Ingeniería en Confiabilidad

Partiendo desde la perspectiva de que hoy en día el fenómeno de la globalización y los avances en la tecnología se han desarrollado de una manera rápida y visible, el mercado de consumidores se ha tornado cada vez más exigente con respecto a lo que calidad se refiere, pues si bien esperan que los productos y servicios sean cada vez mejores, más nuevos e innovadores, a lo que en ese sentido dichas exigencias han puesto a las empresas enfocar sus esfuerzos para diseñar estrategias que les permita mejorar diseños, procesos, y sobre todo la confiabilidad de  que lo se está haciendo y utilizando se está desarrollando correctamente para lo que fue hecho durante un periodo de tiempo determinado.

En ese sentido, las empresas se enfrentan a un gran reto respecto a lo que es su permanencia y reconocimiento de estas en el mercado, la cual dependerá del nivel de competitividad y diferenciación que estas demuestren en relación con sus competidores, en donde la ingeniería confiabilidad de sus procesos tiene un papel muy importante para poder crear estrategias adecuadas, pues dicha rama de la ingeniería permite detectar en qué momento se tiene u origina una falla, como se puede prevenir, y cuando es que se debe dar el mantenimiento que es necesario para tener un buen funcionamiento durante un proceso, pues de esta manera se pueden prevenir grandes pérdidas económicas las cuales pueden surgir por problemas que no se atiendan en su momento con respecto a la confiabilidad.

Desde esa perspectiva el desempeño que tenga un producto o servicio también conocido como componente, tiene un papel de gran importancia en la satisfacción de los consumidores, pues en ese sentido es posible mencionar el caso de Sony en Octubre de 2006 el cual había recibido 9.6 millones de reclamos en relación con la batería de sus computadoras personales, los cuales no cumplían correctamente la función para la cual fueron diseñados.

Conceptualización de ingeniería y confiabilidad

Para comenzar a abordar la temática de ingeniería en confiabilidad, se considera adecuado partir desde el conocimiento conceptual que se tiene de dichos términos, con la finalidad  esclarecer los componentes que la integran, además de obtener una definición propia de dicho concepto, es por ello que a continuación se citan distintas conceptualizaciones de los términos.

Romero, Romero y Muñoz (2014) afirman que de acuerdo a las aplicaciones de conocimiento que se puede realizar “La ingeniería es el conjunto de técnicas y conocimientos científicos, aplicados a la creación y perfeccionamiento de estructuras (tanto físicas como teóricas) y su implementación para la resolución de problemas que afectan la actividad cotidiana de la sociedad” (p.1).

Gómez (2012) considera que respecto a todos los cambios que han permitido la evolución de la humanidad con la finalidad de vivir en mejores condiciones y de esta manera agrupar y consevar todo el conocimieto cientifico y de importancia desarrollado es gracias a la ingeniería la cual la reconoce como:

La disciplina con la cual se puede mejorar todo el sistema y el entorno en el que vivimos. Consiste en adaptar las ciencias y todo el conocimiento humano adquirido durante años de estudio e investigación de manera práctica en función de satisfacer y dar soluciones a las necesidades humanas. (p.12)

Landa(1994) en lo que refiere a la ingeniera y sus atribuciones para el desarrollo en la sociedad, considera que “Su propósito, eminentemente práctico, es el de resolver problemas que satisfagan necesidades humanas. Para ello la ingeniería modifica la naturaleza: sus materiales y formas de energía” (p.9).

Dicho lo anterior, y tomando en cuenta las ideas principales de los autores respecto al concepto, la ingeniería se reconoce desde una perspectiva particular como un conjunto de conocimientos y técnicas científicas y humanas, adquiridas a través de años previos de investigación, cuya finalidad es el dar soluciones problemas que aporten en la satisfacción de necesidades humanas

Por otro lado, respecto a lo que se identifica como confiabilidad, unificando de igual manera las ideas principales de distintos autores a continuación se citan diversas definiciones con fines de obtener una conceptualización propia.

Zapata (2011) considera que la confiabilidad con base a la forma en la que se integra un producto o servicio por sus componentes o subcomponentes “Es la probabilidad de que un componente o sistema pueda cumplir su función en las condiciones operativas especificadas durante un intervalo de tiempo dado” (p.3). Además se debe de considerar de igual manera la relación cercana que se tiene con temas de calidad y la seguridad, ya que estos aspectos apoyan al mejoramiento de la confiabilidad.

Por otro lado, partiendo desde el contexto de empresa y sus procesos, muchas ocasiones se consideran aspectos y condiciones con respecto a lo que se espera y se desea hacer en el presente y en el futuro. Sueiro (2012) afirma que:

La Confiabilidad es la «capacidad de un ítem de desempeñar una función requerida, en condiciones establecidas durante un período de tiempo determinado». Es decir, que habremos logrado la Confiabilidad requerida cuando el «ítem» hace lo que queremos que haga y en el momento que queremos que lo haga. Al decir «ítem» podemos referirnos a una máquina, una planta industrial, un sistema y hasta una persona.

En este sentido es importante reconocer el impacto que tiene la confiabilidad en los resultados que se esperan de la empresa, pues la confiabilidad debe ser aplicada a todos los procesos que agregan valor a la organización no de manera particular si lo que se desean son resultados favorables.

Aunado a lo anterior, y unificando las ideas principales de los autores, se reconoce como confiabilidad desde una perspectiva particular como la probabilidad que existe de que un componente se desempeñe correctamente cumpliendo en su totalidad sus funciones, durante un periodo establecido bajo condiciones específicas.

¿Qué es ingeniería de confiabilidad?

La ingeniería en confiabilidad surge como necesidad de la realización y desarrollo de productos y servicios, los cuales se pueden identificar por ser simples o complejos, y de ello dependerá el número de subcomponentes que lo integren.

Por un lado, en lo que respecta a los productos, no importa el número de subcomponentes por el cual este integrado un producto, este finalmente será reconocido como un único componente. Los servicios, son aquellos que serán conformados por muchos componentes más las personas responsables de que estos operen, además por su tamaño y complejidad que estos representan, los servicios se subdividen en subsistemas o zonas funcionales.

Dicho lo anterior, se considera que es un requisito indispensable que un componente ofrezca calidad, seguridad y confiabilidad (Zapata, 2011).

Algunos ejemplos de productos pueden ser, la bombilla eléctrica, el televisor, la bicicleta, la jeringa plástica, el lente de contacto, entre otros, y por otro lado ejemplos con respecto a servicios son, la electricidad, el gas domiciliario, la televisión, la telefonía, el agua potable, el transporte público, correo, etc.

Bajo este hilo conductor, se reconoce a la ingeniería en confiabilidad como una rama de la ingeniería, la cual se concentra en el estudio de las características del fenómeno de “falla” y su eliminación, haciendo uso de instrumentos analíticos a través de tácticas de mantenimiento correctivo, preventivo y predictivo, con fines de mejorar procesos o actividades para que el componente cumpla correctamente su función, los cuales tengan relación e impacto con el beneficio económico presente o esperado. En este mismo sentido la ingeniería en confiabilidad considera dos tipos de confiabilidad las cuales concentran perspectivas muy particulares.

Antecedentes de la Ingeniería de Confiabilidad

Se reconoce que la ingeniería de confiabilidad tuvo sus primeros indicios como metodología  al final de los años 40´s después de la segunda guerra mundial, en donde por motivos de guerra, se requería conocer a tiempo el número de repuestos que era necesario para mantener sus armas de guerra con un buen rendimiento durante un largo periodo de tiempo, y de igual forma para equipos electrónicos como mecánicos. Posteriormente alrededor de los años 50´s y con el interés que se tenía en esa década por realizar exploraciones en el espacio, el desarrollo y aplicación de la ingeniería en confiabilidad tomo aún mayor interés para los componentes y sistemas, los cuales se aplicaban en los satélites, sondas y vehículos tripulados. Después durante la década de los años 70´s y con la crisis que se tuvo del petróleo, la economía sufrió grandes afectaciones, a lo que los japoneses direccionaron sus esfuerzos basados en calidad y confiabilidad para el desarrollo de sus productos y servicios, convirtiéndolos de esta manera como los líderes de la confiabilidad (Escobar, Villa y Yañez , 2003).

En la actualidad, debido al aumento de tecnologia para realizar los procesos además de la automatización de los mismos, con la finalidad de alcanzar altos estandares de la calidad en la realizacion de sus proceos y actividades, la detección de fallas se ha convertido en un tema de suma importancia para evitar afectaciones en la calidad programada.

Tipos de confiabilidad

En la ingeniería de confiabilidad se concentran dos tipos de confiabilidad y se identifican de la siguiente manera:

Confiabilidad basada en el análisis probabilístico del tiempo para la falla o historial de fallas (Statistical Based Reliability Analysis), el cual propone determinar la falla en relación con la frecuencia de fallas. Dentro de este tipo de confiabilidad la cual se basa en la estadística de fallas,  se concentran dos áreas importantes de estudio y estas son los equipos no reparables y por otro lado los equipos reparables.

En este mismo sentido Yañez Medina et al (2004) consideran que los equipos no reparables poseen las caracteristicas que se enlistan a continuación:

• Su condición operativa no puede ser restaurada después de una falla.
• Su vida termina con una “única” falla y debe ser reemplazado.
• La variable aleatoria de interés es el tiempo para la falla.
• Para caracterizarlo probabilísticamente se requiere estimar la tasa de fallas. (p.189)

Para los equipos no reparables que muestran fallas constantes su comportamiento se defiende por la Distribución Exponencial. Por otro lado para los sistemas en los cuales la falla no es constante en el tiempo su comportamiento se puede definir por las distribuciones de Weibull, Log-normal, Normal, Gamma, Beta, entre otras más.

Poe otro lado, los equipos reparables son aquellos en los cuales su condición operativa puede ser restaurada después de una falla, en lugar del reemplazo total del mismo. Yañez Medina et al (2004) consideran que los equipos reparables poseen las siguientes características:

• Su condición operativa puede restaurarse después de fallar, con una Reparación.
• En su vida puede ocurrir más de una falla.
• La variable aleatoria de interés es el Número de Fallas en un período específico de tiempo.
• Para caracterizarlo probabilísticamente se requiere estimar la “tasa de ocurrencia de fallas” y la “tasa de reparación”.(p.189)

Por otro lado, el otro tipo de confiabilidad que se identifica es la Confiabilidad basada en el análisis probabilístico del deterioro o física de la falla (Physics Based Reliability Analysis) el cual propone determinar la falla estudiando la física del proceso de deterioro.

Este enfoque se sustenta en el convencimiento de que una falla es la última fase de un proceso de deterioro. Para transformar la información recolectada sobre deterioro de un activo en acciones que puedan efectivamente detenerlo e inclusive eliminarlo, se requiere conocer sobre el o los fenómenos físicos que lo producen. (Yañez Medina et a, 2004, p.232)

Aunado a lo anterior, se reconoce que las perspectivas que tienen ambos tipos en común son señalar probabilísticamente la “falla” y de esta forma proponer mejoras para evitar o aminorar el efecto que estas provocan.

Por otro lado, existen tendencias más avanzadas y recientes dentro de la Ingeniería de confiabilidad en la cual se proponen modelos híbridos para señalar probabilísticamente el fenómeno falla; uniendo la perspectiva de ambas escuelas. (Yañez Medina, Gómez de la Vega , y Valbuena Chourio , 2004) y (SPM Ingenieros, 2017).

Fases de la ingeniería en confiabilidad 

Se reconoce que la Ingeniería en confiabilidad está determinada por 3 fases las cuales

Morales( 2017) las identifica como:

• Planeación: Hace referencia a los preparativos que se realizan para identificar las fallas durante un proceso y de las herramientas que se utilizaran para esta identificación.
• Programación: Se pretende realizar la definición de las técnicas, métodos o herramientas que se utilizaran para realizar lo preparado en la primer fase.
• Ejecución: A través de esta etapa se aplican las herramientas, técnicas o metodologías elegidas por ser adecuadas para realizar lo planeado y de esta manera reparar, reducir o eliminar las fallas identificadas dentro de un proceso.

Pasos para la evaluación de confiabilidad 

Muy independiente de los diferentes tipos de estudios García Monsalve (como se citó en Tress Romero, 2017) considera que se necesitan Tres pasos básicos para realizar la evaluación de un sistema de confiabilidad, y estos se enlista a continuación:

1. Construir un modelo para el análisis.
2. Hacer el análisis del modelo y el cálculo de los índices apropiados de confiabilidad.
3. Evaluación e interpretación de los resultados analizados.

Ciclo de vida de un producto

Dado a que la confiabilidad está enfocada al desarrollo de correcto de un componente, la identificación precisa de las etapas que conforman el ciclo de vida de un producto, servicio, equipo o sistema es ideal para apoyar el análisis para la identificación de fallas dentro de un proceso, y estas según Acuña  (como se citó en Morales, 2017) y Candelaria Campos (2017) consideran está conformado por las siguientes cuatro etapas:

1. Definición y diseño del prototipo: Esta etapa consiste en analizar las necesidades y requerimientos que solicita el cliente, y de esa manera desarrollar un diseño conceptual.
2. Desarrollo y diseño a detalle: Esta etapa consiste en el desarrollo con más detalle del prototipo una vez que este haya sido aceptado, se consideraran los recursos que son necesarios para producirlo así como las mejorías que se le pueden realizar, además consiste en tratar de identificar las posibles fallas que se originen y causen dificultades en el proceso o eviten la fabricación del mismo.
3. Elaboración y proceso de fabricación: Esta etapa consiste en elaborar el componente en masa, y es aquí donde será posible percibir las posibles fallas que deben ser corregidas. En este punto hay que considerar que las fallas son percibidas de diferente manera de acuerdo al contexto, pues si bien la falla percibida en un periodo de prueba, es muy distinta a las fallas que pueden ser detectadas en el momento que se comercializa el componente.
4. Operación: En esta etapa se considera que el componente ya está en manos del cliente o consumidor final, y es aquí donde se cree necesario la formulación de estrategias las cuales permitan la recolección de información respecto a las posibles fallas que detecto el cliente mostrándolo a través de quejas. Se considera que dicha información recolectada tendrá un uso valioso pues se pondrán mejorar características y funcionalidades del componente.

En ese mismo sentido (Candelaria Campos, 2017) afirma que:

La falla de un producto se puede dar en cualquiera de estas etapas y en diferentes tipos además de presentarse en diferentes tiempos y circunstancias. Las fallas que se presenten Dependerán del tipo de producto o servicio que se esté generando y también de la retroalimentación que se tenga con el cliente final. (párr.34)

Concepto de falla

De acuerdo a como se ha venido desarrollando el tema, es necesario en este punto esclarecer correctamente el concepto de falla, ya que este término tiene una gran importancia para la aplicación de la Ingeniería en confiabilidad. De esta manera, es por ello que a continuación se citan conceptualizaciones que se tienen del término con la finalidad agrupar las ideas principales y originar una sola.

Zapata (2011)  denomina “falla” a la situación en que “El componente o sistema deja cumplir parcialmente o totalmente su función  o existe una diferencia inaceptable entre el desempeño esperado y el observado “(p.2).

Yañez Medina et al (2004) consideran que “En la forma más sencilla el concepto de falla puede definirse como el efecto que se origina cuando un componente, equipo, sistema o proceso deja de cumplir con la función que de ellos se espera”. (p.27)

Dicho lo anterior se reconoce que la falla, son aquellos efectos ocasionados  en el componente en los cuales este deja de funcionar correctamente o a cumplir con la función que se esperaba.

En este mismo sentido se reconoce que las fallar pueden ocurrir por dos razones, ya sea por defectos técnicos o físicos los cuales tiene que ver con los materiales, embalaje y mantenimiento, o por errores operativos o procedimentales los cuales tienen que ver con la administración  y factores humanos.

Dentro de los efectos que ocasiona una falla se pueden considerar las molestias ocasionadas en algunos usuarios o un verdadero y grave impacto en la sociedad, además que estos efectos vistos desde lo extremo pueden ocasionar situaciones peligrosas o de riesgo para los clientes o el medio ambiente, las cuales difieren de aquellas fallas que son aceptadas o permitidas.

Dentro del concepto de falla, hay aspectos importantes que se ven relacionados con la misma, por lo que se considera adecuado mencionarlos, a lo que de acuerdo a Yañez Medina et al (2004) se denominan como los siguientes:

• Probabilidad de Falla: Se refiere a la probabilidad que existe de que un componente, proceso o sistema falle durante el transcurso de un tiempo determinado.
• Tiempo para la falla: Este se reconoce como el periodo de tiempo que se identifica porque transcurre desde el inicio de un proceso de un componente hasta que este se ve interrumpido por consecuencia de la aparición de una falla.
• Tiempo promedio para reparar: Este corresponde al periodo de tiempo en el cual se espera que un componente o equipo sea reparado.
• Tiempo entre fallas: Este corresponde a la relación que existe entre un periodo de tiempo recorrido de un componente con la falla y el periodo de tiempo que transcurrió para su reparación una vez que este haya fallado.

Modelos paramétricos para estimación del periodo de fallas de un proceso

Dado que en las industrias la confiabilidad debe ser de manera cuantificable, es por ello que se hace uso de la estadística con la finalidad de determinar variables y parámetros medibles que nos permitan utilizar diferentes distribuciones que sean aptas para problemas específicos. Desde una perspectiva general  Guzman Olivares (2018) considera las siguientes modelos estadisticos como los más utilizados para estimar el periodo de fallas de un proceso.

• Distribución Normal: su uso es en partes mecánicas y resistencia de materiales, solo depende de dos parámetros, la medición y la desviación estándar.
• Distribución exponencial: es el más simple de todos los modelos de confiabilidad, su análisis solo depende de un parámetro que se mantiene constante y es la velocidad de falla; por su simplicidad se utiliza para analizar la vida útil de los productos.
• Distribución de Weibull: es una distribución de tres parámetros, es muy flexible para analizar cualquiera de los elementos de un proceso en cualquiera de sus etapas de vida del producto.
• Distribución log normal: depende de los mismos 2 parámetros medida y desviación estándar, pero no es simétrica, depende del logaritmo del tiempo de falla y se comporta de acuerdo a la distribución normal. (p.9)

Software para el estudio de la confiabilidad

Aunado a lo anterior, y considerando que hoy en día la complejidad de datos que se puede generar para medir la confiabilidad es cada vez mayor, surgen los software de aplicación para medidas de confiabilidad, con fines de no cometer errores en el cálculo de las fallas, estos se identifican como los siguientes:

• ReliaSofts ALTA 6
• JMP ™
• SAS
• MINITAB
• CARA-Fault-tree (King Núñez, 2012)

Ventajas del uso de la confiabilidad

En este mismo sentido, se reconoce que la ingeniería en confiabilidad en la actualidad cumple con un papel muy importante dentro de la vida cotidiana del hombre, ya que permite tener beneficios los cuales mejoren su calidad de vida, y estos se ven reflejados según afirma (Servicios Integrales RDT, 2015)

• Alcanzar las expectativas de los clientes sobre la funcionalidad y la vida útil de los equipos.
• Disminuir los riesgos previsibles inherentes al funcionamiento de los equipos y los peligros para la salud.
• Mejorar la Confiabilidad y la Disponibilidad de los sistemas (disminuir las tasas de fallas y disminuir los tiempos fuera de servicio).
• Alcanzar los objetivos de producción.
• Genera confianza respecto al producto, es decir se puede asegurar que lo que se ofrece es seguro y de calidad.
• Mejorar la comercialización de los productos y las garantías.(párr.3)

Referencias

Candelaria Campos, D. (23 de Noviembre de 2017). gestiopolis. Obtenido de Teoria y beneficios de la ingeniería de la confiabilidad: https://www.gestiopolis.com/teoria-beneficios-laingenieria-la-confiabilidad/

Escobar R., L. A. (7 de Noviembre de 2003). Confiabilidad: Historia, estado del arte y desafios futuros. Obtenido de http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=49614003> ISSN 0012-7353

Gomez, J. R. (2012). Introducción a la ingenieria industrial. México: Red Tercer Milenio.

King Núñez, K. (29 de Marzo de 2012). gestiopolis. Obtenido de Qué es Ingeniería de

Confiabilidad: https://www.gestiopolis.com/que-es-ingenieria-de-confiabilidad/

Landa, J. V. (1994). Introducción a la ingeniería(Ingeniería, sociedad y medio ambiente). México: Limusa.

Morales, E. H. (17 de Noviembre de 2017). gestiopolis. Obtenido de Ingeniería de Confiabilidad. Teoría y Técnicas: https://www.gestiopolis.com/ingenieria-confiabilidad-teoria-tecnicas/

Ponce San Juan, R. (3 de Noviembre de 2016). gestiopolis. Obtenido de Ingeniería de confiabilidad: https://www.gestiopolis.com/ingenieria-de-la-confiabilidad/

Sergio Romero Hernández, O. R. (2014). Introducción a la ingeniería. México: CENAGE Learning.

SPM Ingeniería: Ingenieria de la Confiabilidad en: http://www.spm-ing.com/ingenieria-de-confiabilidad.php

Sueiro, G. (2012). ¿Qué es la confiabilidad? Gestión.Tendencias, 41.

Tress Romero, H. A. (2017). Ingeniería de confiabilidad. Fundamentos de ingeniería administrativa.

Yañez Medina, M., Gómez de la Vega , H., y Valbuena Chourio , G. (2004). INGENIERÍA DE CONFIABILIDAD Y ANÁLISIS PROBABILÍSTICO DE RIESGO . Reliability and Risk Management, S. A. , 185.

Zapata, C. J. (2011). Confiabilidad en ingeniería. Colombia: Publiprint Ltda.