SISTEMA INTEGRAL DE GESTIÓN DE DATOS DE FIABILIDAD, DISPONIBILIDAD Y MANTENIBILIDAD: BENEFICIOS PARA FABRICANTES Y USUARIOS DE MÁQUINAHERRAMIENTA Itziar 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
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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. Noviembre - 2007
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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 - Part 3-3.
• 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 Replaceable Unit). • 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 t1
t2
t3
t4 t5 t6
t7
t8
System Ts=0
T1
T2
T3
T4 T5 T6
T7 T8
TE
• Cálculo de Fiabilidad sist. no reparable Ts=0
t1
System 1 System 2 System 3 . . . System 9
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t2 t3
t9 (suspension)
Fuente: Different Approaches in the Analysis 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 Tiempo en consideración (año, mes, día,...) Tiempo planificado TB (año, mes, día,...) Tiempo utilización TN
Parada organizacional TO
Parada técnica TT
TB = TN+ TO + TT+ TW
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No ocupada Tiempo de mantenimiento TW
Tiempo no planificado (vacaciones, fines de semana)
Estado del Arte • VDI 3423 Disponibilidad técnica de máquinas y líneas de producción: Ratios Tiempo en consideración (año, mes, día,...) Tiempo planificado TB (año, mes, día,...) Tiempo utilización TN
Parada organizacional TO
Parada técnica TT
No ocupada
Tiempo no planificado (vacaciones, fines de semana)
Tiempo de mantenimiento TW
NG = TN/ TB .100 % Ratio de utilización AW = T0/ TB .100 % Indisponibilidad por mantenimiento AT = TT/ TB .100 % Indisponibilidad por parada técnica
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Estado del Arte • MTBF, MTTR, Disponibilidad Tiempo en consideración (año, mes, día,...) Tiempo planificado TB (año, mes, día,...) Tiempo utilización TN
Parada organizacional TO
Parada técnica TT
No ocupada
Tiempo no planificado (vacaciones, fines de semana)
Tiempo de mantenimiento TW
MTBF = (TB- TT)/failures MTTR = TT/failures Disponibilidad = MTBF/ (MTBF+MTTR).100%= (1- AT) Noviembre - 2007
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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 Tipos de perdidas operacionales
Paradas planificadas (MP, MPd)
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Paradas no planificadas “Heaven”(MC) Pérdidas de velocidad Fallos de calidad (pieza mala) Cambios pieza/ herramientas No demanda
Actual Production 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 • Dos estrategias A nivel de sistema 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.
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A nivel de componentes Referencias: FORD
Programa
POSMON/
Ventajas: Cálculo a un mayor nivel de detalle (alarmas, componentes, grupos). Posibilidad de obtención de parámetros de Weibull.
Desventajas:
Desventajas:
-Es necesario establecer unas hipótesis de cálculo.
- Modelo de fiabilidad complejo (aprox. 300 alarmas).
- No se obtiene distribución Weibull.
- Es necesario realizar un filtrado de datos.
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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)
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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 de cada estado. – Un módulo que realiza el acumulativo de cada uno de los estados. – Un módulo para el cálculo de los indicadores necesarios 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 de cada alarma. – Un módulo que realiza el acumulativo de cada uno de los alarmas. – Un módulo para el filtrado de alarmas (definición del 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
log( Acumulado de fallos)
Tasa de ocurrencia de fallos
9
4 /
0 / 0
¿Aprendizaje en el uso de la máquina?
1
1 /
0 / 0
Tiempo
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Validación
Fiabilidad 0
MTBF
1
0
0
500
1.000
1.500
Acumulado UPTIME h
El MTBF no es fijo Desconocimiento de la tipología de fallo (técnico o organizacional)
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2.000
2.500
Validación
Disponibilidad
Disponibilidad
0
500
1.000
1.500
Acumulado UPTIME
La disponibilidad varía en el tiempo. Pendiente de la linea de tendencia: <1 Desconocimiento de causas de máquina apagada.
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Validación
Porcentaje %
Eficiencia
jun-07
jul-07
ago-07
sep-07
oct-07
Periodo OPERATION
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PREPARATION
EMERGENCY
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BREAKDOWN
OFF
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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