1. Introducción
La gran competencia en mercados nacionales e internacionales obliga a las empresas a desarrollar estrategias que tomen como base cuatro factores fundamentales: precio, calidad, confiabilidad y tiempo de entrega (Anderson, 1990). La implementación de la confiabilidad como ingeniería en la organización es resultado de la necesidad que presentan la mayoría de las organizaciones hoy en día.
La ingeniería de confiabilidad surge bajo la necesidad de anticipar fallas y la probabilidad de ocurrencias de las mismas en los procesos o productos. Razón por la cual la ingeniería de confiabilidad brinda la oportunidad de diseñar procesos robustos capaces de fabricar productos de alta calidad; previniendo cualquier problema de producción que se presente en la organización, cuyo objetivo es satisfacer la necesidades del cliente como: durabilidad, calidad, precio, tiempo de entrega, confiabilidad y sobre todo que la organización sea capaz de producirlo según la tecnología operativa de manufactura y el presupuesto que posea.
Está de más señalar que el éxito de una organización en el mercado actual, es definido por la calidad y precio del producto que una organización ofrece a la demanda de los clientes y que tan capaz es la organización de entregar un producto con un rendimiento sin fallas por el tiempo de vida útil del producto que ofrece al cliente.
2. Marco conceptual
Antes de adentrarnos a descubrir el mundo desconocido de la ingeniería de confiabilidad es indispensable definir unos conceptos de gran relevancia para poder comprender éste tema. A continuación se proporcionan unas definiciones breves, pero concretas de unos conceptos:
2.1 Producto
Cualquier bien manufacturado que cumple una función específica para un usuario o cliente; así, este producto puede ser una máquina, un equipo o cualquier bien de consumo general (Acuña Acuña, 2003).
2.2 Ingeniería
La ingeniería es aquella disciplina que se encarga del estudio y aplicación de un conjunto de conocimientos y técnicas científicas para la creación, perfeccionamiento e implementación de estructuras o de la misma tecnología para la resolución de problemas que afectan a la humanidad. Esta ciencia se basa principalmente en conocimientos matemáticos, físicos y de ciencias naturales, para desarrollar formas económicas que faciliten la implementación de ciertos materiales y las fuerzas de la naturaleza en beneficio de la humanidad y el ambiente.
2.3 Confiabilidad
(R(t)). El autor del libro Ingeniería de confiabilidad Jorge Acuña Acuña (2003), define a la confiabilidad como la probabilidad de que una unidad de producto se desempeñe satisfactoriamente cumpliendo con su función durante un período de tiempo diseñado y bajo condiciones previamente especificadas.
2.4 Probabilidad
Resultado numérico de un evento aleatorio, para el cual se conocen o no se conocen sus causas y que debe ser de una magnitud comprendida entre cero y uno
2.5 Período de tiempo de diseñado
Significa que el funcionamiento del producto no es para siempre, sino hasta que se logre un nivel de satisfacción adecuado en el cliente.
2.6 Condiciones previamente especificadas
Significa que el proceso no se desarrolla bajo cualquier condición, sino bajo aquellas establecidas en el diseño y descritas muy claramente en los instructivos de uso y vida útil de producto, por lo que si el producto es usado bajo condiciones no preescritas es muy probable que período de vida útil del producto sea más corto del tiempo original.
2.7 Falla
Es el efecto que se origina cuando un componente, equipo, sistema o proceso deja de cumplir con la función que se espera que realice (PEMEX, 2013).
2.8 Confiabilidad vs confianza
Confiabilidad funciona como una unidad de medición del desempeño del funcionamiento de un producto en un uso y el proceso de manufactura, mientras que confianza representa el valor real de los parámetros de calidad de un producto y sus características (estadístico).
2.9 El control de calidad (en procesos)
Es el proceso de control que consiste en la verificación de determinadas características que debe poseer el producto o materia prima, con la finalidad de prever la presencia de fallas o defectos en el producto o materia prima que dejen insatisfecho al cliente representando pérdidas económicas para la organización. Su aplicación en la ingeniería de confiabilidad, es de mucha utilidad al servir como herramienta de evaluación estándar al prevenir imperfecciones o fallas que pueden ocurrir durante el uso del producto terminado.
3. Antecedentes
El concepto de confiabilidad surge durante la segunda guerra mundial debido a la necesidad de lograr una alta confiabilidad en el material bélico, con la finalidad de disminuir las fallas de los equipos. Conforme al paso de los años, éste concepto a evolucionado hasta convertirse en un área importante de investigación basada en conceptos matemáticos y estadísticos. A continuación se mostrará como fue la evolución de la ingeniería de confiabilidad.
En el pasado, las organizaciones consideraban al mantenimiento de los equipos e instalaciones como una unidad de gasto que funcionaba como un factor limitante operacional, de equipos y del desarrollo de la organización, sin embargo con la introducción de nuevos conceptos administrativos, el surgimiento de nuevas herramientas y estrategias que son utilizadas por las organizaciones inteligentes para el mejoramiento de la eficiencia y eficacia en sus procesos, calidad y precio en sus productos, retención de clientes y lo más importante mantenerse como una organización con un buen posicionamiento en el mercado que genere grandes ganancias.
Todo lo que se menciona anteriormente, ha llevado a que las grandes organizaciones concientizarán a cerca del mantenimiento de equipo, ocasionando que abandonarán las creencias pasadas de que el mantenimiento era una unidad de gasto y adoptarán una nueva cultura organizacional; la cual consistía en percibir al mantenimiento como una unidad de resultado (Imagen 2) que aporta al negocio (en lugar de representar perdidas) , amplía su acción en el desarrollo de proyectos de inversión (mantenibilidad) y fomenta la participación de las personas de la organización (mantenimiento productivo y mejoramiento continuo).
Evolución de la percepción del concepto de mantenimiento en la organización
Unidad de gasto
- Representa perdidas
- Factor limitante: operacional, de equipos y desarrollo de la organización
Unidad de resultado
- Aporta al negocio
- Mantenibilidad
- Mantenimiento productivo
- Mejoramiento continuo
Pero éste nuevo pensamiento se vio limitado al definir al mantenimiento como un rol reactivo, donde se otorgaba preferencia a las acciones correctivas de las planificadas. En la siguiente etapa de la evolución de éste pensamiento se caracterizó por desarrollar el mantenimiento preventivo de una forma cíclica básica a un mantenimiento predictivo. Finalmente llega el mantenimiento mejorativo (Imagen 1).
Evolución de mantenimiento reactivo a mantenimiento mejorativo
Imagen 1. Evolución de mantenimiento reactivo a mantenimiento mejorativo
El mantenimiento mejorativo, incorpora y aplica aspectos como: el mantenimiento centrado de confiabilidad, análisis de ciclo de vida y mejoramiento continuo (Imagen 2), desarrollando modelos y metodologías, con la finalidad de mejorar la genética de las instalaciones y equipo aumentando la eficiencia y eficacia de los procesos minimizando costos, es aquí cuando tiene lugar la ingeniería de confiabilidad.
Aspectos que considera el mantenimiento mejorativo
Imagen 2. Aspectos que considera el mantenimiento mejorativo
A continuación se muestra en la imagen 3 el proceso que da lugar a la incorporación de la ingeniería de confiabilidad en el mantenimiento mejorativo.
Proceso que da origen a la ingeniería de confiabilidad
Imagen 3. Proceso que da origen a la ingeniería de confiabilidad
3.1 Ingeniería concurrente
La ingeniería concurrente “CE” esta basada en la simultaneidad en la manufactura del producto y su proceso de producción. La ingenierá concurrente es el conjunto de actividades o tareas multidisciplinarias para realizar un proceso, para diseñar un proceso con actividades multidisciplinarias es necesario realizar paralelamente un diseño del proceso de elaboración, el cual incrementará la confiabilida al facilitar la identificación de las fallas desde el origen del proceso de producción y de su diseño de elaboración. La ingeniería concurrente puede ser estudiada desde cuatro perspectivas diferentes:
- Diseño de manufactura y ensamble
- Diseño para calidad
- Diseño para ciclo de vida
- Diseño para costos
3.1.1 Diseño de manufactura y ensamble (DFMA)
Es una metodología usada como parte del diseño y desarrollo integrado de productos y procesos (IPPD), que a partir de reglas y principios, orientan al equipo de diseño a generar conceptos de piezas que sean fáciles de fabricar, tengan una manufactura económica manteniendo su calidad y de fácil ensamble.
3.1.2 Diseño para la calidad
El proceso de diseño de un producto o servicio es una fase crítica, probablemente la más crítica para el mismo. Un proceso de diseño y desarrollo adecuado garantizará que la organización está en disposición de poder dar respuesta a las necesidades del cliente traduciéndolas en especificaciones concretas (dimensiones, prestaciones, tiempo de respuesta…). Un proceso de diseño inadecuado supondrá un lastre que el nuevo producto va a cargar desde su nacimiento y que hará que no se consigan los objetivos deseados de satisfacción del cliente (González & AEC, 2006).
El proceso genérico de diseño consta de seis fases, las primeras cuatro se relacionan con las cuatro etapas del ciclo de vida del sistema y las dos últimas no se relacionan con el diseño y desarrollo del producto, pero sirven como fuente de información para satisfacer las necesidades del cliente. A continuación se mencionan las etapas : 1)contacto con el cliente,2) fase de planificación del conjunto del proceso, 3) realización de las actividades de diseño, 4) elaboración de prototipos para los ensayos y calificaciones, 5) Producción del diseñado y 6) venta de los productos.
Las metodologías que pueden ser implementadas por las organizaciones, durante el desarrollo del diseño genérico y que se relacionan con la ingeniería de confiabilidad para evitar las fallas o imperfecciones en los productos son las siguientes:
QFD o Despliegue de la Función Calidad.
Es utilizada como una herramienta integral para el proceso de diseño, la cual define las características del producto o servicio final, sus componentes, las operaciones de ensayo e inspección a llevar a cabo y la documentación necesaria para la producción (González & AEC, 2006).
AMFE o Análisis Modal de Fallos y Efectos.
Herramienta preventiva que permite optar entre distintas alternativas de diseño y evitar posibles problemas futuros.
DOE o Diseño de Experimentos.
Metodología estadística que permite establecer las características de productos y componentes.
Parámetros RAM o Fiabilidad, Disponibilidad, Mantenibilidad.
Los parámetros RAM son herramientas estadísticas para establecer características finales de calidad de los productos, realizar las actividades de ensayo y calificación.
3.1.3 Ciclo de vida
El estudio de la confiabilidad se facilita al considerar el ciclo de vida del sistema, ya que ayuda a establecer valores de confiabilidad que satisfagan al cliente. El ciclo de vida de un producto está determinado por cuatro etapas (Acuña Acuña, 2003) ver imagen 3:
Ciclo de vida
4. Confiabilidad
Para abordar el tema de ingeniería de confiabilidad es necesario introducirnos primero al verdadero concepto de confiabilidad en la organización. La Confiabilidad es la probabilidad de que una unidad de producto se desempeñe satisfactoriamente cumpliendo con su función durante un período de tiempo diseñado y bajo condiciones previamente especificadas (Acuña Acuña, 2003).
En la actualidad el reto más grande dentro de una organización es determinado por la capacidad que poseen sus integrantes para realizar predicciones sobre la ocurrencia de eventos no deseados o tambien conocidos como fallas, cuya finalidad es evitar o prevenir los grandes impactos negativos que puedan perjudicar a su organización.Cuando una organización es capaz de predecir la ocurrencia de dichas fallas, la organización es beneficiada al ahorrarse considerables sumas de dinero, por esta razón cada vez más las organizaciones se ven obligadas a incorporar la ingeniería de confiabilidad.
El impacto de la ingeniería de confiabilidad en las organizaciones es considerable, al diferenciarse como una metodología cuantitativa en comparación de las metodologías tradicionales que eran cualitativas. Los cálculos de ingeniería de confiabilidad son utilizados para la toma de decisiones en aspectos económicos y de producción dentro de una organización.
4.1 Objetivos:
Aplicar los conocimientos de ingeniería para prevenir o reducir la frecuencia de las fallas.
Identificar y corregir las causas de las fallas catastróficas o repetitivas.
Definir métodos para aminorar las fallas si no se han identificado y corregido sus causas.
Aplicar técnicas para estimar la confiabilidad en nuevos diseños y analizar los datos de confiabilidad.
4.2 Importancia de la confiabilidad en la organización
La función de la ingeniería de confiabilidad es hacer dinámico el proceso de mejoramiento continuo de mantenimiento al incorporar y difundir conocimientos, inteligencia y análisis cualitativo, favoreciendo de esta manera el resultado operacional en beneficio del negocio empresarial. La ingeniería de confiabilidad permite rediseñar el plan de maestro, los programas de mantenimiento; con la finalidad de realizar los procesos de manufactura a un menor costo global (costos directo, costos activos, costos de indisponibilidad.
4.3 Función matemática de la confiabilidad
La confiabilidad es definida como la probabilidad Pr de que un componente funciones durante un período de tiempo t. Su expresión matemática es definida por una variable aleatoria T como el tiempo a falla del componente cuando T≥0.
R (t)=Pr T ≥ t
La función R(t) es empleada como estimador de la confiabilidad
4.4 Perspectivas de estudio de la ingeniería de confiabilidad
El estudio de la ingeniería de confiabilidad se encarga de la caracterización probabilística de las fallas, para realizar pronósticos y establecer acciones proactivas para eliminar o mitigar el efecto que pueda producir la falla. En el estudio de la ingeniería de confiabilidad coexisten dos escuelas con dos enfoques (PEMEX, 2013):
- Confiabilidad basada en el análisis probabilístico del tiempo para la falla o historial de fallas (Statistical Based reliability Analysis). Es la rama de la confiabilidad que estudia la variable aleatoria “tiempo para la falla”. El insumo básico para este tipo de análisis son bases de datos donde se almacenan las historias de fallas de equipos (tiempo de fallas y tiempos de reparación).
- Confiabilidad basada en el análisis probabilístico del deterioro o física de la falla (Physics Based Reliability Analysis). Es la rama de la confiabilidad que considera que una falla es última fase de un proceso de deterioro y se concentra y se concentra en tratar de entender como ocurre la falla, dicha de otro modo, estudia la “física del proceso de deterioro”.
4.5 Ciclo de confiabilidad
A continuación en la imagen 4 se muestra el ciclo de confiabilidad (González, Lara Hernández, & Gordillo, 2009), donde se muestra la interacción entre la ingeniería de confiabilidad, las tasas de falla , mantenimiento y rediseños de instalaciones.
Ciclo de confiabilidad
Imagen 4. Ciclo de confiabilidad
4.5.1 Base de datos
Es necesario que cada organización cuente con una base de datos o inventarios, donde tengan enlistados los tipos de fallas que pueden ocurrir dentro de la organización. Existe una metodología para la recolección y clasificación de fallas dentro de la industria, dicha metodología se encuentra citada en la ISO 14224 (Troffé). Según la ISO 14224 divide en tres categorías los tipos de fallas, considerando la profundidad:
- Modo de falla: orientada al “operador” lo que se ve
- Mecanismo de falla: causa aparente, (desgaste, abrasión, etc.) técnico mantenimiento
- Causa de falla: circunstancias durante el diseño, fabricación ú operación “Especialista”
Es muy importante mencionar que el objetivo de la norma ISO 14224 es facilitar la recolección, el intercambio y el análisis de datos basados en puntos de vista comunes. La norma recomienda una mínima cantidad de datos que deberán ser recolectados y enfocados considerando dos aspectos:
- Requerimientos para el tipo de datos que serán recolectados para ser usados en varias metodologías de análisis
- Formatos de datos estandarizados: para facilitar el intercambio de datos sobre confiabilidad y mantenimiento entre plantas, dueños, fabricantes y contratistas.
4.5.1.1 Taxonomía de datos
Con la finalidad de recolectar los datos y analizarlos de una forma ordenada y clara, el proyecto OREDA desarrollo una taxonomía basada en la norma ISO 14224.
4.5.1.2 Categorías Principales de la base de datos
Para cada categoría de equipos la base de datos se divide en tres bases de datos separadas:
- Inventario: donde se describe cada equipo, con sus datos recolectados.
- Mantenimiento: contiene información del programa de mantenimiento correctivo y preventivo programado para cada equipo.; por ejemplo: acción de mantenimiento, intervalo, horas-hombre, etc.
- Inventario de Fallas: describe todas las fallas que ha sufrido un equipo en determinado período (un registro para cada evento de falla).
Las principales áreas en las cuales estos datos están siendo utilizados son:
- Confiabilidad es decir, eventos de fallas y mecanismos de fallas;
- Disponibilidad / Eficiencia es decir, disponibilidad de equipos, disponibilidad de sistemas, disponibilidad de plantas de producción;
- Mantenimiento es decir, mantenimiento correctivo y preventivo, soportabilidad de mantenimiento;
- Seguridad y ambiente: es decir, fallas de equipos con consecuencias adversas para la seguridad y/o el ambiente
4.5.1.3 Etapa 2 Diseño de procesos:
El diseño de procesos también se relaciona con el ciclo de vida del sistema, el cual se menciono anteriormente (Giudice & Pereyra, 2005). El diseño del procesos establece la modalidad de desarrollo de las actividades productivas en función del tipo de producto a elaborar y condicionado por las tecnologías seleccionadas para llevar a cabo dichas operaciones. Reside en la elección de las entradas, las operaciones, los flujos y los métodos para la producción de bienes y servicios, así como en su especificación detallada. Esta etapa no solo consiste en diseñar nuevos procesos, sino también consiste en rediseñar el proceso.
4.5.1.4 Etapa 3: ingeniería de detalle
En esta etapa se consideran los detalles de los recursos de producción requeridos y se hacen mejoras al diseño conceptual, esta etapa se forma parte del ciclo de vida del sistema o producto.
El alcance de actividades en esta etapa es el siguiente (Rivera, 2009):
- Revisión detallada de la ingeniería básica
- Especificaciones técnicas de equipos y materiales
- Especificaciones funcionales
- Dimensionamiento de conductos, tuberías e instalaciones eléctricas
- Listado de equipos, instrumentación, accesorios y materiales
- Planos de detalle de las instalaciones: Layout de tuberías y conductos, isométricos, detalles de arquitectura, unifilares eléctricos.
4.1.5.5 Etapa 4 mantenimientos:
El mantenimiento o Mantenibilidad trata sobre la duración de paros por fallas y paros por mantenimiento o cuánto tiempo toma (facilidad y velocidad) restituir el estado del equipo a su condición operativa después de una parada por falla o para realizar una actividad planificada. Las características de Mantenibilidad suelen estar determinadas por el diseño del equipo, el cual especifica los procedimientos de mantenimiento y determina la duración de tiempos de la reparación.
La figura clave de mérito para la Mantenibilidad suele ser el tiempo promedio para reparar (TPPR). Cualitativamente se refiere a la facilidad con que el equipo se restaura a un estado funcionando. Cuantitativamente se define como la probabilidad de restaurar la condición operativa del equipo o tiempo misión.
Se expresa a menudo como:
Ciclo de confiabilidad
Donde μ = tasa de reparación
Esta ecuación es válida para tiempos, para reparar que sigan la distribución exponencial
4.6 Estimación de la confiabilidad de un sistema
La estimación de confiabilidad de un sistema se realiza mediante un estudio, constituido por cuatro etapas según Jorge Acuña (2003) que se muestran en la imagen 9.
- Definición de objetivos y requerimientos de confiabilidad del producto o procesos.
- Desagregación del producto o proceso en componentes y estimación de confiabilidad para cada uno de esos componentes.
- Predicción de la confiabilidad del producto con base en la confiabilidad de sus componentes.
- Análisis del producto o proceso con el fin de determinar fortalezas y debilidades y aprovechar nuevas oportunidades de mejoramiento.
4.6.1 ETAPA 1. Definición de objetivos y requerimientos de confiabilidad del sistema
En esta etapa se involucran dos factores: el primero es la voz del cliente captada por mercadeo y el segundo es la voz del proceso captada por ingeniería; durante esta etapa se consideran las limitaciones tecnológicas y de ingeniería respecto a máquinas y materiales. Para facilitar el análisis se recomienda usar la herramienta QFD .
4.6.2 ETAPA 2. Desagregación del sistema en componentes y estimación de confiabilidad para cada uno de esos componentes.
El objetivo de dividir el sistema en sus componentes y los componentes en sus partes, es para facilitar la determinación del valor de confiabilidad de cada una de sus partes. Para realizar la desagregación se recomienda utilizar diagramas de bloques y diagramas “gozinto”.
4.6.3 ETAPA 3. Predicción de la confiabilidad del producto con base en la confiabilidad de sus componentes.
La sumatoria de las confiabilidades de cada uno de los componentes dan como resultado el valor de confiabilidad del producto final o completo, se utiliza la teoría de probabilidades para determinar la confiabilidad del producto o proceso.
4.6.4 ETAPA 4. Análisis del producto o proceso con el fin de determinar fortalezas y debilidades y aprovechar nuevas oportunidades de mejoramiento.
Después de calcular la confiabilidad del producto o proceso durante su diseño, se deben estudiar las fallas del producto durante la manufactura y durante su vida útil. Aquí se puede ocupar la herramienta FODA.
5. Conclusión:
Es necesario que las organizaciones adopten como estrategia la metodología de la ingeniería de confiabilidad, con la finalidad de posicionarse en el mercado. Se dice que para que una organización triunfe en la actualidad, necesita preocuparse por cuatros aspectos: precio, calidad, confiabilidad y tiempo de entrega. La confiabilidad es una medida cuantitativa del índice de funcionalidad que presenta un elemento, equipo o instalación, que ayuda en la toma de decisiones de la elección de un equipo, elemento o instalación.
La confiabilidad es la probabilidad de que un componente, equipo o sistema opere sin fallar, en un periodo específico o tiempo durante un proceso y posee un valor probabilístico que varía desde un valor del 1 o 100%, al iniciar la operación y disminuye hasta tomar un valor de 0 al ocurrir la falla. Esto explica que la confiabilidad varía de 100% a 0 entre una falla y otra.
La ingeniería de confiabilidad surge bajo la necesidad de anticipar fallas y la probabilidad de ocurrencias de las mismas en los procesos o productos. Razón por la cual la ingeniería de confiabilidad brinda la oportunidad de diseñar procesos robustos capaces de fabricar productos de alta calidad; previniendo cualquier problema de producción que se presente en la organización, cuyo objetivo es satisfacer la necesidades del cliente como: durabilidad, calidad, precio, tiempo de entrega, confiabilidad y sobre todo que la organización sea capaz de producirlo según la tecnología operativa de manufactura y el presupuesto que posea.
Está de más señalar que el éxito de una organización en el mercado actual, es definido por la calidad y precio del producto que una organización ofrece a la demanda de los clientes y que tan capaz es la organización de entregar un producto con un rendimiento sin fallas por el tiempo de vida útil del producto que ofrece al cliente.
Referencias bibliográficas:
- Acuña Acuña, J. (2003). Ingeniería de confiabilidad. Costa Rica: Editorial Tecnológica de CR. Obtenido de: http://books.google.com.mx/books
- Arata, A. (s.f.). Ingeniería y gestión de la confiabilidad operacional en plantas industriales. Aplicación de la Plataforma R-MES. Obtenido de http://books.google.com.mx/books
- Giudice, C., & Pereyra, A. (2005). Diseño del proceso. Obtenido de Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional de la Plata: http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/oindustrial/apunte3.pdf
- González, E., & AEC, (. d. (Febrero de 2006). La calidad y el proceso de diseño y desarrollo. Obtenido de: https://www.aec.es/c/document_library/get_file?uuid=c7afa03b-a8df-43c2-82f3-275d2058d9f6&groupId=10128
- González, R. M., Lara Hernández, C., & Gordillo, F. J. (18 de Noviembre de 2009). Reliability-availability-maintainability estimates.
- Groover, M. P. (1997). Fundamentos de Manufactura Moderna: Materiales, Procesos Y Sistemas. Pearson Educación. Obtenido de: http://books.google.com.mx/books
- Reliability and Risk Management, S.A. (10 de MARZO de 2012). Ingeniería de confiabilidad. Obtenido de
- Rivera, A. (29 de 09 de 2009). Ingeniería conceptual, básica y de detalle.
- Troffé, M. (s.f.). ANÁLISIS ISO 14224 /OREDA.
