Ingeniería de confiabilidad 101:definición, metas, técnicas

¿Cómo evalúa la calidad de los productos que compra?

El control de calidad tradicional en una fábrica consistirá en realizar comprobaciones y pruebas predefinidas. Si el producto cumple con los requisitos establecidos, se considera listo para usar . Sin embargo, nunca dirá que compró un producto de calidad si tuvo que pasar por el proceso de recuperación dos o más veces antes de que expirara el período de garantía.

Fiabilidad e ingeniería de fiabilidad ayúdenos a cuantificar la calidad del producto agregando la dimensión del tiempo a la ecuación de la calidad. En otras palabras, ya no solo queremos saber si un producto puede realizar su función prevista en el momento de la compra. En cambio, queremos asegurarnos de que el producto funcione sin fallas importantes en condiciones normales durante el mayor tiempo posible.

La ingeniería de confiabilidad no solo ayuda a las organizaciones a producir productos más confiables, sino que también informa a los equipos de mantenimiento sobre cómo mantenerlos para aumentar el MTBF (tiempo medio entre fallas) y la vida útil de los activos.

Si está interesado en obtener más información, a continuación de este artículo, hablaremos sobre:​​

• el concepto de confiabilidad
• principios básicos de la ingeniería de confiabilidad
• los conceptos básicos de la evaluación de la confiabilidad
• y formas en que los ingenieros de confiabilidad pueden mejorar la confiabilidad del equipo

¿Qué es la confiabilidad?

La confiabilidad es un término que se usa para describir la capacidad de un componente o sistema para cumplir con ciertos estándares de desempeño durante un cierto período de tiempo, asumiendo condiciones de operación normales.

Para ponerlo en otra perspectiva, si tenemos dos sistemas que operan en las mismas condiciones, el que trabaja más tiempo con menos contratiempos es el más confiable.

Dado que nadie puede predecir el futuro y garantizar que un producto no fallará durante exactamente X horas de uso, calculando la confiabilidad viene con una dosis de incertidumbre que se expresa en forma de probabilidad . Entre otras cosas, podemos usar el cálculo de confiabilidad para estimar cuál es la probabilidad de que un sistema funcione correctamente después de x horas o días de uso. Naturalmente, la confiabilidad de cualquier sistema será alta al principio y disminuirá con el tiempo.

La confiabilidad a menudo se confunde con durabilidad, calidad y disponibilidad. Si bien los conceptos son similares, no deben usarse indistintamente. Aquí hay una breve explicación para cada uno.

Fiabilidad frente a durabilidad

La durabilidad puede definirse como la capacidad de un producto físico para permanecer funcional, sin requerir un mantenimiento o reparación excesivos, cuando se enfrenta a los desafíos del funcionamiento normal durante su vida útil de diseño (definición robada de Tim Cooper).

La principal diferencia entre confiabilidad y durabilidad es que la durabilidad se relaciona principalmente con cuánto tiempo puede durar un producto a pesar de las averías que sobrevive , mientras que la confiabilidad está tratando de reducir el número total y la frecuencia de esas fallas.

Además, el componente de durabilidad se utiliza para describir una característica de los elementos físicos, mientras que la fiabilidad también se puede utilizar para los sistemas virtuales.

Según el producto y su campo de aplicación, la durabilidad se puede expresar en horas de uso, número de ciclos operativos o años de existencia.

Fiabilidad frente a calidad

La calidad es un concepto difícil de definir. Una forma popular de describirlo es observando los factores que afectan la calidad del producto. Esto nos lleva al concepto de ocho dimensiones de calidad.

En realidad, esta es una manera fácil de diferenciar entre confiabilidad y calidad, ya que podemos considerar la confiabilidad (y la durabilidad si se mira más de cerca) como una dimensión de la calidad.

Si tomamos la confiabilidad como un concepto independiente, otra forma de ver su relación es decir que un sistema confiable es aquel que mantiene su calidad a lo largo del tiempo .

Fiabilidad frente a disponibilidad

La disponibilidad muestra el porcentaje de tiempo que un sistema está disponible (en pleno funcionamiento) para realizar lo que está diseñado para hacer.

El concepto se usa con mucha frecuencia en TI para describir la disponibilidad de la infraestructura en la nube. Los sistemas con la mayor disponibilidad se encuentran en el rango del 99,99% (lo que significa que un servicio / sistema no está disponible solo durante ~ 52 minutos durante todo el año ); a menudo solo para realizar el mantenimiento programado).

La disponibilidad se ve afectada por la confiabilidad y la capacidad de mantenimiento. Los sistemas más confiables experimentarán menos fallas, lo que mejorará su disponibilidad. De manera similar, cuanto más rápido realice el mantenimiento programado, menos tiempo de inactividad tendrá, lo que nuevamente conduce a una mayor disponibilidad.

¿Qué es la ingeniería de confiabilidad?

La ingeniería de confiabilidad se refiere a la aplicación sistemática de las mejores prácticas y técnicas de ingeniería para fabricar productos más confiables de manera rentable. . La metodología de ingeniería de confiabilidad se puede aplicar a lo largo del ciclo de vida del producto:desde el diseño y la fabricación hasta la operación y el mantenimiento.

Dicho esto, el valor principal de la ingeniería de confiabilidad radica en la detección temprana de posibles problemas de confiabilidad. Si detectamos un problema de confiabilidad en una etapa temprana del ciclo de vida del producto, como la etapa de diseño, podemos minimizar en gran medida los costos futuros (es decir, eliminando la necesidad de un rediseño significativo del producto una vez que ya está en el mercado). Esta idea está representada en el gráfico a continuación.

Los objetivos de la ingeniería de confiabilidad son los siguientes:

1. Utilizar conocimientos y técnicas de ingeniería para prevenir ciertos modos de falla y reducir la probabilidad y frecuencia de fallas.
2. Identificar y corregir las causas de las fallas que ocurren, a pesar de los esfuerzos para prevenirlas.
3. Para determinar formas de lidiar con las fallas que ocurren, si sus causas no se han corregido.
4. Aplicar métodos para estimar la confiabilidad probable de nuevos diseños y analizar los datos de confiabilidad.

Si observa la lista más de cerca, verá que los objetivos están ordenados de una manera que sigue el progreso natural de la aplicación de diferentes métodos de confiabilidad. No tiene sentido intentar agregar redundancias para todas las fallas identificadas si algunas de ellas se pueden prevenir con simples cambios de diseño. En otras palabras, la lista anterior representa los pasos que se deben seguir en orden secuencial para asegurar que las prácticas de confiabilidad se apliquen de manera rentable.

Los conceptos básicos de la evaluación de la confiabilidad

El objetivo final de la evaluación de la confiabilidad es tener un conjunto sólido de evidencia cualitativa y cuantitativa que el uso de nuestro componente / sistema no conllevará un nivel de riesgo inaceptable . Es una parte integral de la ingeniería de confiabilidad.

En este contexto, el riesgo se puede definir como la combinación de probabilidad de falla (qué probabilidad hay de que ocurra la falla) y gravedad de la falla (cuál es la consecuencia de la falla; puede incluir riesgo de seguridad, daño secundario potencial, costo de repuestos y mano de obra, pérdidas de producción, etc.).

Comprensión de los mecanismos y modos de falla

No siempre es fácil trazar la línea entre la causa y el fracaso. Si ese no fuera el caso, habría poca necesidad de ingenieros de confiabilidad y análisis de fallas.

Para comprender los modos de falla y los mecanismos de falla lo suficientemente bien como para abordarlos de manera eficiente, los sistemas complejos deben "dividirse" en componentes. De esta manera, puede analizarlos a nivel individual, así como en función de cómo interactúan entre sí.

Además de todo lo dicho, la forma en que el sistema interactúa con su usuario y el entorno es otro elemento que se debe agregar a la lista de cosas que deben considerarse, ya que tanto el mal uso como las malas condiciones de trabajo pueden reducir la confiabilidad del producto.

Tareas y técnicas comunes utilizadas en ingeniería de confiabilidad

Dependiendo de cuán complejo sea el sistema y del tipo de sistema que estemos viendo, hay una variedad de técnicas y tareas que se pueden aplicar como parte de nuestros esfuerzos de ingeniería de confiabilidad:

• Análisis de causa raíz (RCA)
• Mantenimiento centrado en la confiabilidad (RCM)
• FMEA y FMECA
• Diseñar FMEA y procesar FMEA
• Física del fracaso (PoF)
• Autoprueba integrada
• Análisis de bloques de confiabilidad
• Análisis de datos de campo
• Análisis del árbol de fallas
• Eliminando el punto único de falla (SPOF)
• Análisis de errores humanos
• Análisis de peligros operativos
• Consultar el historial de mantenimiento para analizar las tasas de fallas y recopilar datos de fallas
• Todo tipo de pruebas de recopilación de datos que miden cómo funciona el sistema / componente bajo estrés
• …

Al usar todas estas medidas, podemos encontrar puntos débiles de nuestro sistema y ver cuáles son las posibilidades de que estas debilidades puedan resultar en un mal funcionamiento. Si el riesgo percibido es lo suficientemente alto, tenemos que lidiar con ellos mediante acciones correctivas. Las soluciones habituales se presentan en forma de cambios de diseño (p. ej., agregar redundancia) , control de detección, pautas de mantenimiento y capacitación de usuarios .

Cuantificación de la fiabilidad

Como mencionamos en la introducción de este artículo, la confiabilidad es a menudo el juego de las posibilidades (probabilidad). Dado que se trata de porcentajes y datos estadísticos para definir el riesgo, es muy importante que todo el equipo esté en la misma página y esté de acuerdo con los niveles aceptables de riesgo que están tratando de alcanzar.

Por eso es muy importante utilizar un lenguaje preciso a la hora de describir problemas y proponer soluciones. Además, debido a los datos estadísticos incompletos y otras incertidumbres, algunos profesionales de la confiabilidad recomiendan centrarse en las soluciones en lugar de las posibilidades de falla.

Para fallas de piezas / sistemas, los ingenieros de confiabilidad deben concentrarse más en el "por qué y cómo", en lugar de predecir "cuándo". Comprender "por qué" ha ocurrido una falla (por ejemplo, debido a componentes sobrecargados o problemas de fabricación) es mucho más probable que conduzca a una mejora en los diseños y procesos utilizados que cuantificar "cuándo" es probable que ocurra una falla (por ejemplo, determinando el MTBF ). Para hacer esto, primero los peligros de confiabilidad relacionados con la pieza / sistema deben ser clasificados y ordenados (basados ​​en alguna forma de lógica cualitativa y cuantitativa si es posible) para permitir una evaluación más eficiente y una eventual mejora.

O'Connor, Patrick D. T. (2002), Ingeniería de confiabilidad práctica

¿Cómo pueden los ingenieros de confiabilidad mejorar la confiabilidad del equipo en sus instalaciones?

Hay varias formas en que los ingenieros de confiabilidad pueden ayudar a mejorar y optimizar los procesos de mantenimiento en sus instalaciones que, en última instancia, resultarán en una mayor confiabilidad del equipo. Analizamos algunos de ellos a continuación.

Ayudar con el diseño y desarrollo de repuestos

El desgaste que viene con el uso diario no discrimina. La mayoría de los activos necesitarán estar equipados con repuestos de manera regular para continuar operando de manera eficiente.

Las empresas que tienen los recursos adecuados pueden optar por utilizar máquinas CNC o impresión 3-D para crear sus propias piezas en lugar de reponer constantemente su inventario de piezas de repuesto. Además, es posible que tengan una máquina vieja con repuestos que ya no se venden o que tengan que lidiar con una avería desagradable que requiera una pieza personalizada.

En estos escenarios, los ingenieros de confiabilidad pueden trabajar en estrecha colaboración con el equipo de mantenimiento para diseñar, probar y producir piezas de repuesto de calidad que mejorarán la confiabilidad de los activos en el sitio.

Realización de análisis de causa raíz

Una cosa en la que los ingenieros de confiabilidad deben ser muy buenos es identificar y comprender las causas de las fallas. Por eso, se les puede encomendar la tarea de realizar un análisis de causa raíz (RCA) . Pueden examinar manuales de OEM, prácticas de mantenimiento, registros de mantenimiento de equipos y otra documentación para encontrar los motivos por los que fallan máquinas específicas . y sugerir cómo eliminar o mitigar cada una de las causas de falla encontradas.

Una forma de abordar las posibles causas es aplicando prácticas de RCM.

Asegurarse de que las acciones de mantenimiento aborden los modos de falla correctos

Esta es una extensión del punto anterior. Dado que el último punto se concentró en encontrar lo que no está haciendo (qué modos de falla no está abordando), centrémonos aquí en lo que podría estar haciendo mal .

La mayoría de las empresas se encontrarán en una situación en la que están realizando un mantenimiento regular en un activo y ese activo todavía está sufriendo averías. Si bien puede haber muchas razones para eso, una de ellas es que los técnicos de mantenimiento están haciendo algo mal, como no abordar los modos de falla correctos. Aquí es donde la referencia al análisis RCA puede resultar muy útil.

De manera similar, los ingenieros de confiabilidad pueden verificar ocasionalmente cómo se ejecutan las diferentes prácticas de mantenimiento y cómo se pueden mejorar. Pueden verificar si el equipo de mantenimiento está utilizando prácticas obsoletas y realizando tareas de mantenimiento preventivo que agreguen valor y aborden los problemas correctos. Todos estos deben ser fácilmente accesibles en un buen sistema CMMS.

Para obtener más información sobre CMMS, puede consultar nuestra guía ¿Qué es un CMMS y cómo funciona?

Por último, pero no menos importante, los ingenieros de confiabilidad también pueden ayudar a elegir los sensores y equipos de monitoreo de condición adecuados para la implementación de estrategias de mantenimiento avanzadas como el mantenimiento basado en condiciones y el mantenimiento predictivo.

Reflexiones finales

Los serios esfuerzos de ingeniería de confiabilidad brindan serios resultados. Con el conocimiento adecuado, se pueden implementar técnicas de confiabilidad independientemente del tamaño de su empresa.

En el futuro, esperamos que las organizaciones continúen invirtiendo en confiabilidad, ya que esto ayuda a todos los involucrados. Las empresas de producción se benefician al producir productos de mejor calidad, los equipos de mantenimiento tienen menos problemas para mantenerlos y los usuarios tienen menos problemas de rendimiento durante la vida útil de su producto. Es una situación en la que todos ganan.

¿Es usted un ingeniero de confiabilidad o un profesional de mantenimiento y cree que nos perdimos un punto importante? Comparta sus pensamientos en los comentarios a continuación.