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SicurezzadelTrasportoAereo P.Carlo Cacciabue Sicurezza del Trasporto Aereo P.CarloCacciabue DipartimentodiIngegneriaAerospaziale CampusBovisaSud PolitecnicoMilano Milano ISBN978-88-470-1453-4 ISBN978-88-470-1454-1(eBook) DOI10.1007/978-88-470-1454-1 ©Springer-VerlagItalia2010 Quest’operaèprotettadallaleggesuldirittod’autoreelasuariproduzioneèammessasoloedesclusivamente neilimitistabilitidallastessa.Lefotocopieperusopersonalepossonoessereeffettuateneilimitidel15%di ciascunvolumedietropagamentoallaSIAEdelcompensoprevistodall’art.68.Leriproduzioniperusonon personalee/ooltreillimitedel15%potrannoavveniresoloaseguitodispecificaautorizzazionerilasciatada AIDRO,CorsodiPortaRomanan.108,Milano20122,[email protected]. Tuttiidiritti,inparticolarequellirelativiallatraduzione,allaristampa,all’utilizzodiillustrazionietabelle, allacitazioneorale,allatrasmissioneradiofonicaotelevisiva,allaregistrazionesumicrofilmoindatabase, oallariproduzioneinqualsiasialtraforma(stampata oelettronica)rimangonoriservatianchenelcasodi utilizzoparziale.Laviolazionedellenormecomportalesanzioniprevistedallalegge. L’utilizzoinquestapublicazionedidenominazionigeneriche,nomicommerciali,marchiregistrati,ecc.anche senonspecificatamente identificati,nonimplicachetalidenominazioni omarchinonsianoprotettidalle relativeleggieregolamenti. Layoutcopertina:FrancescaTonon Impaginazione:PTP-Berlin,ProtagoTEX-ProductionGmbH,Germany(www.ptp-berlin.eu) Stampa:SignumSrl,Bollate(MI) StampatoinItalia Springer-VerlagItaliaS.r.l.,ViaDecembrio28,I-20137Milano Springer-VerlagfapartediSpringerScience+BusinessMedia(www.springer.com) Indice 1 Analisi sistemica di sicurezza: concetti e metodi................ 1 1.1 Introduzione ............................................... 1 1.1.1 I concetti di sistema e sicurezza ....................... 1 1.1.2 Il concetto di rischio ................................. 10 1.2 Cenni di metodi statistici.................................... 15 1.2.1 La teoria della probabilita` ............................ 16 1.2.2 Grandezze tipiche in analisistatistica .................. 18 1.2.3 Alberi di probabilitaè distribuzioni discrete e continue ... 22 1.2.4 Cenni di algebra booleana ............................ 28 1.3 Rassegna di metodi per la quantificazione del rischio ............ 30 1.3.1 Fasi e metodologieprincipali quantificare il rischio....... 30 1.3.2 Analisi preliminare dei pericoli ........................ 32 1.3.3 Analisi del rischio del sistema ......................... 33 1.3.4 Implementazione delle misure di sicurezza .............. 35 1.4 Alberi di Evento e Alberi di Guasto........................... 36 1.4.1 Alberi di Evento .................................... 36 1.4.2 Alberi di Guasto .................................... 38 1.5 Sicurezza Funzionale........................................ 43 1.5.1 Definizione e concetto di integrita` dei sistemi di sicurezza – SIL ................................... 44 1.5.2 SIL e affidabilita` .................................... 45 1.5.3 Calcolo del valore del SIL ............................ 46 1.6 Metodologiaglobale per la valutazione prospettica del rischio .... 57 2 Fattori umani nell’analisi di sicurezza .......................... 63 2.1 Introduzione ............................................... 63 2.2 I Fattori Umani nella tecnologia moderna ..................... 64 2.3 Definizioni ed elementi caratteristici di Sistemi Uomo-Macchina .. 66 2.3.1 Il Sistema Uomo-Macchina ........................... 67 2.3.2 Elementi socio-tecnici di un Sistema Uomo-Macchina .... 69 2.4 Modelli e simulazionidi comportamento umano ................ 72 VI Indice 2.4.1 Il modelloRMC-PIPE ............................... 73 2.4.2 Il modelloSRK ..................................... 75 2.4.3 Modello di “Macchina cognitiva fallibile” ............... 78 2.4.4 Il modello“Contextual Control Model” ................ 79 2.4.5 Il modelloSHELL ................................... 81 2.5 Implementazionidei modelli in simulazioninumeriche ........... 84 2.6 Teorie e modellidi errore umano ............................. 85 2.6.1 Tipologie di errore................................... 86 2.6.2 Modalita` di errore umano ............................ 89 2.6.3 Tassonomie e modelli di errore ........................ 89 2.7 Rassegna di metodi e metodologie classici di affidabilitaùmana... 91 2.7.1 La metodologiaSHARP.............................. 94 2.7.2 Il metodo OAT...................................... 96 2.7.3 Il metodo APJ ...................................... 97 2.7.4 Il metodo PC ....................................... 98 2.7.5 Il metodo TESEO ................................... 99 2.7.6 Il metodo SLIM .....................................100 2.7.7 metodo HCR .......................................101 2.7.8 Il metodo THERP...................................103 2.8 Limitie critiche dei metodi classici di affidabilitàumana ........105 2.8.1 Aspetti cognitivi e socio-tecnici .......................105 2.8.2 Aspetti dinamici ....................................106 2.8.3 Limitidi applicazione dei metodi di prima generazione ...107 2.9 Metodi di affidabilitaùmana di seconda generazione ............108 2.9.1 Il metodo ATHEANA................................108 2.9.2 Il metodo CREAM ..................................109 2.9.3 Il metodo DYLAM-HERA............................110 2.10 Technique for Human Error Rate Prediction – THERP..........111 2.10.1 Schema generale tecnica THERP ......................111 2.10.2 THERP in dettaglio .................................113 3 Metodi per analisi retrospettive................................119 3.1 Introduzione all’analisiretrospettiva di occorrenze e incidenti ....119 3.2 Linee guida all’applicazionedi metodi per analisi retrospettive ...121 3.2.1 Metodologia di analisi retrospettiva: i concetti di occorrenza, evento e dinamica sequenziale ..............121 3.2.2 Procedura di implementazione di studio di incidente ....127 3.3 Modelli,tassonomie e metodi per l’analisidi occorrenze .........129 3.4 Definizione logicaanalitica dell’Occorrenza ....................144 3.4.1 Individuazione degli eventi ...........................145 3.4.2 Event Time Line ...................................146 3.4.3 Eventi positivi ed eventi negativi .....................147 3.5 Metodi per la classificazione e ricerca delle cause primarie .......147 3.5.1 Il modelloorganizzativo di Reason ....................147 Indice VII 3.5.2 Classificazione di informazioni secondo il metodo ADREP 2000 ......................................149 3.5.3 Metodo specifico ai fattori umani:CREAM ............152 3.5.4 Metodo ISAAC “Integrated Systemic Approach for Accident Causation” ................................157 4 Il Safety Management System e metodologia integrata per l’analisi di sicurezza ...........................................163 4.1 Safety Management System .................................163 4.1.1 Componenti principali di un SMS .....................164 4.1.2 Approcci operativi principali di un SMS ...............167 4.2 Analisi di sicurezza retrospettiva in ottica SMS ................169 4.2.1 La raccolta dati e classificazione di Occorrenze .........171 4.2.2 Metodi per l’analisidei dati ..........................172 4.2.3 Valutazione del rischio di Evento ed Occorrenza ........177 4.2.4 Approccio pratico per valutare ilrischio di Evento ......183 4.3 Metodologiaper analisi di sicurezza integrate di sistemi .........186 4.3.1 La metodologiaHERMES ...........................188 Appendice 1 Applicazione del metodo THERP ad un caso reale: la procedura di avvicinamento all’aeroporto MI-Malpensa .....191 A1.1 Il caso studio ..............................................191 A1.1.1 La procedura ideale .................................192 A1.1.2 Condizioni di ATI ed assenza di raffica ................192 A1.2 Individuazione delle condizioni di successo della procedura ......198 A1.3 Costruzione degli HRA-ET ..................................202 A1.4 Determinazione delle HEP ..................................209 A1.4.1 Estensione degli ipersostentatori alle posizioni 1, 5 e 10 ..209 A1.4.2 Calibrazione dell’altimetrosulla QNH .................211 A1.4.3 Attivazione della procedura di livellamentodel volo .....213 A1.4.4 Lettura dell’approach check list .......................214 A1.5 Probabilita`di successo e fallimentodella procedura ............216 A1.6 Valutazione possibilitàdi recupero degli errori .................216 Appendice 2 Studio retrospettivo e classificazione di incidente: l’incidente di Zurigo – volo AZ 404, 14 Novembre, 1990........221 A2.1 Il caso studio ..............................................221 A2.2 Resoconto dell’accaduto ....................................223 A2.3 Le conclusioni dell’inchiesta .................................224 A2.3.1 Le evidenze ........................................225 A2.3.2 Le cause ...........................................226 A2.4 Ricostruzione delle ultime fasi del volo ........................226 A2.4.1 La procedura di avvicinamento .......................227 A2.5 Definizione logicaanalitica dell’incidente ......................231 A2.5.1 Individuazione degli Eventi e Event Time Line (ETL) ...231 VIII Indice A2.6 Analisi dati e definizione cause a mezzo della tecnica ADREP ...232 A2.6.1 Occurence Severity ..................................233 A2.6.2 Occurrence Category ................................233 A2.6.3 Classificazione degli Eventi ...........................233 A2.7 Analisi dati e definizione cause a mezzo della tecnica CREAM ...238 A2.7.1 Individuazione delle sequenze critiche .................238 A2.7.2 Diagrammidi flusso .................................244 A2.7.3 Commento dei risultati ..............................248 A2.8 Analisi dati e definizione cause a mezzo della tecnica ISAAC ....249 Abbreviazioni......................................................255 Glossario ..........................................................259 Bibliografia ........................................................265 Indice Analitico ...................................................271 Indice Analitico Autori ............................................275 Prefazione Questo testo contiene l’insieme delle lezioni relative al corso accademico per inge- gneri aerospaziali orientato allo sviluppo di una competenza teorica e applicativa nella “Sicurezza del Trasporto Aereo”. Particolare attenzione è dedicata all’analisi dei rischi associati alle operazioni, attività e gestione di situazioni normali e di emergenza. I sistemi considerati coprono tutto il dominio del trasporto aereo, comprendente il volo e trasporto passeggeri, la gestione degli aeroporti e delle operazioni di terra, il controllo del traffico aereo e la manutenzione. Ilvolumeè stato sviluppatoper rispondere allanecessita` di raggruppare in un unicotestoquattroaspettiimportantiesinergiciperlaformazionediuningegnere di sicurezza. Tali aspetti sono: 1) le nozioni di statistica, necessarie per la valutazione quantitativa del rischio; 2) gli approcci di analisi di sicurezza sistemica, indispensabili per lo studio e progettazione di impiantibasati su valutazioni pro- babilistiche di sicurezza; 3) la considerazione dei fattori umani, sia sotto il profilo modellistico che probabilistico e sistemico, fondamentali per l’inclusione del contributo dell’ “errore umano” alla valutazione quantitativa del rischio globale del sistemauomo-macchina;ed infine 4)lametodologiaintegrativaditutte taliteorie e tecniche in una visone piu` ampia di Sistema di Gestione della Sicurezza (“Safe- ty Management System”), che risponde alle attualiesigenze e richieste normative delle Autorita` di sicurezza internazionali e nazionali. Per mantenere uno sviluppo logicodi apprendimento progressivo degli aspetti teoricieperlaloroinquadraturainunprocessometodologicodianalisidisicurezza sistemica, sono stati previsti quattro capitoli principali e due appendici. Il primo capitoloaffronta le problematiche relative agli elementi fondamentalidi statistica e descrive le tecniche piu` comunemente utilizzate per effettuare analisi probabilistica prospettica di rischio. Il secondo capitolo è interamente dedicato ai modelli dicomportamentoumano,orientatiall’identificazionedelle cause e modalitàdegli errori umani, nonché alla descrizione delle tecniche principali per la valutazione probabilistica del contributo dell’errore umano all’analisi del rischio. Il terzo capitolo affronta il problema dell’analisi di rischio per la valutazione retrospettiva deipericoliedelle conseguenze che sisonorealmente verificate inun’organizzazio- ne. Infine, nel quarto capitolo, si inquadra l’analisi di rischio in una prospettiva X Prefazione di Sistema di Gestione della Sicurezza con l’obbiettivo di mostrare il contributo dell’analisidisicurezza inun quadro metodologicopiu` ampioed integrato ditutti i sistemi del trasporto aereo. Infine, le due appendici sono dedicate a due esempi applicativi pratici, relativi a sistemi ed eventi reali, delle tecniche e metodologie descritte nei capitoli precedenti: il primo caso riguarda la valutazione del rischio associato ad una precisa operazione del volo in relazione ad un sistema aeropor- tuale e ad un velivoloreali; il secondo caso è basato sullostudio di dettaglio delle causediunincidentereale,applicandodiversetecnichedianalisideifattoriumani. Piu` in dettaglio, il Capitolo 1, intitolato “Analisi sistemica di sicurezza: concetti e metodi”, rappresenta l’elemento portante del teso, in quanto contiene la rassegna dei metodi statistici ed i concetti fondamentali della teoria della probabilita`che rappresenta la tecnica di base per l’analisiquantitativadi rischio. Sono poi passati in rassegna i metodi piu` comuni per la valutazione e quantificazione prospettica del rischio associato alla gestione di sistemi complessi, dai “classici” Alberi di Guasto ed Alberi di Evento alla piu` recente teoria di analisi funzionale dei sistemi. Il Capitolo 2, intitolato “Fattori umani nell’analisi di sicurezza”, presenta le teorie, modelli di comportamento e metodi per l’implementazione dei fattori umani in analisi di sicurezza. In particolare, viene discussa in dettaglio unadelle tecniche classiche piu` comunemente utilizzate per l’inclusionedei fattori umaniin analisidi rischio, con esempi applicativisemplici. Nel Capitolo3,intitolato “Metodi per analisi retrospettive”, sono discussi i componenti fondamentali per effettuare lo studio di occorrenze ed eventi realmente accaduti. L’obbiettivoè quellodimostrare comemetodieteorie dianalisidelrischiovenganoapplicatiper la valutazione di situazioni reali, e pertanto come questi possano essere applicati per la raccolta di informazioni, l’implementazione in banche dati, e soprattutto per l’analisielosviluppodiraccomandazionirelativeadoccorrenze, inconvenienti gravied incidenti.Infine,nelCapitolo4,intitolato“IlSafetyManagement System emetodologiaintegrataperl’analisidisicurezza”,vieneaffrontatalaproblematica della gestione della sicurezza sotto un profilo globale, che copre tutti gli aspetti di studio ed analisi dei pericoli associati al trasporto aereo ed alla loro gestione. Ciò chiude il ciclo di presentazione del processo metodologico di applicazione del concetto di rischio per analisi di sicurezza integrate retrospettive e prospettiche, iniziato fin dal capitolo uno, e che rappresenta il filo conduttore del discorso sul- la sicurezza nel trasporto aereo di questo volume. L’Appendice 1 contiene il caso studio di affidabilita` umana relativo all’esame della procedura di avvicinamento all’aeroportodiMi-Malpensaper unvelivoloBoeing747-200,attraversolatecnica denominata THERP. L’Appendice 2 prende in esame l’incidente di collisione con ilterreno del voloAZ404avvenuta il14Novembre 1990nei pressi diZurigo,a cui vengono applicati tre metodi per la classificazione delle cause relative agli errori umani noti come ADREP, CREAM e ISAAC. Essendo questo librodedicato aglistudenti di Ingegneria Aerospaziale,è stato scritto con intento didattico ed in un’ottica di lettura completa e progressiva. Pertanto, si consigliata di leggere i capitoli in sequenza, passando alle appendici qualorasivogliaacquisire familiarita`con l’applicazionepraticadeimetoditeorici. Per altro, un lettore piu` esperto e conoscitore dei metodi di analisi probabilistica Prefazione XI potrebbe concentrarsi sui capitoli 3 e 4 di applicazione metodologicaed utilizzare le appendici come banco di prova e valutazione di applicazioni pratiche. Infine,è doveroso ricordare ilcontributo ricevuto nel corso degli annida parte dimolticolleghi,amicie collaboratoricon iqualihoavuto ilpiacere diinteragire. Il pericolo di dimenticarne qualcuno nei ringraziamenti consiglia sempre di non tentare un elenco di tutte le persone che hanno in diverso modo contribuito allo sviluppo del testo. Personalmente credo di ricordarle tutte, e chi, tra i lettori di questo librosi ritrovasse come contributore intellettuale ocoadiutore di unaparte specifica di esso, sappia che è stato ricordato nel momento della scrittura e gode della mia piu` profonda gratitudine. Tuttavia, mentre nei ringraziamenti che seguono sono menzionati coloro con i quali ho fattivamente collaborato alla stesura specifica, penso che sia giusto ricordare qui alcune persone che hanno lavorato con me in passato piu` o meno recente, con risultati eccellenti, tali da essere ripresi in larga misura nel presen- te testo, data la qualita` e validita` del loro contenuto. Mi riferisco in particolare all’Ing. M. Pedrali, purtroppo non piu` con noi, e all’Ing. S. Mancini, le cui due tesi di laurea magistrale sono alla base delle due applicazioni pratiche contenute nelle appendici, e all’Ing. E. De Grandis, con cui abbiamo iniziato il percorso di modellisticadel gruppo ed abbiamoformulatole ipotesi dilavorometodologicodi analisiretrospettiva della sicurezza in termini di rischio. Ringraziamenti Ringrazio profondamente Giuseppe Borgna, Stanislao Lancia e Fabio Toti per il supporto ricevuto e per le molte discussioni proficue avute in seno al Comitato Italiano Sicurezza Volo (IFSC), soprattutto in merito agli aspetti applicativi e pratici dei metodi di analisi del rischio. Inoltre, vengono ringraziati gli allievi del Corso “Sicurezza del Volo”, anno accademico 2008-09, ed in particolare Viviana Franzetti ed Elisa Parini, per aver effettuato la rilettura e correzione della prima versione del testo. P. Carlo Cacciabue