sistema integral de gestiÓn de datos de fiabilidad

Noviembre - 2007 Pág. 1

SISTEMA INTEGRAL DE GESTIÓN DE DATOS DE FIABILIDAD, DISPONIBILIDAD Y

MANTENIBILIDAD: BENEFICIOS PARA FABRICANTES Y USUARIOS DE MÁQUINA-

HERRAMIENTAItziar Ricondo, Jose Zendoia , Ander Azkarate

([email protected], [email protected], [email protected])

Departamento de Ingeniería de Producto de IDEKO

Rafael Enparantza, Oscar Revilla

([email protected], [email protected])

Departamento de Ingeniería de Producción de TEKNIKER


Contenido

• Introducción

• Estado del Arte

• Descripción del Sistema

• Validación

• Conclusiones y líneas futuras


Introducción

• Si un fabricante de máquina se quiere posicionar como líder del mercado en fiabilidad, se encuentra con que tiene un conocimiento limitado y mejorable del comportamiento de su flota de máquinas en el mercado: – La información está limitada en el tiempo

– La única fuente de información es su S.A.T. o encuestas.

• Oportunidad para fabricantes de mejorar la fiabilidad y disponibilidad de las máquinas:– Basado en datos de campo (Adquisición de datos).

– Creando nuevas funcionalidades en la máquina.


Introducción

• Los objetivos principales de un sistema integral de fiabilidad son:

• Fabricante:– Dar soporte a las empresas fabricantes de máquinas que

consideran la fiabilidad como un factor diferenciador.

– Realizar análisis de fiabilidad dentro de un proceso de mejora.

– Establecer especificaciones de fiabilidad para futuros diseños.

• Usuario:– Control de planta.

• Cumplimiento de objetivos diarios/ mensuales.


Estado del Arte

• Cálculo de Fiabilidad– Sistemas reparables.

– Sistemas no reparables.

• LCC=f(disponibilidad)– TCO versus LCC

– LCC es un indicador requerido por fabricantes de automóvil

• FRED (Ford)

• Daimler-Chrysler

– IEC -60300 Life Cycle Costing, Dependability Management - Part3-3.

• Software comerciales de captura y análisis:– Varios proveedores: Disponibilidad, OEE,...


Estado del Arte

• Cálculo de Fiabilidad (sistema reparable)– Un sistema reparable es un sistema que puede ser restaurado a

una condición de trabajo después de un fallo.

– Existen dos métodos disponibles para analizar sistemas reparables (Hongan):

• Recogiendo y analizando datos al nivel de sistema y usando modelos estocásticos tales como NHPP (Proceso de Poisson no homogéneo).

• Analizando los datos a nivel de componente (Lowest ReplaceableUnit).

• Cada uno de los métodos tiene ventajas e inconvenientes.

– Problemas existentes:

• Cuando ocurre un fallo en un componente de un sistema reparable,después de la reparación en algunos casos se puede considerar que el sistema es “As good as new”.

• En muchos casos, esto no es cierto. “As bad as old”.


Estado del Arte

• Cálculo de Fiabilidad (sistema reparable)– Teniendo en cuenta este punto de partida un sistema

reparable puede tener tres tipos de tasas de fallo.

• Cuando la máquina se instala, tendrá una tasa de fallos mayor al inicio y a medida que se mejora el proceso esta tasa de fallos ira decreciendo hasta estabilizarse.

• Gran parte del tiempo o después de una reparación “As good as new” la tasa de fallos se mantendrá estable.

• Hacia el final de su vida útil podrá tener una tasa de fallos creciente.

– En comparación con un sistema no reparable en el que se puede ajustar una distribución a los datos de fallo, en un sistema no reparable es más complicado ya que los fallos a nivel de sistema son dependientes: Modelos de análisis de crecimiento de la fiabilidad.


Estado del Arte

• Cálculo de Fiabilidad sist. reparable

• Cálculo de Fiabilidad sist. no reparable

SystemT1 T2 T3 T4T5T6 T7 T8

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8

Ts=0 TE

System 1t1Ts=0

System 2t2

System 3t3

.

.

.System 9

t9 (suspension)

Fuente: Different Approaches in theAnalysis of Repairable System Data. ARS Asia 2005.

Hongan Lin, Reliasoft


Estado del Arte

• VDI 3423 Disponibilidad técnica de máquinas y líneas de producción: Periodos de tiempo

TB = TN+ TO + TT+ TW

Tiempo en consideración (año, mes, día,...)

Tiempo planificado TB(año, mes, día,...)

Tiempoutilización

TN

Paradaorganizacional

TO

ParadatécnicaTT

Tiempo demantenimiento

TW

Noocupada

Tiempo no planificado(vacaciones, fines de semana)


Estado del Arte

• VDI 3423 Disponibilidad técnica de máquinas y líneas de producción: Ratios

NG = TN/ TB .100 % Ratio de utilización

AW = T0/ TB .100 % Indisponibilidad por mantenimiento

AT = TT/ TB .100 % Indisponibilidad por parada técnica



Tiempoutilización

TN


TO

ParadatécnicaTT


TW

Noocupada



Estado del Arte

• MTBF, MTTR, Disponibilidad

MTBF = (TB- TT)/failures

MTTR = TT/failures

Disponibilidad = MTBF/ (MTBF+MTTR).100%= (1- AT)



Tiempoutilización

TN


TO

ParadatécnicaTT


TW

Noocupada



Estado del Arte

• LCC desarrollado basado en IEC60300/3 • Permite definir elementos de costes de ciclo de vida

atendiendo a:– La estructura de producto

– La categoría de costes

– La fase o actividad del ciclo de vida.

Elemento LCC


Estado del Arte

• OEE: Overall Equipment Effectiveness

“Heaven”

Actual Production

No demanda

Paradas planificadas (MP, MPd)

Paradas no planificadas (MC)

Pérdidas de velocidad

Fallos de calidad (pieza mala)

Cambios pieza/ herramientas

Tip

os

de p

erd

idas

opera

cional e

s

Utilización efectiva de máquina


Descripción del Sistema

• Principales características

• Multi-CNC : La versión actual funciona con los 4 CNCs principales (Fanuc,

Fagor, Siemens, Heidenhain), sin embargo, se puede extender fácilmente a

otros controles numéricos abiertos.

• Arquitectura distribuida : el software puede funcionar directamente en el

control numérico o trabajar remotamente en un PC a través de la red.

• Usabilidad : las interfaces de usuario han sido diseñadas para simplificar y

facilitar el su uso.

• Personalizable : Cada módulo es totalmente configurable para poder

adaptarse a las necesidades específicas de cada máquina.

• Extensible : Este producto proporciona una plataforma básica que puede ser

extendida y ampliada fácilmente para desarrollar nuevos módulos.



• Requisitos funcionales

• Cálculo de la disponibilidad sin necesidad de introducir información de forma

manual (calendario de trabajo, horas de producción,...).

• Cálculo de la eficiencia.

• El sistema consta de dos partes principales::

• Un sistema de adquisición de datos que registra las variables

necesarias del PLC de la máquina para calcular la disponibilidad.

• Un sistema de visualización y análisis de esos datos.



Referencias: Programa POSMON/ FORD

Ventajas:

Cálculo a un mayor nivel de detalle (alarmas, componentes, grupos).

Posibilidad de obtención de parámetros de Weibull.

Referencias: Según norma VDI 3423.

Ventajas:

- Fácil construcción del modelo de fiabilidad.

- Se puede definir el numero de estados que se desea, limitado por el PLC.

- Alta modularidad entre diferentes máquinas, facilitando la programación en el PLC.

Desventajas:

- Modelo de fiabilidad complejo (aprox. 300 alarmas).

- Es necesario realizar un filtrado de datos.

Desventajas:

-Es necesario establecer unas hipótesis de cálculo.

- No se obtiene distribución Weibull.

A nivel de componentesA nivel de sistema

• Dos estrategias



• Gestión por alarmas (Filtrado de datos)



• Gestión por alarmas (Árbol de fallos)



• Gestión por estados (Hipótesis de cálculo)

Tiempo no planificado ----------��E1

No demanda de máquina ----------��E2

TN: Tiempo utilización ----------��E3

TB: Tiempo planificado ----------�� E4

TO: Parada organizativa ----------�� E5

TT: Parada técnica ----------�� E6

TW: Mantenimiento ----------�� E7



• Módulos principales para la gestión por estados– Un módulo que relaciona las variables definidas en el PLC

con estados de máquina.– Un módulo que define los intervalos de activación d e cada

estado.– Un módulo que realiza el acumulativo de cada uno de los

estados.– Un módulo para el cálculo de los indicadores necesa rios

según la norma VDI.



• Módulos principales para la gestión por alarmas– Un módulo que relaciona las alarmas definidas en el PLC

con las alarmas a controlar.– Un módulo que define los intervalos de activación d e cada

alarma.– Un módulo que realiza el acumulativo de cada uno de los

alarmas.– Un módulo para el filtrado de alarmas (definición d el

calendario de producción)– Un módulo para la obtención de los indicadores:

• TTF y TTR.- Obtención de parámetros de Weibull.- Obtención de MTBF, MTTR y A.


Validación

• Descripción del sistema implantado– Durante el 2007 se ha realizado la implantación del SAD

en una planta mecanizadora de piezas para el sector de bienes de equipo.

– La máquina tiene un SAD por estados . – Entre los estados principales se mencionan los de

máquina apagada, encendida, en operación, en avería,...


Validación

Tasa de ocurrencia de fallos

1 /1 /0 0

9 /4 /0 0

Tiempo

log(

Acu

mul

ado

de fa

llos)

¿Aprendizaje en el uso de la máquina?


Validación

El MTBF no es fijo

Desconocimiento de la tipología de fallo (técnico o organizacional)

Fiabilidad

0

1 0

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500

Acumulado UPTIME h

MT

BF


Validación

La disponibilidad varía en el tiempo.

Pendiente de la linea de tendencia: <1

Desconocimiento de causas de máquina apagada.

Disponibilidad

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500

Acumulado UPTIME

Dis

poni

bilid

ad


Validación

Eficiencia

jun-07 jul-07 ago-07 sep-07 oct-07

Periodo

Por

cent

aje

%

OPERATION PREPARATION EMERGENCY BREAKDOWN OFF


Conclusiones y líneas futuras

• Implantación del SAD en diferentes modelos de máquina.

• Integración de los indicadores en la fase de diseño (PDM):– Objetivos de MTBF y MTTR para cada lanzamiento.

• Desarrollo de un software de visualización y análisis de indicadores incluyendo el LCC.

• Obtención de indicadores por líneas de producción (máquinas en serie o paralelo).

• Estudios de tendencias: Variación de la disponibilidad en función del tiempo, sectores, modelos de máquina, países,...


Agradecimiento

• Investigación subvencionada:– Departamento de Industria, Comercio y Turismo del

Gobierno Vasco (INNOTEK)

– Comisión Europea (FP6)


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MANTENIBILIDAD: BENEFICIOS PARA FABRICANTES Y USUARIOS DE MÁQUINA-

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