Ingeniería de confiabilidad para el mejoramiento de procesos y productos

Introducción

 La aplicación de la confiabilidad a la ingeniería de productos y procesos, ha evidenciado grandes resultados, ya que es un medio para poder anticipar fallas  y conocer de igual forma las probabilidades de estas de ocurrir, es un medio para desarrollar productos y procesos que sean capaces de poder ser fabricados; ya que muchos de los problemas que presenta el área de producción pueden ser prevenidos a través de técnicas de confiabilidad, y así poder obtener productos acorde con las expectativas del cliente.

Antecedentes

La rama de la confiabilidad ya como una aplicación nace a finales de la década de los 40, posterior a lo que fue la revolución industrial, la finalidad esta metodología fue empleada para estimar el número de repuestos necesarios para el mantenimiento de los equipos electrónicos y mecánicos que se encontraban funcionando de forma intermitente por periodos de tiempo muy largo durante la guerra. Posteriormente en los años 50 con el desarrollo de equipos para el espacio, fue necesario abordar más acerca de este tema. En la década de los 70 en la cual se encontraba la crisis del petróleo, marco el inicio de una crisis a nivel mundial y el comienzo del liderazgo por parte de Japón y así la confiabilidad de productos y servicios. Hoy en día este tema está marcado por la globalización y constante presión hacia las empresas de minimizar sus ciclos de producción, reducir sus costos y mejorar la calidad y la confiabilidad, es por esto que en conjunto con la administración, ingeniería y estadística, la confiabilidad tiene una gran reto para los años venideros.

El concepto de confiabilidad, se puede definir como la probabilidad de que una unidad de producto se desempeñe satisfactoriamente cumpliendo con su objetivo durante un tiempo que ha sido diseñando y en las condiciones que fueron especificadas. (Acuña, 2003)

Una definición desde el punto de vista de calidad es que esta se mantiene a través del tiempo, por lo que un producto o servicio confiable permanece dentro de sus límites de especificaciones durante su vida tecnológica. No siempre que calidad nos siempre es lo suficientemente para garantizar buena confiabilidad y esta solo se puede evaluar después de que allá tenido varios usos.

Dentro de la confiabilidad se encuentran dos áreas: los sistemas reparables y los componentes o unidades reemplazables. Por ejemplo para el primero los datos requeridos describen las tendencias y patrones de falla de un sistema completo, los cuales se apoyan de herramientas estadísticas especiales, en este se monitorea un conjunto de unidades reparables en donde el evento de interés puede ser la falla de las unidades, el costo de reparación o ambos. Para el segundo los datos de componentes o unidades reemplazables describen tiempos de falla o degradación de unidades que son reparadas, las fuentes para estos datos son ensayos de laboratorio de materiales o componentes y datos de componentes los subsistemas reemplazables obtenidos de ensayos por monitoreo de sistemas.

Normalmente los datos de confiabilidad son censurados debido restricciones de tiempo o de recursos.

  • Se debe realizar un análisis gráfico y no paramétrico de los datos.
  • Los valores obtenidos son positivos, para su modelación se supone una distribución no-normal, pero de igual forma es común emplear distribuciones como la lognormal, la Weibull, las de valores extremos, la gama, la Poisson.
  • Para su análisis hay una combinación de métodos gráficos tales como no paramétricos y estimaciones de máxima veracidad, para así poder ajustar modelos no paramétricos. Los métodos de mínimos cuadrados no ineficientes para la estimación como para la inferencia y el pronóstico.
  • Algunas de las métricas empleadas con tasas de falla, cuantíles, probabilidades de falla, confiabilidades y tasas de recurrencia. La media y la varianza son de poco interés.

Confiabilidad operacional

La confiabilidad operacional, es la capacidad de la empresa, por medio de sus diversos procesos, tecnologías y capital humano, para cumplir con su propósito dentro de los límites de diseño y las condiciones operacionales. Esto es la confiabilidad operacional comprende una serie de procesos de mejora continua que anexan de forma sistemática herramientas de diagnóstico, metodologías, la gestión, la planeación, la realización, y el control, con respecto a la producción, suministro y mantenimiento industrial.

Para lograr la confiabilidad de las operaciones de debe lograr una integración de los activos, hablando desde la parte de diseño hasta la operación y capital humano, de igual forma los componentes que la estructuren deben estar de forma integrada para generar la confiabilidad de los procesos.

La confiabilidad operacional presenta cinco ejes, que en conjunto logran obtener la instalaciones confiables a largo plazo estos son; la confiabilidad humana, mantenibilidad y confiabilidad de los activos que están directamente relacionados con el diseño de los equipos y la parte logística, la confiabilidad de proceso y los procedimientos empleados en la operación de las instalaciones, esto es para respetar las condiciones establecidas y la confiabilidad de los suministros.

En el diseño de proyectos industriales los esfuerzos de la parte de ingeniería están dirigidos a optimizar los distintos procesos operacionales que están en la cadena de valor. Las herramientas de ingeniería de confiabilidad permiten calcular de forma robusta e intrínseca a cada proyecto la probabilidad de falla o el no funcionamiento del sistema productivo, con la finalidad de establecer una función de ingreso que fuerce a optimizar los procesos evaluando su confiabilidad operacional, para de esta forma estimar la rentabilidad real del proyecto y así disminuir a su máximo la incertidumbre.

La ingeniería de confiabilidad permite determinar, a través de un soporte cuantitativo y cualitativo, las soluciones a nivel de proyectos  por medio de planes de mantenimiento y mejoras continuas que optimicen la gestión y el mantenimiento de los activos para así mejorar los resultados de la empresa. (Arata, 2009)

Dentro de los principales aspectos de la teoría de la confiabilidad se tiene:

  • Recolección de satos con bases estadísticas que permitan realizar pruebas de vida útil de producto y así poder determinar la confiabilidad de un producto o proceso.
  • Elección del mejor método de análisis de confiabilidad que se adapte a los requerimientos de análisis y prueba.
  • Comprensión del concepto de confiabilidad con sustento en las propiedades de los materiales.
  • Análisis de los principios para poder llevarlo a cabo el programa de confiabilidad y seguridad de producto.

Herramientas de ingeniería de confiabilidad

FTA

Es un método deductivo que tiene características excelentes para el momento de localizar, corregir y poder anticiparse a las fallas. Primeramente se debe definir un suceso que no se desea, la falla que se quiere evitar y partiendo de la identificación de los factores que pueden llevar a cabo este fenómeno. Se plasma de forma gráfica a  través del conocido árbol de fallas, y las combinaciones a  través de operadores lógicos y las operaciones algebraicas se encuentran definidas en  Boole. El algoritmo de cálculo de FTA es el siguiente. (Tamasa, Santiago, & Mauricio, 2009)

Definir el sistema a estudiar
Definir el evento no deseado para el análisis (paro total)
Definir el árbol y su alcance
Resolver el árbol de fallos
Análisis cuantitativo

Una de las herramientas empeladas en la ingeniería de confiabilidad es el análisis de modo de fallo y confiabilidad (FMEA), que es una metodología sistemática que se empelas para analizar problema potenciales de confiabilidad durante el ciclo de vida de un componente, sistema o equipo, logrando a través de esta la identificación de modos de fallo potenciales y su efecto sobre la operación del sistema dentro de sus ventajas esta la el aporte para la toma de decisiones, ya que se puede anticipar las fallas y si estas llegan a sucedes pueden ser solucionadas de forma rápida, este método incrementa la confiabilidad. (Escalona, Jiménez, & Francisco, 2003)


Software para el estudio de la confiabilidad

Actualmente no se cuenta con  métodos estadísticos y software apropiados para su uso como para los software empleados en el diseño de experimentos y estudios observacionales. Pero hay un software especializado para las primordialidades en el área de confiabilidad.

SPLIDA (SPlus LIfe Data Analysis) es un conjunto de funciones con una interface gráfica que está diseñada para el análisis de datos de confiabilidad más comunes.  Brinda herramientas para planear  varios tipos de estudios de confiabilidad, procedimientos  que emplean simulación y recursos gráficos para visualizar datos, resultados, análisis y simulaciones. Otros software que también son empleados para el uso de  estudios de confiabilidad son: , SAS, MINITAB, RealiSoft´s ALTA 6 y CARA que es un software de confiabilidad para poder evaluar el desempeño de sistemas, la importancia que tiene los componentes y métricas del sistema como la mantenibilidad y la disponibilidad. 

Tendencias y retos de la ingeniería de la confiabilidad

La estadística va de la mano con la confiabilidad, por lo que algunos de los cambios que se aproximan en esta área son los siguientes:

  • Poder generar en la etapa de diseño de un producto o proceso, un punto en que se identifiquen los problemas claves de confiabilidad y así tener la información que asegure la confiabilidad que se desea.
  • Emplear modelos de degradación tales como modelos estocásticos.
  • Poder generalizar métodos estadísticos para diseños robustos de productos y procesos.
  • Poder mejorar la eficiencia en el uso de experimentos computacionales y simulación, para así forma reducir los costos de experimentaciones reales (físicas) y así disminuir los costos.
  • Mejor conocimiento de las cuestiones ambientales que rodean el producto o proceso.
  • Mejores métodos para la combinación de datos diversos como los de laboratorio, campo, garantías, ingeniería, física de fallas, experiencia previa a través de uso de métodos Bayesianos, para poder combinar datos de varias fuentes. (Escobar & Villa, 2003)

Conclusiones

Hoy en día las empresas están buscando mejor su competitividad y la ingeniería de confiabilidad es una herramienta de apoyo para el logro de este objetivo. Dentro de sus principales objetivos son: aplicar los conocimientos de ingeniería para de esta forma poder prevenir o minimizar la frecuencia de fallas, de igual forma lograr identificar y corregir las causas de las fallas, a través de la definición de métodos y técnicas que logren estimar la confiabilidad en nuevos diseños y en los ya existentes.

Referencias

  • Acuña, J. (2003). Ingeniería de confiabilidad. Costa Rica: Tecnológica de Costa Rica.
  • Arata, A. (2009). Ingeniería y gestión de la confiabilidad operacional en plantas industriales. Santiago de Chile: RIL.
  • Escalona, L., Jiménez, C. F., & Francisco, A. (2003). Diseño de sistema para la detección de fallas en la planta compresora con mantenimiento centrado en cofiabilidad usando lógica difusa. Ingeniería UC, 10(1), 21-28.
  • Escobar, L., & Villa, E. Y. (Noviembre de 2003). Confiabilidad: Historia, estado del arte y desafios futuros. Dyna, 70(140), 5-21.
  • Tamasa, J., Santiago, G., & Mauricio, H. (2009). Análisis de confiabilidad aplicada a una conformadora de rollos empelando la técnica de modos de fallo. Scientia Et Techica, XV(41), 7-12.

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Sánchez García María. (2015, diciembre 1). Ingeniería de confiabilidad para el mejoramiento de procesos y productos. Recuperado de https://www.gestiopolis.com/ingenieria-confiabilidad-medio-mejoramiento-los-procesos-productos/
Sánchez García, María. "Ingeniería de confiabilidad para el mejoramiento de procesos y productos". GestioPolis. 1 diciembre 2015. Web. <https://www.gestiopolis.com/ingenieria-confiabilidad-medio-mejoramiento-los-procesos-productos/>.
Sánchez García, María. "Ingeniería de confiabilidad para el mejoramiento de procesos y productos". GestioPolis. diciembre 1, 2015. Consultado el 18 de Diciembre de 2018. https://www.gestiopolis.com/ingenieria-confiabilidad-medio-mejoramiento-los-procesos-productos/.
Sánchez García, María. Ingeniería de confiabilidad para el mejoramiento de procesos y productos [en línea]. <https://www.gestiopolis.com/ingenieria-confiabilidad-medio-mejoramiento-los-procesos-productos/> [Citado el 18 de Diciembre de 2018].
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