CAPÍTULO 17 Mantenimiento y confiabilidad Esquema del capítulo Perfil global de una compañía: Comisión de Servicios de Orlando Importancia estratégica del mantenimiento y la confiabilidad 670 Confiabilidad 671 Mejora de componentes individuales 671 Provisión de redundancia 673 Mantenimiento 674 Implementación del mantenimiento preventivo 674 Incremento de las capacidades de reparación 678 Mantenimiento productivo total 679 Técnicas para enriquecer el mantenimiento 679
Resumen 679 Términos clave 680 Uso de software para resolver problemas de confiabilidad 680 Problemas resueltos 680 Ejercicios para el estudiante 680 Autoevaluación 681 Preguntas para análisis 681 Dilema ético 681 Problemas 682 Estudio de caso: Worldwide Chemical Company 683 Estudio de casos adicionales 684 Bibliografía 684 Recursos en internet internet 684
Diez decisiones estratégi cas en AO Diseño de bienes y servicios Adminis isttración de la calidad Esttrategia del proceso Es Esttrategias de localización Es Esttrategias de distribuci Es ció ón d de e instalaciones Rec Re cursos humanos Adminis isttración de la cadena de suminis isttro
Objetivos de aprendizaje
Adminis isttración d de e inven tario ioss
Al terminar de estudiar este capítulo, usted será capaz de 1. Describir cómo se mejora la confiabilidad del sistema 2. Determinar la confiabilidad del sistema 3. Determinar el tiempo medio entre fallas (TMEF) 4. Distinguir entre mantenimiento preventivo y mantenimiento por falla
5. Describir cómo se mejora el mantenimiento 6. Comparar los costos del mantenimiento preventivo contra los del mantenimiento correctivo
Programación Man tenimien to
667
Perfil global de una compañía: Orlando Utilities Commission El mantenimiento proporciona una ventaja competitiva para la Orlando Utilities Commission La OUC (Orlando Utilities Commission; Comisión de Servicios de Orlando) posee y opera plantas eléctricas que suministran energía a dos condados del centro de Florida. Todos los años, la OUC detiene la operación de cada una de sus unidades de generación eléctrica entre 1 y 3 semanas para realizar trabajos de mantenimiento. De manera adicional, cada tres años las unidades se detienen para una revisión completa y una inspección de las turbinas del generador. Las revisiones se programan en primavera y otoño, cuando el clima es más templado y la demanda de energía es baja. Estas revisiones tardan entre 6 y 8 semanas. Las unidades de OUC localizadas en el Centro de Energía de Stanton requieren que el personal de mantenimiento realice aproximadamente 12,000 tareas de mantenimiento preventivo y reparación al año. Para ejecutar estas tareas de manera eficiente, muchos de los trabajos se programan a diario mediante un
668
Centro de Energía Stanton en Orlando
programa computarizado de administración del mantenimiento. La computadora genera las órdenes de trabajo de mantenimiento preventivo y las listas de materiales requeridos. Cada día que una planta se detiene para darle mantenimiento le cuesta a OUC alrededor de $110,000 adicionales por el costo de reemplazo de la energía que debe generarse en otra parte. Sin embargo, estos costos palidecen junto a los costos asociados con una detención forzada. Una detención de este tipo le podría costar a OUC entre $350,000 y $600,000 diarios adicionales. Las revisiones programadas no son fáciles; cada una tiene 1,800 tareas distintas y requiere 72,000 horas de trabajo. Pero el valor del mantenimiento preventivo se ilustró mediante la primera revisión de un nuevo generador de turbina. Los trabajadores descubrieron que el aspa de una turbina estaba cuarteada, lo cual podría haber destruido
Dos empleados están sobre un andamio cerca de la punta de la caldera del Centro de Energía Stanton, la cual tiene una altura equivalente a 23 pisos; los trabajadores revisan y reparan los súper calentadores.
Este inspector examina una sección de turbina a baja presión. Las puntas de esta turbina de aspas giran a velocidades supersónicas de 1,300 millas por hora cuando las plantas están en operación. Una fractura en una de las aspas puede causar fallas catastróficas.
El mantenimiento de instalaciones de capital intensivo requiere de una buena planeación para minimizar el tiempo de detención. En la fotografía se muestra la revisión de una turbina. La organización de miles de partes y piezas necesaria para una detención representa un esfuerzo importante.
una pieza de un equipo que vale 27 millones de dólares. Para encontrar tales fracturas, que no son detectables a simple vista, los metales se examinan mediante pruebas con tinta, rayos X y ultrasonido. En OUC, el mantenimiento preventivo vale su peso en oro. Como resultado, su sistema de distribución
eléctrica ha sido clasificado como el número uno en el sureste de Estados Unidos por PA Consulting Group —una empresa consultora líder. El mantenimiento efectivo proporciona una ventaja competitiva para la Orlando Utilities Commission.
669
670
Capítulo 17 • Mantenimiento y confiabilidad
IMPORTANCIA ESTRATÉGICA DEL MANTENIMIENTO Y LA CONFIABILIDAD
Mantenimiento Comprende todas las actividades involucradas en la conservación en buen estado del equipo de un sistema.
Confiabilidad Probabilidad de que un producto, o las partes de una máquina, funcionen adecuadamente durante un tiempo especificado y en las condiciones establecidas.
Los administradores de la Comisión de servicios de Orlando, y todas las demás organizaciones, deben evitar los resultados indeseables de la falla del equipo. El resultado de una falla llega a ser perjudicial, inconveniente, un desperdicio, y muy costoso en términos de dinero e incluso de vidas humanas. Las fallas de las máquinas y los productos pueden tener efectos de largo alcance en la operación, reputación y rentabilidad de una organización. En plantas complejas y altamente mecanizadas, un proceso fuera de tolerancia o la falla de una máquina significaría la inactividad de empleados e instalaciones, la pérdida de clientes y de su lealtad, así como ganancias que se transformen en pérdidas. En una oficina, la falla de un generador, un sistema de aire acondicionado o una computadora pueden detener las operaciones. Un mantenimiento apropiado y una estrategia de confiabilidad protegen tanto el funcionamiento como la inversión de una empresa. El objetivo del mantenimiento y la confiabilidad es mantener la capacidad del sistema . Un buen mantenimiento elimina la variabilidad. Los sistemas deben diseñarse y mantenerse óptimos para lograr el desempeño y los estándares de calidad esperados. El mantenimiento incluye todas las actividades involucradas en conservar el equipo de un sistema en funcionamiento. La confiabilidad es la probabilidad de que un producto, o las partes de una máquina, funcionen correctamente durante el tiempo especificado y en las condiciones establecidas. Dos empresas que reconocen la importancia estratégica del mantenimiento especializado son Walt Disney Company y United Parcel Service (UPS). Disney World, en Florida, es intolerante con las fallas o descomposturas. La reputación de Disney no sólo lo convierte en uno de los destinos vacacionales más populares del mundo, también es una meca para los equipos de benchmarking que quieren estudiar sus prácticas de mantenimiento y confiabilidad. De la misma forma, la famosa estrategia de mantenimiento de UPS mantiene sus vehículos de reparto funcionando y viéndose como nuevos durante 20 años o más. El programa de UPS incluye conductores dedicados que manejan todos los días el mismo camión y mecánicos dedicados que dan mantenimiento al mismo grupo de vehículos. Conductores y mecánicos son responsables del funcionamiento de los vehículos y mantienen una comunicación estrecha entre sí. La interdependencia entre operario, máquina y mecánico es un sello de garantía del mantenimiento y la confiabilidad exitosos. Como se ilustra en la figura 17.1, no sólo son los procesos para el buen mantenimiento y la confiabilidad los que marcan el éxito de Disney y UPS, sino también la participación de sus empleados. En este capítulo examinamos cuatro importantes tácticas para mejorar el mantenimiento y la confiabilidad tanto de los equipos y productos como de los sistemas que los producen. Las cuatro tácticas están organizadas alrededor del mantenimiento y la confiabilidad. Las tácticas de confiabilidad son: 1. 2.
Mejorar los componentes individuales. Proporcionar redundancia.
Las tácticas de mantenimiento son: 1. 2.
Figura 17.1
El buen mantenimiento y la estrategia de confiabilidad requieren de la participación del empleado y buenos procedimientos
Implementar o mejorar el mantenimiento preventivo. Incrementar las capacidades o la velocidad de repar ación. Participación del empleado Compartir información Capacitación en habilidades Sistema de recompensas Delegación de autoridad
Resultados Inventario reducido Calidad mejorada
Procedimientos de mantenimiento y confiabilidad Limpiar y lubricar Monitorear y ajustar Hacer reparaciones menores Mantener registros computarizados
Capacidad mejorada Reputación de calidad Mejora continua Variabilidad reducida
Confiabilidad
671
La variabilidad corrompe los procesos y crea desperdicio. El administrador de operaciones debe eliminar la variabilidad: los elementos cruciales para lograr esto son diseñar para la confiabilidad y administrar para el mantenimiento.
CONFIABILIDAD Los sistemas están integrados por una serie de componentes individuales interrelacionados, cada uno de los cuales realiza un trabajo específico. Si algún componente falla, por la razón que sea, el sistema en su totalidad (por ejemplo, un avión o una máquina) puede fallar. Primero analizamos la mejora de componentes individuales, y después estudiamos la redundancia.
Objetivo de aprendizaje 1. Describir cómo se mejora la confiabilidad del sistema
Mejora de componentes individuales Debido a que las fallas ocurren en el mundo real, comprender su ocurrencia es un concepto importante de confiabilidad. A continuación se examinará el impacto de una falla en una serie. En la figura 17.2 se muestra que a medida que aumenta el número de elementos incluidos en una serie, la confiabilidad de todo el sistema disminuye con mucha r apidez. Un sistema de n = 50 partes que interactúan, donde cada parte posee una confiabilidad general del 99.5%, tiene una confiabilidad global del 78%. Si el sistema comprende 100 partes que interactúan, y cada parte posee una confiabilidad del 99.5%, ¡la confiabilidad global será sólo del 60%! Para medir la confiabilidad de un sistema en el que cada parte o componente individual tiene su propia tasa de confiabilidad, no podemos usar la curva de confiabilidad que se muestra en la figura 17.2. Sin embargo, el método usado para calcular la confiabilidad del sistema ( Rs) es sencillo. Consiste en encontrar el producto de las confiabilidades individuales de la siguiente manera: (17-1)
Rs = R1 × R2 × R3 × . . . × Rn
donde
R1 = confiabilidad del componente 1 R2 = confiabilidad del componente 2
y así sucesivamente. La ecuación (17-1) supone que la confiabilidad de un componente individual no depende de la confiabilidad de los otros componentes (esto es, cada componente es independiente). Además, en esta ecuación, igual que en la mayoría de los análisis de confiabilidad, las confiabilidades se presentan como probabilidades. Así, una confiabilidad de .90 significa que la unidad funcionará debidamente el 90% del tiempo. También significa que fallará 1 .90 = .10 = 10% del tiempo. Podemos usar este método para evaluar la confiabilidad de un servicio o producto, tal como el que se examina en el ejemplo 1.
100
0 100
2. Determinar la confiabilidad del sistema
n =
) e 80 j a t n e c r o p ( 60 a m e t s i s l e d 40 d a d i l i b a i f 20 n o C
Objetivo de aprendizaje
1
n =
10
n
= 5 0
n n n n
= 4 0 0
=
= 1 0 0
2 = 0 0 3 0 0
99 98 97 96 Confiabilidad promedio de cada componente (porcentaje)
Figura 17.2
Confiabilidad global del sistema como función del número de n componentes (cada uno con la misma confiabilidad), y confiabilidad del componente con componentes en serie
672
Capítulo 17 • Mantenimiento y confiabilidad
EJEMPLO 1 Confiabilidad en una serie
El National Bank de Greeley, Colorado, procesa las solicitudes de préstamo mediante tres empleados colocados en serie:
Método:
Aplique la ecuación (17-1) para determinar Rs.
R 1
R 2
R 3
.90
.80
.99
R S
Modelo activo 17.1
El ejemplo 1 se ilustra con más detalle en el modelo activo 17.1 de su CD-ROM.
Solución:
La confiabilidad del proceso es: Rs = R1 × R2 × R3 = (.90)(.80)(.99) = .713 o 71.3%
Razonamiento:
Como cada empleado colocado en la serie es menos que perfecto, las probabilidades de error son acumulativas y la confiabilidad resultante para esta serie es de .713, que es menor a la de cualquier empleado.
Ejercicio de aprendizaje:
Si el empleado con menor desempeño (.80) se sustituye por uno que tiene un .95 de confiabilidad, ¿cuál es la nueva confiabilidad esperada? [Respuesta: .846].
Problemas relacionados:
17.1, 17.2, 17.5, 17.11
Con frecuencia, la confiabilidad de los componentes es una cuestión de diseño o especificación de la cual quizá sea responsable el personal de diseño de ingeniería. Sin embargo, el personal de la cadena de suministro es capaz de mejorar los componentes del sistema si se mantiene al tanto de los productos y esfuerzos de investigación que realizan los proveedores. El personal de la cadena de suministro también puede contribuir directamente en la evaluación del desempeño del proveedor. La unidad básica para medir la confiabilidad es la tasa de falla del producto (TF). Las empresas que producen equipo de alta tecnología suelen proporcionar datos de la tasa de falla de sus productos. Como se muestra en las ecuaciones (17-2) y (17-3), la tasa de falla mide el porcentaje de fallas entre el número total de productos probados, TF(%), o el número de fallas ocurridas durante cierto periodo, TF( N ): TF(%) =
TF( N ) Tiempo medio entre fallas (TMEF)
Número de fallas Número de unidades probadas
× 100%
Número de fallas =
(17-2)
(17-3)
Número de horas-unidad de tiempo de operación
Quizá el término más común usado para identificar el análisis de confiabilidad es tiempo medio entre fallas (TMEF), que es el recíproco de TF( N ):
Es el tiempo esperado entre una reparación y la siguiente falla de un componente, máquina, proceso o producto.
TMEF
=
1 TF ( N )
(17-4)
En el ejemplo 2, calculamos el porcentaje de fallas TF(%), el número de fallas TF( N ), y el tiempo medio entre fallas (TMEF).
EJEMPLO 2 Determinación del tiempo medio entre fallas
Veinte sistemas de aire acondicionado diseñados para uso de los astronautas en los transbordadores espaciales de la NASA fueron operados durante 1,000 horas en el laboratorio de pruebas de la NASA ubicado en Huntsville, Alabama. Dos de los sistemas fallaron durante la prueba uno después de 200 horas y el otro después de 600 horas.
Método:
Para determinar el porcentaje de fallas [TF(%)], el número de fallas por unidad de tiempo [TF( N )], y el tiempo medio entre fallas (TMEF), usamos las ecuaciones (17-2), (17-3) y (17-4), respectivamente.
Confiabilidad
Solución:
673
Porcentaje de fallas: TF(%) =
Número de fallas Número de unidades probadas
=
2 (100%) = 10% 20
Número de fallas por hora de operación: TF( N ) donde
=
Número de fallas Tiempo de operación
Tiempo total = (1,000 horas)(20 unidades) = 20,000 unidades-hora Tiempo sin operar = 800 horas para la primera falla + 400 horas para la segunda falla = 1,200 unidades-hora Tiempo de operación = Tiempo total Tiempo sin operar 2 2 TF( N ) = 20, 000 − 1,200 18,800 =
= .000106 fallas por unidad-hora Como TMEF
=
1 TF ( N )
Objetivo de aprendizaje TMEF =
1 .000106
= 9,434 horas
3. Determinar el tiempo medio entre fallas (TMEF)
Si el viaje típico de un transbordador espacial dura 6 días, la NASA puede estar interesada en la tasa de fallas por viaje: Tasa de fallas = (Fallas por unidad-hora)(24 horas por día)(6 días por viaje)
= (.000106)(24)(6) = .0153 fallas por viaje Razonamiento: El tiempo medio entre fallas (TMEF) es la media estándar de la confiabilidad. Ejercicio de aprendizaje: Si el tiempo sin operación disminuye a 800, ¿cuál es el nuevo TMEF? [Respuesta: 9,606 horas].
Problemas relacionados:
17.6, 17.7
Si la tasa de fallas registrada en el ejemplo 2 es demasiado alta, la NASA tendrá que aumentar la confiabilidad de los componentes individuales y, por lo tanto, del sistema; o bien instalar varias unidades de aire acondicionado de respaldo en cada transbordador espacial. Las unidades de respaldo proporcionan redundancia.
Provisión de redundancia Para aumentar la confiabilidad de un sistema se agrega redundancia. La técnica aplicada aquí es “respaldar” los componentes con componentes adicionales. Esto se conoce como poner unidades en paralelo y es una táctica estándar practicada en administración de operaciones, tal como se señala en el recuadro de AO en acción “Los pilotos del Tomcat F-14 aman la redundancia”. La redundancia se proporciona para asegurar que si un componente falla, el sistema pueda recurrir a otro componente. Por ejemplo, digamos que la confiabilidad de un componente es de 0.80 y la respaldamos con otro componente cuya confiabilidad es de 0.80. La confiabilidad que se obtiene es la probabilidad del primer componente funcionando más la probabilidad del componente de respaldo (o en paralelo) funcionando multiplicadas por la necesidad de usar el componente de respaldo (1 .8 = .2). Por lo tanto,
Probabilidad del primer componente funcionando (.8)
+ +
Probabilidad del segundo componente × funcionando × [(.8)
Probabilidad de necesitar = el segundo componente = .8 + .16 = .96 (1 − .8)]
Redundancia Uso de componentes en paralelo para elevar la confiabilidad.
674
Capítulo 17 • Mantenimiento y confiabilidad
AO en acción
Los pilotos del Tomcat F-14 aman la redundancia
En un mundo que acepta software con errores y sistemas de cómputo que colapsan, vale la pena recordar que algunos sistemas de cómputo operan sin fallas. ¿Dónde están esos sistemas? Están en aviones de combate, transbordadores espaciales, plantas nucleares, y sistemas de control de inundaciones. Estos sistemas son extraordinariamente confiables, aún cuando dependen fuertemente del software, y tienen como base la redundancia poseen su propio software y sus propios procesadores; y usan la mayor parte de sus ciclos para realizar verificaciones internas de la calidad. La geometría variable de las alas del Tomcat F-14 hace posible que vuele a gran velocidad y desacelere con rapidez cuando aterriza en un portaaviones. Los cálculos para determinar correctamente la posición de las alas con-
forme cambia la velocidad del aire se realizan mediante un software y procesadores específicos. Los procesadores trabajan en conjunto de manera que múltiples cálculos verifican las señales de salida. Sólo el 10% del software del F-14 se usa para volar el avión; un 40% se usa para hacer pruebas y verificaciones automáticas; el 50% restante es redundancia. Los sistemas altamente confiables funcionan correctamente porque sus diseños incluyen autorrevisiones y redundancia. Estos sistemas redundantes encuentran problemas potenciales y los corrigen antes de que se presente una falla. Por ello, si usted es piloto de un Tomcat F-14, ama la redundancia. Fuente: Information.com (1 de abril de 2002): 34.
En el ejemplo 3 se muestra la forma en que la redundancia puede mejorar la confiabilidad en el proceso de préstamo presentado en el ejemplo 1.
EJEMPLO 3 Confiabilidad con un proceso en paralelo
El National Bank está preocupado porque su procesamiento de solicitudes de préstam o tiene una confiabilidad de sólo .713 (vea el ejemplo 1) y desea mejorar esta situación.
Método: El banco decide proporcionar redundancia para los dos empleados menos confiables. Solución: Este procedimiento dio como resultado el siguiente sistema: R1
R2
0.90
0.80
↓
↓
0.90
Modelo activo 17.2
El ejemplo 3 se ilustra con más detalle en el modelo activo 17.2 del CD-ROM.
Objetivo de aprendizaje 4. Distinguir entre mantenimiento preventivo y mantenimiento por falla
Mantenimiento preventivo Plan que involucra una rutina de inspección y servicio, así como de mantenimiento de las instalaciones en buen estado para prevenir fallas.
Mantenimiento por falla Mantenimiento correctivo que ocurre cuando el equipo falla y debe repararse con base en una emergencia o un alto nivel de prioridad.
→
0.80
R3
→ 0.99 = [.9 + .9(1 − .9] × [.8 + .8(1 − .8)] × .99 = [.9 + (.9)(.1)] × [.8 + (.8)(.2)] × .99 = .99 × .96 × .99 = .94
Razonamiento:
Al proporcionar redundancia para dos empleados, el National Bank ha incrementado la confiabilidad del proceso de préstamos de 0.713 a 0.94.
Ejercicio de aprendizaje:
Qué sucede cuando el banco reemplaza los dos empleados R2 por un nuevo empleado que tiene una confiabilidad de .90 [Respuesta: Rs = .88].
Problemas relacionados:
17.8, 17.9, 17.10, 17.12, 17.13, 17.14, 17.16, 17.18
MANTENIMIENTO Existen dos tipos de mantenimiento: mantenimiento preventivo y mantenimiento por falla. El mantenimiento preventivo implica realizar inspecciones y servicio rutinarios, así como mantener las instalaciones en buen estado. Estas actividades buscan construir un sistema que permita localizar las fallas posibles y realizar los cambios o reparaciones apropiadas para prevenirlas. El mantenimiento preventivo es mucho más que mantener las máquinas y el equipo funcionando. También implica el diseño de sistemas humanos y técnicos para mantener el proceso productivo trabajando dentro de las tolerancias; permite que el sistema funcione bien. El énfasis del mantenimiento preventivo es entender el proceso y mantenerlo trabajando sin interrupción. El mantenimiento por falla ocurre cuando el equipo se descompone y debe repararse con base en una emergencia o un alto nivel de prioridad.
Implementación del mantenimiento preventivo El mantenimiento preventivo implica que es posible determinar cuándo un sistema requiere servicio o necesitará reparación. Por lo tanto, para realizar el mantenimiento preventivo, es necesario conocer cuándo un sistema requiere servicio o cuándo es probable que falle. Las fallas ocurren con diferentes
Mantenimiento
tasas durante la vida de un producto. Una tasa de falla inicial alta, conocida como mortalidad infantil, puede existir para muchos productos.1 Por ello muchas empresas de electrónica “queman” sus productos antes de embarcarlos. Es decir, ejecutan una serie de pruebas (como un ciclo total de lavado en Whirpool) para detectar problemas de “arranque” antes del embarque. También proporcionan garantías por 90 días. Debemos señalar que muchas fallas de mortalidad infantil no son fallas del producto en sí, sino fallas que se deben al uso inadecuado del producto. Este hecho destaca aún más la importancia de que la administración de operaciones implemente un sistema de servicio después de la venta que incluya instalación y capacitación. Una vez que el producto, máquina o proceso, se “asienta”, es posible realizar un estudio de la distribución del TMEF (tiempo medio entre fallas). Estas distribuciones suelen seguir una curva normal. Cuando las distribuciones exhiben desviaciones estándar pequeñas, se sabe que se tiene un candidato para el mantenimiento preventivo, aunque el mantenimiento sea costoso.2 Una vez que la empresa ha elegido un candidato para el mantenimiento preventivo, es necesario determinar cuándo resulta económico ese mantenimiento preventivo. Por lo general, entre más caro sea el mantenimiento, más estrecha deberá ser la distribución del TMEF (es decir, debe tener una desviación estándar pequeña). Además, si cuando se descompone el proceso su reparación no es más costosa que su mantenimiento preventivo, quizá convenga dejar que el proceso falle para repararlo. Sin embargo, deben analizarse con cuidado las consecuencias de las fallas. Incluso fallas menores pueden tener consecuencias catastróficas. (Vea el recuadro de AO en acción “El mantenimiento preventivo salva vidas” presentado en la siguiente página). En el otro extremo, los costos del mantenimiento preventivo pueden ser de tan poca importancia que resulte apropiado realizarlo aunque la distribución del TMEF sea relativamente plana (es decir, si tienen una desviación estándar grande). En todo caso, y siendo congruentes con las prácticas de enriquecimiento del trabajo, los operarios de las máquinas deben ser responsables del mantenimiento preventivo de su propio equipo y de sus herramientas. Con buenas técnicas de informes, las empresas mantienen registros de procesos, maquinaria o equipos individuales. Estos registros pueden proporcionar un perfil de los dos tipos de mantenimiento requeridos y los tiempos necesarios para efectuar el mantenimiento. Conservar el historial del equipo es un factor importante de un sistema de mantenimiento preventivo, como lo es el registro del tiempo y el costo de hacer las reparaciones. Estos r egistros también aportan información acerca de la familia del equipo y de los proveedores. La confiabilidad y el mantenimiento son tan importantes que, en la actualidad, la mayoría de los sistemas de mantenimiento son computarizados. En la figura 17.3 se muestran los componentes más importantes de este tipo de sistemas, donde los archivos que deben mantenerse están a la izquierda y los reportes generados a la derecha. Boeing y General Motors buscan la ventaja competitiva por medio de su confiabilidad y sus sistemas de información de mantenimiento. En la actualidad, Boeing puede monitorear el estado de un avión en vuelo y enviar información relevante en tiempo real a tierra, obteniendo un liderazgo en los aspectos de mantenimiento. De manera similar, General Motors, con su servicio satelital inalámbrico Archivos de datos
Informes de producción
Informes de inventario y compras
Archivo del equipo con lista de partes
Lista de partes del equipo
Programa de mantenimiento y órdenes de trabajo
Archivo del historial de reparaciones
Inventario de refacciones
Informes históricos del equipo Entrada de datos • Órdenes de trabajo • Solicitudes de compra • Registros de tiempo • Trabajo contratado
Datos del personal con habilidades, salarios, etc.
Computadora 1Las
Análisis de costos (reales contra estándar)
Órdenes de trabajo • Mantenimiento preventivo • Tiempo muerto programado • Mantenimiento de emergencia
fallas de mortalidad infantil suelen seguir una distribución exponencial negativa. por ejemplo, J. Michael Brock, John R. Michael y David Morganstein, “Using Statistical Thinking to Solve Maintenance Problems”, Quality Progress (mayo de 1989): 55-60. 2Vea,
675
Mortalidad infantil Tasa de falla temprana en la vida de un producto o proceso.
Objetivo de aprendizaje 5. Describir cómo se mejora el mantenimiento
Figura 17.3
Sistema de mantenimiento computarizado
676
Capítulo 17 • Mantenimiento y confiabilidad
AO en acción
El mantenimiento preventivo salva vidas
El vuelo 5481 fue corto, duró 70 segundos. El vuelo salió del aeropuerto de Charlotte, con destino a Greenville y Spartanburg, pero segundos después del despegue, la nariz del avión se elevó, la nave giró, y momentos después se desplomó en la esquina de una instalación de mantenimiento en el aeropuerto. El avión conmutador Beech 1900D llevó a 21 personas a la muerte. Los siguientes son comentarios seleccionados de los momentos finales del vuelo:
8:47:02 8:47:03 8:47:05 8:47:12 8:47:14 8:47:16 8:47:18 8:47:26 8:47:26 8:47:28
Copiloto Jonathan Gibbs: “Wuh”. Capt. Katie Leslie: “Ayúdame... ¿Lo tienes?”. Gibbs: “Oh (exclamación). Baja”. Leslie: “Baja la nariz”. Leslie: “Oh, Dios mío”. Leslie (llamando a los controladores): “Tenemos una emergencia en el vuelo cincuenta y cuatro ochenta y uno de Air Midwest”. Voz tenue desde el área de pasajeros: “Papi”. Leslie: “Oh, Dios mío, ahh”. Gibbs: “Ah, ah, Dios, ahh (exclamación)”. Fin del registro
El enfoque del Consejo Nacional de Seguridad en el Transporte es que esta situación es producto de un error de mantenimiento preventivo ocurrido dos días antes del accidente. El mecánico y el supervisor dejaron de hacer al menos 12 pasos requeridos en el mantenimiento de la tensión de los cables de control del paso, durante la verificación Detail 6 que incluye el paso de la tensión del cable de control. Los datos posteriores mostraron que la posición de la columna de control cambió durante el mantenimiento y el avión perdió alrededor de dos tercios de su capacidad de descenso. Los investigadores creen que el avión habría podido volar con controles completos si hubiera recibido el mantenimiento preventivo adecuado. El mantenimiento puede mejorar la calidad, reducir costos y ganar pedidos. También puede ser una cuestión de vida o muerte.
Fuentes: Aviation Week and Space Technology (26 de mayo de 2003): 52; USA Today (21 de mayo de 2003): 8A; y The Wall Street Journal (21 de mayo de 2003): D3, y (20 de mayo de 2003): D 1, D3.
On Star, alerta a los propietarios de automóviles GM sobre 1,600 posibles fallas de diagnóstico, como sensores defectuosos en las bolsas de aire o incluso la necesidad de un cambio de aceite. Para GM, el servicio proporciona datos inmediatos que sus ingenieros pueden usar para tratar aspectos de calidad incluso antes de que el cliente se dé cuenta de un problema. Lo anterior le ha ahorrado a la compañía un estimado de 100 millones de dólares en costos de garantía por la detección temprana de problemas. 3 En la figura 17.4(a) se muestra el panorama tradicional de la relación entre el mantenimiento preventivo y el mantenimiento por fallas. Con este punto de vista, el administrador de operaciones considera un balance entre los dos costos. La asignación de más recurs os al mantenimiento preventivo reducirá el número de fallas. Sin embargo, en algún punto, la disminución del costo del mantenimiento por fallas puede ser menor que el aumento en el costo del mantenimiento preventivo. En este punto, la curva del costo total comienza a elevarse. Más allá de este punto óptimo, la empresa estará mejor si espera a que ocurran las fallas y las repara cuando sucedan.
Costos totales Costos de mantenimiento preventivo
s o t s o C
Costos de mantenimiento por fallas
Costos totales s o t s o C
Costo total por fallas
Costos de mantenimiento preventivo
Compromiso de mantenimiento Punto óptimo (política de mantenimiento de costo más bajo) (a) Panorama tradicional de mantenimiento
Compromiso de mantenimiento Punto óptimo (política de mantenimiento de costo más bajo) (b) Panorama del costo total de mantenimiento
Figura 17.4 Costos de mantenimiento
3“Big
Mechanic Is Watching”, Forbes (5 de junio de 2006): 48.
Mantenimiento
677
Por desgracia, una curva de costos como la de la figura 17.4(a) rara vez considera todos los costos de una falla. Muchos costos se ignoran porque no están directamente relacionados con la descompostura inmediata. Por ejemplo, el costo de mantener artículos en inventario para compensar el tiempo muerto, por lo general, no se considera. Aún más, el tiempo muerto puede tener un efecto devastador en el ánimo: los empleados pueden empezar a creer que no es importante el desempeño estándar ni el mantenimiento del equipo. Por último, el tiempo muerto también afecta en forma negativa el programa de entregas, lo cual deteriora las relaciones con los clientes y es una amenaza para ventas futuras. Cuando se considera el impacto global de las descomposturas, el esquema de la figura 17.4(b) puede ser una mejor representación del costo de mantenimiento. En la figura 17.4(b), los costos totales están en un mínimo cuando el sistema no falla. Supongamos que se han identificado todos los costos potenciales asociados con el tiempo muerto, entonces el personal de operaciones debe calcular el nivel óptimo de mantenimiento sobre una base teórica. Por supuesto, tal análisis requiere también datos históricos precisos sobre los costos de mantenimiento, las probabilidades de descompostura, y los tiempos de reparación. En el ejemplo 4 se muestra una forma de comparar los costos del mantenimiento preventivo y del mantenimiento por fallas para seleccionar la política de mantenimiento menos costosa. Farlen & Halikman es una empresa de contadores públicos certificados especializada en la preparación de nóminas. La firma ha tenido éxito en automatizar gran parte de su trabajo mediante impresoras de alta velocidad para el procesamiento de cheques y la preparación de informes. Sin embargo, el enfoque computarizado tiene problemas. En los últimos 20 meses, las impresoras se han descompuesto a la tasa que se indica en la tabla siguiente: Número de descomposturas
Número de meses en que ocurrieron descomposturas
0 1 2 3
2 8 6 4 Total: 20
EJEMPLO 4 Comparación de costos de mantenimiento preventivo y mantenimiento por falla
Farlen & Halikman estima que cada vez que las impresoras fallan pierde $300 en promedio en tiempo de producción y gastos de servicio. Una alternativa es comprar un contrato de mantenimiento preventivo. Pero aun cuando Farlen & Halikman contrate el mantenimiento preventivo, el promedio de fallas será de una descompostura por mes. El precio mensual de este servicio es de $150 por mes.
Método:
Para determinar si la empresa de contadores públicos debe seguir una política de “operar hasta la falla” o contratar mantenimiento preventivo, seguiremos un proceso de 4 pasos:
Paso 1: Paso 2: Paso 3: Paso 4:
Calcular el número esperado de fallas (con base en datos históricos) si la empresa sigue como hasta ahora, sin el contrato de servicio. Calcular el costo por falla esperado por mes sin un contrato de mantenimiento preventivo. Calcular el costo del mantenimiento preventivo. Comparar las dos alternativas y seleccionar aquella con el menor costo.
Solución: Paso 1: Número de fallas
0 1
Frecuencia
Número de fallas
Frecuencia
2/20 = .1 8/20 = .4
2 3
6/20 = 0.3 4/20 = 0.2
Número de Frecuencia Número esperado = fallas de fallas × correspondiente = (0)(.1) + (1)(.4) + (2)(.3) + (3)(.2) = 0 + .4 + .6 + .6 = 1.6 fallas por mes
∑
Learning Objective 6. Comparar los costos del mantenimiento contra los del mantenimiento correctivo
678
Capítulo 17 • Mantenimiento y confiabilidad
Paso 2:
Número esperado × Costo por de fallas falla
Costo por fallas esperado =
= (1.6)($300) = $480 por mes Paso 3:
Costo del Costo por fallas esperado Costo del contrato mantenimiento = si se firma el contrato + de servicio preventivo de servicio = (1 falla por mes)($300) + $150 por mes = $450 por mes
Paso 4:
Debido a que globalmente resulta menos costoso contratar una empresa de servicio de mantenimiento ($450) que no hacerlo ($480), Farlen & Halikman debería contratar a la empresa de servicio.
Razonamiento: La determinación del número esperado de fallas para cada punto es crucial para tomar una buena decisión. Normalmente, esto requiere buenos registros de mantenimiento.
Ejercicio de aprendizaje: ¿Cuál es la mejor decisión si el costo del contrato de mantenimiento
preventivo aumenta a $195 por mes? [Respuesta: En $495 (= $300 + $195) por mes, “operar hasta la descompostura” se vuelve menos caro (suponiendo que todos los costos se incluyen en el costo de $300 por descompostura)].
Problemas relacionados:
17.3, 17.4, 17.17
Usando variaciones de la técnica mostrada en el ejemplo 4, los administradores de operaciones pueden examinar sus políticas de mantenimiento.
Incremento de las capacidades de reparación Debido a que la confiabilidad y el mantenimiento preventivo pocas veces son perfectos, la mayor parte de las empresas opta por algún nivel de capacidad de reparación. Aumentar o mejorar las instalaciones de reparación puede poner más rápido al sistema de nuevo en operación. Una buena instalación de mantenimiento debe tener las siguientes seis características: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Personal bien capacitado Recursos adecuados Capacidad para establecer un plan de reparación y prioridades4 Capacidad y autoridad para realizar la planeación de materiales Capacidad para identificar la causa de las descomposturas Capacidad para diseñar formas de alargar el TMEF
Sin embargo, no todas las reparaciones pueden hacerse en las instalaciones de la empresa; por lo tanto, los administradores deben decidir dónde van a realizarse. En la figura 17.5 se muestran algunas alternativas y la forma de evaluarlas en términos de velocidad, costo y competencia. En congruencia con las ventajas de aumentar la delegación de autoridad en los empleados, debe haber una justificación fuerte para que los empleados den mantenimiento a su propio equipo. Sin embargo, este enfoque quizá también sea el eslabón más débil en la cadena de reparación, pues no todos los empleados pueden capacitarse en todos los aspectos de la reparación de equipos. Desplazarse hacia la derecha en la figura 17.5 puede mejorar la aptitud en el trabajo de reparación, aunque también incrementaría los costos puesto que puede incluir costosas reparaciones realizadas en otro sitio con el incremento correspondiente en el tiempo de reemplazo y el embarque.
Figura 17.5
Operario
El administrador de operaciones debe determinar cómo se realizará el mantenimiento
Departamento de mantenimiento
Servicio en campo del fabricante
Servicio de almacén (equipo devuelto)
La competencia es más alta a medida que nos desplazamos hacia la derecha. El mantenimiento preventivo cuesta menos y es más rápido a medida que nos desplazamos hacia la izquierda. 4Usted
debe recordar de nuestro análisis de planeación de redes, presentado en el capítulo 3, que DuPont desarrolló el método de la ruta crítica (CPM) para mejorar la programación de los proyectos de mantenimiento.
Resumen
679
Sin embargo, las políticas y técnicas del mantenimiento preventivo deben incluir un énfasis en que los empleados acepten la responsabilidad del mantenimiento que son capaces de realizar. El mantenimiento realizado por el empleado puede ser sólo del tipo “limpiar, revisar y observar”, pero si cada operario realiza esas actividades dentro de su capacidad, el administrador habrá dado un paso adelante tanto para delegar autoridad en los empleados como para mantener el buen desempeño del sistema.
MANTENIMIENTO PRODUCTIVO TOTAL Muchas empresas se han desplazado hacia la aplicación de los conceptos de administración de la calidad total en el servicio de mantenimiento preventivo con un enfoque conocido como TPM (Total Productive Maintenance; mantenimiento productivo total). Esto incluye el concepto de reducir la variabilidad mediante la participación del empleado y un excelente mantenimiento de los registros. Además, el mantenimiento productivo total incluye: • • • •
Diseñar máquinas confiables, fáciles de operar y fáciles de mantener Enfatizar el costo total de propiedad al comprar máquinas, con la finalidad de que tanto el servicio como el mantenimiento se incluyan en su costo Desarrollar planes de mantenimiento preventivo que utilicen las mejores prácticas de operarios, departamentos de mantenimiento, y servicio de almacén Capacitar a los trabajadores para operar y mantener sus propias máquinas
Mantenimiento productivo total (TPM) Combina la administración de la calidad total con la perspectiva estratégica del mantenimiento desde el diseño del proceso y del equipo hasta el mantenimiento preventivo.
La alta utilización de las instalaciones, la programación estricta, el inventario bajo y la calidad constante demandan confiabilidad.5 El mantenimiento productivo total es la clave para reducir la variabilidad y mejorar la confiabilidad.
TÉCNICAS PARA ENRIQUECER EL MANTENIMIENTO Otras dos técnicas de AO han demostrado sus beneficios para el mantenimiento efectivo: la simulación y los sistemas expertos.
Simulación Debido a la complejidad de algunas decisiones de mantenimiento, la simulación computarizada es una buena herramienta para evaluar el efecto de las diferentes políticas. Por ejemplo, el personal de operaciones puede decidir si aumenta la contratación determinando los intercambios que hay entre los costos de descompostura de la maquinaria y los costos de personal adicional. 6 La administración también puede simular el reemplazo de partes que aún no han fallado como medio para prevenir fallas futuras. También puede ser útil la simulación a través de modelos físicos. Por ejemplo, un modelo físico puede hacer vibrar un avión para simular miles de horas de vuelo y evaluar las necesidades de mantenimiento.
Sistemas expertos Los administradores de AO usan sistemas expertos (es decir, programas de computadora que imitan la lógica humana) para ayudar a que el personal aísle y repare diversas fallas en máquinas y equipos. Por ejemplo, el sistema DELTA de General Electric plantea una serie de preguntas detalladas que ayudan al usuario a identificar el problema. DuPont usa sistemas expertos para dar seguimiento al equipo y capacitar al personal de r eparaciones.
Resumen Los administradores de operaciones se centran en diseñar mejoras y componentes de respaldo para mejorar la confiabilidad. También es posible obtener mejoras en la confiabilidad a través del mantenimiento preventivo y de instalaciones de reparación excelentes. Algunas empresas utilizan sensores automáticos y otros controles para avisar cuando la maquinaria de producción está por fallar o se está dañando por calor, vibraciones o fugas de fluidos. La meta de estos procedimientos no es sólo evitar fallas sino también realizar el mantenimiento preventivo antes de que las máquinas se dañen. 5Esta conclusión se apoya en
Por último, muchas empresas dan a sus empleados un sentido de “propiedad” sobre sus equipos. Cuando los trabajadores reparan o dan mantenimiento preventivo a sus propias máquinas las fallas son menos frecuentes. Los trabajadores con autoridad y bien capacitados aseguran sistemas confiables a través del mantenimiento preventivo. A su vez, un equipo bien cuidado y confiable no sólo proporciona una utilización más alta, también mejora la calidad y el funcionamiento de acuerdo con el programa. Las mejores empresas construyen y mantienen sistemas para que los clientes puedan contar con productos y servicios producidos de acuerdo con las especificaciones y a tiempo.
numerosos estudios; vea, por ejemplo, el trabajo reciente de Kathleen E. McKone, Roger G. Schroeder y Kristy O. Cua, “The Impact of Total Productive Maintenance Practices on Manufacturing Performance”, Journal of Operations Management 19, núm. 1 (enero de 2001): 39-58. 6Christian Striffler, Walton Hancock y Ron Turkett, “Maintenance Staffs: Size Them Right”, IIE Solutions 32, núm. 12 (diciembre de 2000): 33-38.
680
Capítulo 17 • Mantenimiento y confiabilidad
Términos clave Confiabilidad (p. 670) Mantenimiento (p. 670) Mantenimiento por falla (p. 674)
Mantenimiento preventivo (p. 674) Mantenimiento productivo total (TPM) (p. 679)
Mortalidad infantil (p. 675) Redundancia (p. 673) Tiempo medio entre fallas (TMEF) (p. 672)
Uso de software para resolver problemas de confiabilidad P X Excel OM y POM para Windows pueden usarse para resolver problemas de confiabilidad. Los
módulos de confiabilidad nos permiten introducir (1) el número de sistemas (componentes) en serie (1 a 10); (2) el número de respaldos o componentes en paralelo (1 a 12), y (3) confiabilidad de los componentes tanto en serie como en paralelo.
Problemas resueltos
Horas virtuales en la oficina
Problema resuelto 17.1
Solución
El semiconductor usado en la calculadora de muñeca Sullivan tiene cinco circuitos, cada uno de los cuales posee su propia tasa de confiabilidad. El componente 1 tiene una confiabilidad de .90; el componente 2 de .95; el component e 3 de .98; el componente 4 de .90; y el componente 5 de .99. ¿Cuál es la confiabilidad de un semiconductor?
Confiabilidad del semiconductor,
Rs
= R1 × R2 × R3 × R4 × R5 = (.90)(.95)(.98)(.90)(.99) = .7466
Problema resuelto 17.2
Un cambio reciente de ingeniería en la calculadora de muñeca Sullivan coloca un componente de respaldo en cada uno de los dos circuitos de transistores menos confiables. El nuevo circuito se verá de la siguiente manera: R 1
R 2
R 3
.90
R 4
R 5
.90
.90
.95
.98
.90
.99
¿Cuál es la confiabilidad del nuevo sistema?
Solución Confiabilidad
= [.9 + (1− .9) × .9] × .95 × .98 × [.9 + (1− .9) × .9] × .99 = [.9 + .09] × .95 × .98 × [.9 + .09] × .99 = .99 × .95 × .98 × .99 × .99 = .903
Ejercicios para el estudiante Consulte en nuestro sitio web o en su CD-ROM los materiales de ayuda disponibles para este capítulo. • • • • •
En nuestro sitio web Exámenes de autoestudio Problemas de práctica Recorrido por una compañía virtual Caso en internet Presentación en Power Point
• • •
En el CD-ROM del estudiante Problemas de práctica Ejercicio de modelo activo POM para Windows
Dilema ético
681
Autoevaluación • Ante s de real izar la auto eval uaci ón, revise los objetivos de aprendizaje enlistados al inicio del capítulo y los términos clave relacionados al final del capítulo. • Revise sus respuestas en el apéndice V. • Vuelva a estudiar las páginas que correspondan a cada pregunta que respondió incorrectamente o al material sobre el cual se sienta inseguro.
1. La política de mantenimiento adecuada se desarrolla mediante el balanceo de los costos de mantenimiento preventivo y los costos de mantenimiento por falla. El problema es que: a) los costos de mantenimiento preventivo son muy difíciles de identificar b) los costos por falla totales se consideran muy pocas veces c) el mantenimiento preventivo debe realizarse, independientemente del costo d) el mantenimiento por falla debe realizarse, independientemente del costo 2. El objetivo del mantenimiento y la confiabilidad es: a) incrementar el tiempo medio entre fallas (TMEF) b) ser tolerante a las fallas o descomposturas c) mantener las capacidades del sistema d) mejorar los componentes individuales mediante la provisión de redundancia e) mejorar el diseño del producto 3. El mantenimiento puede mejorarse al: a) aumentar el tamaño de las brigadas de reparación b) incrementar las capacidades de reparación c) proporcionar más inventario de los artículos de reemplazo d) todas las respuestas anteriores son correctas
4. Los archivos de datos de mantenimiento suelen incluir: a) archivo del equipo, solicitudes de órdenes de trabajo, e informes de tiempos b) análisis de costos, trabajo por contrato, e informes de tiempo c) reparaciones históricas, archivo del equipo, datos de las habilidades del personal d) solicitudes de trabajo, informes históricos, informes de compras e) informes de tiempos, costos reales contra costos estándar, y listas de partes 5. El proceso que busca encontrar fallas potenciales y hacer cambios o reparaciones se conoce como: a) mantenimiento por descompostura b) mantenimiento por falla c) mantenimiento preventivo d) todas las respuestas anteriores son correctas 6. Los resultados indeseables por fallas y tiempo muerto en un sistema incluyen: a) no producir dentro de los estándares de calidad b) no producir el volumen adecuado c) costos excesivos d) reducción del desempeño del sistema e) todas las respuestas anteriores 7. La mortalidad infantil: a) es un fenómeno muy raro en la vida de los productos b) generalmente se encuentra a partir de la tasa del TMEF (tiempo medio entre fallas) c) se debe comúnmente al uso inapropiado d) puede eliminarse mediante el mantenimiento por descompostura e) ninguna de las respuestas anteriores es válida
Preguntas para análisis 1. 2. 3. 4. 5. 6.
¿Cuál es el objetivo del mantenimiento y la confiabilidad? ¿Cómo se identifica a un candidato para el mantenimiento preventivo? ¿Explique la noción de “mortalidad infantil” en el contexto de la confiabilidad del producto? ¿Por qué la simulación suele ser una técnica apropiada para detectar los problemas de mantenimiento? ¿Qué intercambio ocurre entre el mantenimiento que realiza el operario y el que lleva a cabo el proveedor? ¿Cómo evalúa un administrador la efectividad de la función de mantenimiento?
7. 8. 9.
10.
¿Cómo contribuye el diseño de una máquina a incrementar o mitigar el problema del mantenimiento? ¿Qué papel tendría la tecnología de la información en la función de mantenimiento? Durante una discusión sobre los méritos del mantenimiento preventivo en Windsor Printers, el dueño de la compañía preguntó: “¿Por qué arreglarlo antes de que se descomponga?”. Usted, siendo director de mantenimiento, ¿cómo le respondería? ¿El mantenimiento preventivo eliminará todas las fallas?
Dilema ético Después del choque de un DC-10 de McDonnell Douglas en Iowa, una investigación subsiguiente sugirió que el sistema hidráulico del avión no proporcionaba la protección suficiente. El DC-10 tenía tres sistemas hidráulicos instalados por separado, y todos fallaron cuando uno de los motores explotó. El motor arrojó pedazos de metal que cortaron dos de las líneas y la tercera necesitaba suministro de energía del motor que ya no servía. El DC-10, a diferencia de otros aviones comerciales, no cuenta con las válvulas de cierre que hubieran podido detener la fuga del fluido hidráulico. El L-1011
de Lockheed, un avión trimotor similar, tiene cuatro sistemas hidráulicos. En ese entonces, uno de los vicepresidentes de McDonnell Douglas comentó: “Uno siempre se puede ir a los extremos y no tener un avión práctico. Siempre se puede estar completamente seguro y nunca despegar”. Analice los pros y contras de la posición de McDonnell Douglas. ¿Cómo podría diseñar usted un experimento de confiabilidad? ¿Qué ha pasado desde entonces con la corporación McDonnell Douglas?
682
Capítulo 17 • Mantenimiento y confiabilidad
Problemas* • 17.1 La unidad de procesamiento electrónico de la computadora Beta II contiene 50 componentes en serie. La confiabilidad promedio de cada componente es del 99.0%. Usando la figura 17.2, determine la confiabilidad general de la unidad de procesamiento. • 17.2 Un proceso de pruebas en aviones Boeing tiene 400 componentes en serie. La confiabilidad promedio de cada componente es del 99.5%. Use la figura 17.2 para encontrar la confiabilidad global de todo el proceso de pruebas. • 17.3 ¿Cuál es el número esperado de descomposturas anuales para el generador de energía instalado en Orlando Utilities que ha exhibido los siguientes datos en los últimos 20 años? Número de fallas Número de años en que ocurrieron las fallas
0
1
2
3
4
5
6
2
2
5
4
5
2
0
0 .1
1 .2
2 .4
3 .2
4 .1
• • 17.8 ¿Cuál es la confiabilidad del siguiente proceso de producción? R1 = 0.95, R2 = 0.90, R3 = 0.98. R 1
R 2
P X
• 17.4 Cada falla de una mesa de trazado en Airbus Industries cuesta $50. Encuentre el costo esperado de las fallas diarias dados los siguientes datos. Número de fallas Probabilidad de fallas diarias
• • 17.7 Un fabricante de unidades de disco para computadoras portátiles quiere un TMEF de al me nos 50,000 horas. Los resultados de las pruebas para 10 unidades fueron de una falla en 10,000 horas, otra falla a las 25,000 horas, y dos fallas más a las 45,000 horas. Las unidades restantes aún estaban funcionando a las 60,000 horas. Determine lo siguiente: a) El porcentaje de fallas. b) El número de fallas por unidad-hora. c) El TMEF en este punto de las pruebas.
R 3
P X
• • 17.9 ¿Cuál es la confiabilidad de que los préstamos de un banco se procesarán exactamente si cada uno de los 5 empleados de la gráfica tiene la confiabilidad mostrada?
.95 P X
.95 • • 17.5 Se está diseñando un nuevo sistema para el control de aviones que debe ser un 98% confiable. Este sistema consiste en tres componentes puestos en serie. Si los tres componentes deben tener el mismo nivel de confiabilidad, ¿qué nivel de confiabilidad se X requiere? P • • 17.6 Robert Klassan Manufacturing, un fabricante de equipo médico, sometió 100 marcapasos a 5,000 horas de prueba. A la mitad de las pruebas, 5 marcapasos fallaron. ¿Cuál fue la tasa de falla en términos de lo siguiente?: a) Porcentaje de fallas. b) Número de fallas por unidad por hora. c) Número de fallas por unidad por año. d) Si 1,100 personas reciben implantes de marcapasos, ¿cuántas unidades podemos esperar que fallen en el año siguiente?
.95
.95
.95
P X
• • 17.10 Merrill Kim Sharp tiene un sistema de tres componentes en paralelo. Los componentes tienen las siguientes confiabilidades: R1 = 0.90,
R2 = 0.95,
R3 = 0.85
¿Cuál es la confiabilidad del sistema? (Sugerencia: Vea el ejemplo 3). P X
• 17.11 Un sistema de control médico tiene tres componentes en serie con confiabilidades individuales ( R1, R2, R3) como se muestra: R 1
R 2
R 3
.99
.98
.90
R S
X ¿Cuál es la confiabilidad del sistema? P
• • 17.12 a) ¿Cuál es la confiabilidad del sistema mostrado?
.99
.98
.90
R S 1 R p
.99
.98
.90
R S 2
b) ¿Cuánto mejoró la confiabilidad si el sistema de control médico que se muestra en el problema 17.11 cambió al sistema paralelo X redundante mostrado aquí? P
X significa que el problema puede resolverse con POM para * Nota: P Windows y/o Excel OM.
• • • 17.13 Suponga que el 85% de los pacientes de cirugía de m arcapasos para el corazón sobrevive a la operación, un 95% sobrevive al periodo de recuperación posterior a la cirugía, el 80% es capaz de hacer los cambios de estilo de vida necesarios para sobrevivir, y que sólo el 10% de los que no hacen esos cambios sobrevive más de un año. ¿Cuál es la probabilidad de que un paciente cualquiera sobre X viva más de un año? P
Estudio de caso
• • 17.14 El equipo de diseño de Elizabeth Irwin propuso el siguiente sistema cuyos componentes tienen la confiabilidad que se indica: R = 0.85 R = 0.90
R = 0.90 R = 0.85
a) ¿Cuál es el número esperado de fallas por año cuando los empleados de la estación realizan el mantenimiento? b) ¿Cuál es el costo de la política de mantenimiento actual? c) ¿Cuál es la política más económica? • • • 17.18 Como vicepresidente de operaciones en Brian Normoyle Engineering, usted debe decidir, ¿cuál de los diseños de producto, A o B, tiene la mayor confiabilidad? B fue diseñado con unidades de respaldo para los componentes R3 y R4. ¿Cuál es la confiabilidad de cada diseño?
Diseño de producción A
X ¿Cuál es la confiabilidad del sistema? P
• • 17.15 El departamento de mantenimiento de Mechanical Dynamics le ha presentado a usted la siguiente curva de fallas, ¿qué le sugiere la curva? s a l l a f e d o r e m ú N
R 1
R 2
R 3
R 4
0.99
0.95
0.998
0.995
Diseño de producción B R 1
R 2
R 3
R 4
0.99
0.95
0.985
0.99
0.95
0.99
P X
• • • • 17.19 Una transacción de ventas al menudeo típica consiste en varios pasos muy pequeños, los cuales pueden considerarse componentes sujetos a falla. Una lista de estos componentes incluye:
Tiempo • • 17.16 Rick Wing, vendedor de Wave Soldering Systems, Inc. (WSSI), le ha presentado a usted una propuesta para mejorar el control de la temperatura de su máquina actual. Esta máquina usa un cuchillo de aire caliente para remover limpiamente el exceso de soldadura de cada tableta de circuitos impresos; se trata de un gran concepto, pero el control de la temperatura del aire caliente carece de confiabilidad. De acuerdo con Wing, los ingenieros de WSSI han mejorado la confiabilidad de los controles de temperaturas cruciales. El sistema tiene cuatro circuitos integrados sensibles para controlar la temperatura, pero la nueva máquina tiene un respaldo para cada uno. Los cuatro circuitos integrados tienen confiabilidades de .90, .92, .94 y .96. Los cuatro circuitos de respaldo tienen confiabilidad de .90. a) ¿Cuál es la confiabilidad del nuevo control de temperatura? b) Wing dice que si usted paga una prima, puede mejorar la confiabilidad de las cuatro unidades de respaldo a .93. ¿Cuál es la confiabilidad de esta alternativa? P X
Componente
• • • 17.17 El departamento de bomberos tiene cierta cantidad de fallas con sus máscaras de oxígeno y está evaluando la posibilidad de subcontratar el mantenimiento preventivo al fabricante. Debido al riesgo asociado con una falla, el costo de cada máscara se estima en $2,000. La política de mantenimiento actual (en la cual los empleados de la estación realizan el mantenimiento) ha generado el siguiente historial:
6
Número de fallas Número de años en que ocurren las fallas
683
0
1
2
3
4
5
4
3
1
5
5
0
Este fabricante garantizará las reparaciones de todas las fallas como parte de un contrato de servicio. El costo de este servicio es de $5,000 por año.
1 2
3
4
5
7
8
Descripción
Definición de la falla
Encontrar el producto ade- No se encuentra el cuado en tamaño, color, etc. producto Llegar a la fila de la caja No hay cajas abiertas; filas muy largas; filas con dificultades Le er el có dig o del p ro duc to El escán er no si rve; el con el escáner para obtener artículo no está en el el nombre,precio,etc. archivo; lectura incorrecta de nombre o precio Calcular el total de la Peso incorrecto; extensión compra incorrecta; introducción incorrecta de datos; impuesto incorrecto Hacer el pago El cliente no tiene efectivo; cheque no aceptable; tar jeta de crédito rechazada Dar el cambio Se da el cambio en forma incorrecta Empacar la mercancía Se daña la mercancía al empacar; la bolsa se rompe Concluir la transacción No hay recibo; empleado y salir poco amable, indiferente o grosero
Suponga que las ocho probabilidades de éxito son de .92, .94, .99, .99, .98, .97, .95 y .96. ¿Cuál es la confiabilidad del sistema, es decir, la probabilidad de que haya un cliente satisfecho? Si usted fuera el administrador de la tienda, ¿cuál cree que sería un valor aceptable para esta probabilidad? ¿Qué componentes serían buenos candidatos para tener respaldo y cuáles para rediseño?
Estudio de caso Worldwide Chemical Company Jack Smith limpió el sudor de su cara. Era otro día bochornoso de verano y una de las cuatro unidades de refrigeración del proceso estaba descompuesta. Las unidades eran vitales para la ope ración de la planta de fibras de Worldwide Chemical Company, que produce fibras sintéticas y hojuelas de polímeros para un mercado global.
Al Henson, el superintendente del turno diurno de producción no tardó en gritar por el intercomunicador su familiar proclama de que “las cabezas rodarían” si la unidad no estaba de nuevo trabajando antes de una hora. Sin embargo, Jack Smith, el superintendente de mantenimiento lo había escuchado antes nunca pasaba nada con los
684
Capítulo 17 • Mantenimiento y confiabilidad
berrinches de Henson. “Se lo merece”, pensó. “Henson no coopera cuando queremos realizar el mantenimiento programado, entonces no se hace y el equipo se descompone”. Sin embargo, Henson estaba verdaderamente furioso en ese momento por el impacto que la descompostura tendría en las cifras del rendimiento del proceso. En reunión con la gerente de la planta, Beth Conner, comenzó a decir que todo lo que el departamento de mantenimiento hacía era “sentarse por ahí” a jugar cartas, como bomberos esperando a que una alarma los envíe a apagar el fuego al otro lado de la ciudad. El enfoque de mantenimiento de “arreglar” estaba costando a la planta una producción que era vital para cumplir con los estándares de costos y evitar serias variaciones. Los competidores extranjeros estaban entregando fibras de alta calidad en menos tiempo y a precios más bajos. Ya habían llamado a Conner de las oficinas corporativas para plantearle el problema de que los niveles de producción eran significativamente más bajos de los presupuestados. Los ciclos de negocios contenían variaciones estacionales predecibles. Esto significaba acumular inventarios que se acarrearían durante meses, inmovilizando el escaso capital, una característica de la mayoría de los procesos continuos. Los embarques mensuales se verían mal. Los envíos de un año a la fecha estarían aún peor por las fallas de la maquinaria y la pérdida de producción registrada hasta ahora. Conner sabía que algo debía hacer para desarrollar la confiabilidad de las máquinas. Era necesario contar con la capacidad demandada para responder a la creciente competencia extranjera. La falta de confiabilidad en el equipo de producción estaba poniendo en riesgo el esfuerzo de TQM de la compañía al causar variaciones en el proceso que afectaban tanto la ganancia de un producto de primera calidad como las entregas a tiempo, pero nadie parecía tener la respuesta al problema de descomposturas de la maquinaria.
El departamento de mantenimiento operaba en buena medida como un departamento de bomberos, corriendo hacia la falla con un enjambre de mecánicos, algunos desarmaban la máquina mientras otros se volcaban sobre los diagramas de l cableado y otros más buscaban las refacciones en el almacén de mantenimiento. En algún momento tendrían la máquina funcionando de nuevo, aunque a veces debían trabajar toda la noche para que la línea de producción pudiera ponerse otra vez en marcha. El mantenimiento siempre se había hecho de esta manera. Sin embargo, con los nuevos competidores, la confiabilidad de la maquinaria de pronto se había convertido en una barrera importante para competir con éxito. Los rumores sobre la clausura de la planta comenzaron a circular y el estado de ánimo era malo, haciendo aún más difícil el buen funcionamiento. Beth Conner sabía que necesitaba encontrar soluciones para que la planta tuviera alguna posibilidad de sobrevivir.
Preguntas para análisis 1. 2. 3. 4. 5.
¿Pueden Smith y Henson hacer algo para mejorar el desempeño? ¿Hay alguna alternativa al enfoque actual de las operaciones del departamento de mantenimiento? ¿Cómo podría producción compensar la pérdida de salida de productos debida al mantenimiento programado? ¿Cómo podrían utilizarse mejor los mecánicos de mantenimiento? ¿Existe alguna forma de saber cuándo es probable que se descomponga una máquina?
Fuente: Patrick Owings, bajo la supervisión de la profesora Marilyn M.
Helms, University of Tennessee en Chattanooga.
Estudio de casos adicionales Estudio de caso en internet: visite nuestro sitio web en www.pearsoneducacion.net./render para obtener este estudio de caso gratuito:
• Cartak’s Department Store: Requiere la evaluación del efecto de contar con un verificador adicional de facturas. Harvard ha seleccionado estos casos de Harvard Business School para complementar este capítulo:
harvardbusinessonline.hbsp.harvard.edu
• The Dana-Farber Cancer Institute (#699-025): Examina las características organizacionales y de proceso que pudieron haber contribuido a un error médico. • Workplace Safety at Alcoa (A) (#692-042): Observa los retos que enfrenta el administrador de una gran planta manufacturera de aluminio en su intento por mejorar la seguridad. • A Brush with AIDS (A) (#394-058): Examina el dilema ético acerca de cuando agujas penetran las paredes del contenedor.
Bibliografía Blank, Ronald. The Basics of Reliability . University Park, IL: Productivity Press, 2004. Condra, Lloyd W. Reliability Improvement with Design of Experiments, 2da. ed. Nueva York: Marcel Dekker, 2001. Cua, K. O., K. E. McKone y R. G. Schroeder. “Relationships between Implementation of TQM, JIT, and TPM and Manufacturing Performance”. Journal of Operations Management 19, núm. 6 (noviembre de 2001): 675-694. Finigen, Tim y Jim Humphries. “Maintenance Gets Lean”. IE Industrial Systems 38, núm. 10 (octubre de 2006): 26-31. Keizers, J. M., J. W. M. Bertrand y J. Wessels. “Diagnosing Order Planning Performance at a Navy Maintenance and Repair
Organization, Using Logistic Regression”. Production and Operations Management 12, núm. 4 (invierno de 2003): 445-463. Sova, Roger y Lea A. P. Tonkin. “Total Productive Maintenance at Crown International”. Target: Innovation at Work 19, núm. 1 (primer trimestre de 2003): 41-44. Weil, Marty. “Beyond Preventive Maintenance”. APICS 16, núm. 4 (abril de 2006): 40-43. Westerkamp, Thomas A. “Plan for Maintenance Productivity”. IIE Solutions 33, núm. 8 (agosto de 2001): 36-41.
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Society for Maintenance and Reliability Professionals: www.smrp.org Society of Reliability Engineers: www.sre.org
