6 MARCO TEÓRICO. 6.1 Engenharia de confiabilidade Introdução

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1 4 6 MARCO TEÓRICO 6.1 Engenharia de confiabilidade Introdução Até bem pouco tempo, a manutenção era definida como o departamento responsável pela lubrificação e conserto das máquinas, bem como pela conservação dos equipamentos e edifícios (MACHLLINE, 1987). Mas com o advento da revolução industrial, o número de equipamentos e sistemas utilizados pelas indústrias teve um aumento significativo, o advento da 1a guerra mundial trouxe à tona a questão da precisão e confiabilidade alcançadas pelos equipamentos até então utilizados, aviões e armas, segundo Moubray(1995), neste período as indústrias não estavam totalmente mecanizadas os equipamentos eram simples e de fácil reparo. As pressões provocadas pela 2a grande guerra geraram o aumento da demanda por produtos com uma boa qualidade, e como conseqüência desta, na década de 50, as máquinas tornaram-se mais complexas, o tempo de paralisação e os custos de manutenção tornaram-se importantes para a indústria, devido a este fato, já na década de 60 as manutenções eram feitas em períodos pré-determinados. Nota-se, portanto que historicamente e nos dias de hoje, principalmente, o crescimento praticamente exponencial da importância dada à área de manutenção, saindo de um papel meramente coadjuvante, para assumir um papel de ator principal no cenário industrial, motivado primeiramente pelas necessidades de qualidade e disponibilidade, e posteriormente por necessidades econômicas (KARDEC, 2002). Devido ao aumento da complexidade das plantas industriais e a crescente necessidade pela eficiência e eficácia dos processos dentro não só do ambiente industrial, mas no ambiente da prestação de serviços, é que se verificou a necessidade de políticas de análise sobre as falhas, pois questões como segurança também estavam envolvidas. Por outro lado, a satisfação do cliente soa como um ponto forte, os clientes querem ter produtos e serviços com qualidade, que tenham uma confiabilidade e disponibilidade necessárias para atender a sua necessidade. Estudos realizados nas décadas de 60 e 70 por empresas e pela agência de aviação comercial americana, revelaram que a curva de banheira não podia ser mais considerada como padrão único para a curva de vida dos equipamentos, como conseqüência, planos de manutenção preventiva clássica, com atividades meramente baseadas no tempo, e na crença de que há sempre uma relação entre a probabilidade de falha e o tempo de operação, traziam resultados inferiores aos esperados e tornavam onerosa a manutenção (CARVALHO E ISTANISLAU, 1993). Surgiu então uma nova metodologia gerencial, a manutenção centrada em confiabilidade, que leva em consideração, as funções de cada equipamento no sistema, seus modos de falha e estabelece um critério de priorização baseado em fatores econômicos, de segurança (risco) e ambientais, determinando a filosofia mais adequada e eficaz. (MOUBRAY, 1994) Definições Conforme Barros (1995), todo processo sempre tem algum caráter probabilístico associado, traduzindo por um teor de incerteza quanto à previsão de resultados. O processo

2 5 da manutenção não poderia escapar desta regra. Para compreendermos então os objetivos e as várias definições de manutenção tem-se que definir primeiramente alguns conceitos operacionais relacionados com as atividades de manutenção. a) Cadeia de Markov É uma representação gráfica dos estados possíveis que um processo pode tomar e as probabilidades associadas. Na área de manutenção, um processo ou equipamento só poderá estar em dois estados distintos, Estado bom e Estado em falha. Podemos representar a cadeia de Markov na figura a seguir: P BB P FF P BF = 1- P BB BOM FALHA ( P B ) P FB = 1- P FF (P F = 1- P B ) EM OPERAÇÃO (B) EM CORRETIVA (F) Figura 6.1: Cadeia de Markov Onde: P B = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM OPERAÇÃO - BOM P F = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM CORRETIVA - FALHA P BB = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM OPERAÇÃO - BOM, e permanecer, no mesmo, durante um determinado intervalo de tempo. P BF = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM OPERAÇÃO - BOM, e mudar para o estado EM CORRETIVA - FALHA durante um determinado intervalo de tempo. P FF = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM CORRETIVA - FALHA e permanecer, no mesmo, durante um determinado intervalo de tempo. P FB = Probabilidade do sistema se encontrar no estado EM CORRETIVA - FALHA e mudar para o estado EM OPERAÇÃO - BOM durante um determinado intervalo de tempo b) Confiabilidade A confiabilidade de um dispositivo é definida como a probabilidade que um equipamento (componente, sistema ou subsistema) desempenhe corretamente a sua função num dado período de tempo sob condições especificadas, sendo definida simbolicamente como R( t ) = P( T t ) (MARTZ,1982; O CONNOR, 1989; CARTER,1986; MARTI,2001).

3 6 Uma outra definição que pode ser empregada : probabilidade de um equipamento ou sistema, em perfeito funcionamento no instante inicial de observação t 0, não falhar dentro de um intervalo de tempo Δt (BARROS FILHO, 1995). A confiabilidade corresponde à probabilidade Pbb identificada no gráfico de Markov, observa-se que a confiabilidade corresponde à qualidade intrínseca do fornecimento do fabricante, sendo para o cliente/consumidor o investimento realizado, correspondendo ao capital empregado. A freqüência com que as falhas ocorrem é usada como parâmetro para a formulação matemática da confiabilidade R(t) e é chamada de taxa de falhas (λ ). Esta é a probabilidade (instantânea) de falhas de um dado equipamento e corresponde às solicitações (ações) do sistema/equipamento à manutenção. Com relação às falhas, a confiabilidade significa que o dispositivo é incapaz de desempenhar a sua função requerida. Neste trabalho será considerado apenas o caso em que o dispositivo é capaz de desempenhar sua função ou não, sendo excluído o caso onde podem ocorrer vários graus de degradação do sistema. Segundo O Connor(1988, p6), é necessário distinguir itens reparáveis e nãoreparáveis, para um adequado tratamento probabilístico da confiabilidade. Para um item não-reparável, confiabilidade é a probabilidade de sobrevivência durante sua esperança de vida, ou durante um período de sua vida útil, quando somente uma e única falha pode ocorrer. Durante o tempo de vida do item, a probabilidade instantânea é chamada de taxa de risco. Quando um componente de um sistema nãoreparável falha, o sistema geralmente falha, portanto, sua confiabilidade é função do tempo da primeira ocorrência. Para itens reparáveis, há a possibilidade de ocorrência de mais de uma falha num determinado intervalo de tempo. Esse fato é caracterizado por uma medida definida como taxa de falhas, que expressa a probabilidade instantânea de falhas por unidade de tempo. Figura 6.2 : Sistema reparável e não reparável. A figura 6.2 baseada em Almeida (1997, p8) ilustra a terminologia consagrada: - TTF (time to failure) corresponde ao tempo compreendido até a ocorrência da primeira falha para itens não-reparáveis;

4 7 - TBF (time between failure) corresponde ao tempo compreendido entre duas falhas consecutivas e seu emprego se dá para itens reparáveis. A esperança dos diversos TBF é denominada MTBF (mean time between failure); - TTR (time to repair) significa o tempo utilizado para restabelecimento das condições operacionais do item, a esperança dos diversos TTR é denominada MTTR (mean time to repair) - f(t) t A 1-A = R( t) Figura 6.3 : Função de densidade de falhas (TBF). tempo (TBF/TTF) F(t) R( t ) t Tempo (TBF/TTF) Figura 6.4 : Função de distribuição acumulada de falhas (TBF). No estudo da confiabilidade, a derivada de F(t), distribuição acumulada de falhas, resulta numa função que é equivalente a densidade de probabilidade, e por esta razão é denominada densidade de falhas, f(t), de acordo com Bilinton (1983,p126). Deste modo: df ( ) ( t ) dr( t ) f t = = dt dt

5 8 Há também, um estudo sobre a formulação matemática da confiabilidade, que apresenta como resultado a taxa de falhas λ(t), que é a relação entre a função densidade de falhas f(t) e a função confiabilidade R(t): f ( ) ( t ) λ t = R( t ) Outro importante parâmetro associado à confiabilidade é o tempo médio para falhas (MTTF) que representa a vida média de um sistema, que corresponde à equação: MTTF = 0 ( ) R t dt Bilinton(1983,p154) procura também, alertar para uma diferença conceitual entre o tempo médio para falha (MTTF) e o tempo médio entre falhas (MTBF). Ele salienta que o MTBF, que indica o ciclo entre falhas, excede o MTTF por uma margem que é atribuída ao tempo para reparo. Porém, como o tempo para reparo da maioria dos sistemas é, geralmente, muito pequeno em relação ao tempo de operação, os valores numéricos desses parâmetros são bastante próximos. c) Mantenabilidade A mantenabilidade é a probabilidade de que um item que tenha falhado possa ter sua condição operacional restabelecida, dentro de um período de tempo específico, quando a ação de manutenção é executada de acordo com um planejamento estabelecido. É característica definida previamente nas fases de projeto e instalação do item. O projetista tem que ponderar e avaliar, previamente, certas características do produto, tais como: tamanho, facilidade de montagem, pontos de teste, etc. (GOLDMAN,1997,p28). Um outra definição é encontrada em Barros Filho (1995), probabilidade de que um equipamento ou sistema, que se encontra em falha no instante inicial de observação to, ser reposto em perfeito estado de funcionamento dentro de um intervalo de tempo t. Corresponde à probabilidade PFB identificada na cadeia de Markov na figura 6.1. Observa-se então que a mantenabilidade corresponde ao atendimento das manutenções corretivas ou aleatórias, estando associada à duração das falhas, sendo para o cliente/consumidor os gastos com apoio logístico, tecnológico, entre outros, e principalmente recursos humanos responsáveis pela execução desta atividade. Corresponde, portanto, ao trabalho envolvido para garantir a disponibilidade especificada do sistema, ou seja, a capacidade de atender à demanda de falhas (BARROS FILHO, 1995). A mantenabilidade, conforme Almeida(1989,p2), está associada com os tempos envolvidos nas ações necessárias para o restabelecimento dos equipamentos à condição operacional. Goldman(1977,p50) classifica o tempo necessário para o restabelecimento de um equipamento em duas categorias: - Tempo de manutenção ativa, que corresponde às ações de localização da falha estudo, análise e avaliação, reparo e testes; - Tempo administrativo associado aos processos administrativos, tais como, preparação das equipes, seleção de materiais, documentação técnica, deslocamentos, etc.

6 9 As observações que podem ser realizadas sobre a mantenabilidade de um equipamento ou sistema, são os tempos para reparo (TTR) e seus componentes. A partir do TTR se obtém o tempo médio para reparo (MTTR), tomando a média aritmética daqueles tempos. O tempo médio para reparo constitui o parâmetro que caracteriza a mantenabilidade. (BILINTON, 1983) f(t) F(t) A= M( t) Figura 6.5 : Função de densidade de reparo (TTR). tempo (TTR) t M( t ) t tempo (TTR) Figura 6.6 : Função de distribuição acumulada de reparo (TTR). A análise do processo de reparo permite observar que há uma grande variedade de cursos alternativos de ação necessários para possibilitar o retorno de um item à condição normal de operação. O processo, em geral, requer que as equipes de manutenção se esforcem, de forma que um grande número de intervenções tenha curto tempo para reparo, enquanto poucos números tenham grandes tempos de reparo. Sendo previsível o comportamento padrão das freqüências de ocorrências dos tempos de interrupção. Quanto à distribuição dos tempos de manutenção, estes tendem a ser distribuídos pela função log-normal, pois está baseada na Lei de Weber-Fechner, que provou que o

7 1 tempo de resposta de animais e elementos humanos a simples estímulos físicos ou percepções são freqüentemente log-normal. Estudos experimentais mais recentes do tempo de reação de elementos humanos para modelos de percepção mais complicados, envolvendo algum grau de aprendizagem, indicaram que esses tempos de reação seguem uma distribuição log-normal. É também verdadeiro, que o processo de localização e retirada de uma falha em equipamentos, seguem um processo de partição caracterizado pela lógica. Desse modo, essas considerações indicam que os tempos de paralisação quando da manutenção de sistemas são lognormalmente distribuídos, visto que, a localização e correção de falhas em equipamentos são uma extensão do processo lógico de colocar coisas em categorias. Há, também, a variabilidade devida ao treinamento do pessoal, ou seja, pessoal com mais experiência tende a reduzir a média e o desvio padrão da distribuição do tempo de execução de manutenção. Em relação ao tempo médio para reparo, Lafraia cita que o método mais utilizado para estimar este é efetuar a média ponderada dos tempos de reparo de cada modo de falha, a ponderação é feita pela respectiva taxa de falha. λ. t r MTTR = λ d) Disponibilidade A disponibilidade é um atributo de um sistema associado ao seu estado operacional, que representa a probabilidade do mesmo estar disponível num determinado instante, considerando as duas situações possíveis: Operação ou Falha (SILVA, 2000,p16). Barros Filho (1995) define como a probabilidade de um equipamento ou sistema estar em condições de operar, dentro dos limites para o qual foi especificado, no instante em que for solicitado. Corresponde a probabilidade Pbb identificada na cadeia de Markov na figura 6.1. Observa-se então que a disponibilidade corresponde ao estado em operação (B), sendo para o sistema produtivo o equivalente ao estado em que o equipamento/máquina estaria servindo/produzindo (Bom), correspondendo, portanto, à Receita do sistema. Considerando o aspecto probabilístico associado à disponibilidade, deve ser evitada a utilização da expressão abaixo para avaliação deste atributo, esta induz a um raciocínio determinístico, proporcionando a falsa idéia de uma exatidão de valor. Tempo _ de _ operação Disponibilidade = Tempo _ de _ operação + Tempo _ de _ falha O correto seria obter-se um estimador para o citado atributo, dado o seu caráter probabilístico, que geralmente é feito com base na mantenabilidade e na confiabilidade. A mantenabilidade influencia diretamente na disponibilidade, pois o tempo empregado no restabelecimento das condições operacionais, necessariamente retira o item da condição de operação. Por outro lado, uma alta confiabilidade implica em menos necessidade de manutenção. Conseqüentemente, a disponibilidade é uma composição dos atributos confiabilidade e mantenabilidade. Numa extensão de conceitos, Goldman (1977,p26) classifica a disponibilidade em categorias, cujas expressões a seguir, podem ser utilizada como estimadores:

8 1 - Disponibilidade inerente (Ai): É a disponibilidade que um item apresenta, quando usado sob condições apropriadas, para poder operar satisfatoriamente durante um dado período de tempo, tendo disponível todo o suporte operacional necessário, e sem considerar qualquer tipo de manutenção programada. São admitidas, somente, manutenções corretivas. Também não são considerados os tempos administrativos de manutenção, nem o tempo de prontidão, em que o item está preparado para operar, mas não é requisitado. Sua expressão é: MTBF Ai = MTBF + MTTR - Disponibilidade alcançada Aa: é a disponibilidade que um item apresenta, quando usado sob condições apropriadas para poder operar satisfatoriamente durante um dado período de tempo, tendo disponível todo suporte operacional necessário e considerando o tempo usado nas manutenções preventiva e corretiva. Também não são considerados os tempos administrativos de manutenção nem o tempo de prontidão. Sua expressão é: Aa = Onde: MTBM MTBM + M MTBM tempo médio entre manutenções M tempo médio para manutenção ativa (corretiva+preventiva) - Disponibilidade operacional Ao: É a disponibilidade que um item apresenta, quando usado sob condições apropriadas, para poder operar satisfatoriamente durante um dado período de tempo, tendo disponível todo suporte operacional necessário. Sua expressão é: MTBM Ao = MTBM + MDT Onde: MTBM tempo médio entre manutenções e prontidão no mesmo intervalo MDT tempo médio de indisponibilidade, incluindo os tempos administrativos. Observa-se que o usuário de um equipamento geralmente está interessado na disponibilidade operacional, que depende de suas características (incluindo a confiabilidade e a mantenabilidade) e dos recursos logísticos para atendimento dos requisitos da manutenção. Almeida (1984, p116) enfatiza que a disponibilidade dá uma visão geral, porém, não indica diretamente quanto o equipamento ou a manutenção contribuem para o seu desempenho. É necessário incluir o fator suprimento de recursos dentro da

9 1 Mantenab. (M) TTR) mantenabilidade, para que seja englobada toda estrutura de manutenção: equipes e facilidades de apoio logístico. GOLDMAN/SLATTERY(1977) mostra que, para uma dada disponibilidade especificada, existe um compromisso entre a mantenabilidade (MTTR) e a confiabilidade (MTBF=1/λ ), conforme pode-se ver no gráfico a seguir. Veja que, pode-se gastar mais no investimento (Confiabilidade, Ponto A), ou, por outro lado, escolher-se gastar mais em trabalho (Mantenabilidade, Ponto B), obtendo-se a mesma disponibilidade especificada. Neste caso 95% (noventa e cinco por cento). 80% Disp. 90% Disp. 95% Disp Confiabilidade -1 ( λ = 1/MTBF) Figura 6.7 : Compromisso entre Confiabilidade e Mantenabilidade. Convém salientar que com a competitividade mundial e conseqüente busca pela qualidade total, hoje existente, já se pode observar uma elevação da confiabilidade (melhoria da qualidade intrínseca) e equipamentos mais fáceis de manter, sem sensível elevação dos gastos, seja no investimento, seja na infra-estrutura de manutenção, principalmente no que concerne a indústria eletrônica. e) Qualidade de serviço É definida como a conformidade entre o grau de funcionamento e a capacidade do equipamento e/ou sistema, associada à degradação, quando o equipamento encontra-se em operação e não é produzido uma mudança nas características de funcionamento além do limite desejável para o qual o equipamento/sistema foi especificado e projetado. Para exemplificar, citam-se 2(dois) exemplos em telecomunicações: Qualidade de serviço funcional: Está associada à qualidade intrínseca para o qual o equipamento/sistema foi projetado. Em telecomunicações, chamada de qualidade de

10 1 transmissão, está associada à inteligibilidade, onde através de uma conversação telefônica se identifica perfeitamente com quem e o que se está falando, além da garantia de uma comunicação sem ruídos, interferências ou distorções. No caso de comunicações digitais consiste em garantir uma taxa de erro mínima especificada para o canal. É definida então como o critério de aceitabilidade (Conformidade) da qualidade intrínseca. Qualidade de serviço de capacidade: Está associada à capacidade máxima para o qual o equipamento/sistema foi projetado. Em telecomunicações, chamada de qualidade de tráfego, está associada com o estabelecimento de uma conexão entre dois pontos de comunicação. Está diretamente correlacionada com a receita. f) Defeito É um desvio inaceitável da especificação de um atributo ou medida da qualidade, é uma característica indesejável de um produto ou serviço. Defeito não significa perda da capacidade funcional. Ex.: Um automóvel 0 km com teto amassado. g) Falha É um defeito relacionado com a confiabilidade da performance, é a falta de capacidade funcional de uma unidade em realizar sua função quando requerida é um estado inoperável no qual um item não desempenha ou não desempenharia suas funções como especificado. Ex.: O freio não funciona. h) Custo É uma função de pessoal, energia, reserva técnica, equipamentos de suporte, ferramental, apoio logístico e estrutura de gerenciamento e planejamento, bem como do investimento inicial do sistema correspondendo assim ao custo do ciclo de vida útil do equipamento / sistema. Relacionado com a confiabilidade, deve ser visto numa visão de ciclo de vida do item englobando os custos diretamente relacionados ao programa de confiabilidade e aos custos associados ao uso do item. Os custos globais, MARTINS(1990), associados a manutenção corretiva podem ser classificados conforme se segue: Custos da falta de disponibilidade e/ou qualidade ou custo indireto: é aquele originado pela perda de produção/serviço enquanto a máquina /equipamento se encontra em manutenção corretiva, inclusive com conseqüente custo adicional (valor econômico) de substituição. Custos dos recursos de manutenção ou custo direto: são os custos da mão-de-obra, gerenciais e executivas, das atividades da manutenção (corretivas, programadas, diversas e reparo), dos instrumentos associados, dos materiais de apoio e ferramentais, sobressalentes e recursos de prontidão, etc. MONCHY(1989) e MARROW(1976) indicam que uma das decisões a ser tomada pelo gerente de manutenção é a decisão entre investir em força de trabalho e/ou recursos,

11 1 elevando-se os custos diretos e diminuindo-se os indiretos e vice-versa, gerando um compromisso de forma a otimizar os custos globais, maximizando os objetivos. Verificase, na figura 3.31, que existe um ponto de custo mínimo (Q 0 ), que pode, ou não, coincidir com o custo ótimo. CUSTO TOTAL CUSTO DIRETO CUSTO INDIRETO Q 0 QUANTIDADE DE RECURSOS Figura 6.8 : Custos Globais de manutenção. Em muitas ocasiões, o custo da falta de disponibilidade pode variar enormemente, a depender de fatores relacionados com vendas e armazenagem do produto, bem como a importância do serviço prestado pelo equipamento/sistema. Devendo, estas estimativas de custo serem utilizadas para apoio à tomada de decisão no confronto manutenção x produção na ocasião mais adequada. Em caso desses dados ainda não se encontrarem disponíveis deverá ser utilizado o conhecimento à priori dos especialistas que gerenciam o sistema, para que estes possam indicar as prioridades associadas à importância desse sistema e conseqüências da indisponibilidade Manutenção A manutenção está associada tanto com a produtividade na execução da tarefa ou trabalho para geração do produto ou prestação de serviço, como também na obtenção da qualidade, para uma primeira compreensão desta importante área de estudo, se faz necessário entender os significados a ela atribuídos: AFNOR - Association Française de Normalisation (NF X ) Conjunto de ações que permitam manter ou restabelecer, a um sistema, o estado de funcionamento.

12 1 ABNT - Associação Brasileira de Normalização Técnica (NBR ) Conjunto de ações destinadas a manter ou recolocar um item no estado no qual pode executar sua função requerida. Larousse, 1999 Ação ou efeito de manter, de substituir, conservar. Ação de manter, de conservar em bom estado, trabalhos de pessoas necessários para chegar a isso. Serviço de conservação, fiscalização em certas empresas, oficinas. Conjunto de operações que permitem manter (ou restabelecer) um material, um aparelho, um veículo, etc. em (ou até) estado determinado, ou restituir-lhe característica de funcionamento especificada. FERREIRA, 1975 As medidas necessárias para a conservação ou permanência de alguma coisa ou de uma situação. Os cuidados técnicos indispensáveis ao funcionamento regular e permanente de motores e máquinas. GOLDMAN; SLATTERY, 1977 Todas as ações necessárias para manter um item ou restaurá-lo à condição de serviço. A manutenção inclui reparo, modificação, modernização, vistoria, inspeção e determinação de condição. BARROS FILHO, 1995 Um conjunto de atividades, gerenciais e executivas, com a finalidade de garantir e melhorar a disponibilidade [f(confiabilidade, mantenabilidade)], a qualidade de serviço e eficiência dos trabalhos no setor produtivo e de escritório, com a finalidade de otimização de custos, contribuindo com a obtenção de eficácia e elevação da produtividade da empresa. Segundo Smith(1993), o histórico da manutenção industrial, através das duas décadas passadas, apresenta alguns clássicos problemas de manutenção que se encontram listados abaixo, tendo estes problemas ocorridos em algumas empresas: a. Insuficiência de manutenção pró-ativa este problema é claramente simples, por causa dos grandes gastos dos recursos de manutenção na planta com a manutenção corretiva, devido a algumas vezes a equipe de manutenção operar de modo reativo. b. Repetição freqüente de problemas este tem um vinculo direto com o precedente relativo ao modo de operação reativa que apenas tem tempo para restaurar a operabilidade, não deixando tempo ou informação suficiente que se saiba a causa da falha do equipamento e qual a maneira correta de corrigir este problema permanentemente. c. Erro de manutenção a humanidade é passível de erros e estes podem ocorrer durante as atividades de manutenção (preventiva ou corretiva). O

13 1 mínimo erro tolerado nos programas de manutenção irá depender das conseqüências causadas pelos mesmos, podendo variar em 1 em 100 para 1 em 1 milhão. d. Manutenção prática, sólida, não institucionalizada um caminho para resolver erros humanos é, o iniciante, saber os procedimentos e as práticas que podem garantir que não sejam cometidos erros e então institucionalizálas nos hábitos de trabalho diários da planta. e. Manutenção preventiva desnecessária e conservativa à primeira vista, pode parecer um conflito com o item um, mas a evidência histórica mostra que alguma atividade de manutenção preventiva é desnecessária. O segundo problema, manutenção conservativa, ocorre devido a algumas ações de manutenção preventiva possuírem evidências suficientes, sugerindo o desempenho prematuro destas ações. f. Vaga racionalidade para manutenção preventiva a ausência de informação sobre a origem da tarefa de manutenção preventiva ou documentação desta tarefa na planta é uma regra e não uma exceção. g. Ausência de rastreamento/visibilidade nos programas de manutenção se a planta não desempenha rotina de análise de causa nos equipamentos em falha, negligenciando registro de manutenção preventiva, são perdidas as informações significativas na área de rastreamento e visibilidade. h. Aceitação cega dos dados fornecidos pelo fabricante o fabricante quase sempre fornece um manual de operação e manutenção na entrega do equipamento. Do ponto de vista da manutenção preventiva, há dois problemas com estes dados fornecidos: o 1 o, o fabricante não pensa necessariamente na questão da manutenção preventiva do equipamento de maneira compreensiva e preço eficaz; 2 o, o fabricante vende os equipamentos para vários consumidores que os operam em diferentes aplicações, por exemplo: ciclo de uso e umidade, possuindo diferentes perfis de operação. i. Variação entre unidade igual / similar na manutenção preventiva uma dada companhia que possui múltiplas plantas / unidades envolvidas na produção são freqüentemente idênticas virtualmente, possuindo um grande número de equipamentos idênticos ou similares. Assim, sob estas circunstâncias, poderia ser razoável a utilização de um programa de manutenção preventiva que pudesse assumir procedimento padronizado, não sendo algumas vezes assumidos devido a características de operação e manutenção que algumas plantas podem ter. j. Escassez de aplicação de manutenção preditiva há uma área inteiramente nova na tecnologia da manutenção desenvolvida por vários anos chamada manutenção preditiva, também conhecida pelo nome de monitoração e diagnose e monitoração de desempenho. Elas descrevem a medição de um parâmetro de modo não-intrusivo que informa o estado do equipamento impedindo uma manutenção prematura e desnecessária Ações da manutenção

14 1 Podemos agrupar as atividades de manutenção em três grandes grupos: as atividades de manutenção corretiva, preventiva e preditiva. a) Manutenção corretiva A manutenção corretiva não pode ser programada, dada à natureza aleatória da falha e as incertezas que cercam a tomada de decisões correspondentes. Este tipo de manutenção não ocorre apenas na decorrência de uma falha, como também quando há indicação por critérios de acompanhamento de condição. Assim as alternativas em se tratando de um item de reposição complexa são: reparo no local ou substituição, definidos em função de critérios como custo da indisponibilidade, tempo de reparo e de substituição, e indisponibilidade de recursos envolvidos. (GOLDMAN; SLATTERY, 1977) É aquela que se conduz quando o equipamento à falha ou cai abaixo de uma condição aceitável quando em operação. Manutenção efetivamente realizada em um item, quando o defeito já foi identificado, restituindo-se a condição admissível (MIRSHAWKA; OLMEDO,1993) b) Manutenção preventiva Ações preventivas podem ser programadas e executadas sob a forma de um plano de manutenção preventiva. Qualquer que seja a definição tomada para manutenção preventiva, esta sempre incorpora uma característica comum através de uma ação no sentido de tentar evitar a ocorrência da falha do equipamento ou sistema. Aquela manutenção executada para conservar um item na condição operacional satisfatória através de inspeção sistemática, detecção e prevenção de falhas iniciais. (GOLDMAN; SLATERRY,1977) Todos os serviços de inspeção sistemática, ajustes, conservação e eliminação de defeitos, visando evitar falhas. Manutenção preventiva por tempo Serviços preventivos estabelecidos através de programação (preventiva, sistemática, lubrificação, inspeção ou rotina), definidos por unidade-calendário (dia, semana) ou por unidade não-calendário (horas de funcionamento, quilômetros rodados, etc) Manutenção preventiva por estado Serviços preventivos executados em função da condição operativa do equipamento (reparos de defeitos, preditiva por monitoramento e reforma / revisão geral). (TAVARES, 1996) c) Manutenção preditiva Mirshawka e Olmedo em 1993 definiram manutenção preditiva como sendo aquela manutenção preventiva baseada no conhecimento do estado / condição de um item, através de medições periódicas ou contínuas de um ou mais parâmetros significativos. A intervenção de manutenção preditiva busca de detecção precoce dos sintomas que precedem uma avaria Papel da administração da manutenção A atividade da manutenção está diretamente ligada à capacidade produtiva e bem organizada e administrada, melhorando o desempenho do equipamento para garantir uma

15 1 boa qualidade e durabilidade dos produtos e/ou serviços, tornando a empresa mais competitiva. A administração da manutenção procura tratar como a empresa efetua os seus serviços, procurando abordar tarefas, problemas e decisões tomadas pelo gerente de manutenção que proporcionam os serviços necessários à empresa. Por papel, entende-se a razão básica da função ou a principal razão de sua existência. Assim, para a função manutenção existem três papéis importantes a serem considerados, são eles: - Apoio à estratégia Procura desenvolver seus recursos fornecendo as condições necessárias para permitir que a organização atinja os seus objetivos estratégicos. Por exemplo, se uma empresa de telefonia celular deseja ser a primeira no mercado, deve organizar, treinar e desenvolver procedimentos para que seus funcionários resolvam de maneira eficaz o problema. - Implementação para a estratégia Coloca em prática a estratégia estabelecida para a empresa. No caso da empresa de telefonia celular, deveria existir uma boa área de cobertura geográfica para que possa atrair o maior número de clientes, o marketing deve estabelecer o preço apropriado e promoções para as ligações e a manutenção deve proporcionar uma disponibilidade dos serviços para seus clientes. - Impulsão estratégica tem a função de impulsionar a estratégia dando vantagem competitiva a longo prazo. No caso de uma empresa possuir um serviço de manutenção relapso e custo elevado, poderá a longo prazo ocasionar o declínio da empresa pela elevada insatisfação que irá provocar aos usuários. Slack apresenta um modelo de quatro estágios que é adaptado à administração da manutenção para que possa ser usado na avaliação do papel competitivo e a sua contribuição: - Neutralidade interna é o nível mais fraco de contribuição, onde a manutenção é considerada como um mal necessário e, a sua contribuição é considerada como um prejuízo à eficácia competitiva da organização. - Neutralidade externa neste nível a função manutenção é comparada com outras organizações similares. A função manutenção não está prejudicando a empresa, mas estará sendo adotada a melhor prática de suas concorrentes, seguindo as melhores idéias e normas para desempenho. - Apoio interno Neste estágio, a empresa atingiu a primeira divisão do mercado. Pode não ser melhor que as concorrentes em todos os aspectos de desempenho, mas está junto às melhores. Assim, organiza e desenvolve os recursos para manutenção e assume o papel implementando a estratégia. - Apoio externo A função manutenção é vista como provedora, base para o sucesso competitivo, tornando-se o ponto central para a preparação da estratégia (manutenção pró-ativa).

16 Processos de falha Segundo Kelly, 1980, as falhas em equipamentos/sistemas, quanto à origem, podem ser classificadas em: a) Falhas causais ou introduzidas: - Especificação não conforme: Falta de visão sistêmica, bem como uma especificação sem participação dos órgãos responsáveis pelo setor produtivo (Pósoperacional - Manutenção e Operação) pode trazer, em conseqüência, falhas que deveriam ser eliminadas utilizando o conhecimento desses órgãos (aprendizado com o sistema), além de problemas de compatibilização com outros sistemas dependentes. - Projeto inadequado: Falta de robustez e mau dimensionamento das peças, locais de difícil acesso e/ou circulação, componentes ou partes difíceis de serem trocadas, induzindo a trocas errôneas, sistema de segurança em local inadequado, peças não padronizadas que causam esforços ou sobrecargas inadequadas reduzindo-se o rendimento e vida útil do equipamento, introduzindo falhas adicionais ao sistema e/ou equipamento. - Má qualidade da fabricação: São originárias da deficiência ou inexistência do controle de qualidade durante a fabricação da máquina, equipamento ou unidade, onde ocorrem negligências de um modo geral. Mudanças não autorizadas de projeto ou até pressa na entrega levam à introdução de arranjos ( gambiarras ) que inevitavelmente irão se manifestar com o passar do tempo, produzindo problemas futuros. Alinhamentos, soldas, rebitagens e uma infinidade de operações mal feitas. Controle de qualidade do fabricante inadequado, onde não se eliminam as falhas precoces (mortalidade infantil) antes da entrega do produto (testes de burn-in), o que trarão, como conseqüência, a elevação das taxas de falhas (demanda de corretivas) durante a fase inicial de operação. - Má qualidade da instalação: Instalações executadas em ambientes inadequados, erros de montagem e cabeações, testes com instrumentos não aferidos e não calibrados, pressa na entrega ocasionando improvisações, não cumprimento das recomendações dos fabricantes, etc. Todas, conseqüentemente, introduzirão defeitos futuros. - Má qualidade de operação: O desconhecimento e desprezo do operador com uma determinada máquina, equipamento ou unidade poderá introduzir defeitos por falha humana, elevando-se a demanda de corretiva. Também improvisações e sobrecargas impostas para atender a uma produção superior à projetada (perda da qualidade de capacidade). Falta de supervisão e controle, falta de orientação, pressa, além de influências ambientais sobre o operador e máquina como: poluição, insalubridade, temperatura, fadiga, monotonia, bem como uma atmosfera de relações humanas precárias pode levar o operador a se vingar na máquina. - Má qualidade de manutenção: Não cumprimento do plano de manutenção programada ou um plano de manutenção programada inadequado ou até inexistência do deste, ferramentas indevidas, equipe não qualificada, falta de supervisão e controle, poluição, insalubridade, temperatura, fadiga, monotonia e uma atmosfera de relações humanas precárias trazem em conseqüência serviços mal feitos e uma séria contribuição

17 2 para falhas e quebras das unidades. Também no que se refere à troca de componentes fora de especificação, como também casos em que o executor de manutenção fica com a preocupação de eliminar o sintoma (o que se vê ) não se preocupando com a causa (o que é), deixando esta última latente, originando novamente defeito, causando retrabalho. b) falhas casuais ou aleatórias São as falhas que deveriam ocorrer normalmente, se todas as condições anteriores estivessem atendidas, tornando assim mínima a demanda gerada por falhas esperadas, dentro de certa previsibilidade, para as quais devem ser estruturadas a organização e administração dos recursos humanos e materiais de suporte e atendimento. Portanto deve ficar claro que a mantenabilidade começa desde a concepção do equipamento, na sua especificação, bem como tecnologia do produto, pois a ergonomia define as facilidades de manutenção do equipamento (interface homem X máquina); a função para o qual o mesmo foi concebido; sua confiabilidade, assim como os procedimentos de manutenção corretiva e sua filosofia de ação a posteriori. Por exemplo: se na concepção definiu-se que o equipamento é descartável (irreparável) então a ação de manutenção corretiva será de substituição; por outro lado se os módulos forem reparáveis será necessário preparar o apoio logístico para função reparo, pois se necessitará da mesma após ação de manutenção corretiva, etc. Vê-se, por exemplo, o caso de aviação, onde a vantagem de se investir em uma alta confiabilidade, bem como as ações preventivas, é de fundamental importância para que as manutenções corretivas (mantenabilidade) fiquem, obviamente, em pequenos reparos que não interferem na sua disponibilidade operacional. Também o projeto do sistema implantado define a topologia do sistema que vai influenciar diretamente nas ações envolvidas. Vê-se então, a natureza multidimensional da mantenabilidade. Deve-se utilizar as informações nas ações de mantenabilidade como um sistema adequado de aprendizagem, que consiste em reunir e divulgar estas informações sobre problemas detectados, principalmente os mais significativos para se chegar a um nível ótimo de manutenção de um sistema em funcionamento. Como também, deve-se dar retorno aos fabricantes para que estes possam buscar melhorias na confiabilidade em seus novos produtos (Controle Inicial), pois, só desta forma poderia se conseguir resultados satisfatórios numa abordagem terotecnológica. Fonte : J. Moubray

18 2 Figura 6.9 : Curva da banheira. EVOLUÇÃO DAS VISÕES DOS PROCESSOS DE FALHAS 3 a. G e r a ç ã o 2 a. G e r a ç ã o 1 a. G e r a ç ã o CURVA DA BANHEIRA A Curva A é a própria Curva da Banheira. A Curva B mostra uma taxa de falha constante ou quase constante durante um certo período de tempo, terminando em uma fase de desgaste. A Curva C mostra uma taxa de falha que aumenta gradativamente, sem que se possa identificar uma fase distinta de envelhecimento. A Curva D representa uma taxa de falha que é praticamente nula assim que o produto sai da fábrica, seguida de um aumento significativo para um patamar constante ou quase constante. A Curva E ilustra uma taxa de falha constante no tempo. Por fim, a Curva F é representativa de um componente sujeito à mortalidade infantil, o qual após o período inicial, passa a ter uma taxa de falhas constante ou praticamente constante. Como pode ser visto, os três últimos padrões não apresentam uma fase de envelhecimento (a rigor, tampouco a Curva C apresenta uma fase de desgaste distinta). Para equipamentos desses tipos, não faz sentido a especificação de tarefas de Manutenção Preventiva baseadas em um intervalo de tempo fixo Distribuição de probabilidades em confiabilidade Uma análise no histórico de manutenção de um equipamento revela que itens iguais, de um mesmo lote de fabricação, não falham ao mesmo tempo. Em geral, a falha desses itens obedece a uma distribuição de probabilidade. A determinação da distribuição de probabilidade que rege o comportamento operacional de um equipamento, até que o mesmo venha a falhar, pode ser determinado através de um teste de amostragem. As distribuições de probabilidade, que possibilitam esse estudo, podem ser agrupadas em dois tipos básicos: discretas e contínuas.

19 2 Em seguida, são apresentados os comentários sobre as principais distribuições ligadas à confiabilidade, tomando como base O Connor(1985,cap.2). a) Distribuições discretas São aquelas associadas às variáveis aleatórias que somente podem assumir valores discretos. As mais importantes para o estudo da confiabilidade são: i. Distribuição binomial Focaliza uma situação em que há somente dois resultados possíveis, como por exemplo, o estado e um equipamento: em manutenção ou operação. Acrescenta-se o fato de que todos os possíveis resultados subseqüentes tenham as mesmas probabilidades. Sua função de distribuição de probabilidades é regida pela seguinte expressão: f n! Ι = p x 1 p x!! ( x n, p) ( n x) ( ) ( n x ) A expressão acima fornece a probabilidade de se obter x casos favoráveis e não-x casos desfavoráveis em n observações, em que p é a probabilidade associada aos casos favoráveis e 1-p, aos desfavoráveis. O valor esperado E(x) e o desvio padrão DP dessa função são respectivamente: E ( x) = np DP = np( 1 p) ii. Distribuição de Poisson Esta distribuição está associada a eventos que ocorrem a uma taxa média constante, em que apenas um de dois possíveis resultados é considerado. Sua função de distribuição de probabilidade é caracterizada pela seguinte equação: n ( λt ) f ( xιλ) = exp( λx ) n! O valor esperado E(x) e o desvio padrão DP dessa função são respectivamente: E( x) = λx DP = ( λx) 1 2 Essa função pode ser utilizada, por exemplo, para estudar o número de equipamentos recebidos para manutenção em determinado período. b. Distribuições contínuas i. Distribuição normal

20 2 Esta função de distribuição apresenta grande aplicação na descrição de fenômenos que ocorrem na vida real, sendo amplamente empregada em controle de qualidade. Uma grande razão para aplicação desta função é que, quando se aumenta o tamanho da amostra de uma população, a distribuição das médias amostrais tende para a distribuição normal, conforme estabelece o teorema do limite central. Sua expressão é: x µ f ( xιµ, σ) = exp σ 2π 2 σ O valor esperado E(x) e o desvio padrão DP desta função são respectivamente μ e σ. No caso particular em que μ = 0 e σ = 1, tem-se a função densidade de probabilidade normal padronizada, que é facilmente encontrada em forma de tabela. ii. Distribuição lognormal É a função de distribuição de probabilidade adequada para a análise de confiabilidade, pois permite representar o comportamento de sistemas reparáveis que apresentam características de desgastes decorrentes do ciclo operacional. Sua expressão é: 2 1 (ln x µ ) f ( xιµ, σ) = exp 2 para x 0 e f(x) = 0 para x < 0 σx 2π 2σ O valor esperado E(x) e o desvio padrão DP desta função são respectivamente: 2 σ E( x) = exp µ + 2 DP = 2 2 exp(2µ + 2σ ) exp(2µ + σ ) iii. Distribuição exponencial negativa Esta função de distribuição de probabilidade é por demais empregada no estudo de confiabilidade, pois possibilita mostrar a função de vida útil de um equipamento reparável, representando, portanto, a densidade de falha. Sua expressão é: f λx ( xι λ) = λe para x 0 e ( xιλ) = 0 f para x < 0 O valor esperado E(x) de o desvio padrão DP desta função são: E(x) = 1/λ e DP = 1/λ O valor esperado expressa o tempo médio para falha e o parâmetro λ representa a taxa de falhas do equipamento. Pelo fato da distribuição exponencial negativa representar a vida útil de um equipamento, pode-se obter uma expressão matemática que descreva a expectativa de vida útil do mesmo, ou seja, a função confiabilidade. Ela corresponde à probabilidade de não ocorrer falha no equipamento até o tempo x.

21 2 Considerando o tempo como variável, a função confiabilidade é obtida integrando λx a função f ( xι λ) = λe de 0 até t e subtraindo o resultado de 1, ou seja: R( t) = 1 t 0 λe λ t dt A distribuição exponencial negativa apresenta a propriedade de não possuir memória. (BILLINTON, 1983,p153) e considerando que muitos equipamentos formados por componentes eletrônicos têm esta característica, tal fato reforça a condição da utilização da distribuição exponencial negativa na análise da confiabilidade dos mesmos. iv. Distribuição de Weibull Expressão semi-empírica desenvolvida por Ernest Hjalmar Wallodi Weibull, físico sueco, que em 1939 apresentou o modelo de planejamento estatístico sobre fadiga de material. Como citado anteriormente, sua utilidade decorre do fato, de permitir: - Representar falhas típicas de partida (mortalidade infantil), falhas aleatórias e falhas devido ao desgaste; - Obter parâmetros significativos da configuração das falhas; - Representação gráfica simples. a) Principais Expressões Matemáticas - Probabilidade de falhas de um item, num dado intervalo de tempo "t" de operação. F(t) ==> Função Distribuição Cumulativa - Probabilidade a qual o equipamento não irá falhar para um dado período de tempo "t"de operação (Confiabilidade) - Tempo Médio Entre falhas (TMEF) - Desvio Padrão

22 2 "Γ " => Símbolo da Função Gama b) Significado dos parâmetros da Distribuição de Weibull "t 0 " => Vida Mínima ou Confiabilidade Intrínseca (tempo de operação o qual o equipamento passa a apresentar falhas, ou seja, intervalo de tempo que o equipamento não apresenta falhas). "η " => Vida Característica ou Parâmetro de Escala (intervalo de tempo entre "t0" e "t" no qual ocorrem 63,2% das falhas, restando portanto, 36,8% de itens sem falhar). "β " => Fator de Forma (indica a forma da curva e a característica das falhas). "β < 1" mortalidade infantil "β = 1" falhas aleatórias (função exponencial negativa) "β > 1" falhas por desgaste c) Observações relativas ao Fator de Forma "β " A escolha apropriada de "t 0 ", "β " e "η " na Distribuição de Weibull pode ser usadas para representar uma larga faixa de distribuições, incluindo tanto distribuições randômicas (exponencial negativa) quanto distribuições aproximadamente normal. Embora a experiência tenha mostrado que a distribuição de Weibull possa ser usada para representar a grande maioria de modelos de falha, é essencial notar que é uma função semi-empírica, e pode não ser capaz de representar algumas distribuições particulares encontradas na prática. Com relação ao Fator de Forma "β ", temos que: - Se "β = 1" (taxa de falha constante), pode ser uma indicação que modos de falhas múltiplos estão presentes ou que os dados coletados dos tempos para falhar são suspeitos. Este é freqüentemente o caso dos sistemas os quais diferentes componentes têm diferentes idades, e o tempo individual de operação dos componentes não estão disponíveis. Uma taxa de falhas constante pode também indicar que as falhas são provocadas por agentes externos, tais como: uso inadequado do equipamento ou técnicas inadequadas de manutenção. O modo de falhas por desgaste é caracterizado por "β > 1", mas podem ocorrer situações as quais as falhas por desgaste ocorram depois de um tempo finito livre de falhas, e um valor de "β = 1" é obtido. Isto pode ocorrer quando uma amostragem contém uma proporção de itens imperfeitos, acarretando falhas antes de um tempo finito livre de falhas. Os parâmetros da Distribuição de Weibull dos modos de falhas por desgaste podem ser deduzidos se forem eliminados os itens imperfeitos e analisados os seus dados separadamente. (QUALYTEC)

23 2 d) Observações relativas à vida mínima t 0 t0 é o parâmetro de vida inicial da distribuição de Weibull e representa a distância da origem até o início da primeira falha. Na maioria dos casos é igual a zero, significando que no tempo 0 (zero) a probabilidade de ter-se falha é zero. 6.2 Manutenção centrada na confiabilidade Importante metodologia para a gestão da manutenção em uma empresa a manutenção centrada na confiabilidade fornece métodos baseados na confiabilidade dos equipamentos envolvidos que visam manter estes sempre com uma elevada confiabilidade. a) Prática da manutenção preventiva tradicional Segundo Moubray(1990), historicamente, a seleção e o planejamento das tarefas de Manutenção Preventiva (MP) têm freqüentemente sido baseadas na idéia de que a mesma pode evitar a grande maioria dos modos de falhas dos equipamentos mas, infelizmente, isso não é verdade. Tarefas específicas de MP têm sido usualmente identificados na base do que pode ser feito e não, necessariamente, do que deveria ser feito e porque. O paradigma central na manutenção tradicional é a preservação do equipamento, sem uma preocupação consciente das suas funções no sistema e de suas prioridades em termos de alocação de recursos com vistas a uma otimização dos gastos em manutenção. A maioria dos programas de MP tem sido gerados a partir de uma série de processos mais ou menos intuitivos que, tipicamente, incluem um ou mais dos seguintes argumentos: Experiência "Tem sido feito desse modo nos últimos 15 anos, portanto, deve ser bom". Esta é a justificativa mais comum para o uso de determinada tarefa de MP. Na realidade, ninguém parou para perguntar se de fato o que vinha sendo feito era o que deveria ser feito. Pode ser que no início da operação do equipamento, a tarefa fosse de fato a mais indicada. Depois de todas as modificações introduzidas na instalação nos últimos 15 anos, tais tarefas podem ter ficado totalmente sem sentido. A adoção de novas técnicas de MP poderia ser muito mais custo - eficiente na atualidade. Isto não significa que experiência não seja importante, mas sim que a experiência tem que ser constantemente analisada para se poder tirar proveito dos resultados positivos e negativos. Julgamento "Eu acho que isso deve ser uma boa coisa a fazer"