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Magíster en Gestión de Activos y Mantenimiento Estrategias de Mantenimiento

Raúl Stegmaier

Objetivos Generales del Modulo


Establecer Criticidad.


Manejar conceptos de confiabilidad en la definición de

políticas de mantenimiento.
Desarrollar una aproximación lógica a la formulación

de una estrategia de mantenimiento en sus propias organizaciones.

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2

Agenda


Introducción
Mantenimiento centrado en Confiabilidad y la

confiabilidad como herramienta de modelación
El negocio del mantenimiento
El mantenimiento como sistema
Estrategias de Mantención

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3

Evaluación

Control

50%

Trabajo en equipo 50% (max 4 personas)

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4

“Debe ser considerado que no hay nada más difícil de realizar, ni más dudoso de éxito, ni más peligroso de dirigir, que iniciar un nuevo orden de cosas. Para el reformista hay enemigos en todos aquellos que se benefician por el viejo orden.”

N. Machiavelli El Príncipe, Siglo XV

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El Contexto

¿Cuál es el Propósito del Mantenimiento?




Conservación del patrimonio,




Mejoramiento de la

“Asegurar la función

performance,

a mínimo costo global”




Aumento de la disponibilidad

Diseño

Ejercicio

y Reducción de los costos

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6

El Contexto: Modelo del Negocio

Valor para el dueño Margen del Negocio

Valor de los Activos

Recursos

Mantenimiento

Gestión del Negocio

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Producción

Recursos

Asegurar función mínimo costo global

7

El Contexto: El Proceso de la Mantención

ENTRADAS

PROCESOS DE LA MANTENCION Desarrollo Planificación Ejecución Control

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SALIDAS

2BR

8

El Contexto: Proceso de Mantenimiento

Identificación

Planificación

Programación

Proceso habitual de Mantenimiento

Mejoramiento Continuo

¿Dónde están las oportunidades de negocio? Análisis

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Ejecución

Asignación

9

El Contexto: Proceso de Mantenimiento

Identificación

Planificación

Programación

KPI de análisis y mejoramiento KPI de Resultado • Permanentes • Bajo demanda

Análisis

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Ejecución

Asignación

10

El Contexto: RCM

Pocos vitales

Causas RSB – Depto. Industrias

11

Análisis de Criticidad

Disponibilidad

· Confiabilidad · Mantenibilidad

Criticidad = f ( frecuencia,consecuencia)

Criticidad de las instalaciones

· Directos · De oportunidad Costos RSB – Depto. Industrias

12

Nivel de Óptimo de Confiabilidad

Costo

Costo Mínimo

Costos Totales Nivel de Inversión

Costos de Mantención Nivel de Confiabilidad Optimo

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Confiabilidad

13

El Contexto: RCM

Acciones

Actores

Elaborar plan de Personal de mantención

prevención

Personal de Producción

Medio de mejoramiento

MCC

de la organización

Personal de Servicios Conservación de datos Dirección

históricos de mantención y producción

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El Contexto: RCM

FASE I Selección de área piloto

•Historial de falla (SAP - PM)

•FlowSheet planta •Costo de ineficiencia •Costo de mantención

Estudio de confiabilidad por equipo o componente

•Leyes de vida •Mantenibilidad

Modelamiento de subsistema e instalaciones

•Lógica de falla •Jerarquización en base a criticidad

FASE II •Jerarquización •Leyes de vida •Costos globales

Análisis de seguridad de funcionamiento

•Mejoras a nivel de Diseño •Estrategias de mantención

Modelo General de MCC RSB – Depto. Industrias

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RCM: KPI

Indicadores de seguridad de funcionamiento Confiabilidad = Vida del elemento MTBF (TMEF) Mantenibilidad = Reparación MTTR (TMPR) Disponibilidad = Proporción de tiempo utilizable

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16

Fundamentos

No es posible describir en términos deterministas el tiempo que un componente o sistema funcionará sin fallar

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17

Confiabilidad a Nivel Continuo

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18

Tasa de falla

λ (t)


Es la probabilidad de tener una falla del sistema o del

elemento entre los instantes t y (t+dt) a condición de que el sistema haya sobrevivido hasta el tiempo "t". λ (t) Tasa de fallas de una población homogénea en función de su edad

Rodaje

Vida Útil

Desgaste

t

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Modelos de Confiabilidad DISTRIBUCION WEIBULL f (t ) =

β t −γ    α  α 

R (t ) = e

β −1

× e

 t−γ  −   α 

 t−γ  −   α 

MEDIA

FORMA GRAFICA f(t)

β

λ (t)

β=3

β = 0,5

 β + 1 E (t ) = γ + α × Γ    β 

β

TASA DE FALLA

β = 0,5

β=3 β =1

β= 1 t

0

0

β t −γ  λ (t ) =   α  α  EXPONENCIAL NEGATIVA

λ (t) f (t)

f (t ) = λ e −λ t R (t ) = e

t β −1

E (t) = 1 λ

λ

−λ t

0

con t ≥ 0

0

t

t

NORMAL

− 1 f (t) = e σ 2π

(t − µ )2 2σ2

λ (t)

f(t) 0

t

R (t ) = 1 −

∫

f (t )dt

t

E (t) = µ

0

λ (t ) = 0

µ

t

e ∞

∫e

t−µ  − 12    σ 

2

t−µ  − 12    σ 

2

dt

t

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20

mejoramiento a nivel de diseño de la seguridad de funcionamiento del proceso

Mejorar el diseño de los equipos Redundancia Aumentar la mantenibilidad

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Aumentar la disponibilidad esperada

21

Modelo: Costo Global

Costo Global = Inversión + [Ejercicio + (1 − As ) × H × Ci ]× Fa

Modelo Donde: As: H: Ci: Fa:

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Equipos + Infraestructura

Costos de ineficiencia + Costos de operación

Disponibilidad del Sistema Tiempo de operación en cada período de evaluación Costo de ineficiencia por unidad de tiempo Factor de actualización de los flujos operacionales

22

Modelo: Costo Global

H

H

H

H

H Tiempo

Inversión Costo Ineficiencia Costo ejercicio (operación)

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23

Modelo: Costo Global


Disponibilidad :

UT A= (UT + DT )
UT (up-time) representa el tiempo en que el sistema

está realmente disponible para el funcionamiento.
DT (down-time) representa el tiempo fuera de

servicio imputable a causas técnicas.

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24

Modelo: Costo Global


Disponibilidad :

MTBF A= ( MTBF + MTTR)
MTBF es la esperanza en tiempo de buen

funcionamiento.
MTTR es la esperanza en tiempo de mantención.

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25

Estrategias de Mantención

¿Qué se puede hacer con el proceso en la fase de operación?

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26

Definición de Estrategias de Mantención

Raúl Stegmaier

Objetivos del Mantenimiento




El objetivo del mantenimiento se puede considerar como aquel que permita lograr un balance óptimo entre la asignación de los recursos del mantenimiento y el logro de los resultados de planta.

Recursos de Mantenimiento

Resultados de Planta




RRHH




Repuestos




Herramientas

(disponibilidad, tasa de producción,




Información

etc.)

Objetivos Mantenimiento




Estándares de operación deseados.




Resultados deseados




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Calidad del Producto

28

Objetivos del Mantenimiento


En la práctica el departamento de mantenimiento tendrá que negociar con los requerimientos de los dueños, usuarios y departamento de prevención de riesgo. Objetivos Corporativos

Recursos de Mantenimiento

Resultados de Planta




RRHH




Repuestos




Herramientas

(disponibilidad, tasa de producción,




Información

etc.)

Objetivos Mantenimiento




Estándares de operación deseados.




Resultados deseados




Factores de vida de planta

Calidad del Producto

Factores de seguridad de planta Otros factores de planta


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Uso de energía 29

OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO

Procedimiento para formular los objetivos del mantenimiento. RSB – Depto. Industrias

30

OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO

Objetivo Corporativo (Énfasis en la minimización de los recursos de mantenimiento)

Investigación de mercado

Departamento de ventas Capacidad de producción

Departamento de prevención de riesgos

Política de producción

Estándares de seguridad y medioambientales

Departamento de Producción Plan de producción Programa de producción

Patrón de operación deseado y nivel de disponibilidad

Departamento de Ingeniería Requerimientos de duración y estándares de condición de planta

Ejemplo.

Departamento de mantenimiento

Objetivos de mantenimiento

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31

OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO

Ejemplo.

•Operación continua con disponibilidad promedio de 95% •Horizonte de vida para la planta de mínimo 30 años

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32

Objetivos del Mantenimiento Conclusión




El objetivo del mantenimiento es lograr la operación, productividad, y calidad acordada, dentro de los estándares de seguridad y condición de planta, a un mínimo costo.

Para cumplir con este objetivo se deben definir y desarrollar las estrategias y políticas de mantenimiento adecuadas

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33

Clasificación de Estrategias de Mantención

Se aceptan propuestas!!!!!

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34

Estrategia de Mantenimiento

Una estrategia de mantenimiento involucra la identificación, asignación de recursos, y ejecución de cientos de reparaciones, reemplazos y decisiones de inspección.

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35

Estrategia de Mantenimiento

From time to time PM programs in maintenance organizations end up in failure (i.e., they lose upper management support) because their cost is either unjustifiable or they take a significant time to show results. It is emphasized that all PM must be cost effective. The most important principle to keep continuous management support is:

“If it is not going to save money, then don’t do it!” Dhillon, B.S., Engineering Maintenance, CRC PRESS, 2002 RSB – Depto. Industrias

36

Estrategia de Mantenimiento




La estrategia de mantenimiento posee tres etapas

1. Formulación de Plan de Actividades de Mantenimiento para cada unidad de la planta

2. Formulación de Plan de Mantenimiento para la planta

Programa de procedimientos de mantenimiento para cada ítem (acción; frecuencia)

Integración de los planes de actividades de cada unidad

3. Establecer una “organización” que facilite el Programa de Mantenimiento

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Visión Sistémica de la Administración del Mantenimiento

Administración Corporativa

Adquisición de Activos

Mantenimiento

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Definir las metas organizacionales y estratégicas, y coordinar y controlar otros subsistemas para alcanzar los objetivos Seleccionar, comprar e instalar y certificar activos físicos

Sustentar la integridad física de los activos a través de la reparación, modificación o reemplazo de estos cuando sea necesario

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Mejores Prácticas

Los estándares para mejores prácticas de mantenimiento incluyen: •100% del tiempo de los mantenedores está cubierto por órdenes de trabajo •90% de las órdenes de trabajo son generadas por intervenciones de mantenimiento preventivo •30% del total del trabajo es mantenimiento preventivo •Cumplimiento del 90% del trabajo planificado •El nivel de confiabilidad requerido para cada equipo es siempre alcanzado •La falta de repuestos es mínima (menos de una por mes) •Los costos de mantenimiento representan cerca del 2% del presupuesto.

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Análisis de Confiabilidad y Disponibilidad Proceso desde el Flowsheet al Plan Maestro Diagrama de Proceso Análisis Criticidad Sistemas/Equipos Análisis Lógico-Funcional MES

Información Histórica Recomendación del fabricante Punto optimo de reacción

Sistema/Equipo

Evaluación MAFEC-FMECA Optimización Costo/Riesgo a nivel de planta/flota/equipos

a) Nivel de sistema

Diseño de cambios Tareas preventivas Tareas Inspectivas

b) Modo de Nivel falla/activo

Tareas Correctivas

Nivel 1 – Nive l2 – Nivel 3 – Nivel 4

Mejoramiento Negocio Plan Mantención Productiva Equipos

Modo de falla

Consecuencia

Método mtc

Equipo/Componente Diseño de cambios

Costos y

Tareas preventivas

Riesgos de

Tareas Inspectivas

Oportunidades Y contrastes

impacto

Tareas Correctivas Combinación de tareas

Información Histórica RSB – Depto. Industrias

Recomendación del fabricante

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Tipos de eventos de Mantención Planificado v/s No Planificado

Aspectos Fundamentales
Tiempo de Respuesta / Reacción
Disponibilidad de Repuestos

Emergencia No Planificado


Disponibilidad de Mantenedores
Aseguramiento de Calidad
Planificación Producción
Accidentabilidad

Aspectos Fundamentales

Planificado

Mix de Estrategias

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Máxima disponibilidad
Minimización de los costos

41

AÑOS

1955

1965

1975

1985

POLITICAS DE MANTENCION

MANTENCION CORRECTIVA

MANTENCION BASADA EN EL TIEMPO

MANTENCION SEGUN CONDICION

MANTENCION PREVENTIVA + MEJORA CONTINUA

CONCEPTOS DE MANTENCION

Evolución del Mantenimiento Industrial

MANTENCION DEBIDO A ROTURA

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MANTENCION PREVENTIVA MANTENCION PRODUCTIVA

42

Estrategias de Mantención Clasificación

-A la falla : (OTF) correctiva accidental -Preventiva: Edad constante (FTM) Según Condición (CBM) Predictiva -Mejorativa (DOM) -Productiva: Preventiva + Mejorativa

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43

Mantención a la Falla Correctiva

Llevar la máquina o Intervención de

componente a

reparaciones después

condiciones de

de falla.

funcionamiento aceptables.

Es la forma más básica y antigua de mantener. La acción está definida exclusivamente al evento de la falla. Prevalecen las capacidades técnicas individuales. Escaso control de costos, nivel del servicio y capacidad organizacional.

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44

Mantención Preventiva Cíclica Edad Constante

Sustituciones por falla

K

K

K

Sustituciones Preventivas K = constante

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45

Mantención Cíclica Características

-Requiere conocimiento estadístico del fenómeno de la falla. -El momento de intervención está definido por la vida esperada. -Forma de mantención de los años ’70. -Implica un crecimiento cultural y organizacional. -Tiene sentido su aplicación -Según comportamiento de la tasa de falla. -Cuando el costo preventivo es menor al correctivo.

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46

Mantención Preventiva Bajo condición

Sustituciones por falla Pronóstico de Falla

Sustituciones Preventivas K = variable

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Mantención Según Condición Características

oEs un tipo de Mantenimiento preventivo que planea las intervenciones basándose, a través de

inspecciones o monitoreo, de las reales condiciones de funcionamiento. oElla permite así intervenciones más dirigidas y oportunas, con la ventaja de aumentar la disponibilidad

del sistema. oSe basa en la medida de señales débiles emitidas y en la consiguiente interpretación del estado del

deterioro. oSe asume como discriminante para decidir la intervención, la que ocurre por la superación del umbral

de la variable controlada. -Tiene sentido aplicarla cuando: El costo preventivo es menor que el correctivo. El costo de la inspección es menor del costo preventivo. El costo de la inspección es menor de la diferencia entre el correctivo y el preventivo.

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Mantención Según Condición

Falla funcional

Valor límite tolerable

Tiempo residual

Falla potencial

límite área de monitoreo

Tiempo

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49

Mantención Preventiva Predictiva

Sustituciones por falla Pronóstico de Falla Estadístico

Sustituciones Preventivas K = variable

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Mantención Predictiva Características . • Es análoga a la Mantenimiento según condición.

• Se basa en la medida instrumental de las señales débiles y su modelación. • Presupone la existencia de una relación pseudo-determinístico entre el valor de la señal emitida y la vida residual del componente. • En condiciones de funcionamiento no correcto, las máquinas emiten señales ("emisiones“), clasificables en cuatro categorías: • emisiones acústicas y vibratorias. • emisiones térmicas. • emisiones relativas a los fluidos (Lubricación y Refrigeración). • emisiones relativas al producto.

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Mantención Predictiva

Trend de largo plazo

previsión de largo plazo

previsión de corto plazo

aceleración del deterioro

trend de corto plazo

previsión de largo correcta con aquella di corto

Tiempo

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Mantención Mejorativa

Intervenir el equipo e instalaciones para

Modificar las Condiciones

mejorar la seguridad

genéticas de los

de funcionamiento

equipos e instalaciones

-Es el conjunto de las acciones de mejoras o pequeñas modificaciones que no

incrementan necesariamente el valor patrimonial. -Superación de la concepción de la mantención entendida sólo como reparación y/o

prevención de la falla. - Incremento del productividad y orientación hacia el mejoramiento continuo. - Desarrollo y fortalecimiento de la función de Ingeniería de Mantención.

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Mantención Productiva

Es el conjunto de acciones orientadas a la prevención, al mejoramiento continuo y a la transferencia de funciones elementales y rutinarias de mantención al operador de la máquina, basándose en la captura sistemática de datos y del diagnóstico precoz. -Representa el punto más avanzado del desarrollo de la mantención. -Requiere soluciones organizacionales innovadoras, en términos de: -prevención a través del monitoreo de señales débiles. -mejoramiento continuo. -mantención autónoma. -grupos interfuncionales de mejoramiento. -responsabilidad global. -gestión participativa.

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Elección de la Estrategia de Mantención

.

La elección de la estrategia de mantenimiento queda determinada por tres criterios básicos: - La factibilidad técnica de la inspección. - La criticidad de la falla (relación entre frecuencia e impacto). - La relación entre tasa de falla y los costos: • Costo global de la intervención a la falla. • Costo global de la intervención preventiva. • Costo de la particular inspección.

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Elección de la Política de Mantención Según la criticidad de la falla

Impacto de la Falla

Mejorativa

Preventiva On Condition Preventiva Cíclica

A la Falla

Frecuencia de la Falla

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Elección de políticas de Mantención. Según estado del ciclo de vida Tasa de Falla Tiempo

“Mejorativa”

“Mejorativa”

Correctiva

Correctiva

Correctiva

CGC < CGP

Preventiva

CGC > CGP

Cíclica

Preventiva “Mejorativa”

“Predictiva”

Cíclica o Predictiva

C I > (CGC − CGP ) CGC > CGP

C I < (CGC − CGP )

CGC

: Costo global de mantención correctiva CGP : Costo global de mantención preventiva C I : Costo de inspección

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Comportamiento de la tasa de falla Componentes de United Airlines 11% estos componentes pueden tener beneficios al ser intervenidos de forma preventiva o a edad fija.

4% 2% 5%

Casos en que existe un aumento real en la tasa de falla después de una determinada edad.

7% 89%

14%

89% para estos componentes, la mantención preventiva no agrega valor.

68%

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En este caso, típico de motores a turbina, no existe una edad en la cual la tasa de falla comience a crecer rápidamente. Es común que exista un límite de edad para la cual sea posible implementar mantención preventiva.

En estos casos no es aplicable ningún tipo de intervención de mantención preventivo.

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Lógica de la definición de la política de Mantención según criticidad

Componente Critico?

Señal débil?

Proyección de vida

Diagnosticabilidad Inspeccionalida?

Recomendación

Según Condición Predictiva Mejorativa Cíclica

a la Falla

Productiva TPM

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Planificación de Actividades

Una de las aplicaciones interesantes de la teoría de confiabilidad en el ámbito de la gestión tiene relación con la definición de planes de mantención.

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Modelo - Costos

Costo por unidad de tiempo

Costo por unidad de tiempo vs tiempo

Costo Mínimo de Mantención

Costo de Mantenciones Preventivas

Costo de Mantenciones Correctivas

Tiempo, t

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Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante Restricciones Para que las actividades planificadas de mantención preventiva sean económicamente convenientes se deben satisfacer dos condiciones: •La tasa de fallas debe ser creciente. •Los costos de la intervención de emergencia deben ser mayores que la intervención preventiva.

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62

Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante

La efectividad del mantenimiento de tiempo fijo en términos de costos depende de la predecibilidad del tiempo de falla, es decir, de la dispersión del tiempo de falla.

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63

Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante

Con este tipo de mantención se dispone que el componente se sustituya cuando falla o cuando alcanza cierta edad T

EC = [CE F(T) + CP R(T)] / [MTBMT + MTTRT] MTBMT=R(T) T+F(T) MTBFT MTTRT=R(T) MTTRP+F(T) MTTRE CE : Costo total de cada intervención en emergencia CP : Costo total de cada intervención preventiva R(T): Confiabilidad al tiempo T F(T): Probabilidad de falla al tiempo T RSB – Depto. Industrias

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Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante Costo Costo Total

Cp Cc

MP

MC

C P ⋅ R(tp) + C E ⋅ (1− R(tp)) EC = MTBM tp + MTTRtp RSB – Depto. Industrias

65

Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante EC = [CE F(T) + CP R(T)] / [MTBMT + MTTRT] T

∫ t ⋅ f (t)dt

Donde: Ec

MTBFT =

tp

RSB – Depto. Industrias

0

F(T)

Tiempo

66

Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo Un equipo en etapa de desgaste tiene una curva de confiabilidad determinada por una distribución Weibull con parámetros alfa = 100 y beta = 2. El costo de mantención preventiva del equipo es de $10,000 mientras que el costo de mantención de emergencia es de $100,000. Evalúe, desde el punto de vista de los costos, la programación óptima de mantención para el equipo.

F (t ) = 1 − e

 t     100 

2

; R(t ) = e

tp

 t     100 

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⇒ MTBF = 88,62 [hrs.]

tp

∫ t ⋅ f (t )dt ∑ [F (t ) − F (t )]⋅ (t i

MTBFtp =

2

0

F (tp )

≈

i −1

0

i

+ ti −1 )   2  

F (tp )

67

Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo t 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 RSB – Depto. Industrias

F(t) R(t) MTBFtp 0,00% 100,00% 0,00 0,25% 99,75% 2,50 1,00% 99,00% 6,25 2,22% 97,78% 9,70 3,92% 96,08% 13,08 6,06% 93,94% 16,40 8,61% 91,39% 19,69 11,53% 88,47% 22,93 14,79% 85,21% 26,14 18,33% 81,67% 29,31 22,12% 77,88% 32,42 26,10% 73,90% 35,49 30,23% 69,77% 38,49 34,46% 65,54% 41,44 38,74% 61,26% 44,32 43,02% 56,98% 47,12 47,27% 52,73% 49,85 51,45% 48,55% 52,50 55,51% 44,49% 55,07 59,44% 40,56% 57,54 63,21% 36,79% 59,92 66,80% 33,20% 62,21 70,18% 29,82% 64,39 73,35% 26,65% 66,47 76,31% 23,69% 68,45

MTBM(tp) 0,00 4,99 9,96 14,88 19,73 24,48 29,11 33,61 37,95 42,12 46,11 49,91 53,50 56,88 60,05 63,01 65,75 68,28 70,61 72,73 74,67 76,42 77,99 79,40 80,66

Ec 2.047,50 1.093,64 806,50 685,76 631,27 609,58 606,28 614,13 629,07 648,60 671,11 695,53 721,04 747,10 773,24 799,15 824,55 849,24 873,05 895,85 917,55 938,07 957,35 975,38

68

Costo esperado [$/hr]

Modelo 1– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo

2.000 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 -

Beta = 2 Beta = 1

5

15 25 35 45 55

65 75 85 95 105 115

Tiempos de reemplazo [hrs]

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69

Caso diseño V/S política

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70

Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima

Determine la frecuencia de reemplazos de un componente para que al final de la vida del elemento tenga al menos una confiabilidad del x% Sea: T: la longitud del intervalo de tiempo en que se aplicará el mantenimiento. R(t): es la confiabilidad sin mantenimiento. RM(t): es la confiabilidad con mantenimiento. TV: es el tiempo de vida útil del sistema.

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71

Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima

Para 0 ≤ t < T, es claro que RM(t) = R(t). Para T ≤ t < 2T, y suponiendo que el mantenimiento deja al sistema como nuevo, la probabilidad de que funcione en el tiempo t es la probabilidad de que funcione en el tiempo T por la probabilidad de que funcione en el tiempo t-T, luego RM (t) = R(T) R(t-T).

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Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima

Para 2T ≤ t < 3T, la probabilidad de que funcione en el tiempo t es la probabilidad de que funcione en el tiempo 2T por la probabilidad de que funcione en el tiempo t-2T, luego

RM(t) = RM(2T) R(t-2T) = R(T) R(2T-T) R(t-2T) RM(t) = R2(T) R(t-2T)

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73

Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima

En general, aplicando el mismo argumento se tiene que: RM (t) = RN(T) R(t-NT) para NT ≤ t < (N+1)T, y N = 0,1,2, 3,… Si se quiere un incremento en la confiabilidad se debe tener que RM(t) > R(t) o lo que es lo mismo, RM(t)/R(t) > 1

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Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima En particular, para la distribución Weibull se tiene que para NT < t < (N+1)T

R(t ) = e

 RM (t ) =  e   luego

RM (t ) = e

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 t − α

  

β

N

β T  −  α 

β  t − NT    ⋅ e − α   

T  −N   α 

β

⋅e

 t − NT  −   α 

β

75

Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima Ahora, si el sistema tiene un tiempo de vida de Tv, y se harán N reemplazos preventivos.

T = Tv/N, Tv=NT

Entonces la confiabilidad del sistema en el tiempo Tv=NT es:

R(Tv ) = e

RM (Tv) = e RSB – Depto. Industrias

 Tv  −  α 

T  −N   α 

β

 NT  −   α 

β

 Tv − NT  −    α

β

=e

β

⋅e

T  −N   α 

β

β

=e

=e

T  −N   α 

β

76

Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Confiabilidad Mínima Entonces:

β T  −N   α 

RM (Tv) e = =e β T  R(Tv) −N β   e α  T N  α β

T β −N   α 

β  

T  Nβ   α 

β

T  −N   α 

β

    

f1

f 0 ; N β −1 f 0, β f 1

RM (Tv) =e R(Tv) RSB – Depto. Industrias

    

  Tv  β  1 − N 1−β     α   

   

77

Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo Ejemplo: Un componente cuya ley de vida es una Weibull con β=3 y α=2 (años), determine la frecuencia de Reemplazos para que al final de la vida del elemento (8 años) tenga al menos una confiabilidad del 90%

RM (Tv) = RM (8) = 0.9 R(Tv) = R(8) = e RM (8) =e R(8) RSB – Depto. Industrias

8 −  2

 8     1− N 1−3  2 

(

) 

3

= 1.604 ⋅10 − 20 ≥ 5.612 ⋅10 27

78

Modelo 2– Reemplazo a Edad Constante Ejemplo Ejemplo: El valor de N que cumple la condición anterior es N=25, luego La frecuencia de reemplazo preventivo adecuada para cumplir La condición de confiabilidad es:

T=

RSB – Depto. Industrias

Tv 8 = = 0.32 [años ] = 3.84[meses] N 25

79

Ejemplo

Suponer un sistema cuyo tiempo (en horas) para fallar sigue una distribución Weibull con β= 2,5 y α= 15.450.- . Determinar el intervalo de tiempo que se le debe dar mantenimiento preventivo al sistema para lograr que tenga al final una confiabilidad por lo menos del 85%, considerando una vida útil de 6 años.

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80

Mantenimiento en base a condición (CBM).

El tiempo apropiado para el mantenimiento puede ser determinado mediante el monitoreo de una condición o desempeño. Variables Controlables

Materia Prima, Etc. PROCESO Característica de calidad (Variable de Salida)

MONITOREO Y CONTROL

Variables No Controlables

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81

Mantenimiento en base a condición (CBM).

• Los parámetros de deterioro a ser monitoreados deben ser fáciles de medir. • La ventaja del CBM sobre FTM es que permite maximizar la operación de un ítem individual. • CBM es particularmente importante para ítems reparables de elevado costo. • La efectividad del CBM no depende tanto de la medición, si no de la confiabilidad con que se pueda determinar la curva de deterioro.

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82

Mantenimiento en base a condición (CBM). El monitoreo puede ser realizada a través de tres modos. Inspección simple. Inspección principalmente cualitativa basada en observar, escuchar y sentir. El costo es insignificante comparado con el costo de reemplazar o reparar. El periodo entre inspecciones debe ser suficientemente corto para que el mínimo problema pueda ser detectado antes que se desarrolle. Inspección por condición. Inspección rutinaria de un parámetro el cual es comparado con sus limites de control. Monitoreo por tendencia. Se mide y grafica el desempeño o parámetro con el objetivo de detectar desviaciones graduales.

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83

Mantenimiento en base a condición (CBM). Ejemplo (inspección por condición). La siguiente tabla presenta las observaciones obtenidas al monitorear el parámetro de vibración de una caja de engranajes de un reactor. Suponer que es un parámetro que sigue una distribución normal. a) Obtener los límites de control de una carta X y determinar si el proceso está bajo control. b) Obtener los límites de control de una carta R y determinar si el proceso está bajo control. c) Obtener los límites de control de una carta S2 (tipo Shewhart) y determinar si el proceso está bajo control.

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84

Mantenimiento en base a condición (CBM). Ejemplo. datos

Muestra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 RSB – Depto. Industrias

214,280 213,285 216,692 216,326 213,047 217,425 217,317 216,377 214,195 213,969 215,262 215,120 213,630 214,763 213,931 214,804 213,871 214,957 216,472 214,244 216,533 215,077 216,030 210,682 218,687

215,534 215,041 213,400 215,563 212,747 216,002 215,436 214,428 214,131 212,571 213,935 212,555 215,534 214,201 214,585 214,843 217,328 214,715 214,983 217,639 215,752 213,976 215,403 212,922 213,159

216,511 215,990 213,862 216,903 218,095 213,183 214,934 216,088 214,046 213,867 211,881 212,511 215,292 214,395 215,084 214,126 213,346 214,676 214,496 213,518 220,740 210,855 214,042 214,075 214,447

Xi Promedio 215,442 214,772 214,651 216,264 214,630 215,537 215,896 215,631 214,124 213,469 213,693 213,395 214,819 214,453 214,533 214,591 214,848 214,783 215,317 215,134 217,675 213,303 215,158 212,560 215,431

S2i Varianza 1,2507 1,8835 3,1766 0,4518 9,0289 4,6610 1,5781 1,1063 0,0056 0,6074 2,9018 2,2313 1,0743 0,0815 0,3344 0,1625 4,6805 0,0232 1,0598 4,8393 7,1982 4,7964 1,0329 2,9766 8,3659

Ri Rango 2,2310 2,7050 3,2920 1,3400 5,3480 4,2420 2,3830 1,9490 0,1490 1,3980 3,3810 2,6090 1,9040 0,5620 1,1530 0,7170 3,9820 0,2810 1,9760 4,1210 4,9880 4,2220 1,9880 3,3930 5,5280 85

Mantenimiento en base a condición (CBM). Ejemplo. k

∑ Xi

5370,107 µ=X= = = 214,8043 k 25 ∧

i =1

k

∧

σ = Sp =

2

∑ Si

65,509 = = 1,6187 k 25

i =1

k

∑ Ri

65,842 = = 2,574 R= k 25 __

i =1

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86

Mantenimiento en base a condición (CBM).

Ejemplo. ∧

LCScarta X

σ 1,6187 = µ+ 3 = 214,8043 + 3 = 217,6 n 3 ∧

∧

∧

LCScarta X = µ − 3

RSB – Depto. Industrias

σ 1,6187 = 214,8043 − 3 = 212 n 3

87

Mantenimiento en base a condición (CBM). Ejemplo.

RSB – Depto. Industrias

88

Mantenimiento en base a condición (CBM). Ejemplo.

2  2    LCScarta S2 = σ 1 + 3  = 1,6187 2 + 1 + 3  = 10,4814 n −1  3 −1    ∧2

LCIcarta S2

2  2    2 = σ 1 − 3  = 1,6187 + 1 + 3  = −5,2407 = 0 n −1  3 −1   

RSB – Depto. Industrias

∧2

89

Mantenimiento en base a condición (CBM). Ejemplo.

__

LCScarta R = R D 4 = 2,6337(2,575) = 6,7791 __

LCIcarta R = R D 3 = 2,6337(0) = 0

RSB – Depto. Industrias

90

Mantenimiento en base a condición (CBM). Ejemplo.

RSB – Depto. Industrias

91

Mantenimiento en base a condición (CBM). Ejemplo (monitoreo por tendencia). 1800 Vida temprana

Vida normal

Vida final

Nivel decae a normalidad

Los niveles de vibración se encuentran dentro de los limites de control

Los niveles de vibración se incrementan en forma exponencial; predicción 21 - 25

Parámetro monitoreado

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1

5

9

13

17

21

25

29

Tiempo RSB – Depto. Industrias

92

Mantenimiento en base a condición (CBM). Ejemplo (monitoreo por tendencia). 1800

Parámetro monitoreado

1600 1400

y = 151.63e

0.2109x

2

1200

R = 0.9755

1000 800 600 400 200 0 21

22

23

24

25 Tiempo

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93

LINEAMIENTO PARA ESTABLECER PROCEDIMIENTO (timing)

1. Identificar las posibles acciones de mantenimiento en función de las características de la falla. 2. Identificar la mejor acción de mantenimiento (1) en función de las características de costo y seguridad. 3. Aplicar árbol lógico para determinar la mejor política.

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94

LINEAMIENTO PARA ESTABLECER PROCEDIMIENTO (timing) Características de la falla. • Vida útil • Vida media • Incerteza de la vida del ítem ¿es buena la estadística predictiva?, medida a través del rango, desviación estándar, o parámetro b de Weibull. • Detectabilidad del comienzo de la falla, ¿es posible la inspección?: parámetro a ser monitoreado, técnica de monitoreo, lead time de falla. • Tiempo promedio de reemplazo. • Reparabilidad (¿es el ítem reparable?)

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95

LINEAMIENTO PARA ESTABLECER PROCEDIMIENTO (timing) Características de costo y seguridad. • Consecuencia de la falla en términos del costo de producción, pobre calidad del producto, daños, incremento de los costos de mantenimiento. • Consecuencia de la falla en términos del peligro actual o potencial al personal o publico en general. • Consecuencia de la falla en términos del daño ambiental. • Requerimientos reglamentarios de seguridad.

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96

LINEAMIENTO PARA ESTABLECER PROCEDIMIENTO (timing) Características de costo y seguridad. •Costos directos de mantenimiento:  Costo del ítem (adquisición y almacenamiento)  Costo hora hombre para reemplazar o reparar.  Costo de la técnica de inspección.  Costo del rediseño. •Necesidad de entender:  El funcionamiento del ítem  La forma en que el desempeño funcional del item se pierde o reduce.

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LINEAMIENTO PARA ESTABLECER PROCEDIMIENTO (timing) Proceso lógico.

Elemento reemplazable

Se puede detectar la Falla online?

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SI / NO

Se puede detectar la Falla offline?

SI / NO

Es posible la predicción estadística?

•On-line CBM •Off-line CBM •FTM •DOM •OTF

Selección: Experiencia criterio costos

98

Modo de análisis de falla de componentes críticos (MAFEC) 1

Descomposición de la máquina en partes funcionales conjuntos y/o subconjunto

2

Análisis de los modelos, efectos y las causas de falla

3

Análisis de

Análisis de

Criticidad

Causas

Análisis de Mantención correctiva

Plan de mantención productiva - Monitoreo - Planificación - Mejora continua

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99

Modo de análisis de falla de componentes críticos (MAFEC)

“Es una metodología que permite clasificar y recopilar información de los componentes críticos, y con ello proyectar la planificación de las reparaciones.” Equipos complejos

4% de elementos definen sobre el 80% los problemas

Fase 1. Selección de la maquina critica Fase 2. Descomposición de la maquina. Fase 3. Individualización del modo de falla y evaluación de la criticidad de los elementos. Fase 4. Análisis de las causas de falla e individualización de los componentes críticos

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100

Modo de análisis de falla de componentes críticos (MAFEC)

Fase 1. Selección de la maquina critica Fase 2. Descomposición de la maquina. -

Nivel 1. Es ocupado por la maquina, estación u operación tomada en consideración.

-

Nivel 2. Fase del proceso o conjunto / grupo funcional de la maquina.

-

Nivel 3. Subsistema de componentes que desarrollan las operaciones elementales concurrentes en la ejecución de nivel 2.

-

Nivel 4. Componentes significativos críticos , en los que tienen origen la falla que se transmite a niveles superiores de la maquina.

Se obtiene normalmente después de la fase 4.

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101

Modo de análisis de falla de componentes críticos (MAFEC)

Fase 3. Individualización del modo de falla y evaluación de la criticidad de los elementos. - Esta fase comprende el análisis de la criticidad de la falla. Fase 4. Análisis de las causas de falla e individualización de los componentes críticos. - Esta fase comprende el análisis de la falla y el origen de esta; se debe además recopilar la información necesaria para un diagnostico antes de la falla o para una reparación rápida, cuando la falla ya ha ocurrido.

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102

Planilla Mafec de descomposición de Máquinas

Empresa Departamento Equipo Operación

Codigo

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Nivel I

Cod

Nivel II

Cod

Nivel II

Cod

Nivel IV

103

Planilla Mafec del medio de trabajo

Subsistema Código

Individualización de los modos de falla y cuantificación de la complejidad y sus efectos Número de elementos

Tipo de falla subconjunto

Frecuencia [veces/año]

Efecto Sobre la Máquina

Efecto sobre el servicio

¿Cuál es el efecto sobre la maquina? ¿Cuál es la multiplicidad del sistema? Indicar cuantos subconjuntos

Especificar si la maquina se bloquea en forma parcial O total al ocurrir la falla

Existen en el subsistema en

¿Qué tipo de fallase ha verificado? Indicar el tipo de falla total o parcial

Tiempo detención [horas]

Indisponibilidad [veces/año]

¿Existe una posibilidad de reparación provisoria?

¿Cuánto tiempo esta la

Indicar si existe una reparación

maquina detenida

Provisoria previa a la reparación

al ocurrir la falla?

definitiva

analisis

¿ha ffallado alguna vez el subconjunto?

Reparación provisoria

¿con que frecuencia se ha verificado la falla?

¿Cuáles son los efectos sobre el

Especificar el numero de fallas

Producto/ servicio?

Durante un año

Indicar si el tipo de falla provoca degradamiento cualitativo Sobre el producto o servicio

¿Cuál es la indisponibilidad de la maquina? Calcular la indisponibilidad de la maquina como la multiplicación entre la frecuencia de falla y el tiempo de detención

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104

Planilla Mafec del medio de trabajo Subsistema Código

Análisis de la causa de falla e individualización del componente crítico Complejidad del componente

Indice de Complejidad

Tipo de falla Componente

Causa de falla Componente

Parte de repuesto Código repuesto

Síntomas observables

Descripción del tipo de

Se describe la parte de repuesto

Complejidad en el servicio

falla a la Que esta sujeto el

Adecuada para el reemplazo

Ajustar valor de complejidad

componente

En caso de falla

Síntomas Externos

De acuerdo a la tabla de Valores de complejidad Síntomas inherentes a la falla Índice de complejidad

Causa de la falla.

Se obtiene multiplicando el valor

Se inicia cual es la

De la complejidad por la

Causa que produce la falla

indisponibilidad de la maquina

En el componente

Se reporta en esta columna la “señal débil” observable Directa o indirectamente de los primeros síntomas que surge de la falla Síntomas externos

Tabla de valores de complejidad

Se reportan en esta columna, las

Índice

Señales o síntomas externos a la

1

Características Ninguna complejidad cualitativa. El tipo de falla no influye sobre

falla

la calidad del producto o proceso 2

Marginalmente critica. Calidad aceptable al limite de lo estándar

3.

Poco critica. Calidad no aceptable.

4.

Critica

5.

Muy critica. Calidad no aceptable; riesgo de enviar al cliente el producto De estándar. Peligro para el personal

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105

Matriz de Criticidad - Ejemplo

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106

Plan de mantención Productiva

Inspecciones/actividades preventivas cíclicas

Componente Código Nivel III

Código

Descripción Nivel III

RSB – Depto. Industrias

Código

Descripción Nivel IV

Descripción

Frecuencia

Tiempo [minuto]

MD

MF

O

M

señal Débil

acción correctiva

107

Construcción del Plan matriz

El plan matriz corresponde a la columna vertebral y eje del mantenimiento planificado. Actualmente una gestión moderna de mantenimiento se caracteriza por un plan robusto y de horizonte anual. Es indudable que el adecuado uso de recursos se ve facilitado en la medida de disponer de un horizonte de planificación mayor y una disminución de la variabilidad de los tiempos de ejecución, herramientas, repuestos, es decir, definición y documentación de estándares.

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108

Construcción del Plan matriz

Modelación matemática Consiste en la modelación matemática de la función de costo globales y la determinación de las restricciones asociadas con las condiciones de borde del problema en particular. Heurísticas Consiste en la utilización de heurísticas (aproximación al óptimo analítico con reglas de decisión simples) que permitan obtener soluciones potenciales, es decir, alternativas que no violen las restricciones técnicas. Una vez obtenidas esta soluciones potenciales, se someten a evaluaciones económicas marginales, de tal modo de analizar escenarios alternativos con las variables de decisión más importantes.

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109

Construcción del Plan matriz

Metodología Heurística: Las cuatro etapas iniciales permiten definir distintas alternativas de planes, para luego considerar las variables de decisión en forma agregada en la quinta etapa de modo tal de sensibilizar la conveniencia no sólo técnica sino la económica. 1.- Validación de frecuencias principales de intervención 2.- Modelación a capacidad infinita 3.- Detección de restricciones técnicas y jerarquización de las mismas 4.- Cuantificación de costos de ineficiencia 5.- Sensibilización económica

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110

Construcción del Plan matriz

1.- Validación de frecuencias principales de intervención La existencia de ciertas frecuencia inamovibles es un factor relevante en la definición del plan matriz. Estas condicionan otras intervenciones de mayor flexibilidad. En general corresponden a aquellas intervenciones asociadas a desgastes y periodicidades claramente establecidas en equipos críticos, las que deben ser validadas por Ingeniería de Mantención. 2.- Modelación a capacidad infinita Con el objeto de generar una planificación base se considera una disponibilidad infinita de recursos. Esto permite simplificar la determinación y visión global de la planificación, para luego verificar la activación de alguna restricción.

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111

Construcción del Plan matriz

3.- Detección de restricciones técnicas y jerarquización de las mismas Es la determinación de limitaciones técnicas, tales como disponibilidad de equipamiento complementario, tales como puentes grúas, restricciones de espacio físico, mano de obra con alto grado de especialización, instrumental. Esto permite definir la situación base la cual se puede ver modificada dependiendo de los resultados obtenidos en las próximas etapas 4.- Cuantificación de costos de ineficiencia La determinación de costos de ineficiencia esta asociado directamente a la no producción en alguna proporción o porcentaje del producto esperado. Sin embargo esta determinación va a depender de la redundancia y capacidad de recuperación de la línea en cuestión, es decir cuan crítica es, y del nivel de inventario inmediatamente río abajo que permita amortiguar la indisponibilidad por un determinado período de tiempo. Este paso es fundamental para la última etapa.

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112

Construcción del Plan matriz

5.- Sensibilización económica

Una vez determinados los escenarios factibles técnicamente se procede a evaluar económicamente variantes de los mismos. Esto permite ajustar la disponibilidad de recursos internos, participación de terceros versus el costo de ineficiencia total.

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Construcción del Plan matriz

RSB – Depto. Industrias

114