Confiabilidad (1)

CONFIABILIDAD - MANTENIBILIDAD -
DISPONIBILIDAD

CONFIABILIDAD
• La capacidad de un componente, equipo o
sistema, de no descomponerse o fallar durante el
tiempo previsto para su funcionamiento bajo
condiciones de trabajo perfectamente definidas

• El funcionamiento de un componente, equipo o sistema es
confiable si cada vez que el mismo es exigido durante su
vida útil, responde satisfactoriamente. ( Probabilidad de
funcionamiento seguro )
• En un sistema complejo la confiabilidad del mismo
depende de la confiabilidad de cada uno de sus
componentes y existe una relación matemática bien
definida entre la confiabilidad de las partes, componentes y
la del sistema total.
• Todo elemento, equipo o sistema bien diseñado, bien
fabricado y bien mantenido no deberá acusar fallas durante
el período de vida útil previsto; esto es un enunciado o una
expresión de deseos ya que la experiencia demuestra que,
aún cumpliendo con los presupuestos anteriores,
eventualmente se producen fallas.
•

La confiabilidad está estrechamente relacionada con la
investigación operativa ya que la asociamos a la
probabilidad de ocurrencia de una falla en un período de
tiempo determinado y bajo determinadas condiciones
ambientales de operación. A los efectos de su aplicación,
la confiabilidad distingue tres tipos de fallas que ocurren
en forma arbitraria y que son ajenas al personal encargado
de la operación:
•Fallas iniciales (mortalidad infantil)
•Fallas aleatorias (vida útil)
•Fallas por desgaste (vejez)

Fallas iniciales
Se llaman así porque ocurren en la fase inicial de la vida
operativa y generalmente se deben a deficiencias en el
proceso de fabricación, instalación o control de calidad. Estas
fallas se corrigen durante las pruebas iniciales y su influencia,
desde el punto de vista operativo, es prácticamente
insignificante.
Fallas aleatorias o fortuitas
Son debidas al azar y por lo tanto independientes de las fallas
iniciales y del adecuado mantenimiento.
Este tipo de fallas es imposible de predecir con exactitud pero,
en general, tienden a cumplir con ciertas reglas pertenecientes
a los grandes números que hacen que la frecuencia de su
ocurrencia durante un período de tiempo suficientemente largo
resulte prácticamente constante. No resulta fácil eliminar las
fallas aleatorias pero existen métodos que permiten reducirlas
y que serán analizados más adelante.

Fallas por desgaste
En general este tipo de fallas aparecen luego de terminado el
período de vida útil del elemento o sistema. En la mayoría de
los casos este problema puede evitarse mediante el
mantenimiento preventivo, es decir, mediante la sustitución de
los componentes o equipos a intervalos inferiores al tiempo
de vida previo al desgaste.
Supongamos ahora que un elemento, equipo o sistema se halla
sometido a fallas que ocurren al azar, también que para largos
períodos de funcionamiento el número de fallas sea el mismo;
en estas condiciones la confiabilidad C de ese elemento,
equipo o sistema estará matemáticamente definida por la
siguiente expresión:
C(t) = e-( λ t)
λ: constante denominada "tasa de fallas aleatorias“
t : período de tiempo arbitrario para el cual se desea conocer la
confiabilidad

TASA de FALLAS
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tiempo
Lambda
Infancia
Vida Util
Vejez

En lugar de λ es más común utilizar su inversa a la que se
conoce como tiempo medio entre fallas
MTBF (Mean Time Between Faults) es decir:
MTBF = m = 1 / λ
con lo cual la confiabilidad puede expresarse como:

CONFIABILIDAD
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
Tiempo / MTBF
CONFIABILIDADC

Esta expresión es válida para el período de vida útil del
elemento o sistema y representa la posibilidad de que el
dispositivo (con tasa de falla constante) no tendrá fallas durante
el período de tiempo t. Si la confiabilidad de un sistema o la de
sus componentes es demasiado baja para ser aceptada, existen
formas de mejorarla. Los métodos empleados en general
incluyen:
9Control de Calidad
Gran parte del proceso de control de calidad consisten en
disciplina de trabajo, procedimientos adecuados, verificación del
cumplimiento estricto de los procesos de fabricación, etc. y otra
parte del control que es estadística.
9

En el primer caso se incluyen acciones tales como:
Cumplimientos de las especificaciones de diseño y control del
medio ambiente en cuanto a polvo, tierra, grasa y otras sustancias
que puedan luego afectar el funcionamiento del componente.
Programas de entrenamiento para el personal, en los cuales se
les enseñen los procedimientos de fabricación adecuados y
cuales son las razones para el empleo de esos procedimientos.
Programas de incentivos no sólo en cuanto a la velocidad en la
producción, sino también en la calidad de la misma.

En lo referente al control estadístico se desarrollan las siguientes
acciones:
El estudio de muestras del producto para determinar si los
procedimientos son correctos.
Verificar si esos procedimientos se aplican adecuadamente o si se
están produciendo variaciones grandes en el producto final
El control de calidad es sumamente importante, pero el por si solo
es, en general, insuficiente para asegurar una elevada
confiabilidad.

Duplicación:
Se recurre, entonces a la redundancia (o duplicación) que es
otro de los caminos para mejorar la confiabilidad y consiste en el
uso de más de un elemento para cumplir con la misma función.
Ciertos componentes críticos de un sistema pueden ser
diseñados de forma tal de tener dos o más alternativas; el mismo
puedes ser concebido de manera que falle sólo si ambas o todas
las partes redundantes fallan. En otras palabras el sistema
funcionará correctamente si por lo menos uno de los sistemas
duplicados funciona.
Existen dos tipos de redundancia:
Activa: cuando ambos elementos funcionan al mismo tiempo.
Pasiva (o Standby): cuando un sólo elemento funciona y el otro
permanece en espera.
Si bien la duplicación es un procedimiento útil y adecuado para mejorar
la confiabilidad debe ser muy bien estudiada pues siempre aumenta el
peso, el tamaño, la complejidad y el costo del producto final.

Mantenibilidad
• La probabilidad de restituir o volver al
servicio, en un tiempo determinado, a un
sistema que ha sufrido una falla o
interrupción en su funcionamiento

La mantenibilidad, juntamente con la confiabilidad, representan los
dos parámetros más importantes para la evaluación operativa de un
sistema de armas.

El posible intercambio entre los dos parámetros es una función
compleja del costo, complicación técnica y requerimientos operativos del
sistema en consideración.

Para efectuar una medición de la mantenibilidad es necesario definir
primero algunos elementos constitutivos de la misma.

Comencemos con el tiempo de interrupción (Ti
) que representa el
intervalo de tiempo durante el cual el sistema se encuentra fuera de
servicio. Ti
puede descomponerse en tres partes:

a) Tiempo efectivo de reparación
b) Tiempo logístico
c) Tiempo administrativo

El tiempo efectivo de reparación representa el tiempo
durante el cual el personal técnico se encuentra realizando los
trabajos de reparación para poner al sistema nuevamente en
servicio.

El tiempo logístico representa la porción de Ti
necesaria
para obtener los repuestos requeridos para la reparación.

El tiempo administrativo representa la porción Ti
insumida
por los retardos administrativos debido al procesamiento de los
requerimientos, las autorizaciones para efectuar los trabajos, la
obtención de horas extras, etc.

El tiempo de reparación puede en algunos casos, ser
disminuido por el empleo de personal adicional y para ello resulta
necesario mantener registros de las horas requeridas para cada
operación de mantenimiento.

Esta información es de suma importancia porque la
misma permite determinar el personal necesario para la
realización de un mantenimiento adecuado.

Como ningún sistema es 100% confiable, el
mantenimiento y sus correspondientes inversiones representan
un aspecto importante a tener en cuenta para la operación a largo
plazo.

De acuerdo con la definición de mantenibilidad vemos
que deberán realizarse grandes esfuerzos con el objeto de reducir
al mínimo el tiempo de reparación de los elementos o unidades.

Para ello en el diseño se deberán incluir todas aquellas
facilidades que disminuyan la labor de los técnicos de
mantenimiento. Los procedimientos a utilizar para el mantenimiento
de sistemas pueden agruparse en dos categorías principales a
saber:

1. Mantenimiento Programado: Es el planificado a través de
inspecciones a intervalos regulares. Su objetivo es mantener el
sistema en las condiciones originales de confiabilidad - seguridad -
performance y evitar que las fallas de los elementos o sistemas
aumenten o excedan los valores establecidos por el diseño; por esta
razón se lo conoce también con el nombre de mantenimiento
preventivo.
2. Mantenimiento no Programado: También llamado de
emergencia, es el que se realiza cuando se produce una falla que
afecta al funcionamiento normal del sistema. Su objetivo es restituir
el sistema a su condición normal lo más rápidamente posible
mediante la sustitución, reparación o ajuste del elemento
defectuoso.

La reparación inmediata de las fallas resulta prácticamente
imposible. Lo más aproximado a este supuesto ocurre con aquellos
problemas que se producen en centros de mantenimiento que
disponen de personal de servicio las 24 horas del día y un suficiente
stock de repuestos.

En los sistemas redundantes activos que han sido
diseñados de modo que ante una falla el sistema continúe operativo
mientras se repara el o los elementos con falla, es posible lograr una
confiabilidad que resulta independiente del tiempo de operación.

De cualquier manera los sistemas redundantes deben ser
periódicamente inspeccionados para asegurar que ningún elemento
ha fallado y que la confiabilidad del sistema es la original.

A similitud de MTBF se define al Tiempo Medio de Reparación
(Mean Time To Repair : MTTR = τ) que en la realidad es un valor
resultante de considerar diferentes circunstancias como:
τu
: Tiempo necesario para que el personal técnico ubique la falla
que a su vez es función de la experiencia del personal, de la
accesibilidad al lugar de reparación, de la existencia de elementos
indicadores de la falla, etc.
τr
: Tiempo de reparación de la falla, que depende del lugar donde se
produjo la falla (cerca o lejos de un centro de mantenimiento) de la
disponibilidad inmediata de personal para encarar la reparación, etc.
τt
: Tiempo necesario para desplazar al personal desde el centro de
mantenimiento hasta el lugar de reparación.
τa
: Tiempo administrativo necesario para autorizar y enviar al
personal de mantenimiento (que incluye partidas de gastos,
materiales, vehículos, etc.).
. En resumen: τ= τu
+ τr
+ τt
+ τa
= MTTR

τu
y τr
dependen del personal ( idoneidad, experiencia ) y de la
naturaleza de la falla.
τt
depende de la distancia entre el lugar donde se generó la falla y el
centro de mantenimiento más cercano, de las características del
terreno, del medio de transporte empleado, etc.
τa
depende de la organización impuesta por la institución o empresa
para los trámites burocráticos correspondientes a los viáticos,
suministros de materiales desde los depósitos, entrega de
combustible para los vehículos, etc.
Si varias operaciones de mantenimiento pueden ser
realizadas simultáneamente y si las mismas pueden ser iniciadas al
mismo tiempo, el tiempo horario para volver operativo al sistema no
será igual a la suma de las horas/hombre correspondientes a todas
las operaciones sino que estará dado por el correspondiente al de la
reparación del elemento o unidad más lerda.
La suma de las horas/hombre es importante porque establece
la cantidad de personal necesario para efectuar la operación en el
tiempo establecido.

Para poder coordinar la mantenibilidad con la confiabilidad es
necesario establecer bien el MTTR.

La mantenibilidad M, en función del tiempo puede ser representada
por:

M(t) = 1 - e -t/τ = 1 - e -µ t
µ = 1 / MTTR = 1 / τ = tasa de reparación

MANTENIBILIDAD
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
Tiempo/MTTR
MANTENIBILIDADD

DISPONIBILIDAD
• la probabilidad de que el mismo se
encuentre operando en óptimas
condiciones en un instante de tiempo y
bajo condiciones de trabajo normales.

D= MTBF / (MTBF + TTR)=1 / (1 + β)
en donde
β= MTTR / MTBF=τ / m
tiempo medio entre fallas (MTBF tiempo favorable)
tiempo medio entre reparación (MTTR tiempo desfavorable)
tiempo medio total (MTBF + MTTR tiempo favorable + desfavorable)
D = tiempo medio entre fallas / tiempo medio total

La disponibilidad no es una función del tiempo, pero sí de la
confiabilidad y de la mantenibilidad a través de la relación β
(MTBF/MTTR)
A medida que ésta disminuye, aumenta el efecto que la mantenibilidad
tiene sobre la disponibilidad.
Como en el diseño de todo sistema existe siempre una relación
económica óptima entre los dos factores, no es cuestión de aumentar
exageradamente la confiabilidad si ello no mejora justificadamente la
disponibilidad.
Resulta sumamente conveniente hablar de disponibilidad porque da
idea del rendimiento del sistema en términos de mantenimiento y, por
lo tanto, de organización empresarial con todas sus implicancias y
consecuencias, aspectos que no son contemplados por la
confiabilidad.

DISPONIBILIDAD
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
MTTR/MTBF
DISPONIBILIDAD D

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