MANTENIMIENTO INDUSTRIAL Mantenibilidad y Disponibilidad

Mantenibilidad

Capacidad de un elemento bajo condiciones de utilización dadas, de ser preservado, o ser devuelto a un estado en el que al requerida pueda realizar una función requerida, cuando el mantenimiento se ejecuta bajo condiciones dadas y utilizando procedimientos y recursos establecidos (UNE-13306, 2011).

Tomamos T como el tiempo de una intervención de mantenimiento.

Definimos M(t) como la función de mantenibilidad:

FormMantenib1

La función g(t) representa la función de densidad de probabilidad:

FormMantenib2

μ(t) es la función de tasa de reparación

FormMantenib3

El tiempo medio de reparación MTTR:

FormMantenib4

Disponibilidad

La disponibilidad de un equipo es la probabilidad de estar en funcionamiento o listo para funcionar en el momento requerido.

Es una medida que nos indica cuánto tiempo está ese equipo operativo respecto de la duración total durante la que se hubiese deseado que funcionase. Típicamente se expresa en porcentaje.

Disponibilidad

Diagrama de disponibilidad

FormDisponib

Nos indica la aptitud de un elemento para encontrarse en un estado en que pueda realizar su función, cuándo y cómo se requiera, bajo condiciones dadas, asumiendo que se dispone de los recursos externos necesarios (UNE-13306, 2011).

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL Fiabilidad de sistemas complejos

Sistemas en serie

Sistemas en los que el fallo del mismo equivale al de uno sólo de sus componentes. El sistema funciona si todos los componentes funcionan correctamente.FiabilidadSerie

Sistemas en serie

La función de fiabilidad del conjunto es el producto de la fiabilidad individual de los n componentes:

FormFiabSerie

Sistemas en paralelo

Sistemas en los que el sistema falla si todos los componentes fallan en su operación.

FiabilidadParal1

De la definición de Fiabilidad tenemos:

FiabilidadParal2

Por tanto

FiabilidadParal3

Vemos que la fiabilidad resultante como mínimo igual a la de cualquiera de sus componentes individuales.

Una forma de aumentar la fiabilidad de un sistema es mediante la redundancia, es decir replicar componentes en un sistema. Hay dos formas de redundancia:

-Redundancia activa: todos los elementos redundantes están activos de forma simultánea.

-Redundancia pasiva (stand-by): el elemento redundante función sólo como consecuencia del elemento primario.

 

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL Funciones de distribución y fiabilidad

En principio, se puede utilizar cualquier función de distribución para crear un modelo de duración de equipos. En la práctica, las funciones de distribución con funciones de riesgo monótonas parecen más realistas y, dentro de esta clase, existen unas pocas que se considera que proporcionan los modelos más razonables de fiabilidad de dispositivos.

Etapasdevida

Etapas en la vida de un equipo

Las distribuciones que más se emplean a la hora de modelar tiempos de fallo, algunas de las cuales serán comentadas a continuación, son la exponencial, la Weibull, la normal, la log-normal, la logística y la log-logística.

Distribución exponencial de fallos: tasa de fallos constante

La función de distribución que se utiliza más a menudo para modelar la fiabilidad es la exponencial, ya que es sencilla de tratar algebraicamente y se considera adecuada para modelar el intervalo de vida funcional del ciclo de vida del dispositivo. Se utiliza para modelar el tiempo transcurrido entre dos sucesos aleatorios no muy frecuentes cuando la tasa de ocurrencia, λ, se supone constante. En el contexto de la curva de la bañera, esta distribución representa la zona central o etapa de vida útil del dispositivo, durante la cual la tasa de fallo permanece aproximadamente constante (esta etapa suele ser la predominante en la vida de componentes electrónicos o mecánicos).

Función de densidad y de distribución de probabilidad de distribución exponencial

La distribución exponencial aparece cuando la tasa de fallos es constante, es decir, λ(t)=λ. La función de fiabilidad correspondiente es entonces:

FormDistExp

La función de distribución:

FormDistExp2

Y la función de densidad f(t):

FormDistExp3

Es decir, si la tasa de fallos se considera constante, entonces la función de distribución de los fallos es exponencial. De las propiedades de ésta se deduce que la probabilidad de que una unidad que está trabajando falle en el próximo instante es independiente de cuánto tiempo ha estado trabajando. Esto implica que la unidad no presenta síntomas de envejecimiento: es igualmente probable que falle en el instante siguiente cuando está nueva o cuando no lo está.

En fiabilidad se usa para describir los tiempos de fallo de un dispositivo durante su etapa de vida útil, en la cual la tasa de fallo es aproximadamente constante. Una tasa de fallo constante significa que, para un dispositivo que no haya fallado con anterioridad, la probabilidad de fallar en el siguiente intervalo infinitesimal es independiente de la edad del dispositivo.

Distribución de Weibull: tasas de fallos crecientes y decrecientes

Si la probabilidad de fallo varía con el tiempo resulta más apropiada una distribución de Weibull (de hecho la exponencial puede verse como un caso particular de la Weibull). La mayoría de los equipos reales no tienen una tasa de fallos constante: es más probable que fallen a medida que envejecen. En este caso la tasa de fallos es creciente. Aunque también es posible encontrar equipos con tasas de fallos decrecientes. La versatilidad de esta función radica en las diferentes formas que puede adoptar dependiendo de los valores que toman sus parámetros.

Función de densidad y de distribución de probabilidad de distribución de Weibull

Su función de densidad de probabilidad es:

FormWeibull1

Donde k>0es el parámetro de forma y >0es el parámetro de escala de la distribución.

Su función de distribución de probabilidad es:

FormWeibull2

Modela la distribución de fallos cuando la tasa de fallos es proporcional a una potencia del tiempo:

-Un valor k<1 indica que la tasa de fallos decrece con el tiempo.

-Cuando k=1, la tasa de fallos es constante en el tiempo.

-Un valor k>1, indica que la tasa de fallos crece con el tiempo.

La distribución Weibull se utiliza frecuentemente en el desarrollo de modelos de fiabilidad, probablemente es la distribución más utilizada en teoría de fiabilidad. Tiene la ventaja de la flexibilidad a la hora de crear modelos de varios tipos de comportamiento de riesgo, y también es manejable algebraicamente. La Weibull es tan flexible que, eligiendo adecuadamente sus parámetros, permite modelar cada una de las tres etapas típicas de la curva de la bañera. Además, como con cualquier distribución con dos parámetros, puede describir bastante bien muchas situaciones reales.

Ley log-normal

La distribución log-normal se ajusta a ciertos tipos de fallos (fatiga de componentes metálicos), vida de los aislamientos eléctricos, procesos continuos (procesos técnicos) y datos de reparación y puede ser una buena representación de la distribución de los tiempos de reparación. Es también una distribución importante en la valoración de sistemas con reparación.

La distribución log-normal es importante en la representación de fenómenos de efectos proporcionales, tales como aquellos en los que un cambio en la variable en cualquier punto de un proceso es una proporción aleatoria del valor previo de la variable. Algunos fallos en el programa de mantenimiento entran en esta categoría .

La distribución normal, sin duda la más importante de las distribuciones estadísticas, no resulta de mucho interés a la hora de modelar tiempos de fallo. Ello es debido al hecho de que la distribución normal admite valores negativos, lo cual contrasta con el hecho de que los tiempos transcurridos hasta el fallo sean siempre valores positivos. Para solventar esta dificultad, se suele recurrir a la distribución log-normal, derivada de la normal, que sólo considera valores positivos.

La distribución log-normal es aquella en que el logaritmo de la variable está distribuida normalmente. Su función de densidad es la siguiente:

FormLognormal

Su función de riesgo es creciente y suele utilizarse para modelar la fiabilidad de componentes estructurales y electrónicos.

Su desventaja es que es bastante difícil tratarla algebraicamente, pero su ventaja es que surge naturalmente como la convolución de distribuciones exponenciales. Por tanto, tiene un interés práctico considerable con relación a los procesos de fallos físicos.

 

 

 

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL Curva de la bañera

La idea de la curva de la bañera forma la base conceptual para gran parte del estudio de fiabilidad. En la mayoría de los dispositivos electromecánicos, la función tasa de fallo tiene forma de bañera: cuando se inicia la vida de un aparato, la tasa de fallo instantánea resulta ser relativamente alta (es lo que se denomina “mortalidad infantil”); una vez que los componentes y partes electromecánicas se han acoplado, la tasa de fallo es relativamente constante y baja (etapa de “vida útil”); más adelante, tras un tiempo de funcionamiento, la tasa de fallo vuelve a incrementarse hasta que, finalmente, todos los dispositivos habrán fallado (“efecto envejecimiento”) (Blesa, y otros, 2002).

La curva de bañera nos sugiere que la vida de un equipo se puede dividir en tres periodos diferentes:

1-Juventud. Zona de mortandad infantil.

El fallo se produce inmediatamente o al cabo de muy poco tiempo de la puesta en funcionamiento, como consecuencia de:

-Errores de diseño.

-Defectos de fabricación o montaje.

-Ajuste difícil, que es preciso revisar en las condiciones reales de funcionamiento hasta dar con la puesta a punto deseada.

Para evitar esta zona, cuando es posible se somete a los componentes a un “quemado” inicial desechando los componentes defectuosos. Este quemado o rodaje inicial se realiza sometiendo a los componentes a determinadas condiciones extremas, que aceleran los mecanismos de fallo. Los componentes que pasan este periodo son los que se venden, ya en la zona de vida útil.

 2-Madurez. Periodo de vida útil.

Periodo de vida útil con tasa de fallos aproximadamente constante. Es el periodo de mayor duración, en el que se suelen estudiar los sistemas, ya que se supone que se reemplazan antes de que alcancen el periodo de envejecimiento..

3-Envejecimiento.

Corresponde al agotamiento. La tasa de averías vuelve a crecer, debido a que los componentes fallan por degradación de sus características por el transcurso de tiempo. Aún con reparaciones y mantenimiento, la tasa de fallo aumenta, hasta que resulta demasiado costoso el mantenimiento

Estos tres periodos se distinguen con claridad en un gráfico en el que se represente la tasa de fallos del sistema frente al tiempo. Este gráfico se denomina “Curva de bañera” o “Curva de Davies”.

Aunque existen hasta seis tipos diferentes de curva de bañera, dependiendo del tipo de componente del que se trate, una curva de bañera convencional se adapta a la siguiente figura:

Fig5_3_CurvaBañera

 

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL Fiabilidad

La fiabilidad de un dispositivo (componente o sistema), sometido a unas condiciones de trabajo concretas, es la probabilidad de que éste funcione correctamente (“sobreviva” sin fallar) durante un determinado período de tiempo. Así pues, la fiabilidad constituye un aspecto fundamental de la calidad de todo dispositivo. Por tal motivo, resulta especialmente interesante la cuantificación de dicha fiabilidad, de forma que sea posible hacer estimaciones sobre la vida útil del producto. (Blesa, y otros, 2002).

Definimos T como el tiempo transcurrido hasta la aparición de un fallo.

La función F(t) como la probabilidad de ocurrencia de un fallo hasta un instante t.

Fiab1

La función de fiabilidad R(t) o función de supervivencia, S(t), determina la probabilidad de que el dispositivo sobreviva más allá del instante t,

Fiab2

La función f(t) representa la función de densidad de probabilidad:

Fiab3Tiempo medio hasta el fallo MTTF

Se llama vida media o tiempo medio hasta el fallo MTTF (Mean Time To Failure) de un dispositivo a la esperanza de la variable T, la vida media determina el tiempo de duración esperada de un dispositivo:

Fiab4

Tiempo medio entre fallos MTBF

Cuando se consideren dispositivos reparables (que puedan seguir funcionando tras un fallo), se hablará de tiempo medio entre fallos MTBF (Mean Time Between Failures). El MTBF se podría considerar como el MTTF más el MTTR (Mean Time To Repair). El MTBF es el inverso de la tasa o cadencia de fallos. Fiab5

Tasa de fallos

Por otra parte, la probabilidad de que un componente nuevo falle entre t y t+s (s es un incremento de tiempo respecto a t) es igual a:

Fiab6.PNG

Dividiendo entre s y haciendo que s tienda a cero:

Fiab7

λ(t) es la función de tasa de fallos, función de riesgo o tasa instantánea de fallos (Wikipedia), y es una característica de fiabilidad del equipo. La tasa de fallo puede pues interpretarse como la “velocidad” a la cual se producen los fallos, es una medida de lo propenso que resulta el dispositivo a fallar en función de su edad. La función de riesgo es una cantidad fundamental en el análisis de fiabilidad. Es bastante común que el comportamiento de fallos de dispositivos sea descrito en términos de sus funciones de riesgo.

 

 

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL Gestión del Mantenimiento de Productos e Instalaciones. Definiciones

Una definición de mantenimiento: combinación de todas las acciones técnicas, administrativas y de gestión realizadas durante el ciclo de vida de un elemento, destinadas a conservarlo o a devolverlo a un estado en el que pueda desempeñar la función requerida (UNE-EN 13306:2010). En esta misma norma se define la Gestión del mantenimiento como: todas las actividades de la gestión que determinan los objetivos, las estrategias y las responsabilidades del mantenimiento y la implantación de dichas actividades por medios tales como la planificación del mantenimiento, el control del mismo y la mejora de las actividades de mantenimiento y las económicas.

La gestión del mantenimiento es pues un conjunto de actividades técnicas de aplicación directa, estructurales y de control económico, que satisfacen diversas condiciones:

-Conseguir que el ciclo de vida útil de las instalaciones y máquinas sea lo más prolongado posible, lo que permite que el valor de las inversiones permanezca activo durante el tiempo de amortización e incluso después.

-Procurar que durante la vida útil de los equipos los costes de explotación sean mínimos, aplicando en cada caso las técnicas y métodos óptimos para garantizar la continua disponibilidad de máquinas e instalaciones a un coste razonable.

-Hacer posible que, además de garantizar la continuidad de funcionamiento, éste produzca en condiciones de máxima seguridad para las personas y las cosas, y contribuya a la utilización racional de los sistemas de producción más adecuados a cada finalidad. De esta forma, además de proteger a las personas y al capital invertido, el Mantenimiento acumula y analiza información técnica que se destina a corregir y optimizar el proyecto, diseño, construcción y las técnicas operativas de las máquinas, instalaciones y edificios.

Así pues, con Mantenimiento Industrial designamos el conjunto de técnicas que aseguran la correcta utilización de edificios e instalaciones y el continuo funcionamiento de la maquinaria productiva.

En definitiva, para resumir la idea básica que persigue la implantación de un Sistema de Gestión de Mantenimiento, podemos utilizar una pseudoecuación matemática que refleje como se puede conseguir una mayor producción mediante la aplicación del Mantenimiento, llevado satisfactoriamente, producirá un efecto multiplicativo más que aditivo.

PRODUCCIÓN + MANTENIMIENTO = PRODUCCIÓN2

Una estrecha colaboración entre los departamentos de producción y mantenimiento es el factor clave para asegurar que el mantenimiento planificado se realiza con eficacia. El mantenimiento eficaz requiere también, en diferentes ocasiones, el apoyo activo de otros departamentos tales como ingeniería de producción, seguridad y medioambiente, administración, personal. Estos departamentos deben también cooperar y coordinarse con mantenimiento.

Las corporaciones organizan sus funciones de mantenimiento especializado de formas diferentes, dependiendo de su tamaño, tipo de actividad, organización del personal, etc.

En un sistema de mantenimiento centralizado, los técnicos de mantenimiento se asignan de modo permanente a un centro gestionado por el departamento de mantenimiento. Desde esta instalación central los técnicos se trasladan al área o instalación de producción que les requiere. Este sistema es común en las plantas de tamaño medio o con poco personal de mantenimiento.

En un sistema descentralizado, los técnicos de mantenimiento se asignan permanentemente a diferentes lugares de trabajo. Este sistema es común en grandes planteas. Sin embargo, incluso en grandes plantas usualmente sólo se descentralizan los mecánicos, el personal de mantenimiento eléctrico y de instrumentación típicamente permanece centralizado.

En un sistema mixto, parte del personal de mantenimiento se asigna permanentemente a diferentes lugares de trabajo, y el resto a un centro de mantenimiento general. Las plantas usualmente adoptan el sistema mixto para el mantenimiento mecánico y el sistema centralizado para el mantenimiento eléctrico e instrumentación.

Cada uno de estos sistemas tiene ventajas e inconvenientes, por ejemplo, en un sistema de mantenimiento de línea, descentralizado, con el personal de mantenimiento informando a producción, pueden surgir problemas de profesionalidad y motivación, reduciendo la calidad del mantenimiento.

TablaMantCentDes

Sistemas organizativos del mantenimiento

Otro concepto importante es la Seguridad de Funcionamiento, según la norma UNE 13306:2010 es la capacidad de funcionar cómo  cuando se requiera. Para un sistema de producción se refiere a la capacidad de desarrollar el plan de producción tal como estaba previsto. Las actividades de mantenimiento deben orientarse a reducir al mínimo posible la indisponibilidad de las instalaciones, y a eliminar sus disfuncionamientos, que aunque sean breves, distorsionan la continuidad del proceso productivo y la calidad de los productos.

La disponibilidad y la fiabilidad constituyen dos índices básicos para medir la eficacia del mantenimiento , pero para que el mantenimiento pueda calificarse de eficiente es preciso que los costes involucrados sean los más reducido posible.

EFICACIA —- DISPONIBILIDAD + FIABILIDAD

EFICIENCIA —- EFICACIA + COSTES

 

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL Conceptos generales

Uno de los factores que más directamente condiciona la rentabilidad de una empresa es la gestión del capital invertido. La rentabilidad es igual a la relación entre el margen de ventas y el capital invertido.

Hasta hace poco la ecuación de la economía de empresa era:

PRECIO DE COSTE + BENEFICIO DESEABLE = PRECIO DE VENTA

Sin embargo, hoy la realidad es mucho más compleja y la debemos gestionar así:

BENEFICIO OBTENIDO = PRECIO DE VENTA – PRECIO DE COSTE

En definitiva, es el cliente quien determina el precio por lo que para obtener beneficios no queda otra solución que optimizar el Precio de Coste.

El objetivo fundamental de la función de mantenimiento es asegurar que los recursos de la empresa cumplan y sigan cumpliendo con la función para la cual fueron diseñados. Para ello se deberá gestionar una serie de recursos propios o departamentales generando con ello unos costes. Actualmente se considera que el mantenimiento ocupa el segundo o incluso el primer lugar en cuanto a costes operativos, por lo que existe una gran preocupación por disminuirlos.

Uno de los problemas dentro de las empresas es la falta de un verdadero significado para lo que es la administración del mantenimiento. El personal de mantenimiento, tradicionalmente ingenieros, ha tenido que adaptar su forma de pensar y actuar, tanto como ingenieros como administradores.

Hoy el mantenimiento requiere un enfoque global que lo integre en el contexto empresarial, su papel es destacado en la orientación a los negocios y resultados de la empresa, debido a su aporte a la competitividad a través del aseguramiento de la confiabilidad y disponibilidad de los equipos e instalaciones de la organización.

Para valorar el estado actual de operación de la empresa y determinar si se están administrando y usando correctamente sus recursos humanos y físicos, se necesitan indicadores o índices de desempeño para poder tomar decisiones o hacer cambios en la organización. Los indicadores de desempeño típicamente utilizados por la industria se basan en conceptos tales como eficiencia y productividad.

La Organización para la Cooperación Económica Europea (OCEE) ofreció en 1950 una definición formal de productividad: La Productividad es el cociente que se obtiene de dividir la producción por uno de los factores de producción. De esta forma es posible hablar de productividad del capital, de la inversión o de la materia prima según si lo que se produjo se toma en cuenta respecto al capital, a la inversión o a la cantidad de materia prima, etc.

Sumanth propone la definición de eficiencia como “proporción de los resultados generados en relación con los estándares de resultados prescritos” y la de productividad como “proporción entre el resultado total y la suma de todos los factores de insumos”. Es una medida holística que considera el impacto asociado y simultáneo de todos los recursos de los insumos en la producción como fuerza de trabajo, materiales, máquinas, capital, energía, etc.” (Sumanth, 1990).

En la mayoría de organizaciones manufactureras la aplicación de dichos indicadores se relaciona directamente con áreas productivas por que se analizará si deben modificarse en el caso de la evaluación de áreas no productivas como Mantenimiento.

La manera de ver las actividades de mantenimiento ha ido cambiando conforme las necesidades de las industrias se han incrementado, paralelamente al avance de la tecnología. De acuerdo a John Moubray pueden observarse 3 etapas o generaciones en las que se ve el cambio en la forma de apreciar la función de mantenimiento.

Fig5_1_Generacionesmantenimiento.jpg

Evolución de la gestión del mantenimiento

 

Según John Moubray actualmente el mantenimiento ocupa el segundo lugar o incluso el primero en costes operativos. Por esto y por lo que significa económicamente una máquina parada se han desarrollado nuevas técnicas, métodos y herramientas enfocados a conseguir cero paros y cero defectos dentro de los procesos (Moubray, 2004).