Functional Safety: a comparison between RBD and Markov models for the analysis of Safety Instrumented Systems

Functional safety is a part of risk assessment aimed at securing a machine or process through the implementation of a safety control system, consisting of logical and physical elements. Within this work, the main international standards involved in Functional Safety and how they apply the Reliability Engineering Theory are investigated. This is a discipline that studies the ability of systems or components to operate a specific function (a safety function in this case) under certain conditions, for a given time interval and without failures. In particular, the feasibility of a simple method such as the Reliability Block Diagram (RBD) is evaluated by analyzing the models used in the standards and comparing them with the results obtainable through the Markov chain model. The strategy of the Reliability Block Diagram (RBD) is then used to study a structure not investigated by the standards: the double channel with diagnostic external to the functional channel. The results, despite the approximations and simplifications introduced by the model under consideration, allow a preliminary solution to be provided for this structure, consistent with the range of expected results, that confirms the flexibility of the tool presented, which may be a future method to delineate the perimeter of more complex models.

La sicurezza funzionale rappresenta una parte dell’analisi di rischio, volta alla messa in sicurezza di un macchinario o un processo attraverso l’implementazione di un sistema di controllo della sicurezza: composto da elementi logici e fisici. All’interno del presente lavoro sono indagati i principali standard internazionali coinvolti nella Sicurezza Funzionale e come questi applichino la Teoria dell’Ingegneria dell’Affidabilità, vista come disciplina che studia la capacità di sistemi o componenti di operare una specifica funzione, di sicurezza in questo caso, in determinate condizioni e per un dato intervallo temporale, senza guastarsi e fallire. In particolare, viene valutata l’applicabilità di un metodo semplice quale il Diagramma a Blocchi di Affidabilità (RBD) mediante l’analisi dei modelli utilizzati dagli standard e comparandoli con i risultati ottenibili attraverso il modello delle catene di Markov. La strategia del Diagramma a Blocchi di Affidabilità (RBD) viene poi utilizzata per studiare una struttura non indagata dalle norme tecniche: il doppio canale con monitoraggio esterno al canale funzionale. I risultati, al netto delle approssimazioni e semplificazioni introdotte, consentono di fornire una soluzione preliminare, coerente con il range di risultati attesi, confermando la flessibilità dello strumento presentato, che può configurarsi come futuro metodo d’indagine per delineare il perimetro di modelli a complessità maggiore.