta

in questa visione di insieme, prende campo in maniera attiva nella gestione finanziaria

dell’azienda e negli investimenti di tempo e risorse del capitale umano (Tertan, 2017). È

chiaro fin da subito come le attività legate alla manutenzione possono essere affinate sia in

termini di efficacia sia in termini di efficienza. L’acquisto di nuovo materiale rotabile

comporta un’analisi, oltre delle caratteristiche tecniche e prestazionali, anche dei parametri

RAM (affidabilità, disponibilità, manutenibilità). Questo ha costituito un elemento di novità

sia per i costruttori sia per le imprese ferroviarie. Ad oggi, lo sforzo si concentra nella

valutazione della RAM a priori, obbligando i costruttori a garantire una vita utile del prodotto

venduto e stipulando con le imprese dei vincoli contrattuali. I parametri RAM sono passati in

pochi anni da non essere presi in considerazione ad essere base di progetto fin dalla sua

ideazione. L’impresa ferroviaria, per contro, dovrà recepire i piani manutentivi forniti dalle

case costruttrici e impegnarsi nell’eseguire le procedure corrette nelle tempistiche indicate, al

fine di garantire sempre uno stato ottimo del materiale rotabile e diminuire il “life cycle cost”

(LCC) (Giannone, 2010).

100

4.1.Teoria della manutenzione

La teoria dell’affidabilità è stata concepita al fine di sviluppare metodi per stimare se un

prodotto sarà in funzione per la durata richiesta dell’utilizzatore. Una macchina è concepita

per soddisfare un compito preciso, nei tempi previsti durante la sua progettazione. La sua

attività tuttavia non può essere continuativa durante gli anni a causa del deperimento a cui

essa va incontro. Due sono i concetti che caratterizzano la vita della macchina:

affidabilità: la probabilità che un elemento (macchina, sottosistema o componente)

funzioni senza guastarsi per un determinato tempo “t” dal suo avviamento ed in

predeterminate condizioni ambientali. (Tertan, 2016)

disponibilità: la percentuale di tempo di buon funzionamento rispetto al tempo totale

in cui è richiesto il funzionamento stesso dell’elemento (macchina, sottosistema o

componente). (Tertan, 2016)

Queste sono due grandezze fondamentali per comprendere le teorie della manutenzione e

l’inevitabile deperimento e ripristino delle condizioni di funzionamento nella vita utile di una

macchina. L’affidabilità non è una grandezza deterministica ma una probabilità che, come

ogni variabile aleatoria, il suo valore può essere determinato solo attraverso considerazioni

probabilistiche: esso quindi non fornisce la certezza che un guasto si verifichi o meno ma dà

risultati di utilità grazie ai quali è possibile prendere decisioni sulla modalità di

funzionamento di un impianto.

4.1.1. Impiego della Teoria dell’Affidabilità

I principali motivi che spingono un’impresa ad applicare le tecniche affidabilistiche sono:

aumento della complessità delle macchine con conseguente aumento delle probabilità

di guasto,

esigenza di aumentare la durata di funzionamento di una macchina,

difficoltà di manutenzione per le parti meno accessibili di una macchina,

sicurezza.

In generale per qualsiasi prodotto o servizio, l’affidabilità coinvolge molti aspetti legati al

possesso di un bene:

costi di gestione: l’affidabilità coinvolge sia il costo di acquisto che quello di

manutenzione: materiali più affidabili comportano un incremento del prezzo,

101

soddisfazione del cliente: una cattiva affidabilità non corrisponde alle aspettative del

cliente e porta disaffezione rispetto il prodotto,

gestione delle risorse: un componente che si guasta raramente comporta una minore

quantità di risorse necessarie per la sua gestione durante la sua vita utile,

qualità: una bassa qualità può significare una bassa affidabilità.

manutenibilità: definita come la probabilità che al tempo t dal guasto, il componente

sia nuovamente funzionante.

Ogni azione di incremento o decremento di affidabilità e disponibilità comporta un costo, che

può essere rappresentato come in Figura 51:

Figura 51- Costi legati all'affidabilità e alla disponibilità di una macchina (Fonte: Furlanetto et al., 2006)

Come si evince in termini qualitativi dal grafico, un mancato investimento in affidabilità e

disponibilità comporta un costo monetario minore a fronte di un costo per mancata

produzione maggiore, al contrario un impiego di risorse economiche al fine di migliorare i

due parametri prestazionali si traduce in un investimento di tempo nel quale la macchina potrà

produrre ciò per cui è stata progettata. In questo quadro si inserisce la manutenzione che

collaborano al funzionamento del sistema ma comporta inevitabilmente un costo monetario

non trascurabile nel bilancio aziendale (Furlanetto, 2006).

4.1.2. Affidabilità

Come già detto, l’affidabilità (in inglese Reliability) rappresenta la probabilità che un

componente svolga il suo compito senza fermarsi per guasto in un certo tempo t una volta

inserito in determinate condizioni ambientali. Questa definizione è valevole solo se viene

assunto che:

102

il componente ammette solo due stati: buon funzionamento o stato di danno,

siano stabilite in modo chiaro le condizioni ambientali nel quale opera il componente,

sia stabilito l’intervallo [ 0 ; t ] nel quale si garantisce l’operato del componente.

Su un generico campione di 100 unità, si ipotizzi che dopo un periodo t si siano guastati 10

pezzi: l’affidabilità risulta il 90% in un tempo t. Se dopo un periodo 2t cessano di funzionare

15 pezzi allora l’affidabilità del sistema è 85% su un periodo 2t. l’affidabilità può essere

stimata come il completamento a cento della percentuale di guasti. Inserendo i dati in un

grafico in maniera sistematica nel tempo si ottiene un andamento simile alla Figura 52:

Figura 52 - Andamento qualitativo dell'affidabilità nel tempo (Fonte: Furlanetto et al.,2006)

Alcune caratteristiche importanti contenuti nella normativa UNI 9910 che descrivono

l’affidabilità sono:

il concetto di affidabilità è applicabile a qualsiasi oggetto costruito dall’uomo, sia esso

un semplice componente o parte di un sistema;

l’affidabilità di un sistema dipende dall’affidabilità dei singoli componenti e da come

essi interagiscono fra loro. Per valutare l’affidabilità globale si applica quindi la regola

di decomposizione gerarchica di un sistema in sotto-sistemi;

l’affidabilità è una probabilità ed, in quanto tale, è un numero adimensionale compreso

tra 0 e 1;

per definire l’affidabilità è necessario stabilire esattamente le condizioni in cui

l’oggetto si trova ad operare. I concetti di “condizione” e “durata” sono inglobati nel

concetto di missione, concetto base nello studio dell’affidabilità.

103

L’andamento della legge rappresentata in figura è di tipo normale, anche se essa rappresenta

la legge più frequente in ambito manutentivo esistono anche altre leggi (log-normale,

esponenziale, Weibull, … ). L’esempio è utile per stabilire che:

maggiori sono gli elementi del campione e maggiore sarà la precisione nel definire la

probabilità di funzionamento. La legge esatta si otterrebbe a campionamento infinito.

si può definire un tempo medio al guasto, definito Mean Time Between Failure

(MTBF), ovvero il tempo nel quale la metà del campione ha smesso di funzionare.

I livelli di affidabilità cambiano in funzione dell’effetto del mancato funzionamento

dell’oggetto in questione. Applicando questo nel campo della manutenzione, aiuta a conoscere

la probabilità di buon funzionamento in un periodo preciso di tempo e l’importanza di un

intervento preventivo al guasto: la linea di confine tra i livelli di affidabilità richiesti dal

componente sono dettati dall’importanza che esso riveste nel sistema e dalla sicurezza che il

suo mancato funzionamento può avere come conseguenza. Riassumendo i presupposti per

un’applicazione della teoria dell’affidabilità sono:

descrizione oggettiva della condizione di guasto;

durata minima necessaria t affinché il componente possa svolgere le sue mansioni,

determinazione delle condizioni ambientali entro cui il componente è progettato per

lavorare.

Affidabilità nel continuo

Si può estendere la definizione di affidabilità in termini discreti ΔT al continuo, considerando

unità di tempo infinitesime dt. Considerando come variabile aleatoria t il tempo intercorso tra

la condizione iniziale e l’istante di guasto, si può definire la probabilità di guasto P ( t ; t+dt ]

come la probabilità che si guasti nell’intervallo ( t ; t+dt ]. Nel caso continuo si definisce la

probabilità di guasto come il prodotto di una funzione f(t), denominata densità di probabilità,

per l’intervallo di tempo preso come riferimento dt (Garetti, 2012).

Definendo con la variabile x i generici istanti temporali nell’intervallo in considerazione, si

può scrivere:

104

Conoscendo la densità di probabilità al guasto f(t), attraverso l’integrazione nel tempo si può

conoscere la funzione di distribuzione cumulata F(t) attraverso la semplice integrazione:

Graficamente l’integrale rappresenta l’area sottesa dalla curva f(t). Avendo introdotto queste

nozioni, si può interpretare l’affidabilità R(t) come il complemento a 1 della distribuzione

cumulata F(t):

Le funzioni f(t), F(t) e R(t) possono essere rappresentate graficamente come in Figura 53:

Figura 53 - Funzioni f(t), F(t), R(t) (Fonte: Furlanetto et al., 2006)

Disponibilità

In caso di dispositivi o macchine riparabili, ovvero quelli per cui è possibile ripristinare la

funzionalità attraverso un’adeguata manutenzione, nella normativa UNI 9910 viene introdotta

la definizione di una nuova funzione detta disponibilità A(t) (Availability): Attitudine di

un’entità a esser in grado di svolgere una funzione richiesta in determinate condizioni a un dato

istante, o durante un dato intervallo di tempo, supponendo che siano assicurati i mezzi esterni

eventualmente necessari. In termini matematici si definisce disponibilità:

105

Dovendo perciò sostituire la definizione di MTTF con Mean Time Between Failure (MTBF) e

Mean Time To Repair (MTTR). Perciò:

4.1.3. Il guasto e curva di mortalità

Nello studio delle attività manutentive il fenomeno oggetto degli studi statistici e

probabilistici è il guasto (Furlanetto, 2006). Il guasto è l’evento che determina il passaggio da

uno stato all’altro in cui l’oggetto perde le sue funzionalità determinando delle variazioni non

accettabili per le prestazioni del sistema. Secondo la normativa ISO 10147 e UNI 9910 il

guasto è individuabile quando si verifica la cessazione dell’attitudine di un’entità a eseguire

la funzione richiesta che ne caratterizza l’uso. A seguito del guasto, il componente entra in

stato di avaria. Il guasto avviene quando le sollecitazioni superano il livello di resistenza di un

oggetto o perché l’oggetto è invecchiato e perciò ha abbassato la sua soglia di resistenza o

perché si trova ad operare in condizioni non previste a quelle a cui era preposto. I guasti sono

principalmente due:

casuali: legati a sporadiche sollecitazioni non previste,

legati all’invecchiamento: cioè al naturale degrado degli oggetti.

Una prima classificazione del guasto può essere in base alla sua entità:

1. guasto significativo o immobilizzante: è un guasto che genera un pericolo e/o

impedisce il movimento o causa un ritardo superiore ad una certa soglia,

2. guasto maggiore: è un guasto che deve essere riparato al fine di far svolgere al sistema

le funzioni per le quali è stato progettato.

3. guasto minore: è un guasto che consente comunque il raggiungimento delle

prestazioni specificate.

Le cause del guasto sono da ricercare principalmente nei seguenti motivi:

sollecitazioni, urti, fatica: sono funzione della distribuzione spaziale e temporale delle

condizioni di carico e dalla risposta del materiale. Assumono un ruolo fondamentale le

caratteristiche strutturali del componente e gli errori progettuali;

106

temperatura: è una variabile operativa che influisce notevolmente sulle prestazioni del

pezzo ed è funzione delle specifiche del materiale e della distribuzione spaziale e

temporale della fonte di calore;

usura: stato di degradazione fisica che si verifica in seguito a fenomeni di

invecchiamento nella normale attività;

corrosione: fenomeno strettamente collegato all’ambiente in cui il componente opera.

L’elemento che congiunge i due stati estremi di funzionamento e non funzionamento di un

pezzo è il tasso di guasto λ(t). Esso rappresenta la frequenza di guasto nella vita totale del

pezzo. Nel caso di usura esso assume classicamente la curva a forma di “vasca da bagno”

(Figura 54). Si può così dividere la vita utile del componente in tre parti:

1. un periodo iniziale definito “rodaggio” in cui i pezzi cominciano a svolgere la loro

funzionalità. In questo periodo alcuni di essi vanno incontro a mortalità infantile e il

tasso di guasto è generalmente molto elevato, tendente a ridursi progressivamente

(zona 1)

2. un periodo intermedio denominato “vita utile” (zona 2) in cui il componente è ben

assettato e può funzionare in pieno regime. Il tasso di guasto è minimo e pressoché

costante.

3. Una fase finale di “usura” (zona 3) in cui l’utilizzo prolungato ha deperito il

componente. In tale zona il tasso di guasto è crescente determinando sempre più

guasti fino alla fine della vita utile dello stesso.

Figura 54 - Tasso di guasto (Fonte: Furlanetto, 2016)

Riguardo l’affidabilità, la zona 2 riveste grande importanza, e può essere espressa con legge

esponenziale del tipo:

107

Come si evince dal grafico (Figura 55), il Mean Time Between Failure in tal caso assume

forma:

Figura 55 - Legge esponenziale negativa

Che può essere interpretato come un periodo medio tra due guasti costante nel tempo, avendo

in tal modo la possibilità di stimare il periodo entro cui il componente si guasterà. Andando

avanti nel tempo si trova la progressiva diminuzione del MTBF. La politica manutentiva volta

a eseguire operazioni cadenzate ad intervalli di tempo pianificati, chiamati metodi preventivi,

sono volti ad abbassare il tasso di guasto e quindi ad avere valori di MTBF sempre maggiori

(Garetti, 2012).

Manutenibilità

Secondo la normativa UNI 9910 si definisce manutenibilità l’ attitudine di una entità

(macchina o impianto), in assegnate condizioni di utilizzo, a essere riportata in uno stato nel

quale essa può svolgere nuovamente la funzione richiesta, con procedure e mezzi

opportunamente specificati. Dalla definizione si evince che:

la manutenibilità è una caratteristica intrinseca e diversa per ogni componente,

dipende dalle condizioni di utilizzo,

inoltre si può vedere come esiste una precisa relazione tra MTTR e la disponibilità, espressa

in Figura 56:

108

Figura 56 - Manutenibilità e Affidabilità (Fonte: Tertan, 2010)

4.1.4. Analisi affidabilistica di Weibul

I principali parametri affidabilistici sono:

densità di probabilità di guasto f(t): consideriamo un sistema bistabile, ovvero che può

assumere due diversi stati possibili (funzionante e non funzionante). Prendendo come

variabile il tempo, la probabilità di avere un guasto nell’intervallo tra t e t+dt è f(t)dt.

L’area totale sottesa da f(t) è uguale all’unità.

distribuzione di probabilità di guasto: guastabilità F(t). rappresenta la cumulata di

probabilità del guasto, ovvero la probabilità che il componente sia in stato di guasto al

tempo t.

affidabilità (Reliability) R(t): rappresenta la probabilità che al tempo t l’oggetto sia in

buon funzionamento e coincide con la probabilità che l’elemento si guasti

nell’intervallo da t a ∞.

L’affidabilità quindi è il complemento ad 1 della guastabilità.

La teoria dell’affidabilità è accompagnata da ulteriori parametri, detti “di affidabilità”, legati

al tasso di guasto. Essi sono già stati definiti come Mean Time Between Failure (MTBF) e

Mean Time To Repair (MTTR):

109

Dove r rappresenta la numerosità dell’insieme dei componenti guasti e t_ri il tempo di

riparazione del componente i-esimo.

Le relazioni che esistono tra le funzioni λ(t), R(t), F(t) e f(t) permettono, conoscendo una di

esse, di ricavare agevolmente le altre. Esistono molte leggi che descrivono la probabilità di

guasto nel tempo e quindi l’affidabilità, in ambito manutentivo le principali leggi matematiche

usate sono:

Gaussiana:

Esponenziale negativa:

Weibull:

La funzione di Weibull è descritta da due parametri positivi: θ e β. La sua duttilità,

come già esposto, permette di descrivere l’affidabilità durante tutte le fasi di vita del

componente. Il parametro θ rappresenta la resistenza temporale legata al componente

[tempo], il parametro β è un parametro di forma ed è un numero puro (Furlanetto,

2006). Quest’ultimo varia da 0,5 a 5 e, al suo variare, la funzione assume diversi

andamenti (Figura 57):

110

Figura 57 - Funzione di Weibull al variare di Beta

Si illustrerà nel capitolo 5 l’applicazione della teoria dell’affidabilità appena esposta

attraverso funzione di Weibull per il caso studio della manutenzione preventiva per la

tornitura delle ruote ferroviarie per la Ferrovia Canavesana.

4.2. Strategie manutentive

4.2.1. Tipologie e tempi della manutenzione

La normativa UNI

9910 (EN13306) definisce un componente guasto quando cessa

l’attitudine a eseguire la funzione richiesta. Possiamo dividere le strategie manutentive in due

categorie: quelle volte a riparare guasti e quelle volte a prevenirne l’insorgenza. La prima

prende il nome di manutenzione correttiva (UNI 9910), la seconda di manutenzione

preventiva (UNI 9910). L’obiettivo di entrambe è la mitigazione e la minimizzazione della

condizione fuori uso per usura dei componenti soggetti ad invecchiamento per fatica. Per

avere una chiara e corretta pianificazione delle attività manutentive è necessario possedere

una dettagliata documentazione storica dei processi e delle occorrenze di guasto, una

disponibilità di magazzino sufficiente a far fronte alla maggior parte dei problemi, avere

personale addestrato e competente nel funzionamento dei macchinari. La normativa definisce

guasto istantaneo un evento improvviso e non prevedibile. Tale situazione si manifesta

quando lo stress a cui è sottoposto il componente supera la sue resistenza, diminuita nel tempo

a causa dell’usura. Tutti questi elementi sono descritti in maniera grafica nella forma “a vasca

da bagno”: inizialmente il personale non è addestrato all’uso delle macchine ed essa ha

bisogno di un periodo di assestamento, questo concorre ad avere tassi di guasti elevati ma

decrescenti nel tempo (zona 1). A seguire questa prima fase di rodaggio, il tasso di guasto si

assesta ad un valore costante durante la vita utile del componente finché, per usura, comincia

a mostrare cedimenti. La condizione di usura è funzione sia del tempo (ore di lavoro

accumulate) sia del suo utilizzo (condizioni di lavoro). Le strategie manutentive sono volte a

111

far permanere il tasso di guasto più possibile nella zona di vita utile e costante nel tempo,

affinché l’operatività della macchina risulti massima. Tipicamente tra il manifestarsi del

guasto e le tempistiche di intervento di manutenzione trascorre un tempo, denominato ritardo

amministrativo, dovuto al periodo legato allo studio del guasto, al reperimento delle risorse e

al trasferimento alla squadra manutentiva del pezzo. La UNI 9910 riporta uno schema

esemplificativo per comprendere i tempi tipici del fenomeno (Figura 59). Come si può notare

dal grafico, sono individuabili diverse tempistiche:

Rallentamento: la macchina continua la sua produzione ma in maniera rallentata. Il

rallentamento è da intendersi sia fisico sia nel livello di qualità di produzione. È in

questo intervallo di tempo che l’operatore o il fruitore della macchina deve segnalare il

decadimento prestazionale all’officina competente, portando ad un’azione tempestiva

della manutenzione.

Ritardo amministrativo: come descritto in precedenza, è legato alle tempistiche di

studio e conoscenza del problema da parte della squadra manutentive ed inoltre al

tempo di reperimento dei componenti per effettuare le riparazioni. Inoltre sono legati

ad esso anche tutte le tempistiche legate all’eventuale “coda” di manutenzione: non è

assicurata la disponibilità immediata di squadre manutentive o postazioni libere per

effettuare tutte le lavorazioni. È compito dell’impresa ridurre al minimo questo tempo

per avere una politica manutentiva efficiente e capace di rispondere tempestivamente

alle esigenze di produzione aziendale.

Tempo di manutenzione: è possibile individuare quattro componenti:

 Tempo di ricerca e rilevazione dell’anomalia segnalata:

il tecnico effettua una valutazione più approfondita

rispetto al tempo amministrativo tramite diagnostica

diretta sulla macchina o tele diagnostica.

 Tempi di trasporto: sia le risorse, arrivate e presenti in

magazzino, sia i componenti hanno bisogno di essere

spostati in adeguate aree dove andranno in lavorazione.

 Tempo di effettiva riparazione.

 Tempo di controllo: si effettuano delle verifiche di

controllo prima della rimessa in opera del pezzo

precedentemente guastato.

112

praticamente nullo durante l’intero stato di funzionamento della macchina, a svantaggio però

vi sono le perdite di ricavi prolungate per un tempo relativamente lungo di fermo, la non

pianificazione dell’intervento e il costo della riparazione generalmente elevato rispetto ad

altre politiche. Questa gamma di interventi sono di tipo tradizionalista, rimangono valide in

assenta di costi di fermo elevati e riparazioni veloci oppure quando il ciclo produttivo può

essere esercitato da una seconda macchina. Questa politica riveste un ruolo importante quando

i macchinari hanno un elevato valore tecnologico, la fornitura preventiva prima

dell’insorgenza del guasto richiederebbe un onere economico notevole.

La manutenzione preventiva

La normativa UNI 9910 classifica come manutenzione preventiva quella eseguita a intervalli

predeterminati o in accordo a criteri prescritti e volta a ridurre le probabilità di guasto o la

degradazione del funzionamento di una entità (norma UNI 9910). Questa politica quindi è

basata sulla sostituzione di componenti ancora funzionali, in modo da diminuire la probabilità

di cedimento non controllato e avere un minore fermo possibile. Si sono sviluppate

principalmente tre tecniche:

programmazione statica: i periodi temporali tra una sostituzione e l’altra sono fissi e

decisi a priori in base ai limiti di usura. Essi sono determinati dalle condizioni di usura

e dalle esigenze di sicurezza. Nell’ambito dei trasporti le politiche si sono

maggiormente orientate verso tale scelta.

programmazione dinamica: la storia dei guasti fornisce il cadenzamento temporale

entro cui eseguire le attività di manutenzione. Si calibra il calendario attraverso le

prime due misurazioni MTBF, per poi aggiornare continuamente a seconda della storia

evolutiva dei guasti. Tale approccio risulta competitivo in termini economici e

temporali. Lo svantaggio è legato a quei componenti di difficile previsione di

decadimento e quando non vi sono dati storici attendibili, il rischio è la sostituzione di

pezzi ancora funzionali e nel pieno della loro vita utile.

programmazione su condizione: una politica valida e spesso usata è legata alla

valutazione dello stato di usura del componente. La programmazione su condizione si

basa su cicli di smontaggio e rimontaggio durante i quali si analizzano le condizioni

del pezzo. Un elemento di criticità di tali interventi risulta il possibile aggravio delle

condizioni dovuto a guasti indotti. Per tali motivi non si eseguono manutenzioni su

condizione dell’intera macchina ma generalmente solo di singoli pezzi ed elementi di

114

criticità. Inoltre tale politica è correlata ad una adeguata formazione della squadra

manutentiva.

La politica scelta và comunque individuata facendo un bilancio tra:

 spese di manutenzione: materiali, consumi, fermo macchina, personale, ecc.

 guadagno economico: ricostituzione dello stato della macchina.

La manutenzione predittiva

In riferimento all’individuazione di grandezze fisiche correlate ad un possibile guasto del

componente. L’idea è riconducibile alla filosofia di non creare fermi improduttivi ma

segnalare preventivamente la possibilità di insorgenza del guasto. Un tipico esempio è la

correlazione tra l’aumento di temperatura di un cuscinetto e la vita utile ancora disponibile.

Uno dei principali svantaggi di questa filosofia, oltre alla difficoltà di analisi e

l’individuazione di tali grandezze, risiede nell’elevato costo legato a tecnologie volte al

monitoraggio.

La manutenzione produttiva (TPM)

La filosofia si basa sulla visione d’insieme del ciclo produttivo aziendale. Se il personale

addetto alla produzione fosse in grado di riconoscere e provvedere alla manutenzione della

macchina si riuscirebbe a produrre un guadagno sia in termini temporali sia economici. Le

problematiche legate alla sua applicazione sono chiare: coinvolgimento massiccio del

personale, variazione nelle abitudini lavorative, ecc.

Il controllo e la politica decisionale di questi elementi sono di competenza della parte

manageriale legata alla parte manutentiva dell’impresa. Avendo chiari gli obiettivi della

produzione è possibile personalizzare la decisione aziendale. Seguire un iter preciso e

pianificato della politica manutentiva e verificare le fasi eseguite ad ogni ciclo sono passaggi

necessari al fine di incrementare la competenza del reparto manutentivo e fornire una

soluzione sempre più tempestiva, economica ed efficace per l’intera impresa. Proprio tale

elemento di novità negli ultimi anni, ha integrato la manutenzione nella vita quotidiana della

produzione ed elevato gli addetti ad una posizione maggiormente manageriale, facendo

assumere ai dirigenti di questi reparti decisioni con pesi rilevanti sulla vita e sul bilancio

aziendale.

115

4.2.3. Cicli e trama manutentiva in ambito ferroviario

Riassumendo, esistono due filoni di pensiero antitetici per la manutenzione: prevedere e

intervenire a posteriori, ovvero eseguire solo riparazioni, oppure stabilire un sistema di

revisione cadenzate in modo da agire preventivamente. La scelta dipende sia da caratteri

economici, sia dalla natura del componente interessato. Spesso nell’ambito ferroviario si

adottano entrambi le soluzioni al fine di garantire livelli di sicurezza e prestazione medio - alti

(prescritti da normativa ANSF). La manutenzione preventiva non elimina la possibilità

dell’insorgenza di guasti accidentali. il tratto comune di qualsiasi politica risulta il

miglioramento della prestazione offerta e la corretta gestione dei costi. A tal fine sono state

proposte numerose politiche manutentive, in continua evoluzione, e la sistematizzazione di

tali processi fin dall’inizio vita del materiale rotabile. Ogni impresa ferroviaria necessità di un

centro di coordinamento per la gestione della manutenzione del materiale rotabile. Tale centro

necessita di una comunicazione con la gestione dell’esercizio al fine di operare in perfetta

simbiosi e garantire la migliore qualità del servizio. Il piano di manutenzione è redatto

periodicamente e vi sono illustrate tutte le operazioni preventive per ciascun rotabile. Tale

documento è composto di: trama manutentiva, fiche di riparazione, scheda di manutenzione

(Giannone, 2010).

Trama manutentiva

Essa è definita per ciascun rotabile. Si divide il mezzo nelle unità fisiche soggetto delle

manutenzioni. Per ognuna si riporta la cadenza degli interventi da eseguire. Viene indicato fin

da subito il ciclo operativo degli interventi di manutenzione dove si riportano le percorrenze

chilometriche da rispettare in scadenza e la tipologia di lavoro da eseguire (Figura 60). La

documentazione della trama manutentiva è compilata dal costruttore, in continuo

aggiornamento in base ai dati provenienti dall’esercizio delle imprese che utilizzano il loro

materiale, e in accordo con la normativa di legge vigente, principalmente redatta da ANSF o

Normativa Europea (EN). Nella trama manutentiva recepita dal Gruppo Torinese Trasporti, si

suddividono gli interventi in:

S: Sicurezza (prescritte per la circolazione su rete RFI),

R: Regolarità di esercizio (finalizzate al mantenimento, nel tempo, dell’affidabilità e della

disponibilità dei mezzi),

116

C: Comfort, decoro o altro (finalizzate al mantenimento, nel tempo, degli standard qualitativi

del servizio).

Figura 60 - Estratto trama manutentiva TTR Ale501-Le220-Ale502 (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti, 2016)

Verrà illustrata più specificatamente il contenuto della trama manutentiva dei TRR oggetto di

studio nel paragrafo 4.3. Viene illustrata inoltre nella trama manutentiva la suddivisione delle

competenze dei manutentori:

ANT

Antincendio

CAR - ROD

Carrello / Rodiggio

ELE

Circuiti elettrici

PNE

Impianto pneumatico e freno

POR

Porte

STB

Sistema tecnologico di bordo

TEC

Telaio a cassa

TER

Trazione e repulsione

Tabella 16 - Ambiti di competenza della trama manutentiva

Fiche di riparazione

Associato ad ogni specifica fase della manutenzione, si fa riferimento ad una precisa fiche

manutentiva per gli interventi descritti nella trama manutentiva. Sono contenuti nella Fiche

tutti i riferimenti alle schede di manutenzione, una breve descrizione degli interventi, un

riepilogo delle scadenze programmate e la relativa categoria dell’intervento (Figura 61).

117

Figura 61 - Estratto fiche manutentiva di 1° livello TTR Ale501-Le220-Ale502 (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti, 2016)

Scheda di manutenzione

Tratta dal manuale di manutenzione, è riferita al singolo soggetto di cui si richiede

l’intervento. Sono riportati i dati tecnici del componente, i disegni di progetto, le modalità di

esecuzione della misurazioni e degli interventi. Sono inoltre descritti gli attrezzi necessari per

operare, le tolleranze, i materiali usati per la costruzione, il riferimento normativo. Il

personale addetto alla manutenzione deve essere formato ed avere ottima padronanza delle

schede di manutenzione. (Figura 62). La stesura di tali documenti ha la struttura competente

in ciascuna impresa e viene denominata UTMR (Unità Tecnologie Materiale Rotabile). La

direzione dell’UTMR recepisce la Trama manutentiva dal costruttore, redige la Fiche insieme

all’impianto che effettua la manutenzione stila, in copia uguale o leggermente aggiornata, le

schede manutentive fornite dal costruttore (Giannone, 2010).

Figura 62 - Estratto scheda di manutenzione IT-001-GEN (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti, 2010)

118

4.3. La manutenzione del materiale rotabile

Il materiale rotabile, al pari di tutte le macchine meccaniche usate dalle aziende per garantire

la produzione o il servizio, ha bisogno di manutenzione. Il mantenimento in uno stato

efficiente di esso è volto a evitare l’insorgenza di guasti, assicurare la regolarità dell’esercizio

e la sicurezza del viaggio, garantire un livello adeguato di comfort per i passeggeri o

salvaguardare l’integrità delle merci trasportate ed infine mantenere il materiale rotabile

stesso per preservare la vita utile del mezzo. Nell’attività di manutenzione non sono da

trascurare tutti gli aspetti legati al decoro e alla pulizia sia della fiancata esterna sia dei locali

interni. Per tali aspetti è fondamentale per un’impresa ferroviaria avere un piano regolatore

della manutenzione, opportunamente cadenzato, e prevedere dei giri macchina tali da

osservare i giusti tempi per queste attività. Come si è descritto nei paragrafi precedenti,

l’azienda può decidere di intervenire solo a posteriori, ovvero di eseguire interventi di

riparazione a seguito di avarie, oppure di pianificare azioni preventive allo scopo di annullare

le anomalie che possono compromettere l’erogazione del regolare servizio e la sua sicurezza.

Avendo presente l’alto grado di sicurezza proprio dell’esercizio ferroviario, come descritto

nel paragrafo 2.1 e presente nelle direttive ANSF (paragrafo 3.3.3), le imprese ferroviarie

sono state orientate verso la seconda scelta, non potendo comunque escludere l’insorgenza di

guasti e quindi la possibilità di intervento a posteriori. L’usura del materiale rotabile dipende

essenzialmente da due fattori: il tempo di esercizio e l’entità del lavoro svolto (Tertan, 2016).

Tempo e fatica operano contemporaneamente nel deperimento del materiale rotabile: il primo

è maggiormente legato al materiale stesso mentre il secondo aspetto si lega maggiormente al

funzionamento delle parti meccaniche. In quest’ottica il distanziamento delle manutenzioni è

stato concepito in base a criteri temporali o di esercizio svolto, ponendo anche una riflessione

in termini economici e di disposizione di mezzi. Le aziende si dividono sulla scelta di

prevalenza dell’uno rispetto all’altro, in base alle esigenze di esercizio e al tipo di linee

servite: Trenitalia, data la sua operatività sull’intero territorio nazionale e grande

movimentazione di mezzi, possiede un cadenzamento manutentivo basato sul tempo per

quanto riguarda i veicoli trainati e sull’esercizio svolto per i mezzi di trazione; il Gruppo

Torinese Trasporti che opera in spazi circoscritti e in cui il materiale rotabile compie un

servizio “a navetta” tra due capolinea, basa l’intera attività manutentiva su base chilometrica,

ovvero in funzione dell’esercizio svolto dalle macchine. Tutti i piani manutentivi devono

essere conformi alle direttive delle aziende costruttrici e comunque devono essere revisionati

ed approvati da personale certificato ANSF.

119

4.3.1. La manutenzione preventiva in campo ferroviario

Il materiale rotabile è composto da un’enorme quantità di pezzi che operano simultaneamente

per assicurare il moto del veicolo. L’usura di essi tuttavia non è simultanea, ma differenziata

nel tempo in base alle condizioni in cui essi operano in esercizio, inoltre tra i diversi organi

sono accettate tolleranze differenti in termini di usura, determinando una scadenza diversa per

i vari componenti. Oltretutto è necessario considerare che, per operare sul singolo pezzo,

potrebbe essere necessario lo smontaggio di ulteriori pezzi, provocando un aggravio in termini

temporali ed economici per eseguire la singola operazione di manutenzione. A tal proposito si

cerca di racchiudere le manutenzioni delle parti collegate in un unico momento. In caso di

guasti talvolta è necessario smontare e riparare componenti le quali sono state revisionate

recentemente, procedendo quindi con lo smontaggio di altre parti che non necessitano

revisioni e producendo come risultato uno scarso rendimento dell’officina e relativa spesa. Un

altro aspetto da tenere in considerazione è il rapporto tra gli interventi di manutenzione e

l’esercizio programmato: se si dovesse mettere fuori servizio un convoglio non appena

raggiunge l’usura del componente, sarebbero necessari numerosi convogli di riserva per

garantire il programma del servizio; raggruppando gli interventi tale numero diminuisce

drasticamente. Per i motivi appena descritti si evidenzia la necessità di unire il più possibile

gli interventi di manutenzione, avendo pianificato a priori un programma che faciliti

l’organizzazione dell’esercizio e dell’officina di riparazione.

In ogni impresa ferroviaria la quantificazione del distanziamento temporale tra interventi

manutentivi preventivi è affidata al reparto “Servizio Materiale e Trazione”. Essi compilano i

giri macchina in collaborazione con la “Direzione dell’Esercizio e Circolazione” trovando la

soluzione ottimale alle problematiche di entrambi le parti, specie legate alle tempistiche e alla

disponibilità del materiale rotabile. In questa valutazione è necessario prendere in

considerazione:

la durata tecnica (espressa in ore o chilometri di esercizio) di ciascun rotabile.

l’accrescere sempre più rapido dell’usura e dei consumi del singolo componente,

rendendo progressivamente alcuni difetti sempre più irreparabili e il conseguente

deperimento degli organi ad esso connesso. In tal senso gli interventi di manutenzione

risultano sempre più onerosi anche in termini economici.

l’onere economico crescente, proporzionale con l’usura del componente.

120

l’esigenza economica di ammortizzamento dell’intervento precedente, cercando di

rendere conveniente il ciclo di manutenzione previsto.

Si delinea così un problema di minimo costo nel quale i parametri sono definiti sia dalle spese

intrinseche della manutenzione ma anche dalle condizioni di esercizio del materiale rotabile.

La via suggerita per la risoluzione di questo problema comprende due aspetti fondamentali

(Tertan, 2016):

la minimizzazione del singolo costo dell’operazione, qualsiasi essa sia;

lo studio dell’opportuna distanza e alternanza tra il materiale rotabile che renda

minimo il costo complessivo del giro macchine e quindi delle operazioni complessive

sull’intera flotta a disposizione.

Va ricordato comunque che l’aspetto economico deve supportare le condizioni di esercizio

richieste e che, per entrambi le parti coinvolte in queste decisioni, l’obiettivo unico è la

massima efficienza e continuità del servizio erogato dall’impresa. Stabilita la situazione più

favorevole per l’impresa, occorre attuare continue variazioni al fine di sopperire a tutti gli

interventi imprevisti cercando di mantenere la coerenza con la strategia ottima adottata in fase

di pianificazione e avendo presente dove agire al fine di minimizzare la perturbazione nella

pianificazione globale del rapporto tra esercizio e manutenzione. L’occorrenza di guasti, di

ritardi nelle lavorazioni e gli stessi limiti di modello, che si basano su studi probabilistici,

sono i principali autori di queste variazioni. Lo studio dettagliato degli scenari,

l’accrescimento di dati storici disponibili e la pratica quotidiana nella gestione delle risorse,

sia in termini umani sia di macchine, permette di sopperire con celerità e competenza su

questi sfasamenti. Va ricordato inoltre che, data l’importanza che riveste questo delicato

rapporto tra le parti, la pianificazione deve sempre orientarsi a scelte cautelative e non

eccessivamente rigide, devono essere individuati limiti di intervalli e tolleranze nelle scelte

ponendosi inizialmente in condizioni più sicuri ed eventualmente variare a posteriori tali

limiti verso condizioni più convenienti.

È evidente quindi che, grazie allo studio di modelli accompagnati dalla pratica quotidiana, è

possibile stabilire la durata degli interventi nei quali il rotabile non è disponibile per

l’esercizio, stabilire i mezzi necessari all’officina per soddisfare le esigenze lavorative,

organizzare i turni di lavoro e il personale, provvedere al materiale necessario per svolgere le

manutenzioni. Dalla pianificazione degli interventi di manutenzione preventiva, risulta

121

fondamentale comprendere la disponibilità di lavoro di ciascuna officina a disposizione, quali

convogli dovranno essere assegnati alla riparazione e con quali tempistiche, concedendo alle

singole unità di sopperire preventivamente alle varie esigenze. Ogni impresa stipula questi

programmi su orizzonti temporali differenti: una buona organizzazione riesce a fare

programmi annuali, organizzazioni meno accurate hanno limiti temporali semestrali o mensili.

4.3.2. Proposte di evoluzione nella manutenzione del materiale rotabile

Recentemente sono state proposte strategie più efficienti al fine di ridurre i tempi di inattività

e i costi superflui. Questi metodi si basano principalmente sull’introduzione di sensori ed

apparecchiature supportate da intelligenza artificiale collegate a sale di diagnostica in cui

opera il personale addetto alla manutenzione del materiale rotabile. Già nella normativa UNI

EN 13306 (Terminologia di manutenzione, 2010) in materia di manutenzione, si distingue

nell’ambito della manutenzione preventiva la manutenzione programmata e la manutenzione

su condizione¹⁰. Fino ad ora la manutenzione trattata si è basata sulla programmazione,

l’elemento di novità consiste nel monitoraggio delle prestazioni e dei parametri di

funzionamento del componente, controllando i provvedimenti da prendere conseguentemente.

La manutenzione su condizione si basa sull’analisi dell’evoluzione dello stato effettivo del

componente, monitorata tramite una serie di misurazioni, controlli visivi, prove non

distruttive senza la necessità di smontare le parti del materiale rotabile. Tale metodologia non

si avvale di metodi statistici, come quelli visti precedentemente, ma l’andamento dei

parametri monitorati. Viene perciò abbandonata l’idea del cadenzamento manutentivo su base

temporale e si introduce la possibilità di basare la manutenzione sulla reale condizione di

salute della macchina. Questa filosofia di manutenzione non ha indubbi vantaggi sugli aspetti

economici e di esercizio, ma riveste un ruolo chiave anche nella progettazione del materiale

rotabile poiché il mezzo deve essere dotato di una serie di strumenti atti a garantire il

monitoraggio dell’usura nel tempo. Al contempo si intuisce come tali sistemi richiedano il

monitoraggio di ogni singolo componente, rendendo indispensabile il monitoraggio di tutte la

parti che compongono il materiale rotabile (Corfiati et al., 2011).

Come già visto nel paragrafo 4.2.1, il fermo di una macchina avviene progressivamente nel

tempo e a seguito del momento in cui si identifica il guasto potenziale. Nella pratica

quotidiana sono molteplici i modi in cui si può identificare un guasto potenziale, l’intervallo

¹⁰ (Trad.) On condition: da “condizionale”, indica una scelta oggettiva supportata dalla decisione di un operatore

introdotta nel sistema e non discrezionale.

122

tra questo punto e il momento di fermo per guasto rappresenta il range di azione della

manutenzione predittiva. Una manutenzione CBM (Condition Based Maintenance) si delinea

in tre fasi:

1. Acquisizione dei dati;

2. Elaborazione dei dati;

3. Fase decisionale e delineazione delle politiche di manutenzione.

L’introduzione di tali strategie permettono di effettuare gli interventi solo quando è

necessario, creando un sistema più efficiente sia in termini economici sia logistici. Un’altra

implicazione è la possibilità di variare il carico di lavoro in base allo stato della macchina,

permettendo di allungare la vita utile del sistema. Tuttavia tale tecnologia, applicata in campo

ferroviario, si adatta male alle diverse condizioni in cui il materiale rotabile è costretto a

funzionare (specialmente condizioni climatiche ed ambientali). Data la non stazionarietà del

materiale, dalla costruzione all’esercizio, i dispositivi di monitoraggio necessitano di un

collegamento wireless con un centro manutentivo, complicando ulteriormente l’applicazione

di tale tecnologia. Una volta implementato il sistema è in grado di fornire informazioni su:

la tipologia di componente nel quale si registrano guasti,

i sintomi del mal funzionamento,

il tempo previsto che decorre fino al fermo macchina,

le implicazioni del guasto sull’intero sistema,

le azioni di manutenzione da adottare.

Attualmente la tele diagnostica nel campo ferroviario non è ancora stata raggiunta, dovendo

sopperire ancora a numerosi problemi. Un investimento in questa direzione può portare ad un

sistema sempre più efficiente e migliorare la concorrenza con altri sistemi di trasporto

(Corfiati et al., 2011).

4.3.3. La manutenzione del materiale rotabile sulla Ferrovia Canavesana

Il centro di manutenzione è sito presso il capolinea di Rivarolo Canavese, nella parte nord-

occidentale della linea e anche sede della Direzione di Esercizio e Circolazione. Attualmente

su base mensile i due reparti si incontrano in una riunione e, conoscendo la percorrenza media

settimanale di ogni convoglio, avendo precedentemente stabilito il distanziamento tra due

interventi di manutenzione, stabiliscono i mezzi che matureranno la percorrenza stabilita.

Sottraendo dal numero totale questi convogli e i convogli già presenti in manutenzione non

123

concluse, si ottengono i mezzi disponibili per l’esercizio divisi a loro volta tra macchine

viaggianti e riserve. Si determinano così il fabbisogno di mano d’opera in officina, di

manovratori tra la linea e i binari di manutenzione o ricovero e le scadenze da rispettare nelle

riparazioni. Ne deriva inoltre il monte ore complessivo di lavoro di officina, si individuano i

“colli di bottiglia” nell’intero processo, vengono evidenziate le principali problematiche e

carenze sia lato pianificazione sia in termini di risorse. Si stabiliscono inoltre il monte ore di

inutilizzo per ogni convoglio, uno dei principali parametri che verrà utilizzato nella parte

simulativa (capitolo 6). Mediante un opportuno sistema di coordinamento la parte dirigenziale

dell’officina può stabilire il carico lavorativo delle attività di manutenzione: inizialmente

esaurendo le risorse a disposizione in officina e successivamente prendendo la decisione di

appoggiarsi a ditte esterne quali le Officine Grandi Riparazioni e le Squadre Rialzo di

Trenitalia o altre industrie private. È necessario non saturare completamente le risorse di

officina, lasciando sempre spazio per le situazioni impreviste derivanti dall’esercizio. Come

già accennato, avendo una naturale divergenza tra la situazione pianificata e la realtà, è

prevista nella sede centrale di GTT un’azione di monitoraggio della situazione con

conseguente continuo cambio di programmazione.

Per i convogli in esame (Ale501-Le220-Ale502) la trama manutentiva approvata da ANSF nel

2016 (protocollo 008448/2015) prevede le seguenti periodicità manutentive, e relativi

multipli:

 R1 controlli ed attività manutentive da effettuarsi ogni 12500 km (-5% / +10%) di

percorrenza,

 R2 controlli ed attività manutentive da effettuarsi ogni 25000 km (-5% / +10%) di

percorrenza,

 R3 controlli ed attività manutentive da effettuarsi ogni 50000 km (-5% / +10%) di

percorrenza,

 RG revisione generale da effettuarsi ogni

1200000 km

(-5%

+10%) di

percorrenza da effettuarsi presso centri specialistici (Vado Ligure per questo

convoglio),

 MT scadenze eccezionali a tempo o chilometri.

Le attività con periodicità R1, R2, R3 e MT fanno riferimento ai manuali redatti dalla ditta

costruttrice (Alstom) ed alle normative e disposizioni emesse sia dell’esercente che dagli Enti

aventi titolo ad operare nell’ambito della sicurezza ferroviaria quali ANSF. Sono presenti in

124

questo documento tutte le particolarità descritte nel paragrafo 4.2.3. Il documento si compone

della descrizione dei lavori nei seguenti ambiti, rimandando ai singoli manuali di

manutenzione per la descrizione tecnica delle attività:

Operazioni preliminari

Collaudo e prove finali

Carrello motore

Carrello portante

Impianti cassa e struttura

Sottocassa

Imperiale

Cabina di guida

Interno comparto

Esterno cassa

Toilette

Pantografo

Apparecchiature A.T.

Trazione

Ausiliari e relativi circuiti

Circuiti ed apparecchiatura B.T.

Videosorveglianza, pannelli indicatori, impianto di sonorizzazione

Impianto di climatizzazione cabina di guida

Impianto climatizzazione comparto passeggeri

Sistema tecnologico di bordo (STB)

Integrazione apparati STB

Antipattinaggio - antislittante

Sistema informatico di bordo

Collegamenti messi a terra

Gruppo primo alzamento pantografo

Impianto pneumatico e freno

Gruppo sospensione automatica

Dispositivi antincendio

Tabella 17 - Tipologia di lavorazioni nell’attività manutentiva (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti, 2016)

Ognuna di queste sezioni è suddivisa negli interventi specifici ai singoli componenti, a loro

volta accompagnati da una breve descrizione e ai riferimenti ai manuali specifici di

125

manutenzione. Inoltre si riportano a lato i riferimenti del cadenzamento pianificato per le

singole attività e la categoria.

L’azienda ha pianificato anche le tempistiche per ogni operazioni di manutenzione, in base

alle risorse disponibili (Tabella 18):

Tipo

Periodicità

Durata massima

Impiego stimato

Composizione squadra

[gg lavorativi]

[ore]

[addetti]

12500 km

25000 km

50000 km

Tabella 18 - Attività di manutenzione programmata (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti, 2016)

Si farà ora cenno all’attuale politica di manutenzione in ambito di ruote ferroviarie. Tale

aspetto riveste un ruolo di notevole interesse in quanto esse risultano il componente

maggiormente dipendente dall’esercizio poiché la loro usura è funzione dell’infrastruttura (dal

tracciato ferroviario che caratterizza le resistenze al moto), dal comportamento di guida dei

macchinisti (in particolare dal sistema frenante e da come esso è utilizzato in marcia) e infine

dal tempo di vita, come per gli altri componenti. Per queste ragioni è impossibile da parte del

costruttore fornire indicazioni precise sulle tempistiche di tornitura delle ruote, fornendo nella

trama manutentiva un valore massimo di riprofilatura delle ruote valido sull’intero territorio

nazionale (direttiva ANSF) pari a 300000 km, raccomandando tuttavia la revisione delle ruote

ad ogni ingresso del convoglio in officina. Questo vuoto di informazioni è gestito in maniera

diversa dalle imprese ferroviarie, costringendo comunque ad una bassa tempestività nella

programmazione della tornitura, operazione onerosa in termini di tempo e risorse utilizzate.

Nell’ottica di ottimizzare la pianificazione del processo manutentivo dei materiali rotabili, tale

vuoto deve essere colmato: la via “on condition” proposta nel paragrafo 4.3.2 potrebbe essere

una soluzione ma, in assenza di queste tecnologie, si proporrà in seguito un metodo statistico

basato sugli elementi visti in questo capitolo. Attualmente sulla ferrovia Canavesana la

manutenzione delle ruote si compone di un’analisi tramite tecnologia CALIPRI^® (Figura 64)

che permette di ottenere il profilo della ruota da confrontare con le tolleranze prescritte nella

Procedura Operativa IT-001-GEN¹¹. La tecnologia CALIPRI^®è una strumentazione laser che

misura il profilo senza contatto e visualizza i valori delle principali grandezze impostate su un

supporto informatico. L’operatore, posto nel vano antistante i binari di manutenzione,

¹¹ Documento interno Gruppo Torinese Trasporti costituente la scheda di manutenzione per il controllo delle sale

montate. Verrà illustrato il contenuto in dettaglio nel paragrafo 4.4.

126

Tale sistema permette all’officina una pianificazione a breve termine (qualche mese) della

riprofilatura delle ruote, costringendo all’interpretazione soggettiva dell’evoluzione del

fenomeno da parte degli operatori e necessita di un’alta specializzazione ed esperienza degli

addetti dell’officina. L’attuale processo decisionale è svolto sulle singole ruote e differenzia la

tornitura per ogni assile, al fine di non caricare l’officina di una manutenzione non

programmata di una durata massima di 8 giorni lavorativi. Si evince come questo rappresenti

un problema nella gestione del processo e una perdita non solo in termini di efficienza ma

anche economici in quanto, dato le risorse limitate e la scarsa prevedibilità, l’azienda si avvale

di servizi erogati da ditte esterni con costi maggiori. Si proverà successivamente a fornire una

proposta a tale problematica.

128

4.4. La manutenzione delle ruote ferroviarie

Le verifiche da effettuare sulle sale montate sono di tipo sia visivo che strumentale e devono

essere obbligatoriamente fatte nel rispetto dei tempi e delle modalità indicate nei piani di

manutenzione dei vari rotabili. Tutti i controlli, indipendentemente dalla frequenza prevista

nel piano di manutenzione, dovranno sempre essere eseguiti quando i carrelli hanno subito

urti anomali. Le ispezioni visive devono essere svolte ogniqualvolta il materiale rotabile è

disponibile per tale ispezione. Tutte le volte che, durante queste ispezioni, dovessero

riscontrarsi anomalie sui cerchioni, sui bordini, nei centri ruota o sulle superfici di

rotolamento, si dovrà obbligatoriamente procedere con le opportune verifiche strumentali

(quali la misurazione con CALIPRI^®,descritta nel paragrafo 4.3.3) al fine di accertare l’entità

di quanto riscontrato. La misurazione con strumentazione laser è comunque accompagnata da

misurazioni con calibri omologati FS (n° 65105) e profilometri.

Bordino

Le grandezze rappresentative delle condizioni del bordino e di cui occorre rilevare le quote

sono (Figura 64):

quota A: altezza bordino,

quota G: grossezza bordino,

quota Q_R: quota rappresentativa del corretto profilo del bordino sulla sua faccia attiva.

I valori da ritenersi accettabili sono (Tabella 19):

Misurazione

A nuovo

Max usura

Quota A

28 mm

36 mm

Quota G

32,5/33 mm

25,5 mm

Quota Q_R

> 6,5 mm

Tabella 19 - Dimensioni accettabili del bordino (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

Quando anche solo una delle precedenti quote non rientra nei limiti indicati, bisogna

intervenire con apposita attrezzatura al fine di ridurre i valori prescritti. Ciò dovrà essere fatto

anche quando i valori sono compresi nei limiti esposti ma si riscontra la presenza di spigoli

vivi sulla faccia attiva del bordino. Qualora l’intervento non fosse sufficiente a ripristinare i

valori accettabili, si procede con una seconda riprofilatura o la sostituzione della sala.

129

Spessore di rotolamento

Un’ulteriore verifica è da effettuare sullo spessore di rotolamento S_c su ruote con cerchione

riportato. Il valore della quota è accettabile se non è inferiore a 35 mm. Quando lo spessore è

inferiore a tale limite si procede con la sostituzione della sala.

Larghezza del cerchione

Successivamente si procede al controllo della larghezza del cerchione (LC in Figura 65):

indicando con LCN la larghezza del cerchione “a ruota nuova” e con ΔL la differenza (L_C-

LCN), la larghezza misurata è accettabile se è soddisfatta la relazione ΔL < 5 mm. Per i TTR

Ale501-Le220-Ale502 la misura di L_CNvale 135 mm. Quando il valore di ΔL è superiore al

limite occorre riprofilare la ruota o sostituire la sala.

Scartamento interno e parallelismo delle facce

Quando la sala è in opera si esegue la rilevazione dello scartamento interno con un’unica

misura a livello del binario. Lo scartamento interno è accettabile quando la quota misurata è

1360 mm (+3/-1) e il parallelismo è accettato se la differenza tra due quote misurate non è

superiore a 2 mm.

Integrità della ruota

Da effettuare tramite controlli non distruttivi sul centro della ruota e sull’assile. I controlli non

distruttivi sono di tipo visivo e acustico, il secondo effettuato tramite ascolto della percussione

di un martello battente.

Sfaccettature sul piano di rotolamento

Le sfaccettature presenti sul piano di rotolamento originatosi dal pattinamento (paragrafo

1.1.1) della ruota sulla rotaia, può assumere varie forme e dimensioni. È opportuno definire i

limiti dimensionali al fine del corretto contatto ruota-rotaia. Qualora l’esame visivo evidenzi

difetti, bisogna misurare la lunghezza e la profondità della sfaccettatura e confrontare con i

seguenti intervalli:

Profondità sfaccettatura

0,5 mm

Lunghezza sfaccettatura

44 mm

Il piano di rotolamento può essere soggetto da ulteriori difetti, di cui si riportano le tolleranze

(Tabella 20):

130

5. Ottimizzazione degli interventi di manutenzione preventiva.

Caso studio: la riprofilatura delle ruote sulla Ferrovia

Canavesana

Il presente capitolo è stato suddiviso in due parti: nel paragrafo 5.1 viene esposta la

metodologia presente in letteratura e adottata per condurre l’analisi del caso studio. Viene

descritto in modo puntuale il metodo e i passaggi, giustificando alcune scelte a carattere

teorico - matematico e vengono esposte le principali relazioni tra le grandezze caratteristiche

del modello. Nel paragrafo 5.2 si applica il metodo al caso studio delle ruote ferroviarie sulla

Linea Canavesana, cercando di trovare una soluzione nella pianificazione di interventi di

riprofilatura preventivi al fine di minimizzare i costi. Con questa analisi si vuole verificare

l’effettiva consistenza e fattibilità dei risultati trovati da un modello matematico, andando ad

analizzare le risorse disponibili in officina e proporre eventuali modifiche nel giro macchine e

conseguente manutenzione del materiale rotabile. Successivamente si inserirà in questa analisi

anche lo studio di eventuali imprevisti o ritardi, che comportano inevitabilmente modifiche al

piano manutentivo programmato e valutazione degli effetti che ne comporta (capitolo 6).

L’analisi condotta in questo modo è ritenuta completa in quanto, partendo da considerazioni

puramente teoriche, viene a delinearsi ad ogni passaggio la condizione reale e l’effettiva

esigenza dell’impresa. Viene fornito un preciso significato ad ogni grandezza e viene

illustrato il rispettivo riscontro nell’esercizio e nella manutenzione oggi in atto in azienda. Il

fine di tale impostazione perciò è non discostare mai la realtà dal metodo, ma creare un

compendio tra le due valutando in maniera critica le ripercussioni dei risultati sulle decisioni

concrete che deve compiere l’impresa ferroviaria. Il metodo, qui applicato al caso studio della

riprofilatura delle ruote sulla tratta in esame, è applicabile a qualsiasi componente del

materiale rotabile non soggetto a manutenzione preventiva, avendo a disposizione dati storici

e stime sui costi di intervento. Si fornisce così un modello capace di fornire risposte concrete

sui tempi ottimale di manutenzione preventiva e si dimostra qui la sua efficacia attraverso il

caso studio analizzato.

133

5.1. Ottimizzazione dei tempi di manutenzione preventiva

5.1.1. L’analisi di Weibull

Lo scopo di questo paragrafo è la descrizione più dettagliata della funzione di affidabilità più

idonea e già consolidata in letteratura. In generale la valutazione del tempo ottimale per la

manutenzione preventiva può partire da due strade diverse:

1. l’utilizzo di funzioni empiriche: l’affidabilità è stimata a partire dal “fitting” dei dati

storici presenti nello svolgimento dell’esercizio e della manutenzione dell’impresa

ferroviaria. Si valutano i valori di R(t) per ciascun intervallo in cui si suddivide il

calendario di esercizio del treno, successivamente tramite regressione polinomiale o

minimi quadrati si ottiene la legge di affidabilità. Questa strada è percorribile

esclusivamente se vi sono dati sufficienti per eseguire l’analisi a posteriori.

2. l’utilizzo di funzioni analitiche: si procede attraverso questa strada se è possibile avere

a disposizione un campionamento statistico ed è previsto un aggiornamento dei dati

nel tempo. Definita la legge, si calibrano i parametri attraverso la distribuzione di

guasti a disposizione e si ricerca l’andamento che meglio approssima il reale.

Nel presente elaborato si farà ricorso al secondo approccio in quanto i dati forniti dall’impresa

ferroviaria non sono abbondanti dato i pochi anni di esercizio dei treni Ale501-Le220-Ale502

sulla Linea Canavesana.

L’analisi di Weibull appare quella maggiormente usata nell’ambito ferroviario e, in generale,

nell’ambito manutentivo. Questa scelta è giustificata sia dal fatto che la teoria di Weibull può

rappresentare la vita dei componenti semplicemente variando i suoi due parametri

fondamentali:

θ: parametro di scala;

β: parametro di forma o parametro di usura;

ed inoltre l’analisi può essere sfruttata in tutte le fasi di vita del componente, mentre altre tipi

di legge sono caratteristici solo di alcuni stadi (curva “a vasca da bagno”). La relazione che

lega l’affidabilità R al tempo di utilizzo t, secondo Weibull, è:

134

In questo caso, di valenza del tutto generale, i parametri caratteristici sono tre, aggiungendo ai

due già presentati:

γ: parametro di origine;

tale equazione può essere riportata all’equazione di una retta tramite l’applicazione di un

doppio logaritmo alla stessa. Tale passaggio risulta di notevole utilità quando verranno

ricercati i parametri della funzione in fase di calibrazione. Avendo già esposto che:

Con semplici passaggi matematici si trova che:

ed applicando in successione il doppio logaritmo:

eseguendo le sostituzioni:

È possibile ricavare la retta y = ax + b dove β rappresenta la pendenza della retta che

interseca l’asse delle ascisse quando F(t) assume valore 0,632 (Furlanetto, 2006 e Tertan,

2016). Tale dissertazione è utile al fine di descrivere alcune proprietà dei tre parametri

fondamentali:

γ descrive il tempo di vita garantita ovvero il minimo valore in cui il componente è in

grado di sopravvivere con probabilità 100%. Fintanto che t < γ il tasso di guasto λ(t) è

nullo.

135

β: per lo stadio di usura deve essere > 1 e, per tenere conto della modalità aleatoria

dell’evento, deve essere < 5.

θ: il parametro di scala, o di vita caratteristica, è il tempo che trascorre tra il tempo γ e

il tempo con cui si prevede che il componente abbia probabilità di guasto 63,2% (F(t)

= 0,632). Assumendo che il tempo di vita garantita sia nullo, ovvero la sua

inesistenza, θ è pari al tempo entro cui il componente ha probabilità di guasto 63,2%.

Nel campo dell’usura, per valori di β elevati, a parità di θ, corrisponde una crescita del tasso

di guasto (Figura 66) (Tertan, 2016):

Figura 66 - Tasso di guasto al variare di Beta, a parità di Theta (Fonte: Tertan, 2016)

5.1.2. Dall’analisi di Weibull alla manutenzione preventiva

Dal paragrafo precedente è chiaro come la funzione di affidabilità viene espressa nella teoria

di Weibull tramite l’equazione:

e, quando il guasto avviene per usura eccessiva, i parametri assumono il significato di:

β: descrive l’usura del componente ( 1 < β < 5, stadio di usura);

θ: descrive la resistenza temporale residua, utile per normalizzare il MTBF;

fissando il tasso di usura a:

I metodi per ricavare i costi unitari attesi, da cui l’obiettivo della loro minimizzazione,

possono seguire due diverse politiche:

136

Figura 70 - Costo unitario atteso (Fonte: Tertan, 2006)

C_p e C_f vengono calcolati a partire dalle singole voci di costo, ad esempio manodopera,

prezzo del ricambio, costo del fermo produttivo, costo della struttura e tutte le voci di costo

che si ritengono utili al fine dell’analisi. Esse variano da componente a componente e da caso

a caso, si rimanda all’applicazione del metodo sulle ruote ferroviarie per l’esemplificazione di

questo calcolo. Nota la composizione, è possibile definire le equazioni dei costi unitari come

somma delle due, rapportate all’affidabilità caratteristiche del tempo t-esimo (Figura 70). In

particolare:

La mutua dipendenza tra l’affidabilità R(t), il MTBF e il costo unitario atteso CUA(t) impone

di operare con un metodo iterativo, facendo tendere t ad infinito e ricercando successivamente

il valore ottimo in corrispondenza del minimo CUA(t). Per la presenza dell’integrale a

denominatore, si rende necessario operare con metodi di approssimazione d’integrazione,

quali metodo del rettangolo, del trapezio o di Simpson. In tal caso si decide di utilizzare la

regola del rettangolo (Figura 70) per la sua facilità e la sua buona approssimazione nel caso di

fitting con cadenzamento ampio (dato dalla scarsità di dati a disposizione), in particolare:

dove:

138

Figura 9 - Metodo del rettangolo (Fonte: Tertan, 2006)

5.1.3. Descrizione del metodo e relazioni tra le grandezze

Verrà qui esposto il metodo a livello teorico, prendendo dei valori rappresentativi al fine di

valutare il mutuo rapporto tra le grandezze. Per il caso studio si rimanda al paragrafo 5.2.

Inizialmente bisognerà far riferimento ad un MTBF di primo tentativo, non possedendo

sufficienti dati per stabilirne uno certo. Esso si baserà sia sull’esperienza maturata dal

personale dell’officina sia sui dati storici a disposizione. Attraverso i valori calibrati di θ e β si

potrà ottenere la convergenza su un t_p ottimizzato al fine di ridurre i costi economici

complessivi. Il metodo iterativo si compone dei seguenti passaggi:

1. Analisi dei dati storici e decisione del MTBF di primo tentativo:

I dati di input necessari per iniziare l’analisi sono le principali fonti di costo monetario

per la manutenzione preventiva C_p e i costi di un’eventuale guasto C_f. Inoltre

dall’analisi storica dei dati proveniente dall’officina di manutenzione è semplice

stabilire un MTBF di primo tentativo (MTBF*), stimabile come media dei valori

significativi a discrezione del progettista.

2. Calibrazione del modello (calcolo dei parametri θ e β):

Si fissano ora diversi valori di θ e β, in prima istanza con valori approssimativi per

valutare l’andamento e successivamente saranno dettagliati nell’intervallo di interesse.

Attraverso l’equazione di Weibul (5.7) è possibile stimare l’affidabilità R(t) e

svolgendo l’integrazione come esposto nel paragrafo 5.1.2, si individua il MTBF per

le diverse coppie di valori. Il MTBF è rappresentato dal valore massimo di

integrazione. Si può riassumere per chiarezza i risultati in un’unica tabella in cui si

139

può apprezzare l’andamento del MTBF al variare dei due parametri. Inoltre è possibile

trovare la coppia θ e β alla quale corrisponde il MTBF di primo tentativo.

3. Stima dei costi unitari attesi CUA(t):

Attraverso i valori di θ e β appena calibrati, si calcolano i costi unitari attesi attraverso

l’equazione 5.9 e i rispettivi tempi t da adottare per ottenere il relativo costo. Il tempo

di manutenzione preventiva ottimale t_p sarà quello riferito al minimo costo.

4. Variazione del parametro di usura β e dei rispettivi costi:

Si possono valutare le differenze di prezzo nel caso dell’adozione di parametri di usura

differenti e i relativi tempi al fine di ottenerli. Sarebbe anche possibile, attraverso

questa tabella, stabilire il costo qualora il parametro di usura non fosse quello

correttamente calcolato, fornendo al modello una maggiore elasticità. A tal proposito

va ricordato che, poiché i parametri θ e β sono puramente matematici, è necessario un

determinato tempo al fine di stabilire la correlazione tra essi e le reali condizioni di

usura del pezzo.

Si analizzano ora con maggior dettaglio i passaggi, inserendo nel modello valori dimostrativi.

Si ottengono inizialmente i valori di MTBF date le coppie di θ e β attraverso una tabella come

quella proposta in Tabella 21:

beta

0,25

0,5

0,75

1,25

1,5

theta

1000

MTBF

10123,61

1999,59

1190,64

1000,00

931,38

902,75

Int R(t)

0,918543

0,984436

0,997196

0,9995

0,999911

0,999984189

1,741781

1,947004

1,989686

1,998001

1,999611

1,999923658

2,542144

2,898486

2,978611

2,995505

2,999048

2,999796787

3,326633

3,841193

3,964353

3,992011

3,998195

3,999588161

4,098707

4,776415

4,947149

4,987521

4,997028

4,99928494

4,860488

5,705013

5,927172

5,982036

5,995529

5,99887587

5,613429

6,627615

6,904553

6,975558

6,993683

6,998350799

6,358595

7,544704

7,879401

7,968086

7,991477

7,997700411

7,096804

8,456671

8,851805

8,959622

8,988898

8,996916043

7,828706

9,363836

9,821842

9,950167

9,985936

9,995989568

Tabella 21 - Esempio valori MTBF al variare di Beta e Theta: applicazione delle equazioni 5.7 e 5.10

(vengono riportati solo i primi passaggi come esemplificazione)

Il valore del MTBF corrisponderà al valore massimo presente nella rispettiva colonna che, per

t tendente ad infinito, converge ad un valore pressoché costante. Effettuando variazione di θ

140

sulla seconda riga, si ottengono i valori di MTBF al variare dei due parametri (θ e β) (Tabella

22):

Beta

MTTF*=1000h

1,25

1,5

1,75

900

838,2454

812,4708

801,556

797,6042

950

884,8146

857,608

846,0868

841,9156

1000

931,3838

902,7453

890,6177

886,2269

1150

1071,091

1038,157

1024,21

1019,161

1200

1117,661

1083,294

1068,741

1063,472

Tabella 22 - Valori di MTBF al variare di Beta e Theta

(vengono riportati solo i primi passaggi come esemplificazione)

Ottenuta questa tabella, ed eseguendo un fitting di theta più accurato, è possibile apprezzare

l’andamento del MTBF al variare dei due parametri (Figura 72) qualora si volesse operare con

un metodo grafico più approssimativo rispetto un metodo matematico:

Figura 72 - Mappa dei MTBF (Fonte: Tertan, 2006)

Individuate in Tabella 22 le coppie di valori che soddisfano il MTBF di primo tentativo, è ora

possibile calcolare i costi attraverso l’equazione 5.9 (Tabella 23):

R(t)

Int[R(t)]

Cprev

Cguasto

Ctot

1,000

1,00

599,92

0,25

600,18

0,999

2,00

299,91

0,29

300,20

0,999

3,00

199,91

0,31

200,22

0,999

4,00

149,90

0,33

150,23

0,998

5,00

119,90

0,35

120,24

0,998

5,99

99,89

0,36

100,25

0,997

6,99

85,60

0,37

85,97

0,997

7,99

74,89

0,38

75,27

0,996

8,98

66,55

0,39

66,94

0,996

9,98

59,88

0,40

60,28

Tabella 23 - Calcolo dei CUA(t) in funzione di Beta e Theta scelto

(vengono riportati solo i primi passaggi come esemplificazione)

141

Dalla precedente tabella si ricavano i costi unitari attesi minimi e il relativo tempo che

rappresenterà il tempo di manutenzione preventiva ottimo t_p, soddisfando il MTBF

proveniente dai dati storici. Al fine di mantenere un MTBF prestabilito, ed essendo θ un

parametro di resistenza non direttamente controllabile dall’esercizio, occorrerà variare β. I

costi unitari attesi decrescono all’aumentare di β ma ne deriverebbe un decremento di

resistenza residua θ. La scelta di β deve essere raffinata attraverso la pratica quotidiana e

monitoraggi periodici del componente, valutando lo stato di usura e la sua evoluzione. Si può

inoltre valutare la variazione dei costi unitari attesi al variare di β, ottenendo un nuovo tempo

di manutenzione preventiva ottimo t_p(Tertan, 2016). Questo passaggio è velocemente svolto

andando a variare il parametro di input della Tabella 23. Si fornisce perciò all’officina una

finestra di costi unitari attesi e relativi tempi di manutenzione preventiva per diversi valori di

usura adottati. Si raccomanda inoltre un costante monitoraggio dei dati e un’evoluzione del

modello appena esposto a seguito della maggiore disponibilità di dati storici.

Principali relazioni tra le grandezze del modello

Si illustrano qui le principali relazioni tra le grandezze presenti nel modello al fine di avere

una visione teorica più chiara e assumere la conoscenza di dove operare per ottenere risultati

diversi.

Fissato un valore di θ (il parametro di resistenza quando calibrato si può ipotizzare

ragionevolmente costante), si osserva al variare del rapporto C_f/ C_p come varia il costo

unitario atteso CUA(t) in funzione di β.

1000

theta

1000

Cf/Cp

1000,00

200,00

100,00

40,00

20,00

1,00005354

1,000268035

1,000536153

1,001340508

1,0026811

1,2

0,495908258

0,646806772

0,723672432

0,834924133

0,922042475

1,4

0,252607141

0,39917071

0,485218562

0,625040422

0,750997465

1,6

0,145260357

0,265055481

0,342857321

0,479746694

0,614145933

1,8

0,09222755

0,188222793

0,255544684

0,381343642

0,512872806

0,063223222

0,141126578

0,199166831

0,31292005

0,437811713

2,2

0,045994473

0,110481923

0,160935413

0,26374048

0,381136673

2,4

0,035060391

0,089522142

0,1338918

0,227266926

0,337409065

2,6

0,027738322

0,074579923

0,114064448

0,199454651

0,302957587

2,8

0,022612652

0,063555117

0,099080347

0,177727819

0,275294181

0,018893779

0,055179776

0,087464412

0,16039606

0,252701837

3,2

0,016110896

0,048661165

0,078258876

0,146317563

0,233972828

3,4

0,013974669

0,04347812

0,07082602

0,134699907

0,218239265

Tabella 24 - CUA(t) al variare del rapporto Cf/Cp con Cf, Theta costanti

Si nota innanzitutto come, all’aumentare di β, la riduzione di CUA(t) risulta sempre maggiore.

Tale decrescita è maggiormente marcata per bassi rapporti di C_f/ C_p. Tertan (2016) esegue

142

5.2. Caso studio: la manutenzione delle ruote ferroviarie sulla Linea

Canavesana

Nel presente paragrafo si farà uso della teoria esposta nel capitolo 4 e nel paragrafo 5.1,

studiando il caso studio della tornitura delle ruote del materiale rotabile per la Ferrovia

Canavesana. I soggetti dello studio sono stati presentati nel paragrafo 1.4: si decide di

simulare un totale di 20 convogli Ale501-Le220-Ale502 pensati per l’esercizio tra Rivarolo e

Chieri. Come si è già accennato nel paragrafo 4.3.3, le ruote ferroviarie non possiedono a

priori un tempo di manutenzione preventiva in quanto la loro usura è fortemente influenzata

dal tracciato della linea e dal comportamento di guida dei macchinisti, perciò sono difficili

previsioni a priori da parte della casa costruttrice o dell’azienda stessa. Questo comporta un

monitoraggio ogni volta che i convogli entrano in officina e la valutazione a breve termine

dell’intervento manutentivo. Non si può parlare di “rottura” del pezzo ma di eccessiva usura e

non conformità per operare in sicurezza per l’esercizio. Si vedrà quindi quali sono i fattori che

entrano in gioco nella definizione del costo a rottura. La decisione di studiare l’usura delle

ruote e la loro manutenzione deriva principalmente dalle seguenti motivazioni:

nell’anno corrente l’officina si trova ad affrontare questo tema e si riscontrano le

difficoltà derivanti dalla mancata pianificazione preventiva del fenomeno,

l’operazione di tornitura delle ruote è molto onerosa sia in termini temporali sia di

impiego di risorse e personale, obbligando l’azienda ad avvalersi di servizi erogati da

ditte esterne con conseguenti costi maggiorati rispetto una gestione interna,

seppur applicato ad un caso specifico, studiare un fenomeno di primaria importanza

per la sicurezza ferroviaria ed applicare un metodo estendibile a tutte le imprese

ferroviarie, cercando di ridurre lunghi fermi del materiale rotabile, perdite economiche

e difficoltà di gestione,

completare le lacune della trama manutentiva, al fine di fornire all’azienda dati

sufficienti ad una pianificazione a lungo termine e quindi un’analisi complessiva dei

rapporti tra esercizio e manutenzione.

Si applicherà ora il metodo visto nel paragrafo 5.1.

144

5.2.1. Analisi dei dati storici e definizione del MDBF di primo tentativo

L’officina di manutenzione è tenuta a registrare tutti gli interventi e tenerne memoria storica

all’interno dei propri archivi. Tali documenti possono essere soggetti a controlli ANSF che

valutano la corretta procedura sia dell’intervento stesso sia la conformità con le scadenze

temporali o distanziometriche imposte (paragrafo 4.2.3). Si riportano in Tabella 25 le

distanze percorse dal materiale rotabile al momento della tornitura delle ruote. L’attuale

impostazione non richiede un unico intervento su tutte le 8 ruote del convoglio ma, per

semplicità organizzativa dell’officina e poiché l’usura riscontrata è diversa ma non presenta

grosse differenze, si procede ad un’unica tornitura per l’intero convoglio in un’unica

soluzione. Questa filosofia è facilmente applicabile a convogli corti come quelle in esame, per

composizioni più lunghe il metodo dovrà essere applicato differenziando le parti (materiale

trainato e macchine di trazione oppure convogli di estremità e convogli centrali).

Dati storici

Chilometri torniture officina Rivarolo

TTR1

300000

600000

796000

956049

TTR2

300000

600000

794000

951517

TTR3

300000

600000

889000

TTR4

300000

600000

900000

911000

1070069

TTR5

300000

600000

766000

1014253

TTR6

300000

600000

717000

962000

TTR7

300000

570000

874000

TTR8

300000

600000

672000

932000

TTR9

300000

561000

TTR10

300000

600000

625000

875000

TTR11

300000

376000

642000

766439

TTR12

300000

448000

713000

TTR13

300000

515000

655544

TTR14

300000

383000

TTR15

300000

552599

TTR16

300000

461000

TTR17

300000

600000

622000

TTR18

300000

467000

TTR19

300000

450500

TTR20

300000

434000

Tabella 25 - Dati storici tornitura delle ruote SFM1 (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

Poiché il modello ha una natura statistica, si raccomanda il costante aggiornamento di questi

dati e una nuova applicazione del modello nel tempo, al fine di ottenere risultati sempre più

precisi ed attinenti alla realtà. Come si evince dalla Tabella 25, la maggior parte delle ruote

hanno subito dalle 3 alle 5 torniture e quindi sono considerabili pezzi già entrati nel campo

dell’usura. Al fine di trovare un MDBF di primo tentativo si esegue la differenza tra i termini

145

consecutivi degli interventi, al fine di trovare la distanza percorsa tra un intervento e quello

successivo, e si esegue la media di essi. Si decide di non applicare alcun coefficiente di

sicurezza data l’attendibilità e la precisione dei valori. Si trova un Mean Distance Between

Failure di primo tentativo (MDBF*) pari a 205801 km. Esso rappresenta il valore medio entro

cui la ruota non è più in grado di rispettare le condizioni di sicurezza viste nel paragrafo 4.4:

benché rappresenti la distanza chilometrica media più lunga tra un intervento e l’altro

vedremo come non rappresenti il valore ottimale al fine di minimizzare i costi. La

diminuzione di tale valore, attraverso una corretta pianificazione tra esercizio e manutenzione,

non comporta un problema se il giro macchine risulta correttamente progettato e quindi

orientato ad eliminare i conflitti tra le due parti dell’impresa. Al contrario attualmente, non

avendo pianificato tale valore ma derivante esclusivamente dall’esperienza e dalle condizioni

contingenti, la conoscenza di questo risulta pressoché inutile e spesso è difficile trovare un

compromesso tra l’esercizio e la manutenzione.

5.2.2. Definizione dei costi

Il metodo è fortemente influenzato dalla definizione dei costi perciò richiede grande cura nella

definizione di essi.

Costi dell’intervento preventivo

I costi qui presentati sono da intendersi come i costi monetari che l’azienda deve sostenere in

caso si decida di adottare la politica manutentiva proposta dai risultati dell’applicazione di

questo metodo. Per l’esecuzione delle torniture interne all’azienda, il costo si compone delle

seguenti voci:

dove:

N_operatori: corrisponde al numero di operatori necessari al fine di eseguire l’intervento;

MTTR_preventivo: corrisponde al tempo di lavorazione della singola ruota;

C_operatore: pari al compenso orari dell’operatore di officina;

C_manovra: è il costo stimato per ogni manovra, comprendente il tempo impiegato e il

personale coinvolto nella manovra;

S_asportato: è pari all’acciaio asportato durante la tornitura. Questa voce di costo si basa

sull’ipotesi che maggiore è l’usura e maggiore è l’acciaio asportato: più materiale

146

viene tolto al momento delle riprofilatura e minore sarà la vita utile della ruota in

quanto viene consumata con maggiore frequenza.¹²

C_s: al fine di quantificare la perdita monetaria del materiale asportato, si moltiplica per

il costo al reso dell’acciaio sul mercato.

Per la singola ruota il costo preventivo risulta:

Costi preventivi

Nuova politica preventiva

Noperatori

MTTRpreventivo

Coperatore

€/h

Cmanovra

240

€

Acciaio asportato per ora di esercizio

0,000121

Prezzo acciaio al reso

0,68

€/kg

592,00

€/ruota

Tabella 26 - Costi preventivi per la riprofilatura della singola ruota (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

Costo dell’intervento “a rottura”

Come già anticipato non si può parlare di rottura, tuttavia verrà mantenuta la dicitura per

creare un nesso con la teoria esposta precedentemente e l’applicazione al caso di studio. Il

costo qui rappresentato rappresenta l’attuale politica dell’impresa riguardo la riprofilatura

della ruota e si compone di:

dove:

N_{ruote_ext}: il numero medio di ruote che l’azienda non riesce a riprofilare internamente e

perciò si avvale di servizi esterni;

C_ext: costo che l’azienda affronta ogni anno per la tornitura esterna all’azienda, pari a

N_{ruote_ext}* C_{esterno,Trenitalia} ;

C_macchinista: il costo del macchinista per il trasferimento del materiale rotabile fino

all’officina di manutenzione esterna;

t_macchinista: il tempo impiegato per il trasferimento.

¹² Il valore S_asportato si basa sul caso studio affrontato dalla Lucchini R.S. (Cantini et al. (2016)), casa costruttrice

delle ruote ferroviarie. Lo studio, effettuato su treni ad Alta Velocità, introduce nella funzione di costo l’addendo

e lega esso all’affidabilità del pezzo, mi modo analogo al metodo qui proposto.

147

Il Gruppo Torinese Trasporti si avvale della tornitura effettuata presso l’officina di Trenitalia

nei pressi della stazione di Torino Lingotto. Si raccolgono nella seguente tabella i dati

dell’attuale politica di manutenzione delle ruote:

Costi failure

Attuale politica

Noperatori

MTTRpreventivo

Coperatore

€/h

Cmanovra

240

€

Acciaio asportato per ora di esercizio

0,000121

Prezzo acciaio al reso

0,68

€/kg

n ruote ext

ruote

Cext

6700

€

Cmacchinista

€/h

tmacchinista

Costo azienda esterna (Trenitalia)

418,75

€/ruota

7358,00

€/ruota

Tabella 27 - Costi “a guasto” per la riprofilatura della singola ruota (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

Come si può osservare confrontando le Tabella 26 e Tabella 27, il costo della riprofilatura

esterna è ingente e ricopre l’elemento di maggiore criticità nell’aggravio dei costi.

5.2.3. Passaggio dal MDBF* al MTBF*

Dall’orario grafico (paragrafo 2.1.3) si sono ricavate le percorrenze settimanali per ogni

convoglio. Conoscendo il tempo ciclo è facile determinare anche i minuti di esercizio che

ogni treno compie settimanalmente. Si riportano qui le tabelle riassuntive dei dati raccolti sia

in termini chilometrici (Tabella 28) sia in termini temporali (Tabella 29):

Giro macchine in km

Lunedì

Martedì

Mercoledì

Giovedì

Venerdì

Sabato

Domenica

TTR1

436,95

456,208

TTR2

456,208

342,156

TTR3

228,104

342,156

TTR4

387,104

114,052

TTR5

228,104

114,052

TTR6

228,104

114,052

TTR7

402,398

Media sui singoli giorni

338,139

282,838

399,182

Media sulla settimana

332

km/giorno

Media sul mese

9963

km/mese

Media annua

17270

km/anno

Tabella 28 - Percorrenze chilometriche SFM1

148

Giro macchine in min

Lunedì

Martedì

Mercoledì

Giovedì

Venerdì

Sabato

Domenica

TTR1

624

680

TTR2

680

510

TTR3

340

510

TTR4

588

170

TTR5

340

170

TTR6

340

170

TTR7

584

Media sui singoli giorni

499

415

170

Giro macchine in h

Lunedì

Martedì

Mercoledì

Giovedì

Venerdì

Sabato

Domenica

TTR1

10,40

11,33

TTR2

11,33

8,50

TTR3

5,67

8,50

0,00

TTR4

9,80

2,83

0,00

TTR5

5,67

2,83

0,00

TTR6

5,67

2,83

0,00

TTR7

9,73

0,00

Media sui singoli giorni

8,32

6,92

2,83

Media sulla settimana

7,34

h/giorno

Media sul mese

220,18

h/mese

Media annua

382

h/anno

Tabella 29 - Percorrenze in minuti e ore SFM1

Attraverso questi dati è facile passare dal Mean Distance Between Failure (MDBF*) al Mean

Time Between Failure di primo tentativo (MTBF*). Poiché la programmazione attualmente è

svolta su base mensile, si decide di mantenere tale unità temporale di riferimento,

convertendoli solo successivamente in ore equivalenti. In particolare si esegue:

Da questo valore è interessante trovare il valore attuale unitario per la manutenzione, al fine di

eseguire un confronto a posteriori. In particolare:

149

5.2.4. Calibrazione di θ e β

Vengono fissati i valori di β compresi tra 1 e 5, al fine di rispettare la condizione di campo di

usura. Si fa variare successivamente i valori di θ, variando la riga verde in Tabella 30.

beta

1,25

1,5

1,75

2,25

2,5

2,75

3,25

3,5

3,75

4,25

4,5

4,75

theta

5133

MTBF

5133

4780,793

4633,792

4571,541

4549,003

4546,454

4554,325

4567,635

4583,664

4600,879

4618,402

4635,726

4652,564

4668,76

4684,238

4698,971

4712,96

Tabella 30 - Calibrazione Theta e Beta

Si inseriscono questi valori all’interno delle equazioni di affidabilità e MTBF, già viste in

precedenza:

Questa operazione è eseguita semplicemente impostando le seguenti tabelle, di cui si

riportano solo i primi passaggi:

R(t)

0,999805

0,999977

0,999997

0,99961

0,999945

0,999992

0,999999

0,999416

0,999909

0,999986

0,999998

0,999221

0,99987

0,999978

0,999996

0,999999

0,999026

0,999828

0,99997

0,999995

0,999999

0,998832

0,999784

0,99996

0,999993

0,999999

0,998637

0,999738

0,99995

0,99999

0,999998

0,998443

0,99969

0,999938

0,999988

0,999998

0,998248

0,999641

0,999927

0,999985

0,999997

0,999999

0,998054

0,999591

0,999914

0,999982

0,999996

0,999999

Tabella 31 - Calcolo affidabilità

Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T)) Int(R(T))

0,999903

0,999988

0,999999

1,99961

1,99995

1,999993

1,999999

2,999123

2,999877

2,999983

2,999997

3,998442

3,999766

3,999965

3,999995

3,999999

4,997566

4,999615

4,999939

4,99999

4,999998

5,996495

5,999421

5,999903

5,999984

5,999997

6,995229

6,999182

6,999858

6,999975

6,999996

6,999999

7,993769

7,998896

7,999802

7,999964

7,999993

7,999999

8,992115

8,998562

8,999735

8,999951

8,999991

8,999998

9,990265

9,998178

9,999655

9,999934

9,999987

9,999998

Tabella 32 - Calcolo integrale dell'affidabilità

Il MTBF, riportato nella riga grigia in Tabella

30, rappresenta il valore massimo

dell’integrazione per ogni coppia di θ e β.

Al variare di θ, vengono riassunti i risultati in un’unica tabella riportante i valori di MTBF al

variare della coppia dei parametri. Si ricercano i valori di MTBF pari al valore del MTBF*

pari a 4549, si dettaglia la tabella con i valori della zona contenente MTBF*.

150

Calibrazione

Beta

di θ e β

1,25

1,5

1,75

2,25

2,5

2,75

3,25

3,5

3,75

4,25

4,5

4,75

1000

931

903

891

886

887

890

893

896

900

903

906

910

913

915

918

1250

1164

1128

1113

1108

1107

1109

1112

1116

1120

1125

1129

1133

1137

1141

1144

1148

1500

1397

1354

1336

1329

1331

1335

1339

1345

1350

1355

1360

1364

1369

1373

1377

1750

1630

1580

1559

1551

1550

1553

1557

1563

1569

1575

1580

1586

1592

1597

1602

1607

2000

1863

1805

1781

1772

1771

1775

1780

1786

1793

1799

1806

1813

1819

1825

1831

1836

2250

2096

2031

2004

1994

1993

1996

2002

2009

2017

2024

2032

2039

2047

2053

2060

2066

2500

2328

2257

2227

2216

2214

2218

2225

2232

2241

2249

2258

2266

2274

2281

2289

2295

2750

2561

2483

2449

2437

2436

2440

2447

2456

2465

2474

2484

2493

2501

2510

2517

2525

3000

2794

2708

2672

2659

2657

2662

2670

2679

2689

2699

2709

2719

2729

2738

2746

2755

3250

3027

2934

2895

2880

2879

2884

2892

2902

2913

2924

2935

2946

2956

2966

2975

2984

3500

3260

3160

3117

3102

3100

3105

3114

3125

3137

3149

3161

3172

3183

3194

3204

3214

3750

3493

3385

3340

3323

3321

3327

3337

3349

3361

3374

3387

3399

3411

3422

3433

3443

4000

3726

3611

3562

3545

3543

3549

3559

3572

3585

3599

3612

3626

3638

3650

3662

3673

4250

3958

3837

3785

3766

3764

3771

3782

3795

3809

3824

3838

3852

3866

3878

3891

3902

4500

4191

4062

4008

3988

3986

3993

4004

4018

4034

4049

4064

4079

4093

4107

4119

4132

4750

4424

4288

4230

4210

4207

4215

4227

4242

4258

4274

4290

4305

4320

4335

4348

4361

4954

4614

4472

4412

4390

4388

4396

4408

4424

4440

4457

4474

4490

4506

4521

4535

4549

5000

4657

4514

4453

4431

4429

4436

4449

4465

4482

4499

4516

4532

4548

4563

4577

4591

5019

4675

4531

4470

4448

4445

4453

4466

4482

4499

4516

4533

4549

4565

4580

4595

4608

5094

4744

4599

4537

4514

4512

4520

4533

4549

4566

4583

4601

4617

4633

4649

4663

4677

5133

4781

4634

4572

4549

4546

4554

4568

4584

4601

4618

4636

4653

4669

4684

4699

4713

7500

6892

6680

6591

6558

6554

6566

6585

6608

6633

6658

6683

6707

6731

6753

6774

6794

Tabella 33 - MTBF con valori calibrati di Theta e Beta

Si decide di considerare valori di β interi in quanto essi sono difficili da calibrare con la reale

condizione di usura e perciò non richiedono un dettaglio così elevato ma solo valori di

riferimento. I valori calibrati di θ e β, evidenziati in Tabella 33 in giallo, che soddisfano il

MTBF di primo tentativo (MTBF*) sono:

Theta

Beta

5133

5094

5019

4954

Tabella 34 - Valori calibrati di Beta e Theta con MTBF* = 4549

Si vede come all’aumentare di β, che rappresenta l’usura del componente, la resistenza del

pezzo (θ) diminuisce, come è coerente aspettarsi.

5.2.5. Calcolo dei costi unitari attesi e valori di tp ottimi

Calibrati i valori di θ e β, è possibile ora calcolare i valori dei costi unitari attesi con i valori

fino ad ora trovati, riassunti in Tabella 35:

Beta

Theta

4954

MTBF

4549

592

7358

Cf/Cp

12,42

Tabella 35 - Riepilogo valori calibrati e calcolati dai dati aziendali

151

Inizialmente si considera β pari al valore massimo di 5, in accordo con la politica di sfruttare

maggiormente il pezzo spingendo l’usura al limite. Si procederà successivamente a valutare i

risultati per le altre coppie di θ e β.

Al variare del tempo t, che rappresenterà il tempo di manutenzione preventiva da adottare,

attraverso le equazioni 5.14, 5.15 e 5.9 si calcola rispettivamente l’affidabilità R(t), l’integrale

dell’affidabilità IntR(t) e il costo unitario atteso C_tot (Tabella 36):

R(tp)

Integrale[R(tp)]

Cprev

Cguasto

Ctot

592,000

0,000

592,000

1,000

296,000

0,000

296,000

2,000

197,333

0,000

197,333

3,000

148,000

0,000

148,000

4,000

118,400

0,000

118,400

5,000

98,667

0,000

98,667

6,000

84,571

0,000

84,571

7,000

74,000

0,000

74,000

8,000

65,778

0,000

65,778

9,000

59,200

0,000

59,200

10,000

Tabella 36 - Calcolo Costi Unitari Attesi in funzione del tempo

Si riportano le rappresentazioni grafiche delle funzioni appena calcolate:

R(tp)

1,02

0,98

0,96

0,94

0,92

R(tp)

0,9

0,88

0,86

0,84

0,82

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Figura 74 - Funzione Affidabilità nel tempo R(t)

L'andamento decrescente della funzione R(t) rappresenta il decremento dell'affidabilità con il

passare del tempo e l'aumentare dell'usura.

152

CUA ottimale tp ottimale

0,321

2307

Tabella 37 - CUA e tp ottimale

Trovando quindi un valore di 0,32 €/h/ruota se la manutenzione preventiva delle ruote è

effettuata dopo 2307 h di esercizio. Con procedimento inverso a quello descritto nel

paragrafo 5.2.3, tali valori rappresentano circa 11 mesi di esercizio, per una distanza pari a

104616 km effettuati dal materiale rotabile.

5.2.6. Variazione di θ e β e relazioni con l’attuale programma di manutenzione

Si esegue nuovamente il processo descritto nel paragrafo 5.2.5 e successivi con i valori di θ e

β calibrati in Tabella 35. Per ogni risultato ottenuto si calcolano i mesi e i chilometri di

esercizio corrispondenti. Moltiplicando il costo unitario atteso per le ore in esercizio si

ottengono i costi monetari attesi che l’azienda affronta per riprofilare ogni ruota. Si riporta

inoltre il risparmio percentuale rispetto l’attuale politica di manutenzione del pezzo.

MTBF =

UEC(tp*)

4549

1529

1798

2076

2307

5133

1529

0,79

5094

1798

0,50

5019

2076

0,38

4954

2307

0,32

Tabella 38 - Valori di tp al variare di Beta e Theta

ESERCIZIO

COSTO X MANUTENZIONE

Mesi di servizio

h di esercizio

Km di esercizio

€

1476

66790

1159

84%

1749

79144

868

88%

2049

92719

781

89%

2307

104393

741

90%

Tabella 39 - Rapporto tra i valori calcolati dal modello e la programmazione di esercizio. Costo della manutenzione

per la singola ruota e risparmio percentuale rispetto l'attuale politica. I valori sono da leggere sulla riga con riferimento

a quelli proposti in Tabella 38

Come si evidenzia in Tabella 39 il risparmio di eseguire una manutenzione preventiva varia

tra 84% e 90% rispetto l’attuale politica. Il fattore che maggiormente pesa in questo risultato è

la gestione interna della politica di manutenzione delle ruote e il conseguente risparmio.

L’attuazione dell’intervento di manutenzione in modo preventivo rispetto l’attuale politica è

compensato non solo dal risparmio monetario ma anche dalla possibilità di pianificare a lungo

termine gli interventi non creando conflitti tra la parte di esercizio e la parte di manutenzione

154

dell’impresa. I valori derivanti dal modello devono essere rapportati alla realtà dell’impresa,

in particolare:

il valore di usura β non rappresenta una quantità fisica, esso deve essere correlato alla

misurazioni effettuate tramite tecnologia CALIPRI (paragrafo 4.3.3) nei tempi o

chilometraggi prestabiliti riportati in Tabella 39;

il valore θ non ha particolare interesse per l’azienda la quale non effettua prove di

carico e misurazioni di resistenza residua sul proprio materiale. Può essere fonte di

attenzione per le imprese di costruzione delle ruote per lo svolgimento di attività di

ricerca.

bisogna rapportare i valori di esercizio con l’attuale politica di manutenzione adottata

in azienda, così da far coincidere la riprofilatura delle ruote con l’ingresso del veicolo

in officina per un’altra manutenzione. I valori trovati dal modello sono soggetti a

incertezza dovuta alle semplificazioni fatte ed inoltre sono cautelativi: non si esclude

la possibilità di approssimare per eccesso o per difetto i risultati. Si decide qui di

stimare i chilometri necessari per il fermo in difetto, concedendo in caso di necessità

di ritardare l’intervento rimanendo nell’intervallo del tempo ottimo calcolato.

Un’ulteriore aspetto è la fattibilità del giro-macchine con i risultati calcolati: come si

vedrà nel capitolo 6 data la scarsità di risorse sia di officina sia di materiale rotabile

sarà necessario differenziare per ogni convoglio il periodo di manutenzione preventiva

delle ruote, decidendo in quale intervallo di CUA(t) conviene far ricadere l’intervento.

È importante perciò fornire più valori di θ e β, e relativi risultati, al fine di fornire

all’officina più finestre temporali e relativi costi. Sarà compito della parte dirigente

dell’azienda prendere le decisioni in base ai risultati forniti dal modello.

In base agli esiti visti in Tabella 39 e alle considerazioni appena esposte, si raccomanda la

riprofilatura delle ruote durante la manutenzione R3 (di km 100000) e R1 (di km 87500),

stimando l’intervento circa ogni 18 mesi solari (11 di esercizio). Si raccomanda infine

l’aggiornamento periodico dei dati storici in Tabella . Dalla stessa tabella si può vedere come,

nei convogli soggetti attualmente a maggiore usura (TTR1, TTR2, TTR4, TTR10, TTR11), i

valori attuali di intervento stanno convergendo intorno ai valori previsti dal modello. Al

contrario durante la parte iniziale della vita del materiale rotabile, i valori risultavano

maggiori (fino a 300000 km) tuttavia essi (come illustrato nel paragrafo 4.1 e paragrafo 5.1)

non sono considerabili in campo di usura perciò si discostano maggiormente dal modello.

155

•Intervento di manutenzione R2

•Possibile intervento di riprofilatura delle ruote con costo

75000 km

unitario stimato compreso tra 0,50 e 0,79 €/h/ruota

•Intervento di manutenzione R1

•Possibile intervento di riprofilatura delle ruote con costo

87500 km

unitario stimato 0,38 €/h/ruota

•Intervento di manutenzione R3

•Possibile intervento di riprofilatura delle ruote con costo

100000 km

unitario stimato 0,32 €/h/ruota

Figura 77 - Politiche di manutenzione suggerite dai risultati del modello

Si evidenzia come le politiche proposte portano a valori di costo unitario atteso minori

rispetto quelle attuali, stimate a 1,62 €/h/ruota (paragrafo 5.2.3). Inoltre dalla Tabella 39 e

Figura 76 si può constatare come il CUA(t) non ha un repentino incremento nell’intervallo

successivo al tempo ottimo, concedendo nella pratica una flessibilità nei ritardi del giro-

macchine in caso fosse necessario. Quest’ultimo fattore evidenzia ancor più come l’adozione

di valori cautelativi nelle scelte aziendali in termini di manutenzione fornisca la possibilità di

affrontare situazioni impreviste senza compromettere l’ottica di ottimizzazione pianificata.

156

6. Interfaccia tra esercizio e manutenzione: simulazione multi -

scenario della programmazione 2020

Il lavoro presentato in questo capitolo ha l’obiettivo di analizzare la pianificazione dei turni

del materiale rotabile. Partendo dall’analisi dell’attuale gestione del giro-macchine del

Gruppo Torinese Trasporti (paragrafo 6.1), si vuole fornire all’impresa ferroviaria uno

strumento capace di analizzare sia la gestione dei veicoli sia nella gestione delle risorse di

officina. Dopo la descrizione del modello progettato e delle semplificazioni introdotte

(paragrafo 6.1.2 e paragrafo 6.2), verrà illustrata nel paragrafo 6.3 la campagna multi -

scenario rispetto il caso studio analizzato. In particolare, identificato uno scenario base di

riferimento (denominato “scenario n.0”) che illustra la situazione di progetto, vengono

proposti scenari di maggiore interesse per l’azienda quali scenari imprevisti (ritardi e guasti -

“scenari n. 1 - 2f”) e scenari propositivi volti a migliorare le criticità riscontrate (“scenari 3 -

4”). L’obiettivo quindi è sia di quantificare l’impatto che gli eventi e le politiche di

investimento hanno nello specifico caso della Ferrovia Canavesana sia di fornire uno

strumento di progetto volto a supportare le decisioni dell’impresa e minimizzare i conflitti tra

Esercizio e Manutenzione.

6.1.Programmazione 2020 della Ferrovia Canavesana

6.1.1. Composizioni 2020

L’impresa ferroviaria è tenuta ogni anno ad un riordino dei documenti di programmazione del

servizio offerto. In particolare per l’anno 2020, la SFM1 si basa sulle seguenti procedure

SGS¹³ evidenziate in Tabella 40.

Programmazione del servizio

Gestione rotabili

PSGS 06 Vestizione turni personale viaggiante

PSGS 17 Manutenzione rotabili

PSGS 41 Gestione licenza macchinisti

PSGS 17b Manutenzione rotabili

PSGS 42 Gestione certificato complementare

PSGS 18 Gestione libri di bordo

Tabella 40 - PSGS di programmazione del servizio 2020 per il SFM1

¹³ SGS: Sistema di Gestione della Sicurezza (paragrafo 3.3).

157

Una volta progettato il Calendario, documento nel quale l’anno di programmazione¹⁴ viene

suddiviso in periodi temporali in base alla domanda di traffico¹⁵, viene associato ad ogni

intervallo un preciso Quadro Orario e vengono messi in evidenza i chilometri percorsi, il

numero di corse effettuate e ulteriori informazioni relative ai parametri di qualità

dell’esercizio (Figura 78). Per l’anno 2020 il calendario è suddiviso in 4 periodi temporali:

N.S. Natale, Scolastico, Non Scolastico, Agosto.

Figura 78 - Calendario SMF1 (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

Per ogni Quadro Orario si mette in evidenza un identificativo univoco, il dettaglio delle corse

(numero identificativo unico treno, giorni di effettuazione, orario), le polimetriche cumulate e

di tratta ed il dettaglio produzione corsa, ovvero i chilometri percorsi nelle rispettive

suddivisioni della tratta (Figura 79).

Figura 79 - Quadro orario SFM1 (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

¹⁴ Tipicamente in ambito ferroviario la programmazione dell’esercizio viene progettata dalla 2^a domenica di

dicembre per circa 365 giorni.

¹⁵ La domanda di traffico per GTT è fornita dal Capo Treno in specifiche stazioni, non si possiedono misurazioni

precise ma solo stime affidate alla sensibilità del personale viaggiante.

158

Entrambi i documenti sono riassunti nel Programma di Esercizio, che rappresenta il

documento ufficiale dell’azienda da trasmettere al gestore dell’infrastruttura ed ANSF, e con

il quale si formalizza l’impegno di quest’ultima nell’erogazione del servizio (Figura 80).

PROGRAMMA DI ESERCIZIO

2020

Pont - Rivarolo - Torino - Chieri

PRODUZIONE

corse

Totali

AMP

ORARIO DI SERVIZIO 2019-2020

15.372

13.510

765.637,89

QUOTA ANNO 2019

607

561

31.063,29

QUOTA ANNO 2020

14.765

12.949

734.574,61

ORARIO DI SERVIZIO 2020-2021

708

645

36.099,26

INTERO ANNO 2020

15.473

13.594

770.673,86

PERIODI DI ESERCIZIO

PRODUZIONE

corse

Lett

Tipo

Codice

Data inizio

Data Fine

Giorni

Descrizione

AMP

Totali

(Compresa)

ORARIO DI SERVIZIO 2019-2020

Periodo

Freq.

Vel.

4196/7

4198/9

Pont

A A2001C

domenica 15 dicembre 2019

venerdì 20 dicembre 2019

scolastico

30m

289

234

13.784,157

B B12001C

sabato 21 dicembre 2019

martedì 31 dicembre 2019

n.s.natale

60m pom.

318

327

17.279,128

B B12001C

mercoledì 1 gennaio 2020

lunedì 6 gennaio 2020

n.s.natale

60m pom.

150

156

8.340,246

A A2001C

martedì 7 gennaio 2020

venerdì 12 giugno 2020

158

scolastico

30m

7.216

6.067

351.223,782

B B32001C

sabato 13 giugno 2020

domenica 2 agosto 2020

non scol.

30m

1.913

1.964

103.531,585

C C19001C

lunedì 3 agosto 2020

domenica 30 agosto 2020

agosto

60m

711

38.177,248

B B32001C

lunedì 31 agosto 2020

domenica 6 settembre 2020

non scol.

30m

266

273

14.384,920

A A2001C

lunedì 7 settembre 2020

sabato 12 dicembre 2020

scolastico

30m

4.509

3.778

218.916,825

ORARIO DI SERVIZIO 2020-2021

A A2001C

domenica 13 dicembre 2020

martedì 22 dicembre 2020

scolastico

30m

450

375

21.815,412

B B12001C

mercoledì 23 dicembre 2020

giovedì 31 dicembre 2020

n.s.natale

60m pom.

258

270

14.283,846

Figura 80 -Programma di esercizio SFM1, anno 2020 (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

In seguito all’approvazione di questi documenti l’impresa è tenuta ad effettuare ogni giorno

tutti i treni del Quadro Orario riferito alla data odierna. Ovviamente per poter effettuare i treni

pianificati, occorre un adeguato numero di rotabili: si inserisce qui l’interfaccia tra l’esercizio

e la manutenzione. Infatti, oltre alla normale pianificazione della manutenzione, vista nel

capitolo 4, va considerata la normale operatività quotidiana dell’impresa e gli eventuali

interventi di manutenzione correttiva. Le PSGS 17 prescrivono alcuni documenti di

“comunicazione officina/DM”, in particolare (Tabella 41):

Rotabili non idonei al servizio

Modulo 04 - PSGS 17

Disponibilità anticipata di rotabili

Modulo 05 - PSGS 17

Limitazioni di stato rotabili

Modulo 06 - PSGS 17

Tabella 41 - Documenti di comunicazione di interfaccia officina/DM

159

Tramite questi documenti ad ogni mezzo è attribuito uno stato, riportato sia nel libro di bordo

del treno stesso sia in un documento apposito contenente il quadro riassuntivo dello stato del

materiale rotabile (Figura 81).

STATO ROTABILI CAN

Valida dal giorno: sabato, dicembre 28, 2019

Data emissione

venerdì, dicembre 27, 2019

PSGS 17

Numer

PSGS17 M OD 06

Tipo

Stato

MOD 04

Distanza

Descrizione / note

Limitazioni

Data FS

ALN668

M05

In servizio

ALN668

M06

In servizio

ALN668

M07

In servizio

LE220: condizionatore manda sempre

I.S. con

aria calda. Le220 CONDIZIONATORE

TTR

803

VIAGGIARE ACCOPPIATA

limitazioni

GUASTO (NO RICAMBI). G.S. ALE501

IN AVARIA, TRAZ. A IN AVARIA.

TTR

804

In servizio

ALE 501 PANTOGRAFO SBATTE NO

TTR

805

In servizio

RICAMBI.

ALE 501 CABINA: CLIMA IN AVARIA.

VIAGGIARE ACCOPPIATA

TTR

806

Fuori servizio

#########

DSTM MANCANTE. T12+T15 IN

CON ALE501 INTERCALATA

ESECUZIONE

I.S. con

G.S. ALE502 IN AVARIA. Manca

TTR

807

VIAGGIARE ACCOPPIATA

limitazioni

ricambio

Figura 81 - Stato del materiale rotabile SFM1 in data 28/12/2019 (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

L’officina quindi, oltre ai normali interventi pianificati, opera sui treni. Ogni cambio di stato

del materiale rotabile deve essere certificato attraverso due moduli

(04 e

06).

Schematicamente l’insorgenza di eventi non programmati riguardo un rotabile è gestita come

mostrato in Figura 82. Qui viene descritto il processo che porta dall’identificazione del guasto

alla decisione finale sull’uso del convoglio dopo la rilevazione dell’anomalia. In particolare si

riporta In azzurro si riportano le azioni del Macchinista, in rosso le azioni del personale

dell’officina, in giallo i processi decisionali, in verde la decisione finale presa dall’officina.

Vengono evidenziati i moduli (04 e 06) a cura dell’officina e i rispettivi timbri che l’officina

appone sul libro di bordo del treno per certificare il cambio di stato.

160

Figura 82 - Schema gestione eventi di anomalia sul materiale rotabile (elaborazione dei dati aziendali).

La disponibilità dei rotabili è aggiornata periodicamente in un documento condiviso tra le due

parti nel quale ad ogni identificativo del convoglio, è associato il corrispondente stato, la

manutenzione preventiva pianificata ed eventuali note. In base al numero di rotabili

disponibili, il DM e l’Esercizio scelgono le composizioni da attuare. Si redige così un

documento riportante il giro-macchine, ovvero l’associazione del singolo convoglio al

rispettivo treno con i propri orari e percorsi. L’azienda non possiede esclusivamente un unico

tipo di materiale rotabile (Ale501-Le220-Ale502) ma si avvale anche di materiale meno

recente, in particolare di ETR Y0530 e di alcuni Coradia Meridian. Avendo a disposizione

diverse scelte nella composizione dei treni, la direzione dell’esercizio progetta le “triplette”,

ovvero tre numeri che identificano rispettivamente il numero di Coradia, di TTR e di ETR

necessari.

dove:

 X = numero Coradia

 Y = numero TTR (Ale501-Le220-Ale502)

 Z = numero ETR Y

La tripletta rappresenta l’identificativo convenzionale della minima disponibilità di rotabili

necessaria per poter attuare le composizioni previste. Vengono tipicamente progettate più

161

triplette al fine di prevedere eventuali guasti o anomalie rispetto alla pianificazione e tali

triplette vengono ordinate in senso decrescente rispetto alla qualità del servizio offerto, così

come mostrato in Figura 83.

Figura 83 - Triplette per l'esercizio sulla linea SFM1 per l'anno 2020 (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

La normale tripletta per l’anno 2020 nella SFM1 è 3-8-3: 3 Coradia, 8 TTR e 3 ETR Y. Ad

ogni tripletta corrisponde un documento denominato Quadro di Composizione in cui si

associa il materiale alla programmazione dell’orario grafico (Figura 84).

Figura 84 - Quadro di composizione SFM1 anno 2020 (Fonte: Gruppo Torinese Trasporti)

Ogni colonna nel quadro di composizione raffigura la missione del treno nella giornata. Tale

organizzazione, sebbene possa risultare macchinosa, permette di avere un linguaggio comune

tra i diversi reparti dell’azienda, facilitando la comunicazione tra l’Esercizio e la

Manutenzione ed avere la possibilità di variare il programma in modo celere e pianificato.

162

6.1.2. Giro - macchine proposto per la simulazione

Per poter eseguire la simulazione dei processi di officina al fine di comprendere le relative

implicazioni sull’esercizio dei treni, si effettuano una serie di semplificazioni rispetto la

programmazione dell’anno 2020. In particolare si adotta un unico tipo di materiale rotabile: i

TTR Ale501-Le220-Ale502. La rispettiva tripletta di riferimento risulterebbe perciò 0 - 12 -

0 in quanto tutti i treni, ad eccezione di due, sono in doppia composizione (vedi capitolo 3).

L’adozione dei soli TTR rappresenta la scelta ottimale per la quale la linea è stata

originariamente progettata e viene uniformata nella qualità del servizio erogato per l’intera

giornata. In ogni caso la semplificazione fornisce indicazioni utili all’azienda per trarre

conclusioni sulla descrizione del fenomeno: il cadenzamento degli interventi di manutenzione,

seppur diverso, possiede tolleranze che rendono le manutenzioni programmate dei tre tipi di

rotabile non eccessivamente diverse in termini chilometrici e, ovviamente, l’adozione di

materiale diverso non comporta variazioni di chilometraggi percorsi in quanto la linea rimane

la medesima. L’elemento di maggiore variazione rispetto alla situazione reale è rappresentato

dalle tempistiche di manutenzione, distacco che si può colmare attraverso l’implementazione

dello scenario n.1 proposto successivamente. Innanzitutto distinguiamo quattro stati che un

treno può assumere:

 Stato 1 - Esercizio: il convoglio è idoneo all’esercizio ed è utilizzato nella settimana

corrente per la composizione di un treno.

 Stato 2 - Parcheggio: il convoglio è idoneo all’esercizio ma non è utilizzato per

l’effettuazione delle corse. Il materiale è custodito in un apposito piazzale e risulta

utile qualora servisse sostituire il materiale in esercizio che subisce un fermo per

guasto.

 Stato 3 - Ricovero: il convoglio non è idoneo all’esercizio ed è fermo in un piazzale

antistante l’officina in attesa della disponibilità di risorse attualmente sature o in attesa

di pezzi di ricambio non disponibili in officina.

 Stato 4 - Manutenzione: il convoglio occupa una risorsa in officina per eseguire la

manutenzione preventiva o la riparazione di un guasto.

163

Il giro-macchine è concepito cercando di perseguire i seguenti obiettivi:

garantire la singola composizione per il treno 4 ed il treno 7, la doppia composizione

per i restanti (come spiegato nel capitolo 3);

II.

attribuire ad ogni convoglio la distanza percorsa al fine di maturare il chilometraggio

in cui eseguire l’intervento di manutenzione. Si decide di far coincidere l’intervento

nell’intervallo distanziometrico [ 0,95d ; d ] in accordo con quanto visto nel capitolo 4

e al fine di avere una condizione a favore di sicurezza nei confronti di eventuali

imprevisti nella pianificazione;

III.

avere sempre a disposizione almeno 2 convogli a disposizione nel parcheggio per

sopperire all’eventuale necessità di sostituzione di materiale rotabile;

IV.

il ricovero, caratterizzante la condizione più penalizzante per l’intera gestione del

processo, deve durare il minor tempo possibile;

il materiale in manutenzione, anche se necessita di pochi giorni per l’esecuzione

dell’intervento, è considerato in stato di fermo per l’intera settimana al fine di non

avere un programma troppo rigido nei confronti delle scadenze progettate. In tal modo

il materiale in uscita dall’officina verrà predisposto nel parcheggio, aumentando il

numero di materiale rotabile disponibile in caso di necessità. Complessivamente la

condizione sopra illustrata risulta a favore di sicurezza;

VI.

cercare un’equa distribuzione del lavoro di officina tra le settimane, eventualmente

ricorrendo al ricovero o anticipando/posticipando il fermo nel rispetto dei limiti

previsti.

VII.

ricercare le scadenze per la riprofilatura delle ruote come indicato nel capitolo 5,

differenziando tra i 100000 km e i 87500 km circa, al fine di non creare fermi e colli di

bottiglia troppo penalizzanti in termini di risorse e di tempo.

Al fine di studiare in maniera approfondita il processo e apportare dei miglioramenti alla

gestione del materiale rotabile, è stato simulato il macro processo relativo al giro-macchine

per l’anno 2020 (dal 30/12/2019 al 03/01/2021) (Figura 86 A e B). L’approccio simulativo

verrà descritto nel paragrafo 6.2.2, gli scenari analizzati e i risultati ottenuti saranno descritti

nel paragrafo 6.3.

165

TTR1

TTR2

TTR3

TTR4

TTR5

TTR6

TTR7

TTR8

TTR9

TTR10

86182

Treno 2

74110

Treno 2

Fermo parcheggio

R1 -1 GG

R3 - 2 GG

64535

R1 - 1 GG

R2 - 1 GG

65662

53364

65790

68741

56444

67045

Fermo parcheggio

71821

59523

68299

Fermo parcheggio

89260

77188

74900

62603

69554

92338

80266

R2 - 1 GG

R1 - 1 GG

65191

52668

70808

95416

83344

68271

55748

72063

Fermo parcheggio

98493

86421

71350

58827

73317

R3 - 2 GG

R1 - 1 GG

77435

77978

65680

74430

61907

74572

78918

81056

68758

R2 - 1 GG

R1 - 1 GG

75827

Tornitura

Fermo parcheggio

80401

84134

71836

R2 - 1 GG

Fermo parcheggio

81883

87212

74914

Fermo parcheggio

101571

89499

83366

R1 - 1 GG

R2 - 1 GG

104649

92577

84849

77509

64986

Fermo parcheggio

107727

95655

86331

Fermo parcheggio

80588

68065

110805

98733

87814

83668

71145

113883

101811

R1 - 1 GG

88694

76397

86747

74224

R1 - 1 GG

R3 - 2 GG

90893

90177

77880

R1 - 1 GG

R2 - 1 GG

77081

93973

91660

79362

78336

Tornitura

97052

93142

80845

Fermo parcheggio

79590

104225

100132

94625

82328

80845

106640

R3 - 2 GG

96108

83810

89827

77304

82099

Fermo parcheggio

109054

Fermo ricovero

97590

85293

92906

80383

83354

Tornitura

111469

99073

86776

95985

83463

84609

Tornitura

113883

R3 - 2 GG

R1 - 1 GG

99065

86542

85863

Fermo parcheggio

R1 - 1 GG

Fermo parcheggio

89190

R3 - 2 GG

R1 - 1 GG

87118

Tornitura

Fermo parcheggio

101386

91604

R1 - 1 GG

Tornitura

116961

102641

94019

Fermo parcheggio

90196

120039

103895

96433

Fermo parcheggio

93274

123117

105150

Fermo parcheggio

98848

102144

89621

96352

126195

106405

101262

105224

92701

99429

Fermo ricovero

107659

R3 - 2 GG

108303

95780

R3 - 2 GG

Tornitura

R2 - 1 GG

108914

100328

111382

98860

R3 - 2 GG

Tornitura

110168

101582

Fermo parcheggio

114462

101939

100912

Fermo parcheggio

111423

102837

R1 - 1 GG

R3 - 2 GG

102509

102395

129273

112677

104091

103676

105588

103877

Fermo parcheggio

Tornitura

132350

R1 - 1 GG

105346

106091

108668

105360

135428

106600

108505

117541

111747

106843

Fermo parcheggio

138506

107855

110920

120621

114826

108325

R1 - 1 GG

115755

109110

113334

123700

105018

R1 - 1 GG

109808

118833

110364

R1 - 1 GG

126779

108098

Fermo parcheggio

111291

Fermo parcheggio

121911

111619

R2 - 1 GG

111177

117906

R1 - 1 GG

Tornitura

124989

R1 - 1 GG

114257

120985

Fermo parcheggio

141584

R2 - 1 GG

117336

124065

Fermo parcheggio

144662

129859

R1 - 1 GG

127144

Fermo parcheggio

147740

Fermo parcheggio

132938

R2 - 1 GG

114370

150818

126244

136018

117450

Fermo parcheggio

R3 - 2 GG

127498

139097

Fermo parcheggio

120529

128753

110592

114817

142176

123608

130007

112075

116299

R1 - 1 GG

120415

127144

R2 - 1 GG

Fermo parcheggio

131262

113558

117782

123495

130223

132516

115040

119265

Fermo parcheggio

126574

133303

Fermo parcheggio

133771

116523

120747

129654

136382

Figura 86A - Giro Macchine per l'anno 2020 (dal 30/12/2019): in ogni riga, rappresentante una settimana, si leggono i

chilometri accumulati dal mezzo o l’intervento richiesto con la rispettiva durata o la tipologia di fermo (ricovero o

parcheggio)

166

TTR11

TTR12

TTR13

TTR14

TTR15

TTR16

TTR17

TTR18

TTR19

TTR20

65350

77591

54951

R1 - 1 GG

59706

64438

64077

63852

Fermo parcheggio

Treno 4

68428

78846

56206

61756

66853

65560

65334

71506

80101

57460

63842

R1 - 1 GG

69267

67042

66817

Fermo parcheggio

74584

81355

58715

65892

71682

68525

68300

R2 - 1 GG

82610

59970

67941

74096

70008

69782

83864

61224

69991

63959

Fermo parcheggio

R2 - 1 GG

71490

71265

Fermo parcheggio

85119

62479

72040

66373

72973

72748

75839

R1 - 1 GG

74090

68788

74456

74230

Fermo parcheggio

77093

Tornitura

R2 - 1 GG

71202

63805

R2 - 1 GG

Fermo parcheggio

78348

Fermo parcheggio

73616

65855

77535

77310

79602

86373

63733

R2 - 1 GG

67904

76510

80615

80389

80857

87628

64988

Fermo parcheggio

69954

78925

83694

83468

82111

88883

66242

72003

81339

86773

86548

Fermo parcheggio

83366

90137

67497

74053

83754

R1 - 1 GG

84621

91392

68752

76140

R2 - 1 GG

86168

Fermo ricovero

Tornitura

85875

92646

70006

78189

76031

R1 - 1 GG

Tornitura

87130

93901

71261

80239

78445

Tornitura

Fermo parcheggio

Fermo ricovero

95155

72515

82288

80859

Fermo parcheggio

89851

89626

R1 - 1 GG

96410

73770

84338

83274

92929

92704

97665

75024

86387

85688

96007

95782

Fermo parcheggio

Tornitura

98919

76279

R1 - 1 GG

76103

Fermo parcheggio

99085

98860

88384

R3 - 2 GG

Fermo parcheggio

78152

102163

101937

Fermo ricovero

89639

89465

88766

80202

R3 - 2 GG

Fermo parcheggio

90893

R2 - 1 GG

92543

91844

82251

Fermo parcheggio

92148

100402

95621

94922

84301

87651

Fermo parcheggio

93403

101884

98699

98000

86350

89133

105242

105017

94657

103367

78329

101777

101078

R1 - 1 GG

90616

108322

108096

95912

104850

80378

R3 - 2 GG

92099

111401

111176

97166

106333

82428

Fermo ricovero

93581

114481

114255

Tornitura

Fermo parcheggio

98421

107815

84477

95064

R1 - 1 GG

Tornitura

99675

109298

86527

Fermo parcheggio

96547

Fermo parcheggio

100930

110781

R1 - 1 GG

104191

88400

98029

117558

117333

Fermo parcheggio

Fermo ricovero

112263

87781

106606

90450

99512

120636

120411

Treno 7

R3 - 2 GG

Fermo ricovero

89036

109020

102560

92499

R3 - 2 GG

123714

123489

R1 - 1 GG

90291

111435

104043

94549

102591

126792

126567

Tornitura

Fermo parcheggio

91545

R1 - 1 GG

105526

96598

105671

R2 - 1 GG

102185

92800

107008

98648

108750

103439

Fermo parcheggio

94054

108491

100698

Fermo parcheggio

104694

95309

109974

110800

Fermo parcheggio

Tornitura

Treno 4

105948

96563

111456

112849

107203

114313

Treno 4

97818

113849

112939

R3 - 2 GG

R1 - 1 GG

108457

Fermo parcheggio 99073

116263

R1 - 1 GG

114899

128275

128049

109712

115567

100327

118678

Fermo parcheggio

116949

129758

129532

110967

116822

R3 - 2 GG

121092

114194

118998

131240

131015

112221

118077

Tornitura

123507

115448

102747

121048

132723

132497

113476

119331

125921

116703

104797

Fermo parcheggio

134206

133980

R1 - 1 GG

120586

R2 - 1 GG

117957

106846

123462

135688

135463

116554

121840

119212

108896

125876

137171

136945

Fermo parcheggio

119632

123095

120467

110945

128291

R1 - 1 GG

122709

124349

121721

112995

130705

Fermo parcheggio

125787

125604

122976

115045

133120

R2 - 1 GG

126859

102741

124230

R1 - 1 GG

135534

140249

140023

Treno 7

Treno 1

Fermo parcheggio

128113

105156

125485

Fermo parcheggio

137948

143327

143101

Figura 86B - Giro Macchine per l'anno 2020 (dal 30/12/2019): in ogni riga, rappresentante una settimana, si leggono i

chilometri accumulati dal mezzo o l’intervento richiesto con la rispettiva durata o la tipologia di fermo (ricovero o

parcheggio)

167

6.2. La simulazione

La simulazione è utilizzata al fine di riprodurre il comportamento di un sistema reale quando

esso è troppo complicato per essere studiato nei suoi singoli passaggi e relazioni; essa riveste

un ruolo chiave nel valutare gli elementi di incertezza all’interno di sistemi complessi e

sperimentare situazioni di cui è impossibile eseguire test direttamente sul campo. Per ottenere

risultati utili, è necessario conoscere in maniera esaustiva i processi che devono essere

simulati, al fine di elaborare un modello di simulazione che possa replicarli in maniera fedele.

Bisogna tenere in considerazione che la simulazione non fornisce risposte “esatte” (come

invece consentito dagli approcci di ottimizzazione), bensì si propone di descrivere il

comportamento del sistema al variare di differenti scenari e di effettuare analisi di tipo “what-

if”. Il modello perciò deve essere sufficientemente completo in modo tenere in considerazione

gli aspetti essenziali del processo, semplificando gli aspetti non essenziali e trascurando quelli

non necessari. La semplificazione deve essere accompagnata dalla corretta descrizione dei

limiti del modello, evidenziando quali sono stati gli elementi soggetti ad approssimazioni

rispetto alla situazione reale.

Lo studio degli output della simulazione riveste un ruolo di primaria importanza; spesso si

tratta di un processo laborioso in cui bisogna tenere a mente i gradi di semplificazione

introdotti nel modello e interpretarei risultati alla luce di una analisi critica della situazione

reale. I principali elementi del modello sono:

 Variabili: in ogni istante di tempo il modello è descritto dalle sue variabili. Ad

esempio, il numero di entità presenti all’interno del processo in un determinato istante

di tempo.

 Entità e attributi: esse sono il soggetto del sistema. Ogni singolo elemento che

attraversa il modello (ad esempio un utente) rappresenta un’entità ed è descritto da

attributi ai quali si assegnano valori precisi a seconda delle caratteristiche dell’entità.

Ad esempio, per l’entità “utente” si può assegnare l’attributo “orario di arrivo”. Le

entità sono raggruppabili in classi che condividono uno o più attributi.

 Eventi, che possono modificare il valore delle variabili di stato.

 Risorse, di cui l’entità si possono servire. Se una risorsa è libera può essere utilizzata

dall’entità per il tempo necessario; se invece risulta occupata, l’entità verrà inserita in

coda fino alla disponibilità della risorsa.

168

Esistono diversi tipi di simulazione (Balsamo, 2007):

- emulazione: simulazione che coinvolge componenti del sistema hardware e

firmware;

- metodo Montecarlo: utilizzato per modellare fenomeni che non cambiano nel

tempo. Richiede una generazione di numeri pseudo - casuali che seguono la

distribuzione di probabilità che si suppone abbia il fenomeno da indagare;

- simulazione Trace-driven: simulazione fondata su una sequenza di eventi

ordinati nel tempo e registrati dal sistema reale;

- simulazione ad eventi discreti: simulazione che usa un modello del sistema a

tempo discreto in cui le variabili di stato cambiano solo in corrispondenza di

eventi discreti, determinati a loro volta da attività e ritardi.

Date le caratteristiche del problema oggetto di studio, la scelta operata in questo lavoro di tesi

è quella di un modello ad eventi discreti tramite il quale viene replicato il comportamento del

sistema evidenziato in Figura 87. In particolare, come verrà descritto nel paragrafo 6.2.2, il

modello si occuperà di simulare gli eventi a partire da quando i treni effettuano una

operazione di manovra dal binario di manovra all’area di officina, comprendente la zona di

ricovero e le vie di manutenzione. Le parti relative all’organizzazione della stazione

ferroviaria, alle movimentazioni per le composizioni dei treni e la gestione del parcheggio

sono gestite da alcuni fogli di calcolo Excel.

Figura 87 - Perimetro di riferimento della simulazione

169

Gli istanti temporali possono riferirsi a scale orarie, giornaliere o annuali. In particolare il

valore temporale di riferimento utilizzato nel modello proposto è su base giornaliera. Lo

schema dello studio di simulazione si articola nelle seguenti fasi (Bosso, 2016) (Figura 88):

Analisi del problema, in cui sono studiati i processi con i relativi tempi e costi,

compresi i fini dello studio e i principali KPIs¹⁶ di interesse. A tal fine è utile

sviluppare una mappa concettuale nel quale si mettono in evidenza tutti i processi

logici e le domande che consentono di descrivere il sistema reale. Per il caso in esame

è proposto uno schema in Figura .

Formulazione del problema/mappatura dei processi: comprendere i processi e le

relative distribuzioni di probabilità a partire dai dati empirici a disposizione.

Elaborazione del modello: il problema in esame deve essere rappresentato utilizzando

il linguaggio simulativo, di solito facendo uso di un apposito software di simulazione,.

quale ad esempio ARENA, WITNESS o ANYLOGIC. Tali software consentono di

costruire modelli di simulazione senza bisogno di conoscere linguaggi di

programmazione specifici. Il modello può essere interfacciato con fogli elettronici di

calcolo (ad esempio Excel) sia per l’inserimento di input sia per raccogliere ed

elaborare gli output della simulazione.

Validazione: si deve verificare il corretto funzionamento del modello di simulazione e

verificare che esso replichi fedelmente il funzionamento reale, ovvero che gli output

siano coerenti con la realtà.

Progettazione della campagna di simulazione: una volta validato il modello, è

necessario progettare una adeguata campagna simulativa, ovvero decidere quali

esperimenti effettuare

Esecuzione della campagna di simulazione: si procede con l’esecuzione degli scenari

decisi e con l’interpretazione degli output ottenuti.

Conclusioni: dopo l’interpretazione degli output e il confronto tra i risultati ottenuti, si

traggono le conclusioni in accordo con gli obiettivi prefissati nella fase 1.

¹⁶ KPIs: Key Performance Indicators.

170

Stato dell’arte

In letteratura sono presenti numerosi studi nel settore ferroviario che evidenziano i vantaggi e

gli svantaggi di una politica manutentiva rispetto un’altra (Mishalani, 2009), (Joranovic,

2015) e (Zhenliang, 2012). L'usura dei componenti non avviene in maniera simultanea ma

differenziata nel tempo in base alle condizioni operative. Il rigoroso adempimento della

manutenzione di ogni componente senza considerare le esigenze di altri componenti possono

portare a un numero molto elevato degli arresti del materiale rotabile e, pertanto, invalidare il

livello di servizio garantito ai passeggeri. È quindi necessario trovare un equilibrio tra questi

due aspetti, accettando diversi tolleranze in termini di usura dei singoli componenti e, quindi,

raggruppando il maggior numero possibile di interventi la stessa macchina di manutenzione in

basso (Bababeik, 2019). L'obiettivo di questo lavoro è pianificare efficacemente i turni di

manutenzione del materiale rotabile e delle riserve al fine di soddisfare le esigenze operative.

A tal fine è stato implementato il modello di simulazione (usando l'Arena software

correttamente interfacciato con alcuni fogli di lavoro), in grado di realizzare scenari what-if e

studiare l'effetto di politiche di investimento ed eventi inattesi. La simulazione ad eventi

discreti è stata già utilizzata nel contesto della manutenzione ferroviaria, come ad esempio in

(Yasmina, 2019) ma in una prospettiva a breve termine sul verificarsi singolo eventi. In

effetti, come in (Sarah, 2012), questo lavoro focalizza l'attenzione sulla pianificazione della

manutenzione a più lungo termine, cercando di coinvolgere il esigenze di tutte le parti

interessate in questa organizzazione.

6.2.1. Il software Arena

Arena è il software scelto per la simulazione ad eventi discreti. Esso è applicabile a diversi

contesti quali schedulazione, logistica, servizi, trasporti, sanità, telecomunicazioni e sistemi di

produzione. E’ un software è intuitivo e completo, che consente di costruire agevolmente

modelli di simulazione che rappresentano sistemi reali di diversa complessità, fornendo

indicazioni sulle prestazioni del sistema. I processi e le attività del modello vengono

rappresentate attraverso opportuni blocchi che permettono di non dover utilizzare un

linguaggio di programmazione ma si appoggiano al linguaggio SIMAN (SImulation Modeling

ANalysis) che viene generato automaticamente da Arena. L’approccio di Arena è di tipo One-

Step: il modello assume le sembianze di un flowchart e perciò non descrive solamente il

processo ma fornisce una visione logica di insieme del problema in esame. Inserendo un

modulo nella finestra di progetto è possibile modificare le sue proprietà. I moduli si

classificano in due tipologie (Uguenti, 2017):

173

 Flowchart modules, che svolgono funzioni determinate per ciascun modulo. Si

differenziano per colore e forma. Collegati tra loro, tali moduli rappresentano il

sistema dinamicamente.

 Data modules, che consentono di modificare gli elementi che compongono il modello.

Essi forniscono una descrizione statica del problema.

I due moduli sono contenuti in due spazi diversi del front-end del programma, rispettivamente

nella Flowchart View e nella Spreadsheet View (Figura 90):

Figura 90 - Finestra di Arena (Fonte: Uguenti, 2017)

I principali moduli Flow-Chart di Arena sono (Bosso, 2016 e Rockwell Aut. Inc, 2019):

 Create

Viene utilizzato per generare un’entità e corrisponde con l’ingresso

nel sistema della stessa entità. In tale blocco vanno specificati:

Name: identificatore del modulo;

Entity Type: tipo di entità generata;

Type: modalità di generazione (distribuzione dei tempi di

arrivo);

Entities per Arrival: numerosità del gruppo generato;

Max Arrivals: numero massimo di entità generate;

First Creation: istante di arrivo della prima entità.

 Process

Descrive l’attività svolta dalle entità che lo attraversano. Si specifica:

Name: identificatore del modulo;

Type: standard Model o subModel;

Action: tipo di processo:

 Delay: non è richiesta nessuna risorsa ma è necessario

un tempo di processa mento;

174

 Seize Delay: è richiesto sia un tempo di processamento sia una risorsa

ma non viene rilasciata;

 Seize Delay Release: è richiesto un tempo di processamento nel quale

una risorsa che è allocata e rilasciata;

 Delay Release: è richiesto un tempo di processamento nel quale una

risorsa, precedentemente allocata, è rilasciata;

Priority: livello di priorità delle entità;

Resources: risorsa usata;

Delay Type: distribuzione per la generazione dei tempi di processamento;

Units: unità di misura del tempo.



Assign

Assegnazione all’entità che lo attraversa. Si specifica:

Name: identificativo;

Assignments: specifica l’assegnazione da fare.



Decide

Utile per i processi “what-if”, instrada l’entità su uno specifico

ramo di uscita. Si specifica:

Name: identificativo;

Type: decisione su condizione.



Batch

Le entità attendono in coda fino al completamento di un lotto il quale uscirà dal

modulo come un’unica entità. Si specifica:

Name: identificativo;

Type: tipo di raggruppamento

Size: dimensione;

Save Criterion: criterio di assegnazione dell’attributo;

Rule: regola di batching.

 Separate

Permette la duplicazione di un’entità o la separazione di un lotto. Si

specifica:

Name: identificativo;

Type: tipo di separazione

Percent costo of duplicate: tempi e costi delle entità

duplicate;

# of duplicates: numero dei duplicati creati.

 Hold

Trattiene entità successivamente rilasciate. Si specifica:

175

Name: identificativo;

Type: logica secondo cui le entità sono rilasciate (Scan for Condition; Wait for

Signal);

 Dispose

Rappresenta la fine del processo e la distruzione dell’entità.

 ReadWrite

Legge un file remoto (ad esempio Excel) per la lettura della

schedulazione riguardante le entità generate. Scrive sul corrispettivo

attributo i valori letti. Si specifica:

- Name: identificativo;

- Type: tipo di file che Arena deve leggere. Esso è abbinato al modulo DATA

File, rispetto al quale deve corrispondere il nome;

- Recordset ID: identificativo che deve corrispondere al DATA File, al quale è

associato il nome delle celle Excel;

- Assignment: definizione degli attributi ai quali sono assegnati i valori letti da

Excel.

I principali moduli Data sono (Bosso, 2016):

 Entity: definisce le entità e i costi;

 Queue: definisce le code e la loro gestione (FIFO, LIFO);

 Resource: definisce le risorse e la loro capacità;

 Variable: definsce le variabili del modello (vettori o matrici);

 File: abbinato al modulo ReadWrite, si definisce il nome del file, il tipo e il percorso.

Si specifica inoltre il Recordsets (ovvero il nome delle celle Excel).

6.2.2. Progettazione del modello di simulazione

In tale paragrafo, viene descritto il modello di simulazione implementato in Arena per

simulare il percorso effettuato dai treni dell’azienda all’interno dell’officina presso l’impianto

di Rivarolo Canavese al fine di rispettare la schedulazione prevista per il giro-macchine

descritto nel paragrafo 6.1.2. Data la dimensione estesa, verrà successivamente descritto il

modello dividendolo nei principali step logici.

Come mostrato in Figura 91, vengono analizzate le attività svolte dalle due principali funzioni

aziendali coinvolte l’Esercizio e la Manutenzione. Le operazioni dell’Esercizio (descritte nel

capitoli

2 e

3) comprendono le decisioni riguardanti la composizione dei treni,

l’aggiornamento del chilometraggio percorso, l’effettuazione delle corse, l’invio dei convogli

176

in officina e il computo del materiale rotabile disponibile. La manutenzione si occupa invece

della schedulazione degli interventi pianificabili, l’organizzazione del calendario interno degli

interventi, le manovre all’interno dell’area dell’officina, la gestione delle proprie risorse,

l’esecuzione degli interventi e la rimessa in linea dei convogli nuovamente disponibili. Le

azioni dei due soggetti devono essere coordinate in relazione alla parte logistica (i chilometri

aggiornati influenzano la pianificazione degli interventi) e alla gestione delle movimentazioni

(invio e ritiro dei convogli dalla linea all’area dell’officina). In Figura 91, i processi simulati

tramite il software Arena sono evidenziati da un rettangolo tratteggiato, le relazioni tra i

soggetti sono messe in evidenza con frecce tratteggiate. Gli eventi imprevisti o gli

investimenti che verranno proposti nella campagna multi - scenario sono inseriti nella figura

sottostante in corrispondenza dell’azione principale su cui ricade l’effetto, tramite frecce

illustrate nella seguente legenda.

Figura 91 - Processo attuale "AS IS"

177

Esercizio del materiale rotabile sulla Ferrovia Canavesana (2020) - 2