Planificación estratégica de overhauls de redes de bombas

Transcripción

1 Planificación estratégica de overhauls de redes de bombas Rodrigo Pascual Pablo A. Rey Cristóbal Cruz Universidad de Chile Melinda Hodkiewicz University of Western Australia

2 Agenda Motivación y Marco general El problema Modelo propuesto. Determinación de parámetros. Caso de Estudio. Comentarios finales

3 Un problema de mantenimiento Fuente: El Mercurio, 10 de abril de 2008

4 Un problema de mantenimiento Fuente: El Mercurio, 10 de abril de 2008 The medical sector can also be captured under the definition of maintenance, when humans are considered to be the systems of interest Fuente: Dekker, R., Applications of maintenance optimization models: a review and analysis, Reliability Engineering & System Safety, 51, , 1996.

5 Estrategias Mantenimiento Mantenimiento Pre-falla Mantenimiento Proactivo Mantenimiento centrado en uso Mantenimiento centrado en condición Mantenimiento oportunista Fuente: Standards: IEC , BS

6 Estrategias Mantenimiento Mantenimiento Post-falla Mantenimiento Pre-falla Mantenimiento Correctivo Mantenimiento Proactivo Mantenimiento centrado en uso Mantenimiento centrado en condición Mantenimiento oportunista Fuente: Standards: IEC , BS

7 Mantenimiento & gestión de activos Costos Mantenimiento 0 Intervalo entre overhauls

8 Mantenimiento & gestión de activos C. de falla Costos Energía Mantenimiento 0 Intervalo entre overhauls

9 Mantenimiento & gestión de activos Costos Costo global C. de falla Energía Mantenimiento 0 Intervalo entre overhauls

10 Commodity baja su precio Costos Costo global C. de falla Energía Mantenimiento 0 Intervalo entre overhauls

11 Costo de energía

12 Mantenimiento & gestión de activos Costos Costo global C. de falla Energía Mantenimiento 0 Intervalo entre overhauls

13 Sube costo de la energía Costos Costo global C. de falla Energía Mantenimiento 0 Intervalo entre overhauls

14 Costos directos Preventivas Inspecciones MCC Sobreinversiones por Costo confiabilidad de almacenamiento Costo de falla Fuente: AFNOR, Recueil des normes française X 06, X 50, X 60, AFNOR. PAS-55, Asset Management, British Standards Institute, 2004.

15 Costos directos Sobreinversiones por Costo confiabilidad de almacenamiento Repuestos Costo de falla

16 Costos directos Sobreinversiones por Costo confiabilidad de almacenamiento Equipos redundantes Stock piles Medios alternativos Seguros Costo de falla

17 Costos directos Sobreinversiones por Costo confiabilidad de almacenamiento Costo de falla

18 Mantenimiento alineado con el negocio

19 Mantenimiento alineado con el negocio 1 2 Reducción Costos sumergidos 2-1 Aumento costos directos Aumento margen corporativo

20 falla uso condición Fuente: Di Prospero, I., FIDAE, Santiago, Costo Centrado en condición Preventivo por uso Unscheduled Correctivo hoy Tiempo Predictive

21 falla uso condición Monitoreo en línea Fuente: Di Prospero, I., FIDAE, Santiago, Anticipar degradación y vida remanente Suavizar y facilitar intervenciones de mantenimiento en base a condición Costo Centrado en condición Preventivo por uso Unscheduled Correctivo hoy Tiempo Predictive

22 Disponibilidad & presupuesto 1 Disponibilidad 0,8 0,6 0,4 Disponibilidad objetivo Costos de mantenimiento 0, Nivel de mantenimiento preventivo Presupuesto objetivo

23 Disponibilidad & presupuesto 1 Disponibilidad 0,8 0,6 0,4 Disponibilidad objetivo Costos de mantenimiento 0, Nivel de mantenimiento preventivo Presupuesto objetivo

24 Disponibilidad & presupuesto 1 Disponibilidad 0,8 0,6 0,4 Disponibilidad objetivo Costos de mantenimiento 0, Nivel de mantenimiento preventivo Presupuesto objetivo

25 Esquema general Sistemas Fallas Monitoreo de condición e Inspecciones Datos de condición e historiales

26 Esquema general Sistemas Fallas Monitoreo de condición e Inspecciones Mantenimiento Correctivo & preventivo Mantenimiento Proactivo Datos de condición e historiales Mantenimiento Predictivo, proactivo & Mantenimiento oportunista preventivo y oportunista Modelos de confiabilidad Modelos de costos Análisis de riesgos Optimización del mantenimiento

27 Conceptualizaciòn y diseño Implementación Ciclo de vida del sistema Toma de decisiones incluye Operación y mantenimiento abarca Retiro Alcanzables a través de Costo de intervención Gestión de Activos físicos Costo global incluye Debe fijar y medir Objetivos e indicadores Minimizar /alcanzar/balancear Disponibilidad Confiabilidad Costo de almacenamiento Asume e incluye Productividad Seguridad Mantenibilidad OEE Control de calidad administra Calidad administra Informática Funciones Producción Ingeniería Abastecimiento requiere de Sobreinversiones Costo de de falla Provee data para Sistema de información Modelos de apoyo a decisiones

28 M. correctivo Conceptualizaciòn y diseño Implementación Ciclo de vida del sistema Toma de decisiones sobre Estrategias de mantenimiento M. Proactivo M. preventivo Intervalos entre inspecciones M. centrado en la condición incluye Operación y mantenimiento M. oportunista Programación de tareas requiere de Intervalos entre overhauls abarca Retiro Alcanzables a través de Costo de intervención Sobreinversiones Planificación de tareas Gestión de Activos físicos Costo global Modelos de apoyo a decisiones incluye Costo de de falla Debe fijar y medir Intervalos de garantía Asignación de recursos Objetivos e indicadores Minimizar /alcanzar/balancear Disponibilidad Confiabilidad Costo de almacenamiento Provee data para Selección y Reemplazo de equipos Outsourcing Asume e incluye Productividad Seguridad Mantenibilidad Sistema de información OEE administra Redundancia Control de calidad administra Calidad Informática administra administra Intervalos entre pedidos de repuestos Funciones Producción Ingeniería Abastecimiento

29 El Problema Sistema de bombas Planificación estratégica de overhauls Presupuesto máximo para mantenimiento programado Objetivo Minimizar costos totales de mantenimiento preventivo y consumo de energía φ 1m, uso: 3 meses Fuente: R.J. Llewellyn, S.K. Yick, K.F. Dolman, Scouring erosion resistance of metallic materials used in slurry pump service, Wear 256 (2004)

30 pump useful life in these (process) applications can range from a few weeks to a few years Geometría Materiales Potencia & Velocidad motor Propiedades de la pulpa y de las partículas Presión Flujo Conceptualización Diseño Implementación A.p.d.: C.I. Walker G..C. Bodkin, Empirical wear relationships for centrifugal slurry pumps, Wear 242, , 2000 Operación & mantenimiento Ajustes Concentricidad

31 Terminología y supuestos Overhauls perfectos bombas como nuevas Reparaciones mínimas bombas como antes de fallar Bombas divididas en clases. Relación entre eficiencia y edad depende de la clase eficiencia de la bomba decrece con la edad Eficiencia Edad (trimestres de operación)

32 Terminología y supuestos (cont.) Horizonte de planificación conocido Decisiones al inicio de cada período Estado en uso o en overhaul. Bombas en uso se utilizan por una fracción del período No hay límites de capacidad de taller o de disponibilidad mínima de bomba

33 Terminología y supuestos (cont.) No se considera reemplazo luego de un número fijo de overhauls pero sí un overhaul forzado a una edad máxima No se limita a overhauls periódicos No hay economías de escala por agrupar bombas para mantenimiento

34 Modelo propuesto Modelo de programación entera Idea modelar el comportamiento de cada bomba por separado y agregar el límite de presupuesto Cómo modelar el comportamiento de una bomba? Camino en una red edad-tiempo!!

35 Camino en red edad-tiempo Tiempo Edad Inicial Uso Edad

36 Camino en red edad-tiempo Tiempo Edad 2 1 Edad Inicial Uso Overhaul 3 4 5

37 Modelo propuesto (cont.) Períodos t t+1 T-1 T 1 Edad a a+1 EdadMax-1 EdadMax

38 Modelo propuesto (cont.) Costos en red edad-tiempo Arcos (a,t), (a+1,t+1): Usar bomba Costo: consumo de energía Arcos (a,t), (0,t+1): Overhaul Costo: overhaul

39 Parámetros Temporales Años horizonte de planificación Períodos por año Presupuesto estratégico

40 Parámetros Temporales Años horizonte de planificación Períodos por año Presupuesto estratégico Costos Energía costo por unidad de potencia por unidad de tiempo Utilización fracción del período que es utilizada una bomba en uso Overhaul costo por unidad de potencia nominal

41 Datos utilizados (cont.) Bombas Potencia hidráulica de diseño Clase: curva de eficiencia vs. Edad Edad inicial Edad máxima

42 Parámetros adicionales Presupuesto anual Presupuesto estratégico / Años horizonte Costo de consumo energético (Potencia nominal * Utilización / Eficiencia) * * Costo energía Costo de overhaul Potencia nominal * Costo overhaul por unidad de potencia

43 Estudio de caso 150 bombas Horizonte 5 años Período trimestre. Total: 20 períodos Bombas 4 clases Potencia nominal: 75, 100, 150 Utilización: 80-90% Edad Máxima 10 años (40 períodos)

44 Edades iniciales Cantidad Edad Inicial (trimestres)

45 Edades iniciales Cantidad Edad Inicial (trimestres)

46 Caso de estudio (cont.) Eficiencia Edad (trimestres de operación)

47 Caso de estudio (cont.) Implementación Solver: CPLEX 9.0 Interfaz: C++/Concert PC Pentium IV 1.5 GHz, Windows XP Tiempos de solución Primera solución: < 1min (GAP 0.1%) Óptimo: ~ 4min

48 Ejemplo solución Edad bomba 22 Edad (trimestres) Período (trimestres)

49 Sensibilidad costo global vs. presupuesto Costo global [um] x actual Presupuesto [um]

50 Comentarios finales Modelo de optimización red estado-tiempo Permite mejor utilización de presupuesto Aplicabilidad a otras situaciones que consideren una flota de equipos

51 Comentarios finales Modelo de optimización red estado-tiempo Permite mejor utilización de presupuesto Aplicabilidad a otras situaciones que consideren una flota de equipos Base para modelos que incorporan otras condiciones Reemplazo luego de un número de overhauls Disponibilidad mínima Dependencia entre equipos Economías de escala

52 Gracias, ha sido un placer. Quedan invitados al V Encuentro en Gestión de Activos Físicos de la Universidad de Chile en Noviembre.