ARTÍCULO La pirámide de Introducción Este artículo fue presentado como ponencia del VIII Congreso de Confiabilidad, organizado

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1 ARTÍCULO La pirámide de Este artículo fue presentado como ponencia del VIII Congreso de Confiabilidad, organizado por la AEC y que tuvo lugar los días 29 y 30 de noviembre de 2006 en la Universidad Europea de Madrid. Introducción Con la finalidad de mejorar la rentabilidad de los procesos productivos, cada día se dedican enormes esfuerzos destinados a visualizar, identificar, analizar, implantar y ejecutar actividades para la solución de problemas y toma de decisiones efectivas y acertadas, que impliquen un alto impacto en las áreas de: seguridad, medio ambiente, producción, calidad, costes de operación y mantenimiento, así como garantizar una buena imagen de la empresa y la satisfacción de sus clientes y del personal que en ella trabaja. El objetivo del mantenimiento será prevenir fallos indeseables y evitarlos, así como recobrar la función de los equipos que han fallado lo más rápidamente posible y, en general, asegurar la disponibilidad de las instalaciones. [14] calidad >> febrero 2007

2 la fiabilidad Definiciones Antes de pasar a analizar la pirámide de fiabilidad, vamos a ver cada uno de los conceptos que se representan en ésta. La fiabilidad de un dispositivo (componente o sistema), sometido a unas condiciones de trabajo concretas, es la probabilidad de que éste funcione correctamente durante un periodo de tiempo. Así pues, la fiabilidad constituye un aspecto fundamental de la calidad de todo dispositivo. Por tal motivo, resulta especialmente interesante cuantificarla, de forma que sea posible hacer estimaciones sobre la vida útil del dispositivo. La disponibilidad es una función que permite estimar de forma global el porcentaje de tiempo total en que se puede esperar que un equipo esté disponible para cumplir la función para la cual fue destinado. Puede expresarse como la probabilidad de que un equipo pueda encontrarse disponible para su utilización en un determinado momento o durante un determinado periodo de tiempo. Aquí tenemos que introducir el concepto de utilización, ya que la disponibilidad de un equipo no implica necesariamente que esté funcionando, sino que se encuentra en condiciones de funcionar. Por último, la mantenibilidad se define como la facilidad con la que puede realizarse una intervención de mantenimiento. Se puede expresar como la probabilidad de que un equipo averiado puede ponerse de nuevo en su estado operativo en un periodo de tiempo dado, cuando el mantenimiento se realiza con condiciones determinadas y se efectúa con los medios y procedimientos establecidos. Vamos a ver la relación de los tres conceptos definidos. La disponibilidad se define numéricamente con la siguiente expresión: febrero 2007 << calidad [15]

3 Figura 1. MTBF/MTTR A B TBF1 TTI1 TBF2 TTI2 TBF3 TTI3 TBF4 TTI4 TBF5 Disponibilidad: MTBF / (MTBF + MTTR ) Siendo: MTBF: Mean Time Between Failures (Tiempo medio entre fallos). MTTR: Mean Time To Repair (Tiempo medio entre reparaciones). TBF: Tiempo de buen funcionamiento de la máquina. TTI: Tiempo de indisponibilidad. Aunque parezca obvio que nos tenemos que centrar en la disponibilidad, no podemos olvidar la fiabilidad de los equipos, esto lo podemos ver claramente en un ejemplo: si tenemos un equipo trabajando nueve horas de un periodo de diez horas, la disponibilidad será del 90%, hasta aquí muy bien; pero qué pasa si en esta hora, cuando no estuvo disponible, se debió a 20 fallos separados cada 3 minutos. En este caso la fiabilidad como MTBF sería 0,5 horas. En otras palabras, sólo podemos confiar en que el equipo trabajará media hora antes de que exista la posibilidad de que falle. Y qué sucedería si el sistema objeto de análisis está produciendo un 20% por debajo de su capacidad nominal? Realmente no tenemos el rendimiento esperado. Por este motivo, es importante introducir el concepto de rendimiento o eficiencia en la métrica de disponibilidad. En este caso, la disponibilidad no será del 100% aunque el sistema esté produciendo durante las 10 horas, sería del 80%, o su indisponibilidad será del 20%. Si además la línea produce a un 100% de su carga nominal pero el producto está fuera de especificación pudiendo atribuirse esta falta de calidad a un problema de un equipo, sistema, la disponibilidad también se vería afectada. Por lo tanto, para que una instalación esté disponible a un 100% debería funcionar el 100% del tiempo requerido a su carga nominal y dentro de los parámetros de calidad exigidos. Así el concepto de disponibilidad por nosotros adoptado engloba no sólo la disponibilidad propiamente dicha, sino también los conceptos de eficiencia y calidad. Éste es un concepto ya conocido, el Overall Equipment Effectiveness (OEE) o Efectividad global de los equipos. Este concepto fue definido en Japón dentro del marco del TPM (Total Productive Maintenance) que no es sino una parte de los métodos Kaizen de mejora de la productividad y la calidad total. 3. La pirámide de la fiabilidad Una vez definidos los conceptos y su forma de calcularlos, pasamos a representarlos de forma gráfica, para ello se ha definido la pirámide de la fiabilidad. El objetivo será, por supuesto, obtener la máxima disponibilidad y fiabilidad de las instalaciones al mínimo coste. La pirámide de la fiabilidad representa una analogía con la famosa pirámide de la seguridad. Consta de tres niveles (Figura 2). En el nivel superior representamos la disponibilidad. En otras palabras, todos aquellos fallos o eventos que han producido pérdidas (producción, calidad, etc.). Sería equivalente a los accidentes que representa la pirámide de EHS. En el segundo nivel se encuentran aquellos fallos de equipos que no producen pérdidas de producción debido a que el equipo tiene redundancia; la pérdida que se produce es diferida y restituimos la función del equipo antes de que se produzca, o bien porque el fallo de dicho equipo no produce pérdidas. En este nivel las consecuencias de los fallos se traducen en costes de reparación. Volviendo a la analogía con la pirámide de la seguridad, éstos serían los incidentes. En el tercer nivel se encuentran las condiciones subestándar, es decir, las condiciones en que la máquina todavía no ha perdido su función principal, pero de no restituir sus condiciones iniciales, desembocará en un fallo. Estos fallos potenciales son detectables en muchos casos mediante las diferentes técnicas de mantenimiento predictivo o restituidas mediante el mantenimiento preventivo. Nuestro objetivo será, por tanto, detectar el mayor número de fallos en su fase incipiente, de forma que nos permita planificar la reparación [16] calidad >> febrero 2007

4 Figura 2. La pirámide de la fiabilidad Incidentes seguridad Pérdidas de producción DISPONIBILIDAD Modelo fiabilidad Pérdidas 1-Jan Jan Jan Jan Jan Feb Feb Feb Feb Mar Apr Apr Apr Apr Apr May May May May-2003 Datos GMAO 4-Jun Jun Jun Jun-2003 FIABILIDAD Fallos CONDICIONES SUBESTÁNDAR Evitar el fallo antes de que ocurra Monitorizado condición TPM/ Rondas de operación/ Mto. RCM II y minimizar el impacto. Vamos a analizar cada uno de estos niveles con más detalle. 4. Nivel superior: disponibilidad / operaciones estables Es importante desarrollar un sistema de gestión de producción o, mejor dicho, un sistema que nos permita recoger toda la información asociada a las pérdidas de producción con el objeto de analizarlas, establecer la causa raíz, tomar las acciones y hacer seguimiento a éstas. Todo este sistema de gestión de las pérdidas de producción lo recogemos bajo el nombre de operaciones estables. Una vez establecido un objetivo de producción en función de la demanda existente, establecemos un límite superior e inferior por encima y por debajo del cual se produce lo que denominamos dent de producción o pérdida de producción, todas estas pérdidas las dividimos en cinco grandes categorías: planificadas, cuando son debidas a cambios de producto, paradas de planta causadas por ajustes en el plan de producción; externas, cuando la causa de la pérdida de producción es provocada por un elemento externo, un suministrador de utilities, materias primas, desastres naturales, etc.; fallos humanos, la causa es provocada por un error humano, por la acción de un operador o de un técnico; proceso, debido a fallos de proceso; y por último, mantenimiento, debido a fallos de equipos o sistemas. Disponibilidad total (%) Producción planeada - Pérdidas totales Producción planeada Producción planeada - Pérdidas por mantenimiento Disponibilidad mecánica (%) Producción planeada (*) Pérdidas totales: Suma de pérdidas por fallos mecánicos (mantenimiento) + pérdida por fallos de proceso + pérdidas por fallos humanos. febrero 2007 << calidad [17]

5 Son éstas últimas las utilizadas por el Departamento de Mantenimiento para calcular la disponibilidad mecánica de la planta, unidad, etc. En la figura anterior se muestra el cálculo de la disponibilidad total, debida a fallos de equipos, proceso y fallos humanos y la disponibilidad por mantenimiento o disponibilidad mecánica. Así, para el análisis de los fallos que producen pérdidas utilizaremos el análisis de causa raíz en sus diferentes modalidades como técnica cotidiana. Para este estudio se ha creado un grupo multidisciplinar donde se analizan cada una de las pérdidas producidas, no sólo analizando la causa raíz del fallo, sino la forma de actuar de los diferentes departamentos implicados en proceso productivo y la respuesta ante los fallos. Esto nos permite no sólo implementar las acciones correctoras necesarias para que no vuelva a ocurrir desde el punto de vista técnico, o mejor dicho, a nivel de máquina, sino trabajar o mejorar el conocimiento de nuestra planta, mejorar los procedimientos de operación y detectar posibles situaciones que nos ayuden en el futuro con escenarios parecidos al acontecido. Si el fallo es debido a un mal funcionamiento del equipo, comprobaremos si está dentro del algún plan de mantenimiento preventivo y/o predictivo para corregir o detectar el modo de fallo y si la frecuencia es la correcta para evitar que se produzca el fallo. El modo de actuar queda recogido en el árbol de decisión de actuación de mantenimiento (Figura 3). Figura 3: Diagrama de decisión mantenimiento Componente crítico Modo de fallo Causa raíz Cubierto por plan de mantenimiento? No Nuevo plan de mantenimiento Sí Es la frecuencia la apropiada? Cambiar la frecuencia Rediseñar 5. Nivel intermedio: fiabilidad Como hemos dicho anteriormente, en este nivel se encuentran todos aquellos fallos que no producen pérdida de producción. La unidad de medida que utilizamos es el MTBF, Mean Time Between Failures (tiempo medio entre fallos). Para el cálculo de éste utilizamos la información que nos proporciona el GMAO. Todas las reparaciones tienen que tener No Sí una Work Order asociada donde se refleje toda la información técnica de la reparación, así como los costes asociados a ésta. Esta información nos permite priorizar y detectar aquellos equipos con más fallos repetitivos, aquellos con el mayor coste asociado. Podemos representar estos datos en forma de pareto que nos permita priorizar y atacar aquellos problemas que más impacto nos causan. En los dos niveles analizados sólo encontramos el concepto mantenimiento correctivo o mantenimiento reactivo, es decir, el fallo ya ha ocurrido. Podemos calcular el coste de este tipo de mantenimiento: en el primer nivel, cuantificaremos el coste de las reparaciones más el coste asociado a la pérdida de producción, siendo el coste de las reparaciones el asociado al segundo nivel. Para el análisis de los fallos utilizaremos, a parte del ya comentado análisis causa-raíz, el análisis estadístico de fallos. Consiste en, basándose en los fallos ya ocurridos, utilizar la teoría estadística para el cálculo de la fiabilidad de un equipo o conjunto de ellos. Se llama también análisis Weibull porque en la mayor parte de los casos ésta es la distribución estadística que mejor se ajusta al histórico de fallos, aunque también es habitual utilizar las distribuciones exponencial y normal. Además, con unos pocos datos, que es lo habitual cuando hablamos de fallos de equipos en plantas de proceso, es posible obtener una distribución con una precisión muy aceptable. De sobra se sobreentiende la importancia de tener toda la información en nuestro GMAO, labor nada sencilla ya que muchas veces se toma como un objetivo secundario y de poca importancia para las organizaciones. Para conseguir esto, muchas veces hay que recurrir a un cambio de mentalidad en los técnicos de mantenimiento, pieza clave para poder conseguir un buen sistema de gestión de la fiabilidad. 6. Nivel inferior: condiciones subestándar En la base, como hemos dicho, se encuentran las condiciones subestándar, es decir, fallos de los diferentes dispositivos que se encuentran en su fase incipiente y que, por lo tanto, no han causado la pérdida de la función principal. El objetivo será, por lo tanto, detectar esos fallos potenciales antes de que ocurran. Un efectivo plan de mantenimiento predictivo y preventivo nos permitirá detectar estas anomalías y solucionarlas con el mínimo impacto, planificando la reparación, optimizando los costes de ésta frente a una reparación no planificada, así como minimizar el impacto en la producción, calidad, etc. Siempre que los costes de la avería sean superiores al coste de dejar fallar el dispositivo. Para conseguir esto es importante implementar un robusto programa de mantenimiento de condición incluyendo no sólo técnicas tradicionales como vibraciones, termografías o análisis de aceite, sino también otras más novedosas como diagnósticos de motores, instrumentación inteligente o diagnósticos de [18] calidad >> febrero 2007

6 válvulas de control. Siempre que sea económicamente rentable su desarrollo, la utilización de tecnologías de monitorizado de condición se revela como una de las herramientas más eficaces para la obtención de altas disponibilidades. En este nivel aparecen los conceptos, de sobra conocidos, mantenimiento predictivo y preventivo. A éstos tenemos que sumar el de mantenimiento proactivo. Con éste, se identifica y corrige la causa primera del fallo de la máquina, tratando de maximizar su vida útil. Uno de los objetivos de medir este tipo de mantenimiento es analizar la efectividad de nuestro plan de mantenimiento preventivo y predictivo; en otras palabras, en mantenimiento basado en condición, cuántos fallos potenciales somos capaces de detectar y en el mantenimiento preventivo basado en tiempo analizar si realmente vemos un deterioro en el componente afectado. Mantenimiento proactivo 9% Mantenimiento predictivo 55% Mantenimiento preventivo 29% Mantenimiento correctivo 7% Fuente: Allied Services 2004 Benchmarking. Tipos de mantenimiento % Existen numerosos benchmarking donde se pueden ver los valores recomendados de los mantenimientos anteriormente descritos. En el anterior gráfico podemos ver los porcentajes de los diferentes tipos de mantenimiento. SALVADOR PAREDES / Ingeniero de Fiabilidad. Ingeniero Mantenimiento Planta Lexan de GE Plastics Bibliografía 1. VALVERDE MARTÍNEZ, ANICETO: Análisis de la disponibilidad de los equipos dinámicos y su incidencia en el mantenimiento de plantas industriales. 2. Fundación COTEC para la innovación tecnológica: El mantenimiento como gestión del valor para la empresa. 3. WIREMAN, TERRY: Developing performance indicators for Managing Maintenance. Industrial Press. 4. CONDE, RICARDO: Desarrollo de un modelo de fiabilidad para una planta química Euromaintenance MITCHELL, JOHN S.: Physical Asset Management Handbook. Third edition. Clarion technical publishers. 6. CAMPBELL, JOHN D.; Jardine, Andrew K.S.: Maintenance excellence. Optimizing Equipment Life Cycle decisions. 7. KELLY, A. y HARRIS, M. J.: Gestión del mantenimiento industrial. Fundación Repsol Publicaciones. 8. MOUBRAY, J.: Reliability Centered Maintenance. 2 nd edition. 9. MONCHY, F.: Teoría y práctica del mantenimiento industrial. Ed. Masson.