sistema integral de gestiÓn de datos de fiabilidad
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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
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Contenido
• Introducción
• Estado del Arte
• Descripción del Sistema
• Validación
• Conclusiones y líneas futuras
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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.
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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.
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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,...
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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”.
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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.
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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
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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)
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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
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)
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Estado del Arte
• MTBF, MTTR, Disponibilidad
MTBF = (TB- TT)/failures
MTTR = TT/failures
Disponibilidad = MTBF/ (MTBF+MTTR).100%= (1- AT)
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)
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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
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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
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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.
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Descripción del Sistema
• 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.
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Descripción del Sistema
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Descripción del Sistema
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
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Descripción del Sistema
• Gestión por alarmas (Filtrado de datos)
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Descripción del Sistema
• Gestión por alarmas (Árbol de fallos)
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Descripción del Sistema
• 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
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Descripción del Sistema
• 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.
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Descripción del Sistema
• 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.
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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,...
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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?
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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
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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
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Validación
Eficiencia
jun-07 jul-07 ago-07 sep-07 oct-07
Periodo
Por
cent
aje
%
OPERATION PREPARATION EMERGENCY BREAKDOWN OFF
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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,...
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Agradecimiento
• Investigación subvencionada:– Departamento de Industria, Comercio y Turismo del
Gobierno Vasco (INNOTEK)
– Comisión Europea (FP6)
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Noviembre - 2007 Pág. 30
SISTEMA INTEGRAL DE GESTIÓN DE DATOS DE FIABILIDAD, DISPONIBILIDAD Y
MANTENIBILIDAD: BENEFICIOS PARA FABRICANTES Y USUARIOS DE MÁQUINA-
HERRAMIENTA