Congreso Internacional Conjunto Cancún 2004 LAS/ANS-SNM-SMSR/International Joint Meeting Cancun 2004 LAS/ANS-SNM-SMSR XV Congreso Anual de la SNM y XXII Reunión Anual de la SMSR/XV SNM Annual Meeting and XXII SMSR Annual Meeting Cancún, Q.R., México, 11-14 de Julio, 2004/Cancún, Q.R., Mexico, July 11-14, 2004

Identificación de Tareas de Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad MsC. Ing. Antonio Torres Valle y DrC. José de Jesús Rivero Oliva Dpto. Ingeniería Nuclear. Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas. Ave. Salvador Allende y Luaces, Quinta de los Molinos, Plaza, Ciudad Habana, Cuba. [email protected] ; [email protected] Resumen La metodología de Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RCM) ha pasado a ser, tras el descubrimiento de sus ventajas, un objetivo de muchas instalaciones industriales para optimizar su mantenimiento. Sin embargo, diversos factores subjetivos afectan la determinación de los parámetros (técnicas de predictivo a aplicar y tiempos entre intervenciones) que caracterizan las tareas de RCM. Se propone un método para determinar las tareas de monitoreo a condición y los tiempos más recomendables para aplicar el monitoreo por tiempo y la búsqueda de fallos, con enfoque en sistema. Esta metodología ha sido informatizada dentro del código MOSEG Win Ver 1.0. La misma ha sido aplicada con éxito a la determinación de tareas de RCM en objetivos industriales.

1. INTRODUCCIÓN El estudio del estado actual de las metodologías de Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (RCM) permite apreciar que aún subsisten algunas deficiencias que limitan su aplicación. Entre las principales deficiencias detectadas se encuentran el inexistente enlace con los sistemas de gestión del mantenimiento, el uso de métodos cualitativos para clasificar la importancia de equipos - modos de fallo, y la necesidad del uso de expertos para determinar los parámetros de las tareas de RCM derivadas de los estudios. El código de gestión de mantenimiento (MOSEG Win Ver 1.0) ha incorporado un sistema de determinación de las tareas de RCM que reduce la dependencia de los factores subjetivos asociados a las deficiencias, anteriormente señaladas. Esta metodología tiene la capacidad de determinar qué tipos de tareas de RCM proceden para cada uno de los equipos - modos de fallo analizados, así como algunas características particulares de cada tarea, por ejemplo, tipo de técnica de predictivo aplicable y tiempos recomendados entre intervenciones para las tareas de monitoreo por tiempo y de búsqueda de fallos.

Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM

1/15

Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM

A. Torres et al, Identificación de Tareas de Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad

2. ESTADO ACTUAL DE LAS METODOLOGÍAS DE RCM Un resumen detallado del estado actual del desarrollo y aplicación de las metodologías de mantenimiento centrado en la confiabilidad (RCM) y el mantenimiento basado en riesgo (RBM) aparece en [1]. Seguidamente algunos de los aspectos más significativos a que se hace referencia: 1. En la República Checa está en marcha un proyecto piloto de aplicación de RCM. En el futuro se incrementarán los esfuerzos con respecto a la optimización del mantenimiento basado en confiabilidad y riesgo de los componentes y sistemas de la planta. Un monitor de riesgo se utiliza en la planta nuclear de Dukovany para apoyar la planificación del mantenimiento y minimizar el riesgo operacional de la unidad. Se han desarrollado matrices de configuración de riesgo como una herramienta de toma de decisión. 2. En Hungría, la planta nuclear de Paks introducirá en un futuro programas para la aplicación de la optimización del mantenimiento centrado en confiabilidad. El órgano regulador incrementa su experiencia en la optimización basada en riesgo para optimizar actividades de mantenimiento, y tiene interés en establecer criterios para el mantenimiento, basados en la confiabilidad del equipamiento (aproximación a RCM) y en el riesgo de la planta (aproximación a RBM). 3. En Hungría y en la República Checa no se han desarrollado criterios para evaluar el riesgo del mantenimiento en operación vs. el mantenimiento realizado en parada. 4. En Slovenia un programa de mantenimiento on line comienza a utilizar el Análisis Probabilista de Seguridad (APS) para comparar el riesgo de planta con las configuraciones de equipos fuera de servicio. 5. En algunos países de Europa del Este se realizan aplicaciones de RCM y RBM. En varios de ellos se ejecutaron los estudios para evaluar el impacto sobre el riesgo de las actividades de mantenimiento en plantas nucleares. 6. En general se incrementan las aplicaciones de APS para optimizar la planificación del mantenimiento y las pruebas sobre el equipamiento importante para la seguridad. Por ejemplo, en Gran Bretaña, un código de RCM se comenzó a desarrollar en NNC Ltd. 7. En EEUU las Reglas de Mantenimiento requeridas por la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) establecen la necesidad de licencias para evaluar las actividades de mantenimiento que afectan el riesgo. El objetivo general de las Reglas de Mantenimiento es asegurar la efectividad global de los programas de mantenimiento aprobados. Es importante destacar que, investigaciones adicionales hechas alrededor de los sistemas de gestión del mantenimiento más avanzados [2] permiten asegurar que, hasta la fecha, marchan separados los sistemas de gestión del mantenimiento y las aplicaciones de los análisis de confiabilidad y riesgo que, como se aprecia [1], constituyen importantes herramientas de apoyo al mantenimiento.

Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM

2/15

Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM

Congreso Internacional Conjunto Cancún 2004 LAS/ANS-SNM-SMSR /International Joint Meeting Cancun 2004 LAS/ANS-SNM-SMSR

Como criterio adicional, que soporta esta afirmación, Christer IdHammar, importante directivo de una compañía dedicada a las mejoras operacionales, mantenimiento y organización, argumenta [3]: El RCM no considera planificación y programación del mantenimiento, ni eficiencia de la gente, no incluye un sistema de soporte vital tal como una base de los datos técnicos y sus interfases con almacenes. RCM es entonces una herramienta que debe ser usada selectivamente para sistemas críticos y muy complejos. El no constituye un sistema completo para confiabilidad y mantenimiento. No caiga en la trampa de creer que es algo completamente nuevo y diferente, o que es un programa completo de confiabilidad y mantenimiento. De esta forma IdHammar reconoce la fortaleza que significaría contar con un sistema que unifique la gestión del mantenimiento con los criterios de optimización relacionados con la confiabilidad y el riesgo. Han sido consultados también varios códigos destinados a RCM como: •

ReliaBuilder – RCM [4]. Es un sistema para realizar RCM partiendo de análisis cualitativos. El mismo incluye la clasificación de los componentes atendiendo a la criticidad de sus fallos, así como recomendaciones sobre las acciones de mantenimiento dirigidas a condición y/o a tiempo más apropiadas para cada causa del fallo.

•

RCM-2 Toolkit [5]. La compañía Athos Corporation ofrece servicios de entrenamiento, consultoría, software y asesoría, con cursos completos que incluyen facilitadores para garantizar el aprendizaje de la técnica de RCM.

En ambos casos se trata de software dirigido a RCM y no a la gestión del mantenimiento, como tal. Estos códigos utilizan un sistema cualitativo de clasificación de equipos. Otra metodología similar al RCM, preparada para la industria de procesos químicos se esboza en [6]. La metodología mezcla parámetros de daño o peligro potencial con efectos de los fallos para la disponibilidad del proceso y tiempo entre los mismos, llegando a determinar finalmente, según la criticidad y redundancia de los equipos, a las técnicas de mantenimiento dirigida a condición más recomendables y las frecuencias con que deben aplicarse. También en este caso el sistema pretende ser sólo un apoyo a la gestión del mantenimiento. Las herramientas para determinar la influencia de cada fallo de equipo sobre el daño y la disponibilidad son cualitativas. Adicionalmente, para la determinación de las frecuencias de mantenimiento se regresa al tiempo medio hasta el fallo. Por otra parte, la industria nuclear ha utilizado códigos de RCM basados en el análisis cuantitativo de la confiabilidad de los sistemas [7, 8, 9] que, partiendo de la medida de importancia Fussell-Vesely, permiten la obtención automatizada de los niveles de criticidad de los diferentes componentes - modos de fallo incluidos en el sistema objeto de estudio.

Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM

3/15

Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM

A. Torres et al, Identificación de Tareas de Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad

Una vez clasificados los componentes según su grado de criticidad, la determinación de las posibles tareas de mantenimiento derivadas del RCM, se realiza siguiendo opiniones de expertos. Dichas opiniones presentan ciertas limitaciones. Por ejemplo, se pierde la potencialidad del enfoque sistémico del análisis, cuando se sigue la práctica habitual de determinar los tiempos de monitoreo a condición y de búsqueda de fallos sobre la base de los parámetros de confiabilidad de cada componente por separado. Finalmente como resumen del estado actual de la metodología de RCM puede establecerse que: •

No existe una interfaz desarrollada con los sistemas de gestión de mantenimiento, que permita utilizar las potencialidades del RCM en muchas de las tareas habituales de la gestión (programación, almacenes, etc.).

•

En varios de los sistemas de RCM consultados se utilizan métodos cualitativos para clasificar la criticidad de los fallos de los equipos. Este enfoque introduce un componente subjetivo importante dentro del análisis. Ello resulta más sensible cuando se trata de sistemas redundantes en los que es necesario clasificar la importancia de los componentes para la funcionalidad del sistema.

•

En los casos en que se utilizan métodos cuantitativos de clasificación, se retorna a la opinión de expertos para realizar la determinación de las técnicas de monitoreo a condición aplicables y de los tiempos entre intervenciones recomendables para realizar las tareas de RCM. El uso de los tiempos medios entre fallos para determinar los tiempos entre intervenciones de RCM regresa a parámetros que caracterizan el fallo individual de los equipos, perdiéndose el enfoque sistémico del análisis, logrado durante la modelación del sistema con técnicas de análisis como los árboles de fallos.

Como conclusión de este aspecto, es necesario aclarar que no se encuentra aún informatizado en ninguna de las metodologías de RCM investigadas, un método que permita determinar las técnicas de mantenimiento predictivo aplicables a cada tipo de equipo ni los intervalos de tiempo recomendables para realizar las tareas de RCM. 3. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA PARA LA DETERMINACIÓN DE TAREAS DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN LA CONFIABILIDAD Como resultado de un estudio de confiabilidad de sistema y de un análisis común de importancia [10] aparecerán ordenados los componentes - modos de fallo según el criterio de la medida Fussell-Vesely (FV). Esta medida de importancia es la probabilidad de que el componente – modo de fallo forme parte de alguna de las combinaciones mínimas de eventos capaces de provocar el fallo del sistema, y que se denominan Conjuntos Mínimos de Corte (CMC). Partiendo de este resultado será posible clasificar los niveles de criticidad de cada componente modo de fallo de la manera siguiente: Alta Criticidad (FV>=0.1), Media Criticidad (0.01 qopt En este caso, puede determinarse el valor de Tc necesario para alcanzar el valor de indisponibilidad meta qmetacomp , despejándolo de la expresión:

meta q comp =

1 τ L × Tc + Pnt Tc 2

De donde se obtiene una ecuación algebraica de segundo grado, con dos soluciones para Tc (Tc1 y Tc2), que se pueden apreciar gráficamente en la figura 2. De ellas se toma la mayor, que corresponde a la selección del signo “+” entre las dos opciones del doble signo que surgen de la fórmula para obtener las raíces de la ecuación. Se toma el mayor de los tiempos porque es el que permite alcanzar el valor de indisponibilidad meta con una menor carga de trabajo para el personal. Dicho valor recomendado de Tc puede determinarse mediante la expresión: q meta +  comp Tc = 

Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM

[(q

)

meta 2 comp

11/15

]

− 2 L × τ × Pnt  

L

(7)

Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM

A. Torres et al, Identificación de Tareas de Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad

Figura 2. Comportamiento de qsist al variar Tc La figura 2 ilustra gráficamente los casos extremos en que qmeta1qopt.. La recta q=qmeta1 muestra la situación en que no se alcanza la meta necesaria para llevar el componente hasta la condición de criticidad baja y es necesario adoptar como tiempo medio entre pruebas el valor Tc opt. La recta q=qmeta2 corresponde al caso en que es posible llevar el componente hasta la condición de baja criticidad, para lo cual podrían aplicarse dos tiempos de monitoreo, entre los que se selecciona el valor mayor Tc2, dado por (7). Hasta este punto se ha considerado el caso de la tarea de búsqueda de fallos en un componente probado periódicamente. Cuando se trata de una tarea de monitoreo por tiempo, los valores de Tc se determinan suponiendo Pnt=0, dado que este monitoreo presupone un desmontaje del equipo y la tarea se realiza en momentos en que no afecta la disponibilidad del sistema. Bajo estas condiciones resulta: Tc =

meta 2 × q comp

L

Puede apreciarse que, cuando se trata de tareas de monitoreo por tiempo, siempre es posible alcanzar el valor de indisponibilidad meta deseado reduciendo el tiempo Tc hasta el valor que resulte necesario. Por tanto, en este caso pueden esperarse disminuciones notables de Tc respecto al valor sugerido por el usuario. En cambio, cuando se trata de una tarea de búsqueda de fallos puede ocurrir que el valor sugerido por la metodología sea mayor o menor que el que aplica el usuario. Si el tiempo sugerido es mayor significa que en la estrategia que se emplea la indisponibilidad del componente se encuentra incrementada por una frecuencia excesiva de la prueba que hace predominar el efecto de la indisponibilidad asociada a la misma. Si el tiempo sugerido es menor, significa que la estrategia aplicada permite un progreso excesivo de los fallos ocultos detectables por la prueba, al realizarse la misma con relativamente poca frecuencia. No es recomendable aplicar en todos los casos el valor óptimo sugerido, ya que ello puede significar un incremento importante de la frecuencia de pruebas – mantenimientos, lo que implicaría gastos adicionales por este concepto. El usuario deberá tomar en cuenta el valor Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM

12/15

Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM

Congreso Internacional Conjunto Cancún 2004 LAS/ANS-SNM-SMSR /International Joint Meeting Cancun 2004 LAS/ANS-SNM-SMSR

sugerido y aproximarse a él lo más posible, en la medida que lo permitan otros factores a considerar, de índole económica y atendiendo a la carga de trabajo. En general, ocurrirá que para los componentes de mayor criticidad y FV elevada, se impondrán tareas de búsqueda de fallos de mayor frecuencia. El software MOSEG Win Ver. 1.0 utiliza códigos para identificar las tareas de Monitoreo a Condición (MC), Monitoreo por Tiempo (MT) y de Búsqueda de Fallos (BF) (véase columna “Tareas” de la tabla inferior de la figura 3). Así mismo, en la asignación de las posibles tareas de MC, se utilizan siglas para identificar a cada técnica de predictivo, por ejemplo: AV (Análisis de Vibraciones), CH (Contenido de Hierro en Aceite), TG (Termografía Infrarroja), DP (descargas parciales), entre otras (véase columna “Mon. Cond.” de la tabla inferior de figura 3).

Figura 3. Ejemplo de determinación de parámetros para las tareas de RCM utilizando MOSEG Win Ver 1.0 La metodología de RCM contenida dentro del código MOSEG presenta algunas particularidades. Las etapas del RCM de análisis funcional y modelación del sistema objeto de estudio, se Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM

13/15

Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM

A. Torres et al, Identificación de Tareas de Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad

consideran cubiertas con la realización del análisis desde la opción Esquema Tecnológico y el subsecuente estudio hasta obtener los conjuntos mínimos de corte [11, 14]. Tras seleccionar la opción RCM, el código orienta al usuario sobre posibles intervenciones de monitoreo a condición (MC), monitoreo por tiempo (MT) o de búsqueda de fallos (BF). Esta sugerencia no debe considerarse concluyente. Por ejemplo, aunque el sistema sugiere varias técnicas de monitoreo a condición, la que se decida implementar debe ajustarse a las causas de los fallos específicos y más probables del componente en cuestión. En la determinación de las causas puede utilizarse el análisis estadístico (opción Mantenimiento - Estadística) [11], lo cual cubre la etapa del RCM conocida como Revisión de la historia operacional. Por otra parte, los resultados cuantitativos sobre tiempos recomendados para realizar las tareas de monitoreo por tiempo o de búsqueda de fallos, pueden resultar improcedentes por implicar frecuencias de monitoreo inaceptables. Ello ocurre sobre todo para componentes de muy alta criticidad y cuando los desbalances en la medida de importancia FV entre los componentes del esquema son muy acentuados. En estos casos el usuario debe adaptar las frecuencias de las tareas de RCM a valores aceptables para los regímenes de operación – mantenimiento de la instalación o tomar medidas para corregir los desbalances tan marcados de la medida de importancia FV entre los componentes – modos de fallo (cambios de diseño, sustitución de componentes, etc.) El método de determinación de tareas de RCM descrito, ha sido utilizado con éxito en la elaboración del plan de tareas de RCM realizado en la Planta de Gas de Boca de Jaruco, así como en la implementación de RCM a varios sistemas de instalaciones energéticas [11]. También ha sido utilizado en la solución de múltiples tareas docentes de mediana complejidad para la elevación de la cultura del mantenimiento de los ingenieros nucleares formados en el Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (INSTEC) [11]. 4. CONCLUSIONES La metodología de RCM ha pasado a ser, tras el descubrimiento de sus ventajas, un objetivo de muchas instalaciones industriales para optimizar su mantenimiento. El método de determinación de las intervenciones de RCM propuesto ayuda a cubrir con eficacia un campo del conocimiento en el que las opiniones de los expertos pueden ser variadas. La dispersión de la información sobre técnicas de monitoreo a condición y/o el desconocimiento de las mismas por parte de los analistas, puede ser cubierta con la base de datos informatizada prevista dentro del código MOSEG. Es un aspecto trascendente de la metodología propuesta, la deducción de una expresión general, basada en la medida de importancia FV, que describe los valores de meta a alcanzar para lograr que un componente crítico dado (de alta y mediana criticidad) pase a convertirse en un elemento de baja criticidad. De esta forma se conserva el enfoque en sistema del análisis, para áreas en las que normalmente los expertos retornan a parámetros de fiabilidad individuales de componentes, lo que provoca que tal enfoque se pierda.

Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM

14/15

Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM

Congreso Internacional Conjunto Cancún 2004 LAS/ANS-SNM-SMSR /International Joint Meeting Cancun 2004 LAS/ANS-SNM-SMSR

Utilizando el valor meta deducido es posible entonces optimizar los intervalos de aplicación de las tareas de monitoreo por tiempo y de búsqueda de fallos. Dado que la metodología se ha implementado dentro del código MOSEG Win Ver. 1.0, se obtendrán valores recomendados para estos intervalos, lo que representa un significativo impacto en la efectividad de las tareas de mantenimiento y, por tanto en la disponibilidad de los sistemas y la seguridad de las instalaciones. REFERENCIAS 1. Stephan Mayer, Milan Patrik, Attila Bareith, Marko Cepin, “Risk Informed Decision Making–Maintenance (Task 2 Issue 6)”, Project Promoting Cooperation between the Nuclear Regulatory Authorities of the European Union and their Counteparts in the ‘Aplicant Countries’ of Central and Eanstern Europe, January 2002, Chapter 3.7, p. 1-13 (2002). 2. Datastream System, Inc., "System Overview MP2 Access 2000", USA http://www.datastream.net/latinamerica (2003). 3. Christer Idhammar, “The RCM trap”, IDCON, Reliability and Maintenance Manangement Consultant Company, http://www.idcon.com (2003). 4. Advance Reliability Technolgies, “ReliaBuilder – RCM Workstation”, http://www.advancereliability.com (2003). 5. Athos Corporation, “RCM-2 Toolkit”, http://www.strategictechnologiesinc.com (2003). 6. G. Sam Samdani,, Safety & Risk Management Tools & Techniques in the Chemical Processes Industry, p. 67, McGraw Hill, New York, USA (1996). 7. J. P. Gaertner, T.G. Hook, E.A. Hughes et al, Aplication of Reliability Centered Maintenance to San Onofre Units 2 and 3 Feedwater Systems, p. 2-1 to 2-8, EPRI NP-5430 (1987). 8. Vasuvedan, R., Smith, A.M., Matteson, T.D. et al, Aplication of Reliability Centered Maintenance to Component Cooling Water System at Turkey Point Units 3 and 4, Chap. 2, EPRI NP-4271 (1985). 9. Division of Nuclear Installation Safety, Working Material – PSA Applications to Improve NPP Safety, p. 30-32, IAEA-J4-97-CT-06876, Vienna, Austria, January 1998 (1998). 10. G. Mosquera, J. Rivero, J. Salomón, C. Valhuerdi, A. Torres, M. Perdomo, R. Ferro., Disponibilidad y Confiabilidad de sistemas industriales, p. 52-86, ISBN 980-00-0889-6, Universidad "Gran Mariscal de Ayacucho", Barcelona, Venezuela, (1995). 11. Torres V. A., “Metodología de la Gestión de Mantenimiento Orientado a la Seguridad y la Confiabilidad”, ISBN 959-7136-16-3, V Taller Internacional de la Cátedra de Seguridad de la Industria, Centro de Prensa Internacional, C. Habana, Cuba, Safind03_28 (2003). 12. Rafael Clavijo Tornero, “Optimización de la gestión del mantenimiento a través del mantenimiento basado en riesgo (RbM)”, Revista Mantenimiento, No. 84, p. 21-32 http://www.aem.es (1995). 13. Vesely W. Et al, “Fault Tree Handbook”, NUREG 0492 (1981). 14. Torres, A., Rivero, J., “Patrones de Evaluación Probabilista del Mantenimiento”, Memorias Congreso Internacional Conjunto Cancún 2004 LAS/ANS-SNM-SMSR, Cancún, Q.R., México, 11-14 de Julio, 2004 (2004).

Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM

15/15

Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM