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Información tecnológica
versión On-line ISSN 0718-0764
Inf. tecnol. v.15 n.6 La Serena 2004
http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642004000600011
Información Tecnológica-Vol. 15 N°6-2004, págs.: 71-78 ARTÍCULOS VARIOS Diseño de un Programa Computacional para Evaluar la Gestión de Mantenimiento Basado en la Seguridad de Funcionamiento Design of a Computational Program to Evaluate Maintenance Management based on Dependability F. Espinosa y R. Cea Resumen Se ha definido una serie de índices y su implementación computacional, que permitan medir y explicar el valor de la eficiencia global de un sistema productivo en el cual se aplica la Seguridad de Funcionamiento (SdF). Estos índices corresponden a aspectos inherentes a la SdF, como ser confiabilidad, seguridad, mantenibilidad y disponibilidad, los cuales entregan los llamados Índices Directos. El conjunto de índices provenientes del proceso productivo, tales como calidad del producto, ciclo de tiempo de las operaciones y costos involucrados, estos últimos llamados Índices Complementarios. En la formulación de estos índices se integran datos de pérdidas de tiempo, producto de acciones o causas no deseadas y que perjudican al proceso productivo. Se da una definición alternativa para cada uno de los índices ya mencionados y entregando cada uno de ellos una información más relevante para el encargado del mantenimiento de la empresa. Abstract A series of indicators have been defined, as well as their computacional implementation, which allow to measure the efficency and to define a value of the overall efficiency of a productive system to which the concept of Dependability is applied. The indicators which represent inherent aspects of Dependability including reliability, safety, maintainability, and availability are named Direct Indicators. The set of productive process indicators, including quality of the product, time cycle involved in operations, and costs, are named Complementary Indicators. In the formulation of these indicators, data on losses of time are integrated,which represent the results of actions or unwanted causes, and which harm the productive process. An alternative definition for each of the indicators mentioned above is given, and each of them isprovided with more relevant information for the person in charge of the company maintenance. Keywords: industrial maintenance, dependability, efficiency indicators, reliability, availability
INTRODUCCIÓN Para definir las características del sistema productivo, por analogía, se puede basar en el concepto de Seguridad de Funcionamiento (SdF). La SdF es un concepto creado para los sistemas informáticos y se refiere a la propiedad que permite a los usuarios de estos sistemas, de colocar una confianza justificada en el servicio que él les entrega (Avizienis et al., 2001). La SdF es un concepto integrador que engloba los siguientes atributos básicos, entre otros: - Disponibilidad: sistema en funcionamiento cuando se necesita. - Confiabilidad: sistema en funcionamiento por el tiempo que se le precise. - Seguridad: ausencia de fallas catastrófica durante su funcionamiento. - Mantenibilidad: habilidad de reparaciones y modificaciones. La SdF contempla un amplio campo de medidas, y la caracterización de las formas de su evaluación depende del campo de aplicación del sistema considerado (Laprie et al., 1996; Kanoun, 2002) y es tarea del responsable del sistema definir la estructura de las métricas o las herramientas a utilizar (Ahmad, 2002).
En este trabajo la eficiencia de una línea de producción se plantea medirla en base a los atributos seleccionados de la SdF, los cuales definirán los Índices de Eficiencia Directos. Sin embargo, también es necesario tener otra referencia formada por Índices de Eficiencia Complementarios, los que se obtienen desde los equipos productivos y en el manejo de los costos asociados al mantenimiento. Así el usuario puede apreciar en su totalidad las bondades de tener un sistema seguro en su funcionamiento. Un indicador se define como (Berrah, 1997): un hecho cuantificado que mide la eficacia y/o eficiencia de todo o parte de un proceso o de un sistema (real o simulado), con referencia a una norma, un plan o a un objetivo determinado o aceptado en un cuadro estratégico de la empresa. Esta definición pone el acento sobre la función medición del indicador. Dicha función es descrita por un modelo que integra la elaboración en tres facetas distintas: - Una faceta objetivo, que permite expresar los objetivos vinculados a los indicadores - Una faceta evaluación, que compara las medidas alcanzadas con los objetivos declarados, y - Una faceta de apreciación, que analiza las prestaciones alcanzadas en función del contexto de desarrollo, así como del conocimiento del administrador. La faceta objetivo toma forma al definir el conjunto de indicadores de eficiencia y los datos que estos contendrán. Para los parámetros de confiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad la forma más recurrida es definirlos en relación a tiempos totales de prestación o detención del servicio del sistema (Kardec y Nassif, 2003; Barusso, 2001; Blanchard et al. 1995), pero esta forma de definición no entrega el detalle de las causas que llevaron a tomar un determinado valor al parámetro. La información que se debe obtener en la faceta de evaluación tiene que ser relevante para la toma de decisiones. Tiene que permitir al encargado del sistema plantear lineamiento para propósitos tácticos y de planificación ya sea mediante comparación con un estándar definido, por el control de la ejecución o la definición de introducción de mejoramientos (Löfsten, 2000; Wani y Gandhy, 1999). Es aquí donde toma cuerpo la definición correcta de cada indicador que para este caso se definirán en base a los tiempos perdidos de producción, en especial por causas directas o indirectas de la acción de mantenimiento, complementadas con indicadores que tengan en cuenta la variable calidad del producto final y costos asociados.
DEFINICIÓN DE LOS ÍNDICES DEL MANTENIMIENTO En la metodología de la Mantención Productiva Total (MPT), se menciona que las medidas de disponibilidad y confiabilidad aisladas no reflejan adecuadamente el comportamiento del equipo (Tajiri y Gotoh, 1992). Por tanto, para el caso que se está analizando, la evaluación de los Índices de Eficiencia Directos, se deben complementar con indicadores sobre pérdidas provocadas por entrega de productos deficientes, por funcionamiento degradado de la maquinaria, más los costos asociados, los cuales serán llamados Índices Complementarios. En las figuras 1 y 2 se definen los índices más los datos de entrada para evaluar cada uno de ellos. Cuando este conjunto de índices se aplica a la línea de producción en su totalidad, para obtener un Índice Global de Eficiencia, es necesario afectar el índice particular de cada equipo por el índice criticidad de este, a fin que la influencia de aquellos equipos más críticos de la línea en estudio sea ponderada y su efecto, sea este positivo o negativo, se destaque. Hay que tener presente que en la SdF se manejan los conceptos de avería y falla, pues ambos tienen influencia sobre la prestación final del equipo. En el caso de la falla, el resultado más evidente es la detención del equipo y, por tanto, hay pérdida de producción o de materias primas en distintos grados de procesamiento, mientras que una avería no necesariamente implica detener la máquina. La medida de eficiencia de la SdF tiene que estar relacionada con el cumplimiento del objetivo del sistema al cual se está aplicando. En este punto se debe incluir aspectos técnicos, operacionales y costos, ya que para cualquier diseño de este tipo se deben balancear los aspectos técnicos con los aspectos económicos.
ÍNDICES DIRECTOS Índice de Confiabilidad. La confiabilidad es una estimación probabilística, acerca del tiempo en que la máquina entregará sus servicios, acorde con los estándares de calidad exigidos por el usuario. Esta estimación se realiza sobre la base de una distribución de probabilidades de falla de cada parte integrante del equipo y de un modelamiento del comportamiento funcional de este. Entonces, el índice de confiabilidad apoya dos análisis: i) Validar el modelo de descomposición funcional del equipo y las distribuciones de probabilidad de falla; y ii) Medir la confiabilidad real del equipo y contrastarla con el valor estimado por el usuario del equipo. El índice de confiabilidad para el equipo i será:
(1)
donde: top: tiempo operativo neto asignado para producción; tnf: tiempos de detención no programados del equipo durante el período asignado para producción. La ecuación (1) entrega la fracción de tiempo real de servicio del equipo. Hay que ser cuidadoso en el manejo de este parámetro, ya que se podría tener una alta confiabilidad aumentando los tiempos de mantención, o bien disminuyendo los tiempos operativos, pero esto influye directamente sobre los niveles de producción. Lo anteriormente expresado indica que hay que definir un compromiso entre los tiempos de mantención y de operación, de tal forma de llegar a un equilibrio que satisfaga los requerimientos productivos y el cuidado de la máquina. En la figura 3 se muestra un gráfico con la evolución del parámetro de la confiabilidad. Con este antecedente se puede seguir la tendencia del parámetro, y para el período en el cual el valor real es más bajo que el de referencia ir y obtener el detalle de la causa que provoca el no cumplimiento del objetivo. En la figura 4 se muestra el detalle para el indicador basado en la confiabilidad y para la fecha seleccionada. Lo mismo acontece para los restantes indicadores.
Índice de Disponibilidad. El índice de disponibilidad, que también es identificado como el Desempeño del Equipo, es de gran utilidad para la gestión del mantenimiento. En efecto, a través de él se puede hacer un análisis selectivo de los equipos cuyo comportamiento operacional está por debajo de los estándares fijados por el usuario. Si bien este índice es el más representativo para la SdF, hay que relacionarlo con el servicio que presta el equipo, ya que esto es lo que el usuario aprecia en la realidad. Se define índice de disponibilidad para el equipo i como:
(2)
donde, TMEF: tiempo medio entre fallas; tpr: tiempos sin producción por fallas o ajustes. Índice de Seguridad. Este índice está relacionado con la seguridad del operario y del medio ambiente, por que un accidente, sea este mayor o menor, se traduce en horas hombres perdidas. Es también tarea del mantenimiento crear y sostener las barreras para que los accidentes no sucedan. Se define índice de seguridad para el equipo i, como:
(3)
donde: HHproa: horas hombre programadas para período operativo neto; hhp: horas hombre perdidas por accidentes durante el período operativo neto. Índice de mantenibilidad. El tiempo de espera por reparación tiene relación directa con la programación de la entrada de los recursos para efectuar el mantenimiento. Así, si este índice es bajo indica que no hay un efectivo diagnóstico de la falla, un efectivo programa de asignación de personal, una buena programación de actividades o un buen abastecimiento de repuestos, factores todos influyentes en los tiempos de preparación para el mantenimiento. El índice de mantenibilidad para el equipo i será:
(4)
donde, HMproa: horas de mantención programadas para la máquina; tmer: tiempos de espera para iniciar el mantenimiento. Para el caso que se necesite introducir mejoras en el equipamiento, el programa provee un módulo que contiene el análisis funcional y el análisis de fallas para las partes o sistemas que el encargado estime conveniente. Los antecedentes para un análisis de la falla, para un repuesto específico, se muestra en la figura 5.
Índice Global del Equipo. Para cada máquina, el conjunto de indicadores directos genera el índice global de eficiencia, basado en las características que definen la Seguridad de Funcionamiento. Así se tiene:
(5)
Se define de esta manera la expresión para el índice global por la estrecha relación que existe entre cada uno de los indicadores que lo componen. Así, si uno de ellos desciende, el valor del índice global lo hará en forma más notoria dando así una señal de alerta para estrechar más el lazo de control (Lohman et al., 2003).
INDICES COMPLEMENTARIOS Índice de Calidad. El origen de los defectos de calidad generalmente es producto de una cadena de malas acciones de mantenimiento, comenzando por la deficiente reparación de una avería o una falla, un mal entrenamiento del operador, mala descripción de las funcionalidades, finalizando en un seguimiento no continuo del comportamiento del equipo. En resumen, este factor puede llegar a ser tan bajo que se pierde la confianza en la entrega óptima del servicio. El índice de calidad para el equipo i se define como:
(6)
donde: Q: cantidad entregada según norma por la máquina i de los p distintos productos fabricados; qc: cantidad rechazada por defectos de calidad por la máquina i de los p distintos productos; qr: cantidad reprocesada por la máquina i de los distintos productos fabricados. Además, un equipo puede tener una confiabilidad muy alta (no se detuvo durante el tiempo operativo programado) pero gran parte de su producción fue rechazada, lo que muestra que este indicador es un gran complemento para el análisis de la SdF. Índice de Rendimiento. El índice de rendimiento, se refiere a repotenciar o aumentar la capacidad de producción de la máquina, vía introducción de mejoramientos tecnológicos. Se relaciona con la SdF a través de la velocidad de producción, o sea, el ciclo de tiempo de producción de la máquina es la medida principal de este índice; si tal índice está por debajo de lo establecido como estándar, para un producto dado, se ha de suponer que el equipo puede estar funcionando en forma degradada. Si el índice es mayor que uno indica que la introducción de mejoras en el equipo entregó buenos resultados. Hay que tener presente que este índice tiene un límite físico y tecnológico. Es también tarea del mantenimiento propender al mejoramiento continuo de los equipos, ya sea mediante la introducción de la automatización o bien mediante cambios en su arquitectura. El índice de rendimiento para el equipo i será:
(7)
donde: CTreal: ciclo de tiempo real del equipo i para el producto p; CTideal: ciclo de tiempo ideal o nominal del equipo i para el producto p. En caso que la máquina tenga que producir más de un producto, el índice toma la siguiente forma:
(8)
donde : p: son los distintos productos fabricados por el equipo. Índice de Eficiencia del Costo. El principal objetivo en el diseño de un sistema es llegar a que este último no solamente satisfaga los requerimientos técnicos y entregue el servicio deseado con las restricciones del caso, sino que también lo haga con eficiencia en lo referente al costo. El costo producto del resultado del manejo del sistema necesita ser contrastados con los parámetros que miden la eficiencia de la aplicación de la SdF, para así de este modo asegurar la eficiencia en el costo también. La relación entre el índice global del equipo y el costo que se incurre para mantener esta eficiencia, se mide en un mismo período de tiempo, a fin de tener referencias para analizar las evoluciones que presenta esta relación e inferir modificaciones en la política de mantenimiento del equipo. La eficiencia en el costo para el equipo i es definida como:
(9)
donde; CTMi : costo de mantención para el equipo i durante el período de análisis. Eficiencia Ponderada para la Línea. Para medir la eficiencia global de la línea de producción, hay que tener presente la diversidad de equipos que ella contiene y darle mayor relevancia a aquellos que son más críticos, de tal forma que la pérdida de eficiencia de esos equipos repercuta con más peso en la eficiencia de la línea. O bien si se decide introducir mejoras en la línea de producción, el impacto sobre el índice sea más notorio a medidas que se decide invertir en los equipos más críticos. La eficiencia ponderada de la línea de producción, se define como:
(10)
donde; FCi: factor de criticidad del equipo i; n: número de equipos que componen la línea de producción.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Un punto que tuvo especial énfasis en el diseño del sistema computacional fue que, para que fuese un real aporte a la gestión de mantenimiento, debería ser simple y directo en la lectura. Debe ser entendible y manejable a fin de obtener de él información relevante, rápida y que esta sea compatible con el conocimiento de los equipos productivos que tiene el personal a cargo de ellos. De esta forma se puede planificar para mejorar la gestión e introducir mejoras en el equipamiento. Otro aspecto relevante, es que para tomar decisiones correctas, especialmente a nivel operativo, no se debe trabajar siempre con datos agregados o valores medios, ya que estos no identifican las verdaderas causas de los problemas, o bien las ocultan. Un programa como el que se presentó entregó resultados sobre la evolución de cada indicador, ayudó a recopilar información en forma desagregada de las causas que explican su evolución y analizar dichos resultados. El paso siguiente que corresponde a la tarea de planificar nuevas acciones para atender los requerimientos de mantención, producto del análisis de las causas de las fallas, para el encargado esta tarea se vio enormemente simplificada.
CONCLUSIONES Como la integración entre sistemas de diversa naturaleza ya es normal, las nociones de la SdF se pueden adoptar como medio de análisis para un sistema de gestión del mantenimiento, por la relación funcional que este tiene con otros sistemas administrativos, porque se precisa de indicadores de eficiencia para evaluar el desempeño de sus acciones y porque es necesario tener una sistematización en el manejo de la información. La información organizada bajo el esquema presentado tiene las siguientes ventajas: La recopilación de datos es ordenada como también lo es su ingreso a la base de datos. La presentación de los resultados es rápidamente entendible y permite llegar a las causas de la falla en forma certera. Permite seguir la evolución de la eficiencia bajo distintos puntos de vista y tener un voz de alerta cuando no se están logrando los estándares definidos. Todo lo anteriormente nombrado hacen de esta herramienta un apoyo efectivo para la gestión del mantenimiento
REFERENCIAS Ahmad M. Munir, Dhafr Nasreddin, Establishing and Improving Manufacturing Performance Measures. Robotics and Computer Integrated Manufacturing, 18 (2002) [ Links ] Avizienis A., Laprie J.C., Randel B. l., Fundamentals Concepts of Dependability. LAAS Report N° 01145, April ( 2001) [ Links ] Barusso João, 2001. Manual de Confiabilidade, Mantenabilidade e Disponibilidade. Ed. Qualitymark. [ Links ] Berrah, Haurat; 1997. Classification des Indicateurs de Performance pour le Pilotage des Processus de Production. 2° Congrès International Franco-Québècois, Albi, France. [ Links ] Blanchard B., Verma D., Peterson E., 1995, Maintainability: a Key to Effective Serviceability and Maintenance Management, Ed. Wiley. [ Links ] Kanoun K., 2002. Dependability Evaluation: a Survey. LAAS Report 02382. [ Links ] Kardec Alan, Nascif Julio. 2003. Manutenção: Função Estratégica. Ed. Qualitymark. [ Links ] Laprie J., Arlat J., Blanquart J., Costes A., Crouzet I., Deswarte J., Fabre H., Guillermain M., Kaâniche M., Kanout K., Mazet C., Powell D., Rabéjac P., Thénevod P., 1996, Guide de la Sûrete de Fonctionnement, Cépaduès Editions. [ Links ] Löfsten Hans, 2000. Measuring Maintenance Performance in search for a Maintenance Productivity Index. Int. J. Production Economics N°63. [ Links ] Lohman C., Fortuin L., Wouters M., 2003. Designing a Performance Measurement System: A case study. European Journal of Operational Research, Vol 32. [ Links ] Wani, M.F. y O.P. Gandhi. 1999. Development of Maintainability index for Mechanical Systems. Reliability Engineering and Systems Safety N°65. [ Links ] Tajiri M., Gotoh F. 1992. TPM Implementation: a Japanese Approach, Ed. Mc Graw-Hill, New York. [ Links ] |