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PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICAENERGETICA

GEDAEFE 2008

Planificación estratégica de overhauls de redes de bombasRodrigo PascualPablo A. ReyCristóbal CruzUniversidad de Chile

Melinda HodkiewiczUniversity of Western Australia


GEDAEFE 2008

Agenda

Motivación y Marco generalEl problema

Modelo propuesto. Determinación de parámetros.Caso de Estudio.

Comentarios finales


GEDAEFE 2008

Un problema de mantenimiento

Fuente: El Mercurio, 10 de abril de 2008


GEDAEFE 2008

Un problema de mantenimiento

Fuente: El Mercurio, 10 de abril de 2008

“The medical sector can also be capturedunder the definition of maintenance, whenhumans are considered to be the systemsof interest”

Fuente: Dekker, R., Applications of maintenance optimization models: a reviewand analysis, Reliability Engineering & System Safety, 51, 229-40, 1996.


GEDAEFE 2008

Estrategias

Mantenimiento oportunista

Mantenimiento

Mantenimientocentrado en condición

Mantenimientocentrado en uso

MantenimientoPre-falla

MantenimientoProactivo

Fuente: Standards: IEC 60 050-191, BS 4778 - 3.1


GEDAEFE 2008

Estrategias

Mantenimiento oportunista

Mantenimiento

Mantenimientocentrado en condición

Mantenimientocentrado en uso

MantenimientoPre-falla

MantenimientoPost-falla

MantenimientoCorrectivo


Fuente: Standards: IEC 60 050-191, BS 4778 - 3.1


GEDAEFE 2008

Mantenimiento & gestión de activos

0

Cos

tos

Intervalo entre overhauls

Mantenimiento


GEDAEFE 2008


0

Cos

tos


Mantenimiento

Energía

C. de falla


GEDAEFE 2008


0

Cos

tos


Costo global

Mantenimiento

Energía

C. de falla


GEDAEFE 2008

Commodity baja su precio

0

Cos

tos


Costo global

Mantenimiento

Energía

C. de falla


GEDAEFE 2008

Costo de energía


GEDAEFE 2008


0

Cos

tos


Costo global

Mantenimiento

Energía

C. de falla


GEDAEFE 2008

Sube costo de la energía

0

Cos

tos


Costo global

Mantenimiento

Energía

C. de falla


GEDAEFE 2008

Costosdirectos

Costode almacenamiento

Costo de falla

PreventivasInspeccionesMCC

Fuente: AFNOR, Recueil des normes française X 06, X 50, X 60, AFNOR.PAS-55, Asset Management, British Standards Institute, 2004.

Sobreinversionespor

confiabilidad


GEDAEFE 2008

Costosdirectos

Sobreinversionespor

confiabilidadCostode almacenamiento

Costo de fallaRepuestos


GEDAEFE 2008

Costosdirectos

Sobreinversionespor


Costo de falla

Equipos redundantesStock pilesMedios alternativosSeguros


GEDAEFE 2008

Costosdirectos

Sobreinversionespor


Costo de falla


GEDAEFE 2008

Mantenimiento alineado con el negocio


GEDAEFE 2008

Mantenimiento alineado con el negocio

Aumentocostos directos

ReducciónCostossumergidos

- 1

Aumentomargencorporativo

2

1

2


GEDAEFE 2008

fallafalla→→usouso →→condicicondicióónn

Predictive

Unscheduled

Cos

to

Tiempo

Correctivo

Centrado

hoy

Preventivopor uso

en condición

Fuen

te: D

i Pro

sper

o, I.

, FID

AE

, San

tiago

, 200

8.


GEDAEFE 2008

fallafalla→→usouso →→condicicondicióónn

Monitoreo en líneaAnticipar degradación y vida remanente“Suavizar” y facilitar intervenciones de mantenimiento en base a condición

Predictive

Unscheduled

Cos

to

Tiempo

Correctivo

Centrado

hoy

Preventivopor uso

en condición

Fuen

te: D

i Pro

sper

o, I.

, FID

AE

, San

tiago

, 200

8.


GEDAEFE 2008

Disponibilidad & presupuesto

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

1

Dis

poni

bilid

ad

Nivel de mantenimiento preventivo

Disponibilidad objetivo

Costos demantenimiento

0,8

0,6

0,4

0,2

Presupuesto objetivo


GEDAEFE 2008

Esquema general

Datos de condición e historiales

Fallas Monitoreo de condicióne Inspecciones

Sistemas


GEDAEFE 2008

Esquema general


Mantenimientopreventivo

y oportunista

MantenimientoPredictivo,proactivo &oportunista

MantenimientoCorrectivo &preventivo

Optimización del

mantenimiento

Datos de condición e historiales

Fallas Monitoreo de condicióne Inspecciones

Modelos de confiabilidad

Modelos de costos

Análisis de riesgos

Sistemas


GEDAEFE 2008

Gestión deActivos físicos

Ciclo de vidadel sistema

abarca

Objetivos eindicadores

Debe fijary medir

Conceptualizaciòn ydiseño

Implementación

Operación ymantenimiento

Retiroincluye

FuncionesAsume e incluye

Alcanzables através de

Toma dedecisiones

Costo deintervención

Costo dede falla

Costo dealmacenamiento

Sobreinversiones

incluye

Modelosde apoyo adecisiones

requiere de

Informática

Producción

Ingeniería

Abastecimiento

Control decalidad

administra

Sistema de información

administra

Provee data para

Costoglobal

Disponibilidad

Confiabilidad

Seguridad

Mantenibilidad

ProductividadMinimizar/alcanzar/balancear

OEE

Calidad


GEDAEFE 2008

Gestión deActivos físicos

Ciclo de vidadel sistema

abarca

Objetivos eindicadores

Debe fijary medir

Conceptualizaciòn ydiseño

Implementación

Operación ymantenimiento

Retiroincluye

FuncionesAsume e incluye

Alcanzables através de

Toma dedecisiones

Intervalos de garantía

Intervalos entre

pedidos de repuestos

Intervalos entre

overhauls

Intervalos entre inspecciones

OutsourcingRedundancia

Asignación derecursos

Planificación de tareas

Programación de tareas

Selección yReemplazo de equipos

Costo deintervención

Costo dede falla

Costo dealmacenamiento

Sobreinversiones

incluye

Modelosde apoyo adecisiones

requiere de

Estrategias de mantenimiento M.

Proactivo

M. correctivo

M. preventivo

M. centrado en la

condición

M. oportunista

sobreInformática

Producción

Ingeniería

Abastecimiento

Control decalidad

administra

administra

administra

Sistema de información

administra

Provee data para

Costoglobal

Disponibilidad

Confiabilidad

Seguridad

Mantenibilidad

ProductividadMinimizar/alcanzar/balancear

OEE

Calidad


GEDAEFE 2008

El Problema

Sistema de bombasPlanificación estratégica de overhaulsPresupuesto máximo para mantenimiento programadoObjetivo

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 usedin slurry pump service, Wear 256 (2004) 592–599


GEDAEFE 2008

“…pump useful life in these (process) applications can range from a few weeks to a few years”

A.p.d.: C.I. Walker G..C. Bodkin, Empirical wear relationships for centrifugal slurry pumps, Wear 242, 140–146, 2000

Conceptualización Diseño Implementación Operación &mantenimiento

GeometríaMateriales

Propiedades de la pulpay de las partículasPresiónFlujo

Potencia & Velocidad motor

AjustesConcentricidad


GEDAEFE 2008

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

Edad (trimestres de operación)

Efic

ienc

ia

0 4 8 12 16 20 24 28 320.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9


GEDAEFE 2008

Terminología y supuestos (cont.)

Horizonte de planificación

conocidoDecisiones

al inicio de cada período

• Estado– “en uso” o – “en overhaul”.

Bombas “en uso”se utilizan por una fracción del período

No hay límites decapacidad de taller o de disponibilidad mínima de bomba


GEDAEFE 2008

Terminología y supuestos (cont.)

No se considera reemplazo luego de un número fijo de overhauls

pero sí un overhaul forzado a una edad máximaNo se limita a overhauls periódicosNo hay economías de escala

por agrupar bombas para mantenimiento


GEDAEFE 2008

Modelo propuesto

Modelo de programación enteraIdea

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”!!


GEDAEFE 2008

Camino en red “edad-tiempo”

Edad InicialUso

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6

Tiempo

Edad


GEDAEFE 2008

Camino en red “edad-tiempo”

Edad InicialUsoOverhaul

0

1

3

4

0 1 2 3 4 5 6

2

5

Tiempo

Edad


GEDAEFE 2008

Modelo propuesto (cont.)

0

1

a

a+1

EdadMax-1

EdadMax

0 1 2 t t+1 T-1 T

PeríodosEd

ad


GEDAEFE 2008

Modelo propuesto (cont.)

Costos en red edad-tiempoArcos (a,t), (a+1,t+1):

• Usar bomba• Costo: consumo de energía

Arcos (a,t), (0,t+1): • Overhaul• Costo: overhaul


GEDAEFE 2008

Parámetros

TemporalesAños horizonte de planificaciónPeríodos por año

Presupuesto estratégico


GEDAEFE 2008

Parámetros

TemporalesAños horizonte de planificaciónPeríodos por año

Presupuesto estratégico

CostosEnergía

• 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


GEDAEFE 2008

Datos utilizados (cont.)

BombasPotencia hidráulica de diseñoClase: curva de eficiencia vs. EdadEdad inicial Edad máxima


GEDAEFE 2008

Parámetros adicionales

Presupuesto anualPresupuesto estratégico / Años horizonte

Costo de consumo energético (Potencia nominal * Utilización / Eficiencia) * * Costo energía

Costo de overhaul Potencia nominal * Costo overhaul por unidad de potencia


GEDAEFE 2008

Estudio de caso

150 bombasHorizonte

5 añosPeríodo

trimestre. Total: 20 períodos

Bombas4 clasesPotencia nominal: 75, 100, 150 Utilización: 80-90%Edad Máxima 10 años (40 períodos)


GEDAEFE 2008

Edades iniciales

0

5

10

15

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Edad Inicial (trimestres)

Can

tidad


GEDAEFE 2008

Caso de estudio (cont.)

Edad (trimestres de operación)

Efic

ienc

ia

0 4 8 12 16 20 24 28 320.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9


GEDAEFE 2008

Caso de estudio (cont.)

ImplementaciónSolver: CPLEX 9.0Interfaz: C++/Concert

• PC Pentium IV 1.5 GHz, Windows XP

Tiempos de soluciónPrimera solución: < 1min (GAP 0.1%)Óptimo: ~ 4min


GEDAEFE 2008

Ejemplo solución

Edad bomba 22

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1Período (trimestres)

6 17 18 19 20

Edad

(trim

estr

es)


GEDAEFE 2008

Sensibilidad costo global vs. presupuesto

18.2

18.4

18.6

18.8

19

19.2

19.4

19.6

19.8

0 1 2 3 4 5 6Presupuesto [um]

Costo glob

al [u

m]

x actual


GEDAEFE 2008

Comentarios finales

Modelo de optimización

red estado-tiempoPermite

mejor utilización de presupuesto

Aplicabilidada otras situacionesque consideren una flota de equipos


GEDAEFE 2008

Comentarios finales

Modelo de optimización

red estado-tiempoPermite

mejor utilización de presupuesto

Aplicabilidada otras situacionesque consideren una flota de equipos

Base para modelos que incorporan otras condiciones

Reemplazo luego de un número de overhaulsDisponibilidad mínimaDependencia entre equipos Economías de escala


GEDAEFE 2008

Gracias, ha sido un placer.Quedan invitados al V Encuentro en Gestión de Activos Físicos de la Universidad de Chile en Noviembre.http://pascual.ing.uchile.cl/egaf5

http://pascual.ing.uchile.cl/egaf5

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