Importância da análise holística de um plano de manutenção por meio de simulação: Uma abordagem de RCM voltada a custo e disponibilidade

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1 Importância da análise holística de um plano de manutenção por meio de simulação: Uma abordagem de RCM voltada a custo e disponibilidade Celso Luiz Santiago Figueiroa Filho, MSc Eng Alberto Magno Teodoro Filho, Eng Produção Gabriel Alves da Costa Lima, Dr. Eng

2 Introdução Ao elaborar um plano de manutenção pela RCM deve-se estar alinhado com uma estratégia voltada a uma meta de: confiabilidade, custo mínimo de manutenção, ou disponibilidade máxima Existem trade-offs (objetivos conflitantes) em relação a cada uma destas estratégias. Só em nível de sistema pode-se entender os ganhos e perdas de cada plano de manutenção.

3 Introdução Objetivos de um programa de RCM Redução de custo da manutenção Garantia de um nível de Confiabilidade ou Disponibilidade aceitável. Priorização de funções mais importantes do sistema, Eliminação de ações de manutenção que não sejam estritamente necessárias. MAS, COMO PREVER ESTES BENEFÍCIOS DE FORMA QUANTITATIVA? 3

4 Introdução O modelo tradicional de RCM [Heap e Nowlan (1978), Moubray (1995), Smith (1992)], não tratam de forma quantitativa os aspectos econômicos nem os trade-offs. As suas análises são complementadas em Jardine e Tsang (2013). Na experiência com profissionais da área verifica-se que o clássico RCM peca ao não considerar os aspectos quantitativos.

5 Introdução O que falta no atual modelo de RCM? Origem na Industria Aeronáutica Definição de risco da falha Qual a sua matriz de risco? Para aviões confiabilidade deve ser máxima! Registro de Falhas compartilhado integrado por legislação É uma atividade de Projeto não se envolve com a execução 5

6 Metodologia RCMCost DIAGRAMA DE BLOCOS Confiabilidade Mínima de Equipamentos e Componentes IDENTIFICAÇÃO DE EQUIPAMENTOS/ SISTEMAS CRÍTICOS FMEA Árvore de Falhas Qualitativa para Falhas Principais, Simulação RDB Levantamento/ Definição de Falhas Definição de Famílias de Componentes/ peças/ equipamentos/ Modos/ Causas/ Funções/ Mecanismos de Falhas

7 Determinação da Confiabilidade Mínima Exemplo - planta de processo Definida que ocorre uma falha se a produção for menor que 40 t/ h. Na tabela seguintes informações sobre confiabilidade dos equipamentos e atividades de mantenabilidade. 7

8 Determinação da Confiabilidade Mínima Tabela 1- Informações sobre os equipamentos no sistema EQUIPAMENTO CONFIABILIDADE no turno TEMPO CICLO PARADA PRODUÇÃO OBSERVAÇÕES Tanques 0,99 NULL 1000 t cada Bombas 0,85 15 min 20 t/ hora cada Trocador de Calor horas 80 t/ hora Torre 0,95 7 horas 220 t/ hora Centrífuga 0,9 02 horas 60 t/ hora cada A parada de um implica na parada do outro Tanques intermediários 0,99 NULL 200 t cada Garantem 4 horas de produção cada um. Vaso de Pressão 0,9 3 horas 150 t Extrusora 0,8 1,5 horas 180 t/ hora 8

9 Determinação da Confiabilidade Mínima Solução no diagrama de Blocos 9

10 Determinação de criticidade por diagrama de Pareto Está é uma definição com vários critérios (Multi-critério) e é preciso tomar cuidado com alguns deles: Indisponibilidade calculada como : Número de interrupções ou tempo total das interrupções ou custo das interrupções. Custos calculados como: Custos da corretiva Ou Custos da reprogramação da produção Ou Custos por multas e perdas de prazo Ou Custos a imagem da empresa Confiabilidade Impacto a segurança das pessoas Impacto ao meio-ambiente Definição na empresa da Matriz Multicritério (ponderação sobre o que é mais importante) ou de Risco. 10

11 Determinação de criticidade por diagrama de Pareto Construção de diagrama de Pareto. Em vermelho - Críticos Sistema Número de paradas por ano Acumulado Acumulado em % X ,29% R ,00% BB ,29% D3D ,00% X ,14% R ,43% BB ,00% 11

12 Determinação de criticidade por diagrama de Pareto Exemplo de diagrama de Pareto. Sistema Critérios de Criticidade Fator Valor Final Número de paradas (relacionado ao equipamento) Gravidad (Risco) por ano Segurança Meio Ambiente Qualidade X R BB D3D X R BB Sistema Valor final Acumulado Acumulado em % D3D ,3% R ,1% X ,7% X ,3% R ,7% BB ,5% BB ,0% Na atribuição dos pesos também pode ser considerado o valor relativo entre os critérios (exemplo: Segurança pode ser mais importante que os outros dois critérios e ter peso relativo maior). 12

13 Determinação de criticidade por Simulação O diagrama de Pareto é eficiente na análise de componentes, equipamentos, individualmente, MAS NÃO CONSIDERAM A CONFIGURAÇÃO NO SISTEMA. Somente pode ser obtida por: Simulação de Monte Carlo. prever os resultados de um plano de manutenção. equipamentos que mais falharão os que mais causarão indisponibilidade, os que causarão mais custos,. Análise de dados históricos. determinar com base no passado as mesmas informações acima. Em uma análise do plano recém determinado o problema consiste em prever o futuro e não o passado. 13

14 Determinação de criticidade por Simulação Considere o sistema simplificado a seguir: Subsistema Tempo até a falha Tempo de reparo Extração Bombeamento A1 e A2 Processamento 1 Processamento 2 Bombeamento final Distribuição exponencial Média = horas Distribuição Weibull Eta = horas beta =2 Distribuição exponencial Média = Distribuição exponencial Média = Distribuição Weibull Eta = horas beta =2 Distribuição exponencial Média = 60 horas Distribuição normal Média = 96 horas Desvio padrão = 12 horas Distribuição exponencial Média = 8 horas Distribuição exponencial Média = 48 horas Distribuição normal Média = 48 horas Desvio padrão = 6 horas 14

15 Determinação de elementos críticos por Simulação Isograph Availability Workbench Resultado de componentes responsáveis pelo número de interrupções do sistema: 15

16 Determinação de elementos críticos por Simulação Isograph Availability Workbench Resultado de componentes responsáveis pela indisponibilidade do sistema: 16

17 Metodologia RCMCost IDENTIFICAÇÃO DE TAREFAS APLICÁVEIS ANÁLISE WEIBULL BC/ BT/ TDF/ CORR/ TPM TIPOS DE TAREFA SUBSTITUIÇÃO / REPARO/ LIMPEZA/ INSPEÇÃO VISUAL/ LUBRIFICAÇÃO/ ANÁLISE DE EFETIVIDADE DA TAREFA PESOS: Elimina falha=3/ Previne= 2/ Mitiga falha= 1 COMPARAR COM MÍNIMA CONFIABILIDADE DO COMPONENTE 17

18 EFICICÁCIA ECONÔMICA ANÁLIS DE CUSTO DA TAREFA Dados de Custos por Tarefa SUGESTÃO DE INTERVALO POR TAREFA AVALIAÇÃO CUSTO MÍN MANTIDA CONFIABILIDADE DO COMPONENTE FALHA HUMANA NA TAREFA HEP das tarefas definidas TESTAR Cada Tarefa possível de cada Causa de Cada Modo de Falha de cada Componente

19 Modelo do Custo Total Min para determinação do Intervalo Preventiva

20 Confiabilidade mínima e custo necessário em tarefas Representação gráfica da sensibilidade de confiabilidade e disponibilidade em função do intervalo entre as inspeções. 20

21 Avaliação de intervalos da tarefa Discussão & Solução 21

22 DEFINIÇÃO DE ROTAS E PLANO DE MANUTENÇÃO AGRUPAMENTO DAS TAREFAS Dados de H/H por especialidade Intervalo definido das tarefas ANÁLISE DO PLANO DE MANUTENÇÃO TOTAL PARA MÍN CUSTO IMPACTO NA COFIABILIDADE E CUSTO

23 Agrupamento de tarefas Na figura abaixo 3 curvas de densidade de probabilidade de tempo até a falha, cada uma relacionada a um componente. Note que de acordo com as distribuições mostradas, há tarefas de manutenção preventiva que fazem mais sentido de serem agrupadas. 23

24 Agrupamento de tarefas Discussão e solução do problema: Veja que um dos determinantes para se o agrupamento das tarefas de manutenções é que suas distribuições de probabilidade sejam tais que seus níveis de risco sejam semelhantes. 24

25 Análises e resultados Uma empresa mineradora possui um equipamento de flotação (sistema) composto por 4 componentes na configuração em série. Componente A B C D Modelagem estatística do tempo até a falha Distribuição Weibull Eta: horas; Beta: 4; Gama: 0 horas. Distribuição Weibull Eta: horas; Beta: 3; Gama: 500 horas. Distribuição Weibull Eta: horas; Beta: 3,5; Gama: 200 horas. Distribuição Weibull Eta: horas; Beta: 4,5; Gama: 0 horas.

26 Análises e resultados Tabela 2 Custo da manutenção corretiva e preventiva de cada componente. Componente Manutenção corretiva Manutenção preventiva A R$ R$ B R$ R$ C R$ R$ D R$ 600 R$ 500 Tabela 3 Duração de cada tipo de manutenção em cada componente. Componente Manutenção corretiva Manutenção preventiva A 24 horas 24 horas B 48 horas 12 horas C 48 horas 36 horas D 24 horas 6 horas

27 Análises e resultados Escolher os intervalos de preventivas em cada componente de modo a minimizar custo, maximizar disponibilidade e atender meta de risco. Tabela 4 Resumo o intervalo de preventiva (h) para diferentes objetivos Componente Minimizar o custo Maximizar a disponibilidade Tempo operacional (h) onde o risco é 20% A ,2 B ,1 C ,5 D ,5

28 Análises e resultados Tabela 5 - Resultados das simulações em nível de sistema de cada política de preventiva. Política de preventiva Custo médio simulado Disponibilidade media simulada Número de interrupções Máxima disponibilidade R$ ,51% 251,6 Mínimo custo R$ ,70% 198,7 20% de risco de corretiva R$ ,94% 240,2 Somente corretivas R$ ,38% 173,6 A política de minimização de custo apresentou a menor disponibilidade média. A política de maximização de disponibilidade apresentou o maior custo médio de manutenção.

29 Obrigado!! Celso Luiz Santiago Figueiroa Filho