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Glass cockpit di un C-141

Pacemaker

Space Shuttle

Sala di controllo di una centrale nucleare

Esempi^[1] di sistemi critici per la sicurezza

Un sistema critico (dall'inglese critical system) è un generico sistema che, in caso di mancato funzionamento, può provocare danni inaccettabili. Essi si distinguono tra sistemi critici per la sicurezza e sistemi critici per la missione, meglio noti con i loro rispettivi termini inglesi safety-critical e mission-critical. L'ingegneria della sicurezza e l'ingegneria dell'affidabilità sono le branche dell'ingegneria che si occupano della coordinazione delle attività di progettazione di questi sistemi.

Un sistema critico per la sicurezza è definito come un sistema il cui fallimento può portare a^[1]^[2]:

morte o ferimento di persone
perdita o grave danneggiamento di mezzi e impianti di particolare valore
gravi danni ambientali.

Esempi di questi sistemi includono dispositivi medici, sistemi avionici, razzi o missili, impianti nucleari^[1].

Un sistema critico per la missione è definito come un sistema il cui fallimento può causare danni economici potenzialmente irreparabili per l'azienda che produce e/o usa il sistema. Un esempio di questi sistemi sono i satelliti artificiali^[2] o i sistemi bancari^[3]^[4].

Classificazione dei sistemi

Regimi di affidabilità

Una distinzione tra sistemi critici riguarda il loro comportamento previsto in caso di guasti. Diversi termini e classificazioni sono stati proposti, tra i quali i più comuni sono:

Fail-operational systems^[7]: il sistema nel suo complesso continua ad operare correttamente anche quando un sotto-sistema (o un componente) presenta un guasto. In questa categoria rientrano svariate tipologie di apparati, tra cui alcuni sistemi automotive^[8], i sistemi fly-by-wire^[9] e i sistemi di protezione delle centrali nucleari^[10].
Fail-safe systems^[11]^[12]: il sistema o una parte di esso, diventa non funzionante ma si trova in uno stato sicuro. Molti strumenti medici rientrano in questa categoria, come gli apparati per la trasfusione di sangue, i quali impediscono l'ingresso di bolle di gas nel sistema circolatorio del paziente anche quando smettono di funzionare. Altro esempio classico sono alcuni sistemi ferroviari, che azionano i freni di emergenza in caso di guasto.
Fail-soft systems^[13]^[14]: a seguito di un guasto, il sistema è in grado di fornire solo alcune funzionalità oppure tutte le funzionalità ma con performance ridotte.
Fail-passive systems^[15]: termine intermedio tra fail-safe e fail-operational. Se un sottosistema fallisce, non causa problemi al sistema più grande, ma tipicamente un'azione esterna deve essere presa per poter consentire il funzionamento del sistema completo. Questa modalità è tipica degli autopiloti^[16]: se il sistema di autoland fallisce, è garantito che non causa problemi al volo, ma richiede l'intervento umano del pilota per consentire l'atterraggio.
Fail-secure systems^[17]: concetto simile a fail-safe, ma la sicurezza si intende contro attacchi da parte di terzi. Un esempio sono le serrature elettroniche^[18], che in caso di mancanza di alimentazione rimangono bloccate (stato sicuro).

Non è sempre possibile classificare a priori dell'analisi dei requisiti di sicurezza il regime di affidabilità richiesto da un sistema. Per esempio, un autopilota può essere classificato semplicemente fail-passive, perché il suo malfunzionamento può essere gestito dai piloti, ma deve essere fail-operational se offre funzionalità di atterraggio completamente automatico, dove i piloti non avrebbero sufficiente tempo per reagire a un guasto dell'autopilota^[15].

Ingegnerizzazione della probabilità di guasto

Essendo materialmente impossibile costruire un sistema che non si guasti mai, l'ingegnerizzazione dei sistemi critici prevede il controllo della probabilità di guasto o più in generale la riduzione del rischio. Per ottenere questi risultati si applicano approfondite analisi (ad esempio analisi dei materiali) e miglioramento dei sistemi di sicurezza. Quando non è possibile migliorare ulteriormente un dato componente, o nel caso sia non vantaggioso da un punto di vista economico, si applicano tecniche di ridondanza.

I requisiti di un sistema critico

Secondo la norma IEC 61508 i requisiti in termini di probabilità di guasto di un sistema critico si esprimono attraverso:

PFH - Probabilità di guasto catastrofico per unità di tempo
PFD - Probabilità di guasto catastrofico on-demand

La scelta tra i due requisiti dipende dal la frequenza con la quale la funzione critica del sistema viene attivata. Se essa è continua, si sceglierà PFH, se essa è da considerarsi sporadica, il requisito sarà espresso da PFD. La volutamente non oggettiva distinzione lascia al progettista, e all'eventuale ente certificatore, la valutazione di quale requisito è più appropriato.

Un valore tipico utilizzato per i sistemi aeronautici critici è un $PFH=10^{-9}/hour$ , ovvero ogni ora un incidente catastrofico deve avvenire con una probabilità minore di $10^{-9}$ ^[19]. In altre parole, il tempo medio al primo guasto catastrofico è di circa 100.000 anni.

Stima della probabilità di guasto

Uno dei modelli più utilizzato per stimare la probabilità di guasto di un sistema è la curva a vasca da bagno.

Resilienza ai guasti

Sistemi critici informatici

Nei moderni sistemi critici, i sistemi informatici svolgono un ruolo fondamentale per il funzionamento e la sicurezza del sistema stesso. La maggior parte di questi sistemi sono solitamente classificabili come sistemi real-time, perché il funzionamento di detti sistemi è determinato anche dal tempo di risposta degli stessi. Questo richiede che il tempo di esecuzione peggiore di un programma sia stimato correttamente.

Note

^ ^a ^b ^c (EN) J.C. Knight, Safety critical systems: challenges and directions, IEEE, 2002.
^ ^a ^b Ian Summerville, Critical Systems (PDF) ^{[collegamento interrotto]}, su courses.cs.washington.edu. URL consultato il febbraio 2020.
^ Mission-Critical Computing, su susedefines.suse.com, SUSE. URL consultato il febbraio 2020.
^ Stephen M.W., Why mission-critical encryption remains a must for IT security, su techgenix.com, TechGenix, 2019. URL consultato il febbraio 2020.
^ Elevator plunges are rare because brakes and cables provide fail-safe protections, Washington Post, 2013.
^ UPS SYSTEMS USED TO SUPPORT EMERGENCY SYSTEMS SUCH AS EVACUATION LIFTS MUST COMPLY WITH BS EN 50171 REGULATION, su powercontrol.co.uk. URL consultato il 24 febbraio 2020.
^ (EN) Adam Schnellbach, Fail-operational automotive systems - Doctoral Thesis, Graz University of Technology, 2016.
^ (EN) Bülent Sari, Hans-Christian Reuss, Fail-Operational Safety Architecture for ADAS Systems Considering Domain ECUs, SAE International, 2018, DOI:10.4271/2018-01-1069.
^ (EN) Ellis F. Hitt, Dennis Mulcare, Fault-Tolerant Avionics (PDF), su cs.unc.edu, 2001. URL consultato il febbraio 2020.
^ (EN) Safe and Reliable Power Automation, su men.de, MEN Mikro Elektronik GmbH. URL consultato il febbraio 2020.
^ Nancy Leveson, Basic Design for Safety Principles (PDF), su ocw.mit.edu, MIT, 2016. URL consultato il 24 febbraio 2020.
^ 10 fail-safe examples, su simplicable.com, 2016. URL consultato il 24 febbraio 2020.
^ fail soft - Glossary, su csrc.nist.gov, NIST. URL consultato il 24 febbraio 2020 (archiviato dall'url originale il 24 febbraio 2020).
^ Duane Kritzinger, Aircraft System Safety, Woodhead Publishing, 2006, ISBN 9781845691363.
^ ^a ^b (EN) A detailed explanation of the terms Fail Operational and Fail Passive, su iasa.com.au, International Aviation Safety Association. URL consultato il febbraio 2020 (archiviato dall'url originale il 15 luglio 2020).
^ Autoland, su skybrary.aero, SkyBrary. URL consultato il 24 febbraio 2020.
^ Lawrence J. Fennelly, Effective Physical Security, Elsevier, 2003, ISBN 9780080470047.
^ (EN) Lori Greene, Decoded: Fail Safe vs. Fail Secure – When and Where? (PDF), su us.allegion.com, Allegion, 2018. URL consultato il 24 febbraio 2020.
^ System Design and Analysis Harmonization and Technology Update (PDF), su faa.gov, FAA, 2002. URL consultato il febbraio 2020.

Bibliografia

Marvin Rausand, Reliability of Safety-Critical Systems, Wiley, 2014, ISBN 9781118112724.

Voci correlate

[Knight-articolo-1] (EN) J.C. Knight, Safety critical systems: challenges and directions, IEEE, 2002.

[ws_slides-2] Ian Summerville, Critical Systems (PDF) ^{[collegamento interrotto]}, su courses.cs.washington.edu. URL consultato il febbraio 2020.

[3] Mission-Critical Computing, su susedefines.suse.com, SUSE. URL consultato il febbraio 2020.

[4] Stephen M.W., Why mission-critical encryption remains a must for IT security, su techgenix.com, TechGenix, 2019. URL consultato il febbraio 2020.

[5] Elevator plunges are rare because brakes and cables provide fail-safe protections, Washington Post, 2013.

[6] UPS SYSTEMS USED TO SUPPORT EMERGENCY SYSTEMS SUCH AS EVACUATION LIFTS MUST COMPLY WITH BS EN 50171 REGULATION, su powercontrol.co.uk. URL consultato il 24 febbraio 2020.

[7] (EN) Adam Schnellbach, Fail-operational automotive systems - Doctoral Thesis, Graz University of Technology, 2016.

[8] (EN) Bülent Sari, Hans-Christian Reuss, Fail-Operational Safety Architecture for ADAS Systems Considering Domain ECUs, SAE International, 2018, DOI:10.4271/2018-01-1069.

[9] (EN) Ellis F. Hitt, Dennis Mulcare, Fault-Tolerant Avionics (PDF), su cs.unc.edu, 2001. URL consultato il febbraio 2020.

[10] (EN) Safe and Reliable Power Automation, su men.de, MEN Mikro Elektronik GmbH. URL consultato il febbraio 2020.

[11] Nancy Leveson, Basic Design for Safety Principles (PDF), su ocw.mit.edu, MIT, 2016. URL consultato il 24 febbraio 2020.

[12] 10 fail-safe examples, su simplicable.com, 2016. URL consultato il 24 febbraio 2020.

[13] soft - Glossary, su csrc.nist.gov, NIST. URL consultato il 24 febbraio 2020 (archiviato dall'url originale il 24 febbraio 2020).

[14] Duane Kritzinger, Aircraft System Safety, Woodhead Publishing, 2006, ISBN 9781845691363.

[iasa-15] (EN) A detailed explanation of the terms Fail Operational and Fail Passive, su iasa.com.au, International Aviation Safety Association. URL consultato il febbraio 2020 (archiviato dall'url originale il 15 luglio 2020).

[16] Autoland, su skybrary.aero, SkyBrary. URL consultato il 24 febbraio 2020.

[17] Lawrence J. Fennelly, Effective Physical Security, Elsevier, 2003, ISBN 9780080470047.

[18] (EN) Lori Greene, Decoded: Fail Safe vs. Fail Secure – When and Where? (PDF), su us.allegion.com, Allegion, 2018. URL consultato il 24 febbraio 2020.

[19] System Design and Analysis Harmonization and Technology Update (PDF), su faa.gov, FAA, 2002. URL consultato il febbraio 2020.

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Sistema critico

Classificazione dei sistemi

Regimi di affidabilità

Ingegnerizzazione della probabilità di guasto

I requisiti di un sistema critico

Stima della probabilità di guasto

Resilienza ai guasti

Sistemi critici informatici

Note

Bibliografia

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