Clase 1 (2016) Fallas
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Universidad GalileoFacultad de Ciencia, Tecnología e IndustriaPostgrado de Planeación y Aseguramiento de la Calidad ISO 9000
Juan Martín Calles , M.Sc.7 y 14 de mayo 2016
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Inicio Final Tema,08:00 09:30 Taller+109:30 10:00 Receso10:00 11:15 Introducción11:15 12:00 Taller+212:00 12:30 Introducción+a+diagramas+de+bloque12:30 13:30 Almuerzo13:30 14:45 Continuación+Diagramas+de+bloque14:45 15:45 Taller+315:45 16:30 Evaluación+Comprensiva
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Relación de conceptos
Calidad
ConfiabilidadFiabilidad
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Tecnologías de
Aseguramiento
Fiabilidad
Diagramas de Bloques
Arboles de Falla
Estrategias de Confiabilidad
Calidad Total
Filosofías de calidad
Círculos de Calidad
6σ
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• Calidad de Confiable• Probabilidad de buen
funcionamiento de una cosa
• Es un atributo de un sistema, producto o servicio
Confiabilidad
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• Es una disciplina o ciencia cuyo objetivo es la evaluación y la mejora de la confiabilidad de los sistemas
• Concepto estadístico definido por la probabilidad de que un porcentaje determinado de los órganos de un sistema tengan por lo menos un número determinado de horas de vida
Fiabilidad
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¡ Asegurar el funcionamiento de servicios críticos (transporte, comunicaciones, sistemas bancarios, etc.), detectando puntos críticos de falla
¡ Seguridad o estados de emergencia nacional
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¡ Garantizar la calidad de productos y servicios (clientes más exigentes y con buenas opciones alternativas)
¡ Evitar riesgos (medicina, industria farmacéutica, ocupacionales, etc.
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¡ La CONFIABILIDAD, hoy día comprende dentro de una organización:
Gestión del Talento Humano• Gerencia del desempeño, Gerencia del
conocimiento, Equipos de trabajo, Modelos de Competencias
Gestión Integral del mantenimiento• Mantenimiento basado en condición• Optimización del Mantenimiento
Preventivo• Mantenimiento basado en Confiabilidad
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Clientes más
exigentes
Productos más
complejos
Seguridad
VentajaCompetitiva
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CompetitividadAutomatización
Creciente
Complejidad de las
máquinas
Bajos márgenes de
utilidadCompetitividad
basada en tiempo de respuesta
Complejidad del entorno
(PESTEL, 5 fuerzas de Potter)
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¡ La Segunda Guerra Mundial:§ Baja vida de dispositivos
electrónicos de bombarderos (apenas 20 horas)
§ Alto porcentaje de falla en dispositivos navales (40%)
¡ Viajes Espaciales:§ Apolo 13 (1970)§ Challenger (1986)
¡ Desastres§ 9/11
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¡ Leyes de Murphy:
§ Primera Ley:“Si algo puede salir mal,
va a salir mal”
§ Segunda Ley:“Casi siempre se falla
en trivialidades”
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üProbabilidadüTiempoüDesempeñoüCondiciones de Operación
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¡ Probabilidad:§ La razón en la que se cree sucederá una cosa§ La frecuencia de que un evento suceda dentro de un todo
§ ¿Cual es la frecuencia de que en un lanzamiento de un dado obtenga un 6?
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¡ Tiempo:§ Tiempo efectivo de operación
de un sistema antes de que se produzca una falla
§ Puede medirse a través de otra dimensional como kms, revoluciones por minuto, etc.
§ Existe una gran diferencia cuando un producto tiene una confiabilidad determinada en varios tiempos
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¡Desempeño:§ Se refiere al objetivo para
el que fabricó el producto o sistema
¡ Falla: cuando no cumple las expectativas de desempeño
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¡Condiciones de Operación:§ Todo aquel entorno que
puede intervenir o causar una falla en un sistema
§ Tipo y cantidad de uso:▪ Uso domestico de los
electrodomésticos▪ Uso del pedal de clutch
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Tipos de
Fallas
Funcional Confiabilidad
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¡ Se produce al inicio de la vida del producto debido a defectos en la manufactura o en los materiales empleados
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¡ Ocurre después de un período de uso¡ Ejemplos:Ø DegradaciónØ Bajo desempeño
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¡ Confiabilidad inherente:§ Es la definida por el diseño del
producto o procesos
¡ Confiabilidad lograda:§ La lograda durante el uso§ Puede ser menor que la
inherente debido a condiciones de proceso de fabricación, uso, condiciones de operación, etc.
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Medición y predicción
• Técnicas de Confiabilidad
Incremento
• Ingeniería de la Confiabilidad
Administración de la confiabilidad
• Mantenimiento
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Analítica:• Analiza que tan confiable es
un sistema (observar sin cambiar)
Gerencial:• Se decide como modificar el
sistema para hacerlo más confiable . ¿puede aplicarse Six Sigma?
Predicción
Cuantifii-
cación
Modelización
Síntesis
Planificación Logística Control Comprobación
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¡ Identificación de posibles fallas:
¡ Análisis de fallas:§ Uso de modelos matemáticos§ Diagrama de dependencia de componentes
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CategoríaI
• Catastrófica• Consecuencias muy altas (perdida de producción,
riego de accidente, etc.)
Categoría II
• Crítica• La falla no tiene una consecuencia crucial
Categoría III
• Marginal• Es de menor alcance
Categoría IV
• Menor• Leve
Severidad:
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En base al ciclo de vida del sistema:
• Implementación• Operación
• Diseño• Especificaciones
Tipo 1
Tipo 2
Tipo 3
Tipo 4
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üTipo 1: Especificación
üTipo 2: Diseño
üTipo 3: Implementación
üTipo 4: Operación
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A. Desgaste del clutch de un vehículoB. Perdida de producto perecedero al estar
expuesto a altas temperaturasC. Robo de producto en un almacénD. Error en la entrega de una chequera a un
cliente en un banco
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F1 F2
F3
Especificaciones Diseño
Implementación
F12
F23F13F123
F4Operación
Fx Externa
Fx Externa
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¡ Se refiere al tipo de fallas que se pueden presentar (F12, F23, F13 y F123)
¡ Sucede cuando no queda clara la información entre una fase y otra y en la fase siguiente se pueden tomar decisiones equivocadas
¡ Es una falla de comunicación § Confusión§ Vaguedad§ Falta de detalles§ Falta de énfasis en puntos importantes
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¡ Revisión de material final por otro equipo
¡ Asesoramiento¡ Pruebas (sobretodo en el tema
de fallas por especificaciones)¡ Observar¡ Efectivo manejo de la
comunicación§ Se envió§ Se recibió§ Se entendió§ Hay compromiso
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¡ Resumiendo:§ La confiabilidad de un equipo es que no
sufra un desperfecto mientras funciona§ Cuando un equipo funciona bien y trabaja
siempre que se necesite que efectúe el trabajo para el cual se destina, se dice que es confiable
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Tiempo
Ocurrenciade
falla
Fallatemprana Vida útil Periodo de
Desgaste final
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Ø Si no se conocen los datos de la confiabilidad, se deben realizar las investigaciones correspondientes
Ø El fin de la estimación es determinar a través de experimentos controlados en donde se pueden dar las fallas, sus tipos, los efectos y las causas
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Ø En la práctica los experimentos pueden terminar por:
ØFalla
ØTiempo
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Ø Otros ejemplos:
ØFalla
ØTiempo
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Ø Índice de fallas = FRFR (%) = Mide el porcentaje de fallos enrelación al número total de productosexaminados
FR (%) = Cantidad de fallasunidades probadas
X 100%
![Page 43: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/43.jpg)
Ø Índice de fallas = FRFR (N) = Mide las fallas durante undeterminado período de tiempo
FR (N) = Cantidad de fallasNúmero de unidades por hora del tiempo de operación
![Page 44: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/44.jpg)
Ø Tiempo medio entre fallas= TMEFTMEF= Es el inverso del FR (N)
TMEF= 1FR(N)
![Page 45: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/45.jpg)
Ø Ejemplo:Ø Se utilizan 20 sistemas de A/C en una instalación industrial.
Estos sistemas se sometieron a una prueba de 1,000 horas de duración. Dos de los sistemas fallaron durante la prueba, una después de 200 hrs y el otro después de 600 hrs.
Ø FR (%) = 2/20 (100) = 10%
Ø FR(N) = Número de fallos/Tiempo de operaciónDe donde:
Tiempo total = 1000 x 20 = 20,000 horas/unidadesTiempo no operacional = 800 hrs para el primer fallo + 400 hrs
para el segundo fallo= 1,200 horas/unidades
Tiempo operativo = Tiempo total – tiempo no operativo = 20,000 – 1,200 = 18,800 hrs en todas las unidades
![Page 46: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/46.jpg)
Ø Ejemplo:
Ø FR (N) = 2 / (18,800) = 0.000106 fallos/horas-unidad
Ø TMEF = 1/FR(N)
= 1/0.000106 =
= 9,434 horas
![Page 47: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/47.jpg)
¡ Suponga que se esta evaluando la resistencia por tensión en 12 filamentos de acero durante 60 horas. Fallas 5 filamentos§ 2 filamento fallan a las 2 horas exactamente§ 1 filamento a las 35 horas§ 1 filamento a las 45 horas§ 1 filamento a las 55 horas
¡ Determine el FR(%), FR(N) y el TMEF
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Sistema
Modelo
AnálisisResultados
Corrección
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¡ Entre los modelos más importantes para análisis de confiabilidad se encuentran:
ØDiagramas de Bloques
ØArboles de Falla
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¡ Es la técnica más simple para poder analizar la confiabilidad de un sistema o subsistema. Los diagramas de bloque son abstracción del sistema real
¡ Requieren una conexión o secuencia lógica, es decir la dependencia de confiabilidad del sistema o proceso.§ Aplicación
▪ Planificación estratégica▪ Cadena de suministro
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SUMINISTROS
PLANTA DE PRODUCCIÓN o
ALMACEN
TRANSPORTEPRIMARIO
• Almacenamiento
• Manejo
• Re empaque
• Despacho
• PRO• CESAM. DE
ORDENES.• MANEJO DE
INFORMACIÓN
TRANSPORTESECUNDARIO
PUNTOS DEENTREGA
![Page 53: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/53.jpg)
1. Hacer un listado de componentes o subsistemas
2. Definir las funciones principales
3. Establecer la dependencia entre componentes
4. Dibujar el diagrama de bloques considerando dichas dependencias (o secuencia)
![Page 54: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/54.jpg)
1. Representan dependencia de confiabilidad entre componentes y sistemas
2. Descarta detalles sin interés3. Son intuitivos y fáciles de evaluar4. No representan ni secuencia cronológica ni esquema de
funcionamiento
![Page 55: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/55.jpg)
¡ En un sistema de este tipo, todos los componentes deben funcionar o, de lo contrario el sistema falla
¡ La confiabilidad del sistema es el producto de:
R(S) = R(A) * R(B)
A B
![Page 56: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/56.jpg)
¡ Un sistema de este tipo opera con éxito siempre y cuando un componente funcione, ya que los componentes adicionales son redundantes
R(S) = 1 – (1- R(A)) * (1 - R(B))
A
B
![Page 57: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/57.jpg)
¡ Donde:
1- R(A) y 1 – R(B) son las probabilidades de falla de A y Brespectivamente¿Por qué?
![Page 58: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/58.jpg)
¡ Tipos de paralelismo:
¡ ACTIVO : § Cuando dos elementos activos están funcionando a la vez y,
si uno falla, no disminuye el desempeño, solo se reduce la confiabilidad
¡ STANDBY:▪ Es cuando una de las unidades está funcionando y la otra esta apagada
pero se activa al fallar la primera¡ DEGRADABLE:
▪ Todos los elementos se encuentran funcionando y cuando uno falla. El sistema sigue trabajando pero su desempeño y confiabilidad bajan
![Page 59: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/59.jpg)
¡ El diagrama no representa un esquema ilustrativo de la situación física del problema, responde a la forma en que interactúan los componentes:
A
DC
B
![Page 60: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/60.jpg)
¡ Para resolver estos sistemas:§ Primero se trabajan la mayor cantidad de elementos en serie§ Luego se reducen los elementos en paralelo
![Page 61: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/61.jpg)
¡ Ejercicios:
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A
DB
C
Si R(A) = 0.90R(B) = 0.95R(C) = 0.85R(D) = 0.96
Calcular la Confiabilidad del sistema
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BD
AC
Solución:
1.Primero se reducen los componentes que están en serie, o sea A con By luego C con D:
R(AC) = R(A) * R(C) = 0.90 * 0.85 = 0.765
R(BD) = R(B) * R(D)= 0.95 * 0.96 = 0.912
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Solución:
2.Luego se reduce el sistema AC y BD que están en paralelo:
R(ACBD) = 1 - ((1-R(AC) * (1- R(BD))= 1 - ( 1 - 0.765) * (1 – 0.912)= 1 - ((0.235) * (0.088))= 1 - 0.0206
R(ACBD) = 0.9793 = 97.93%
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Una variante de los cálculos vistos esencontrar la probabilidad de uncomponente para garantizar unaconfiabilidad mínima del sistema
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¡ Determine la confiabilidad mínima del componente A2 si, para garantizar una confiabilidad total del sistema de =0.88
A1 = 0.90 A2 = ??
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¡ Solución:§ Sabemos que por ser un sistema en serie, la
confiabilidad es:R(S) = A1 * A2
0.88 = 0.90 * A2Entonces:
A2 = 0.88 / 0.90 = 0.978 = 97.8%
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¡ Serie:§ Una cadena de distribución:
▪ Ejemplo:▪ Si las probabilidades de éxito de las diferentes fases de una
cadena (que son secuenciales) son:▪ Captura de pedidos = 0.90▪ Facturación = 0.96▪ Preparación productos = 0.99▪ Entrega en tiempo = 0.96
La confiabilidad del sistema es = 0.90 * 0.96 * 0.99 * 0.96 == 0.821 = 82.1%
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¡ Paralelo.§ También en una cadena de distribución:
▪ Ejemplo:▪ Se debe entregar un pedido a un cliente. Puede emplearse transporte
terrestre, marítimo y aéreo:▪ La confiabilidad de cada opción son
A1 = transporte terrestre = 0.90▪ A2 = transporte aéreo = 0.80▪ A3 = transporte marítimo = 0.88
Entonces la confiabilidad del sistema R(E) es:R(E) = 1 - ((1 – A1) * 1(1 – A2) * (1 – A3))
= 1 - ((1 – 0.90) * (1 – 0.80) * (1 – 0.88))= 1 – (0.10 * 0.2 * 0.12)= 1 – 0.0024
R (E) = 0.9976 = 99.76%
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¡ Entonces.
§ ¿Qué sistema, en general debería tener mayor confiabilidad?
§ ¿Por qué?
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¡ Son aquellos que en los cuales uno o más componentes hacen que el sistema no sea definido como serie o paralelo:
¡ En la vida real, esos elementos que no definen el sistema, son opciones adicionales o caminos alternos a un componente
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¡ Determinar los componentes que pueden hacer que el sistema falle (cut sets o cortaduras mínimas)
¡ Determinar las no confiabilidades de cada sistema
¡ Sumar todas las no confiabilidades¡ Determinar la confiabilidad del sistema
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¡ Calcular la confiabilidad del siguiente sistema:
B
FC
E
DA G
(0.90)
(0.90)
(0.90)(0.90)
(0.85)
(0.99)
(0.99)
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Paso 1¡ ¿Cuáles son las cortaduras (cut sets) mínimos que
hacen que se corte el sistema?§ A§ BC§ BF§ EF§ EDC§ G
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Paso 2¡ Determinar la no confiabilidad de cada cut set:
§ U(A) = 1 - 0.90 = 0.100§ U(BC) = (1 - 0.85) * (1 - 0.90) = 0.015§ U(BF) = (1 - 0.85) * (1- 0.90) = 0.015§ U(EF) = (1 - 0.90) * (1 - 0.90) = 0.010§ U(EDC)= (1 – 0.90) * (1 – 0.99) * (1 – 0.90) = 0.0001
(G) = = (1 – 0.99) = 0.01
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Paso 3¡ Sumar todas las no confiabilidad de cada cut set:
§ U(A) = 1 - 0.90 = 0.100§ U(BC) = (1 - 0.85) * (1 - 0.90) = 0.015§ U(BF) = (1 - 0.85) * (1- 0.90) = 0.015§ U(EF) = (1 - 0.90) * (1 - 0.90) = 0.010§ U(EDC)= (1 – 0.90) * (1 – 0.99) * (1 – 0.90) = 0.0001
(G) = = (1 – 0.99) = 0.01
U(S) =0.1501
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Paso 4¡ Determinar la confiabilidad del sistema
§ R(S) = 1 – 0.1501 = 0.8499 = 84.99%
![Page 78: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/78.jpg)
¡ ¿Cuántos cut sets pueden encontrarse en el siguiente sistema?
BF
C
K
A
J
D
E
I H
L
M
N
G
![Page 79: Clase 1 (2016) Fallas](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042511/5875f8e41a28ab006e8b6e01/html5/thumbnails/79.jpg)
¿Cuántos cut sets más se pueden encontrar?
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