Valutazione del rischio di sistemi elettronici di pilotaggio: applicazione del metodo D-FMEA nella progettazione di un inverter multitensione per applicazioni HVAC/R

The increasing adoption of electric drive systems in various industries has led to a growing need for effective risk assessment methodologies to ensure their safe and reliable operation. The Design FMEA method is widely recognized as a valuable tool for identifying and mitigating potential failure modes and their associated effects and well consolidated among high-requirements industry sectors such as the automotive and pharmaceutical productive ones. The thesis titled aims to investigate the application of the Design Failure Mode and Effects Analysis (D-FMEA) method in assessing the risks associated with electric drive systems, specifically focusing on a case study of a poly-phase inverter used in HVAC/R applications. This research will begin by providing an overview of poly-phase inverters and their significance in HVAC/R applications. It will then delve into the theoretical foundations of the Design FMEA method, explaining its key concepts and steps involved in conducting a comprehensive risk assessment. The case study will involve a detailed analysis of a poly-phase inverter used in HVAC/R applications operating in severe electrical environments. The inverter's design, components, and operational characteristics will be thoroughly examined to identify potential failure modes and their corresponding effects. The severity, occurrence, and detectability of each failure mode will be assessed using appropriate scales derived from the AIAG association standards, and an Action Priority (AP) index will be calculated to prioritize the identified risks. Furthermore, this thesis will explore the challenges and limitations of the current design, by proposing a risk mitigation plan including potential improvements and adaptations that can enhance the robustness of the product operating into harsh environments. The research findings will contribute to the company knowledge by providing insights into the application of the Design FMEA method specifically for electric drive systems in HVAC/R applications. The results will help design teams in identifying and addressing potential risks associated with poly-phase inverters, ultimately leading to improved system reliability and monitoring. By applying this method, the present analysis work aims to enhance the understanding of potential failure modes and their effects, ultimately contributing to the development of safer and more reliable electric drive systems in the HVAC/R industry.

L’aumento dell’adozione di sistemi elettronici di pilotaggio in diversi settori ha portato ad una crescente necessità di metodi per la valutazione del rischio per garantirne la sicurezza e l’affidabilità. Il metodo di Design Failure Mode and Effects Analysis (Design FMEA) è ampiamente riconosciuto come uno strumento valido per l’identificazione e la mitigazione delle potenziali modalità di guasto e delle loro possibili conseguenze, inoltre, è ben consolidato nei settori industriali ad alti requisiti come in quelli automobilistico e farmaceutico. La tesi ha lo scopo di esaminare l’applicazione del metodo di Design FMEA nella valutazione del rischio associato ai sistemi elettronici di pilotaggio, focalizzandosi nello specifico nel caso di un inverter multitensione impiegato in applicazioni Humidity Ventilation Air Conditioning and Refrigeration (HVAC/R). Questa ricerca fornisce una panoramica sugli inverter multitensione e sulla loro rilevanza nelle applicazioni HVAC/R. Vengono poi approfondite le basi teoriche del metodo di Design FMEA, precisando gli elementi chiave e le fasi necessarie per condurre una completa valutazione dei rischi. Il caso di studio prevede un’analisi dettagliata dell’inverter multitensione usato in applicazioni HVAC/R poste in severe condizioni operative. Il design dell’inverter, i componenti e le caratteristiche operative vengono esaminate meticolosamente per identificare le possibili modalità di guasto e le conseguenze corrispondenti. La severità, l’occorrenza e la rilevabilità di ciascuna modalità di guasto sono valutate utilizzando metriche idonee derivate dallo standard Automotive Industry Action Group (AIAG). Viene poi calcolato un indice di Action priority per assegnare una priorità al rischio individuato. Inoltre, questa tesi mostra le sfide e le limitazioni del design attuale, proponendo un piano di mitigazione dei rischi che comprende potenziali miglioramenti e adattamenti che possano incrementare la robustezza del prodotto in ambienti ostili. I risultati della ricerca potranno contribuire alla conoscenza dell'azienda fornendo approfondimenti sull'applicazione del metodo di Design FMEA specificatamente per i sistemi elettronici di pilotaggio nelle applicazioni HVAC/R. I risultati aiuteranno i gruppi di progettazione a identificare e affrontare i potenziali rischi associati agli inverter multitensione, migliorando l’affidabilità e il monitoraggio del sistema. Applicando questo metodo, il presente lavoro di analisi punta a migliorare la comprensione delle potenziali modalità di guasto e delle loro conseguenze, contribuendo, infine, allo sviluppo di sistemi elettronici di pilotaggio più sicuri e più affidabili nel settore HVAC/R.