MANTENIMIENTO Y CONFIABILIDAD - ANALISIS DE RIESGOS- INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

En los últimos tiempos, se ha empezado a hablar del concepto de confiabilidad, en la medida que se comprendió que no era suficiente lograr una alta disponibilidad, sino también era necesario disminuir al mínimo la probabilidad de falla de las máquinas críticas durante la operación, es decir lograr conseguir una alta confiabilidad.

Las consecuencias de una falla pueden ir desde pérdida de producción, pasando por las horas hombre improductivas de operaciones, hasta la degradación y rotura de las propias máquinas.

Una alta disponibilidad no implica necesariamente una alta confiabilidad, pero una alta confiabilidad si implica una buena disponibilidad y seguridad, en la medida que la maquinaria, el proceso o equipos, presentan una baja probabilidad de falla.

En el presente trabajo se abordará también el tema de análisis de riesgo para efectos dominó, el cual es uno de los temas de mayor preocupación en la industria.

MANTENIMIENTO

En términos generales por mantenimiento se designa al conjunto de acciones, tales como inspección, comprobación o reparación, que tienen como objetivo conservar todos los bienes que componen los activos de la empresa, en las mejores condiciones de funcionamiento, con un muy buen nivel de confiabilidad, calidad y al menor costo posible.

De acuerdo al tiempo en que el mantenimiento es realizado, el mismo es clasificado en tres categorías principales:

- Mantenimiento correctivo (CM):

Se realiza después de la interrupción del sistema. Comprende el mantenimiento basado en las fallas, que se lleva a cabo con el fin de corregir los defectos que se han presentado en el equipo mediante la reparación.

Mantenimiento predictivo:

Este mantenimiento está basado en la detección e inspección para determinar el estado y operatividad de los equipos, mediante el conocimiento de valores de variables que ayudan a descubrir el estado de operatividad; esto se realiza en intervalos regulares para prevenir las fallas o evitar las consecuencias de las mismas.

- Mantenimiento preventivo (PM):

Se realizan mientras el sistema se encuentra en funcionamiento.

Este mantenimiento se realiza con el fin de prevenir la ocurrencia de fallas, y mantener en un nivel determinado a los equipos. Generalmente el PM es más ventajoso, ya que permite prevenir pérdidas graves debido a fallas imprevistas. El mismo se realiza en puntos predeterminados en el tiempo para mantener la fiabilidad del sistema en el nivel deseado.

Los tipos de acciones que se presentan en el mantenimiento preventivo son:

Solamente inspección: involucra actividades como lubricación, calibración, adición de suplementos, apretado de piezas sueltas y todo lo necesario para mantener el sistema en condición.

Pequeño nivel de reparación: reparación de piezas simples, tales como muelles, sellos, cinturones y puede incluir también las actividades de reparación de sus partes. Algunos ejemplos son, desmontaje y montaje de máquinas, acondicionamiento de superficies de las partes móviles y calibraciones.

Alto nivel de reparación: involucra reemplazo de subsistemas o de varios componentes. Se suele adoptar este tipo de acción para los componentes claves a fin de evitar daños graves a todo el sistema debido a las fallas de dichos artículos.

En el mantenimiento preventivo, la confiabilidad del sistema se deriva por sus componentes fiables y por la configuración del sistema. Es por ello que en la planificación del mismo, todos los componentes se inspeccionan en N intervalos de igual duración. En cada inspección, basándose en el estado de deterioro del componente y su función en la fiabilidad del sistema, puede realizarse una de las tres acciones PM arriba mencionadas. Cabe destacar que, para un componente dado, la acción PM tiene sus propios requerimientos de costos y recursos (mano de obra, repuestos, etc.). De manera similar, las diferentes acciones PM tienen efectos distintos en la confiabilidad del componente.

El objetivo principal de este trabajo es, por lo tanto, determinar una acción óptima de PM para cada componente de tal manera que el nivel requerido de la fiabilidad del sistema se mantenga con un costo de PM total mínimo.

Desarrollo del modelo

Antes de presentar la fórmula matemática de la función del costo, se definen las siguientes variables de decisión:

- Si se realiza la reparación con el componente i en el período n-ésimo; De otra manera;

- Si se realiza el reemplazo con el componente i en el período n-ésimo; De otra manera

- Si en el período n-ésimo; El tiempo de inactividad del sistema se produce debido a la acción PM.

Basándonos en las definiciones dadas, el modelo matemático para la planificación óptima de PM se puede expresar como:

min∑_(n=1)^N▒∑_(i=1)^I▒〖X_in C_i^([1]) 〗+∑_(n=1)^N▒∑_(i=1)^I▒〖Y_in C_i^([2]) 〗+∑_(n=1)^N▒〖Λ(n)C^([f]) 〗+∑_(n=1)^N▒〖W_n C^d 〗 (1)

Sujeto a:

R_n^([S])≥R_min^([S]) (2)

∑_(i=1)^I▒〖X_in E_i^1 〗+∑_(i=1)^I▒〖Y_in E_i^2 〗≤E_n ∀n 1≤n≤N (3)

X_in+Y_in≤1 ∀ n,i 1≤i≤I (4)

Donde Λ(n)=-ln⁡(R_n^[S] )-(-ln⁡(R_(n-1)^([S]) ))

En este modelo, la función objetivo consiste en cuatro términos, como se muestra en la Ec. (1). Los dos primeros términos están relacionados con los costos de reparación y reemplazo, respectivamente. Estos se calculan por separado, ya que la reparación y el reemplazo para diferentes componentes pueden tener costos diferentes. Se observa que el costo de inspección se supone insignificante y por lo tanto no está incluido en la función de costo. El tercer término de la Ec. (1), Λ(n) es la media del número de fallos aleatorios durante [t_(n-1),t_n], y por lo tanto el coste medio debido a los fallos aleatorios es Λ(n)C^([f]). Finalmente, el último término en la función objetivo está relacionado con el tiempo de inactividad del sistema previsto debido a las actividades de PM.

La primera restricción dada por la Ec. (2) respalda la fiabilidad mínima requerida del sistema durante todo el horizonte de planificación. El siguiente conjunto de restricciones garantiza que la suma de los recursos (mano de obra, repuestos, etc.) consumidos durante cada período de inspección no exceda el recurso disponible. Finalmente, la Restricción (4) implica que en cada periodo de inspección sólo se puede realizar una acción PM sobre un componente dado.

Debido al gran número de parámetros involucrados y sus interdependencias fuertes y no lineales, para tales problemas, los algoritmos heurísticos son ampliamente utilizados como las técnicas de optimización.

INGENIERÍA DE CONFIABILIDAD

Se define la ingeniería de confiabilidad como el marco teórico-conceptual en el que conviven las metodologías y técnicas para lograr un diagnóstico proactivo e integrado de equipos, procesos y/o sistemas. Entendemos por “diagnóstico proactivo e integrado” al proceso que busca caracterizar el estado actual de equipos, sistemas y /o procesos y predecir el comportamiento futuro de estos, mediante el análisis del historial de fallas, los datos de condición y datos técnicos, con la finalidad de identificar las acciones correctivas y proactivas que puedan efectivamente optimizar costos a través de la sistemática reducción de la ocurrencia de fallas y eventos no deseados, y minimizar en consecuencia, su impacto.

Por otro lado, se define la Confiabilidad operacional como un proceso de mejora continua, que incorpora, en forma sistemática, avanzadas herramientas de diagnóstico, metodologías basadas en confiabilidad y el uso de nuevas tecnologías, en la búsqueda de optimizar la planificación y la toma de decisiones.

La ingeniería de confiabilidad involucra conceptos probabilísticos. El conocimiento de todos estos conceptos logra consolidar el éxito de la empresa mediante la aplicación de una ingeniería de confiabilidad eficaz, así como también las principales fórmulas de aplicación en la confiabilidad.

MODELOS DE DECISIÓN EN MANTENIMIENTO

Uno de los objetivos de la estrategia de mantenimiento es la minimización de los riesgos, causado por el fallo inesperado de un equipo. El modelo de decisión utilizado en los últimos años se denomina modelo “Costo-Riesgo”. Este permite comparar el costo asociado a una acción de mantenimiento contra el nivel de reducción de riesgo o mejora en el funcionamiento debida a esta acción. Es decir, permite determinar el nivel óptimo de riesgo y la cantidad adecuada de mantenimiento, para obtener el máximo beneficio o mínimo impacto en el negocio.

Se pueden observar en el modelo “Costo-Riesgo” 3 curvas que varían con el tiempo:

La curva del nivel de riesgo (riesgo = probabilidad de falla x consecuencia), asociado a diferentes periodos de tiempo o frecuencias de mantenimiento.

La curva de los costos de mantenimiento, en la cual se simulan los costos de diferentes frecuencias para la acción de mantenimiento propuesta.

La curva de impacto total, que resulta de la suma de la curva de riesgos y la curva de los costos de mantenimiento.

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