392094178-manual-de-gestion-de-activos-y-mantenimiento-adolfo-arata.pdf 5a3w2j

RIL editores, por la bibliodiversidad

ii

Adolfo Arata Andreani Luciano Furlanetto

Manual de Gestión de Activos y Mantenimiento

Prologuistas Andrés Ríos Cerda Presidente Asociación Chilena de Mantenimiento Industrial Joaquín Droop H. Director Corporativo de Mantenimiento, Codelco Chile

iii

 Copyright 2005, by Adolfo Arata Andreani ISBN 956-284-433-1 RIL editores Alférez Real 1464, Providencia Santiago de Chile Tel. (56-2) 2238100 - Fax 2254269 [email protected] / www.rileditores.com Paraná 230, of. 12 Buenos Aires, Argentina Tel. Fax (52-11) 4373-0980 / 4373-2665 / 4373-4210 Composición e impresión: RIL editores Diseño de Portada: CYK Diseño Diagramación: Linda Valdés y Andrés Costa Impreso en Chile - Printed in Chile Derechos reservados

iv

A nuestras familias.

v

vi

Listado alfabético de autores Arata Andreani, Adolfo Atzori, Bruno Cattaneo, Maurizio Cuomo, Emilio De Marzo, Biagio Furlanetto, Luciano Johns Neumann, Edward Kristjanpoller Rodríguez, Fredy Labbé Zepeda, Fernando Lazzarin, Paolo Lucifredi, Aleramo Maciga, Andrea Madrid Recabarren, Rodrigo Mastriforti, Carlo Nilo Arenas, Eduardo Panzeri, Fabrizio Preziosa, Maurizio Ravina, Enrico Stegmaier Bravo, Raúl

vii

viii

ÍNDICE Acerca de los autores

xxv

Prólogo • Sr. Andrés Ríos Cerda, Presidente Asociación Chilena de Mantenimiento Industrial. • Sr. Joaquín Droop H., Director Corporativo de Mantenimiento, Codelco Chile.

xxxi

xxxiii

Primera Parte. Introducción a la mantención

1

1.

Consideraciones generales de la gestión de activos y el mantenimiento por Adolfo Arata y Luciano Furlanetto

3

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

La función de gestión de activos y de mantención El proceso de mantención Antecedentes históricos Impacto económico La cultura de mantener Proyectar la mantención Desarrollando una estrategia de mantención Tecnologías de la información aplicadas a la mantención El siguiente paso, Total Quality Maintenance (TQMain)

3 8 11 22 26 28 34 38 42

Bibliografía

46

2.

El negocio de mantención por Eduardo Nilo

49

1. 2. 2.1 2.2

Visión económica de actividad de mantención Modelo de integración de mantención a procesos productivos Optimizando la segunda generación de mantenimiento Integrando el proceso de mantenimiento a los procesos productivos Costo de calidad como driver de mejoramiento

49 51 53 55

3.

i

54

Componentes de costos de calidad Aplicaciones de confiabilidad. Confiabilidad de equipos Confiabilidad de sistemas Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM) y Costeo de Ciclo de Vida (LCC) Integración de herramientas sintomáticas al ciclo de mantención Resumen

56 57 58 60 62

Bibliografía

67

Segunda Parte. La proyectación

69

1.

La optimización del ciclo de vida por Bruno Atzori y Paolo Lazzarin

71

1. 2. 3. 4.

La Teoría de la Confiabilidad La tasa de falla y la confiabilidad Las fases de la vida de la máquina Fallas por fatiga o desgaste de los componentes: La distribución normal y log-normal Hipótesis de tasa de falla constante: la distribución exponencial negativa Hipótesis de tasa de fallas decreciente: la distribución De Weibull La integración entre diseño y mantención

71 73 77 79

Bibliografía

92

2.

Fenomenología de las fallas de las máquinas y evaluación de la vida residual por Bruno Atzori y Paolo Lazzarin

95

1. 2. 3.

Criterios que influyen sobre la filosofía de diseño y mantención. Planificación de las operaciones de mantención Monitoreo de las fases de origen y propagación de las fisuras por fatiga Modelos predictivos del comportamiento bajo fatiga

95 100 102

Bibliografía

114

3.1 4. 4.1 4.2 4.3 5. 6.

5. 6. 7.

4.

i

64 66

83 89 90

109

3.

Estrategias de mantención por Adolfo Arata y Raúl Stegmaier

117

1. 1.1. 2. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5 3.6 3.7 4. 4.1 4.2 4.3 5.

Análisis de confiabilidad Costo durante el ciclo de vida Teoría de confiabilidad aplicada a sistemas Confiabilidad de sistema Mantenibilidad Disponibilidad de componentes y sistemas Costos globales Análisis de redundancia Modelo de evaluación de la seguridad de funcionamiento Caso planta de filtrado Caso planta concentradora Sustitución de componentes Introducción Políticas de mantención Lógica para definición de política de mantención Modelos de mantención preventiva Mantención preventiva a fecha constante Mantención preventiva a edad constante Mantención preventiva según condición o sintomática Sustitución para caso n componentes Inspección óptima Políticas de mantención Renovación de equipos Sustitución de equipos Modelos de reemplazo Alternativas de costo anual uniforme equivalente Metodología de individualización de los componentes críticos y su cuantificación MAFEC Caso: equipos rodantes

117 117 120 124 140 143 146 149 150 153 159 164 164 165 166 167 167 169 170 173 174 175 180 181 182 185 186

Bibliografía

199

4.

Ingeniería de mantención por Adolfo Arata y Fredy Kristjanpoller

201

1. 2. 3.

Competitividad y mantención Evolución de la mantención Ingeniería de mantención

201 204 206

5.1 5.2

i

187 191

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4.

Rol de la ingeniería de mantención La Ingeniería de la mantención en la etapa de proyecto La Ingeniería de mantención en la etapa de ejercicio La Ingeniería de mantención y la organización Actividades de la Ingeniería en mantención Proceso de la Ingeniería en mantención Ingeniería de mantención y las tecnologías de la información y las comunicaciones Caso aplicado de ingeniería de mantención

206 207 208 209 210 212 214

Bibliografía

220

5.

La mantención en la fábrica liviana por Luciano Furlanetto

221

1. 2. 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 3. 3.1 3.2 3.3

El desarrollo organizacional de la mantención La fábrica liviana Introducción La fábrica liviana Conceptos básicos Lógicas de funcionamiento Lógicas de implementación de la fábrica liviana Dimensiones de la minifábrica Especificaciones de intercambio Estructura de la minifábrica Certificación de los factores Empowerment La mantención productiva Concepto Contenidos de la mantención productiva. La limpieza y la primera puesta a punto de la máquina (5-S) Automantención Mejoras del rendimiento y planificación de la mantención (MAFEC) Mejoramiento continuo La gestión del proyecto de mantención productiva El desarrollo de las actividades Método de trabajo Conclusiones Las funciones, los roles y la estructura de la mantención Objetivos de la mantención y funciones necesarias para lograrlos

221 224 224 225 226 228 229 231 232 232 233 234 235 235 238 239

5.

3.4 3.5 3.6 3.6.1 3.6.2 3.7 4. 4.1

i

215

242 245 248 248 250 251 254 254

Objetivos 4.1.1 4.1.1.1 Atención permanente a la conservación del patrimonio instalado 4.1.1.2 El mejoramiento de las prestaciones 4.1.1.3 Aumento de la disponibilidad 4.1.1.4 Reducción de los costos de mantención Funcionamiento de la minifábrica 4.1.2 4.1.2.1 El manejo de la máquina 4.1.2.2 El diagnóstico 4.1.2.3 La istración de la mantención 4.1.2.4 La istración de las empresas 4.1.2.5 El control de los costos 4.1.2.6 La ingeniería de mantención 4.1.2.7 Los talleres de mantención La estructura organizacional y los principales roles 4.2 La estructura organizacional 4.2.1 Los principales roles, responsabilidades y actividades 4.2.2 4.2.2.1 Responsable de la minifabrica 4.2.2.2 Controller 4.2.2.3 istración de la mantención 4.2.2.4 Jefe de turno de producción / jefe de equipo / team leader 4.2.2.5 Conductor 4.2.2.6 Mantención programada y talleres 4.2.2.7 Ingeniería de mantención Conclusiones 4.3

254 255 255 256 257 257 258 259 259 261 262 262 263 264 264 266 266 268 269 271 273 274 275 277

Bibliografía

277

6.

Competencias laborales en la gestión de mantención por Adolfo Arata y Rodrigo Madrid

279

1. 2

Introducción Competencias laborales y su aplicación en la gestión del recurso humano Competencias laborales en el ámbito de la gestión de la mantención Elaboración del mapa funcional de los procesos involucrados en la gestión de la mantención Elaboración del catálogo de competencias de gestión de la mantención

279 280

3. 3.1 3.2

i

282 283 285

Diagnóstico de la oferta actual y determinación de brechas individuales de competencias Generación plan de capacitación para superación de la brecha de competencias Consideraciones generales sobre la utilización de mecanismos de formación y capacitación basados en modelos de competencias laborales

287

Bibliografía

291

7.

Mejoramiento continuo por Adolfo Arata y Edward Johns

293

1. 2. 3. 3.1 4. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.3.1 4.6.3.2 4.6.3.3 4.7 4.7.1 4.8 5. 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4

El mejoramiento continuo en la mantención Qué es mejoramiento continuo istración del mejoramiento continuo Rol de ingeniería de mantención Proceso de mejoramiento continuo Probar la necesidad de mejoramiento Generación de sugerencias Selección de proyectos Organización de los equipos de proyectos Verificar la necesidad y misión del proyecto Diagnosticar las causas Herramientas de diagnóstico para el mejoramiento continuo Descripción y cuantificación de los síntomas Formulación de teorías Generación de teorías Orden de las teorías Selección de teorías que se van a probar Proporcionar un remedio y probar su efectividad Resistencia al cambio Seguimiento de los proyectos Ciclo de vida del equipo de proyecto Etapa de preparación Etapa de análisis Etapa de operaciones Fase de análisis detallado Fase de desarrollo Fase de Implantación Etapa de seguimiento

293 294 295 295 296 296 297 297 298 300 301 301 302 302 302 303 303 303 304 305 305 305 306 308 308 308 309 309

3.3 3.4 4.

i

288 290

6.

Caso: Mejoramiento continuo aplicado a una línea de producción de Chocolate Estado actual de la empresa El escenario en la fábrica La oportunidad para el mejoramiento Problemas encontrados El plan de acción

310

Bibliografía

324

Tercera Parte. La planificación de la mantención

325

1.

La planificación de la mantención por Biagio De Marzo

327

1.

La planificación entre “Proyectando la mantención” y la “Ejecución” El plan maestro del sistema integrado de mantención La necesidad del plan maestro: fases, esquema lógico y output Cómo se prepara el plan maestro Los prerrequisitos Los subsistemas Las fases de proyecto de detalle y de implementación de los subsistemas Aspectos metodológicos y motivaciones La estandarización en la mantención Conceptos generales y metodología Los estándares operativos de mantención Estándar general de la máquina - Datos “permanentes”, inspecciones, lubricación Estándar de los trabajos periódicos y de los materiales Estándar del control técnico-económico El conjunto de los estándares y de los vínculos lógicos con las actividades de mantención Estándares técnicos-istrativos de la clasificación de los trabajos Estándar técnico-istrativo de la clasificación de los repuestos La planificación en la mantención Consideraciones iniciales

327

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

2. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3. 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.4 3.5 4. 4.1

i

312 312 313 315 316

328 328 331 334 335 336 337 338 338 339 341 344 345 345 347 353 358 358

4.2 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5

Modelo de referencia Esquema lógico de la planificación de la mantención Los planes de mantención Definición y finalidad de los planes Tipos de planes de mantención y contenidos Plan plurianual y plan anual Plan trimestral y plan mensual Programa mensual de faenas

359 359 361 361 361 363 367 367

2.

La gestión de los recursos de mantención por Emilio Cuomo

371

1. 2. 3. 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.4.1 3.2.4.2 3.2.4.3 3.2.5 3.3 3.4 4.

Generalidades El presupuesto de mantención La gestión de los recursos humanos Generalidades La planificación de las faenas La planificación y el presupuesto Los estándares de trabajo Asignación de recursos La calendarización El programa periódico y las técnicas de planificación Las grandes faenas: las técnicas reticulares Uso de herramientas informáticas Los trabajos realizados por los operadores La rendición de cuentas de trabajo La formación y capacitación de los recursos de mantención La gestión de los medios

371 371 372 372 373 374 376 381 381 382 388 404 404 407 409 410

3.

La gestión de los materiales técnicos por Carlo Mastriforti

411

1. 1.1 1.2 2. 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.4

Introducción Objetivos de gestión Procesos y fases de la gestión de materiales Ingeniería de materiales Identificación y clasificación de los materiales Codificación Estandarización Modularidad Políticas de gestión

411 411 412 414 414 415 416 417 417

i

2.5 2.5.1 2.5.2 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.10.1 2.10.2 2.10.3 2.11 3. 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 4. 4.1 4.2 4.3 5. 5.1 5.2 5.3

Política de gestión por punto de suministro Partida económica de adquisición (EOQ) Punto de emisión de la orden y reservas de seguridad Política de gestión por reposición de reservas Gestión según necesidades Políticas de emisión de órdenes Políticas de aprovisionamiento La gestión de los repuestos Costos por carencia Tipologías de averías Modalidades de consumo Conclusiones El control de gestión Valorización de los materiales LIFO Costo medio ponderado Costo medio actual Costo STD Velocidad de rotación Análisis ABC de los consumos y de las inmovilizaciones Análisis de elementos no movilizados y obsoletos Inventario Análisis de los componentes críticos Análisis crítico de las reservas Conclusiones Mejoramiento Reducción de los tiempos de aprovisionamiento (Ta) Ensanchamiento del horizonte de previsión Conclusiones Organización Lógicas organizacionales y responsabilidades Matríz de interfuncionalidad Logística: dónde se deben ubicar las reservas

418 418 419 420 421 421 422 423 423 423 425 426 427 427 427 428 428 428 428 429 433 434 435 436 436 436 437 437 439 439 441 442 443

4.

El global service y el outsourcing en mantención por Maurizio Preziosa

445

1. 2. 3. 3.1 3.2

El mercado de la mantención El fenómeno outsourcing Tipologías de prestaciones para la mantención Faenas a trato Faenas a medida

445 449 451 452 452

i

3.3 3.4 4. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 5. 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2

Faenas a suma alzada a fortait General Contracting El Global Service de mantención Definición La finalidad del servicio de mantención global Nivel de servicio Mejoramiento Continuo Organización del Servicio Salvaguardia del know-how Global Service con outsourcing La externalización de la mantención: criterios de elección Factibilidad estratégica Factibilidad técnico-organizacional Factibilidad económica Economicidad de la oferta Evaluación de las empresas proveedoras

453 454 454 455 455 457 460 460 463 466 467 468 469 471 471 473

5.

La mantención según condición y predictiva por Luciano Furlanetto

475

6.

Elementos de análisis de señales y firma, monitoreo de condición y diagnóstico para la mantención predictiva de máquinas e instalaciones por Aleramo Lucifredi

487

1. 1.1 1.2 1.3 1.4 2. 2.1

Generalidades Las escalas El decibel Consideraciones para la aplicación La representación logarítmica de los movimientos armónicos Las señales y el análisis de señales Análisis de la señal. Descriptores para el análisis de la señal en el dominio del tiempo. Elementos de análisis de señales en el rango de frecuencias La serie de Fourier La transformada de Fourier La transformada discreta de Fourier (DFT, Discrete Fourier Transform) El aliasing El leakage Los promedios

487 487 492 494 495 496 496

2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6

i

503 503 509 527 539 545 560

Las técnicas zoom Las densidades espectrales de potencia y de energía y el autoespectro La respuesta de los sistemas lineales Los métodos paramétricos Otros métodos de estimación espectral Los análisis combinados tiempo/frecuencia (y tiempo/escala) El cepstrum El cepstrum de potencia El cepstrum complejo Las señales moduladas Modulación de amplitud de frecuencias y de fase Las pulsaciones La transformada de Hilbert y la envolvente de una señal Las características del estado de salud de las máquinas, el monitoreo de las máquinas y los criterios de juicio de la vibración Las características del estado de salud de las máquinas El monitoreo de las máquinas La elección del transductor Los esquemas típicos de montaje Sistema de monitoreo de tipos específicos de máquinas La medición durante la puesta en marcha y la fase de detención Los criterios de juicio de la vibración Los límites cuantitativos impuestos por el fabricante y los límites cualitativos Los límites de espectro El análisis de tendencia

566 568

Bibliografía

673

7.

Controladores automáticos para la mantención por Enrico Ravina

677

8.

Sistemas de monitoreo y diagnóstico y controles no destructivos por Andrea Maciga

685

1. 2.

Introducción Corrientes inducidas

685 686

2.2.7 2.2.8 2.2.9 2.2.10 2.2.11 2.2.12 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 3.

3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3

i

572 577 582 582 593 593 597 600 600 611 622 625

625 649 649 654 657 663 668 668 671 672

Emisión acústica Tintas penetrantes Magnetoscopía Métodos ópticos Radiografía Detección de fugas Termografía Ultrasonidos Análisis de aceites para la detección preventiva del desgaste en máquinas rotatorias Introducción Consideraciones sobre los procesos de desgaste Principios e instrumentos de la ferrografía Instrumentos de lectura directa Instrumento analizador Ferroscopio Conclusiones Visión panorámica de la aplicabilidad y confiabilidad de las PnD en la detección de defectos típicos de operación Planificación y programación de las operaciones Frecuencia y extensión de las PnD Técnicas PnD Tipología de las anomalías más probables en las plantas industriales y las PnD más adecuadas para detectarlas Exámenes globales de la planta o del componente Conclusiones

690 693 697 701 705 707 712 716 721

Bibliografía

751

9.

Técnica de elementos finitos como herramienta en la predicción de la integridad estructural por Fernando Labbé

753

1. 2. 2.1 2.2 3. 3.1

Introducción El método de elementos finitos en análisis estructural Antecedentes generales Método de elementos finitos Análisis de casos Caso: Evaluación de integridad estructural de tapas de molinos en la industria minera

753 755 755 757 761 761

3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 12. 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6

i

721 723 727 727 730 731 738 739 739 741 741 742 749 750

Caso: Evaluación de integridad estructural de reactor de Procesos en la industria petroquímica

763

Bibliografía

765

10.

El sistema informativo por Maurizio Cattaneo

767

1. 2. 3. 3.1 3.2 3.3 3.4 4. 4.1 4.2 4.3 5. 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3

Introducción Estructura del sistema informativo Los procesos Estructura de plantas Mantención de primer nivel Mantención de segundo nivel El potencial de mejoramiento La gestión del cambio La evolución de los comportamientos organizacionales Objetivos y resultados El uso del computador El sistema de mantención en el contexto de la empresa El de control Vínculos entre sistemas Los instrumentos de interfaz El enfoque ERP Documentación, imágenes, Web y workflow

767 768 771 771 775 781 789 790 791 791 793 793 794 795 795 796 797

Bibliografía

798

Parte IV. El Control

801

1.

El control técnico y económico de la mantención por Biagio De Marzo

803

1.

La gestión técnica de las instalaciones y el control de los resultados La prestación productiva de las instalaciones El mejoramiento de la disponibilidad a través de la confiabilidad y la mantenibilidad

803

3.2

2. 3.

i

804 807

4. 5. 5.1 5.2 5.3 6. 7. 7.1 7.2 7.3 8. 8.1 8.2 8.3 8.4 9 9.1 9.2 9.3 9.4 10. 10.1 10.2 10.3 11. 11.1 11.2 12 13. 13.1 13.2 13.3 13.4

Indicadores de control técnico, valores planificados y marcha de los consumos El análisis de las averías: procedimientos y metodología Contenidos y documentos para el análisis de las averías Metodología de análisis de las averías Procedimiento sobre las averías Adquisición de datos y gestión de las informaciones técnicas El control de los efectos de la mantención y los análisis técnicos La medición de los efectos de la mantención Los análisis técnicos Investigaciones preliminares para mejoras y modificaciones a nivel de fábrica Control de la productividad y eficiencia del personal Actividades de mantención realizables por los operadores Análisis de la productividad y del rendimiento del personal de mantención Evaluación de la organización del trabajo (estructuras, roles y tareas) Desarrollo de los recursos humanos y planificación de las actividades formativas El presupuesto como herramienta de control de los costos El sistema de costos Centros de costo y de responsabilidad Características y composición de los parámetros generales del costo Los costos de la planta imputables a la mantención El “costo global” y el “costo propio” de mantención Clasificación de los costos Efecto sobre los costos de los distintos tipos de mantención Evaluación del costo de mantención Ítemes de gastos, modalidades de cálculo, agrupaciones y periodicidad de los balances Ítemes de gastos de los costos directos y modalidades de cálculo Agrupaciones, subdivisiones y periodicidad de los gastos de mantención El plan guía El presupuesto de mantención Concepto de presupuesto – Asignación de recursos Identificación de los trabajos Redacción del presupuesto Análisis, responsabilidad y control del presupuesto

i

812 815 815 817 819 823 826 826 826 828 829 829 830 832 832 834 834 835 836 837 838 838 839 840 842 842 845 845 849 849 850 851 854

14. 15. 16. 17.

La imputación de los costos – Informes periódicos Los índices como medio de gestión y de previsión Procesamiento y evaluación de los datos Consideraciones finales

856 859 863 864

2.

El benchmarking en mantención por Fabrizio Panzeri

869

1. 1.1 1.2 2. 3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 4. 4.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.4 4.5 5. 6. 7. 7.1 8. 8.1 8.2 8.3 8.4 8.4.1 8.4.2 8.4.3 8.4.4

Introducción Una historia para comprender Análisis de un caso exitoso Una definición Los objetivos del benchmarking Conocerse a sí mismo Cuánto mejorar Cómo mejorar Activar procesos de cambio Incentivar el aprendizaje y la creatividad El benchmarking como proceso Identificar el objeto del benchmarking Constituir un grupo de trabajo La búsqueda del partner: ¿de quién y con quién aprender? Tipos de benchmarking Benchmarking interno Benchmarking competitivo Benchmarking functional Benchmarking genérico Adquirir informaciones y medir Identificar las prácticas excelentes Acerca de la continuidad del benchmarking Acerca del método Gestión e implementación del benchmarking Gestión: instauración, apoyo, implementación El benchmarking en mantención Evolución de la mantención Outsourcing o servicio de terceros El modelo organizacional Los procesos de la mantención Programación de las faenas Ejecución de las faenas Adquisición de prestaciones Control de las actividades de las empresas

869 870 871 873 873 873 874 874 875 875 876 878 881 882 885 885 887 887 888 888 889 894 894 895 896 898 899 900 901 902 903 904 905 906

i

8.4.5 8.4.6 8.4.7 8.4.8 8.5 8.6 8.7 9.

La gestión de los materiales técnicos La planificación de la mantención La actividad de mejoramiento Diseño de la mantención El papel del sistema informativo Los índices de mantención Pautas de proyectos y gestión Conclusiones

906 908 909 909 910 911 912 917

Apéndice

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Acerca de los autores Arata Andreani, Adolfo. Ingeniero Civil Mecánico de la Universidad Federico Santa María, Chile; diplomado en Ingeniería Industrial en la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso; perfeccionamiento en Pre-Ingeniería de Proyectos Industriales en Brasil y Doctor en Ciencias Empresariales de la Universidad de Lleida, España. Profesor Titular de la Universidad Santa María y profesor invitado en universidades extranjeras y programas internacionales. Ha participado en proyectos de investigación y desarrollo en el Politécnico de Milán, Centro de la Comunidad Europea-Enea, Ispra, Italia y en la Universidad Luigi Bocconi de Milán y Altas Corporation, USA, entre otras. Rector de la Universidad Santa María en dos períodos. En su actividad profesional es consultor de empresas chilenas y extranjeras, lo que le ha permitido incorporar nuevos conceptos en las áreas de la organización, proyecto, mantenimiento, TIC y energía. Es autor de numerosos artículos y de varios libros, como resultado de su trabajo de investigación y profesional. Director de varias instituciones académicas y empresariales, como el Instituto Internacional para la Innovación Empresarial y de la Cámara del Comercio y la Producción de la Región de Valparaíso, de la que fue su Presidente. Por su actividad académica, gremial y empresarial ha recibido reconocimientos a nivel nacional e internacional. Atzori, Bruno. Ingeniero Mecánico y profesor de Construcción de Máquinas, comienza su actividad universitaria en 1968 como ayudante del profesor Renato Giovannozzi en el Politécnico de Turín, ocupándose de problemáticas de seguridad estructural, en especial de la fatiga. Posteriormente se traslada a la Universidad de Bari como profesor de Construcción de Máquinas, y de allí a la Universidad de Padua, donde es profesor titular de la cátedra de Construcción de Máquinas desde 1984. Ha efectuado estudios en el extranjero (un año en la Universidad de California de Los Ángeles y seis meses en el Laboratorium für Betriebfestigkeit de Darmstadt), especializándose en el análisis numérico de tensiones y el comportamiento bajo fatiga de las estructuras soldadas. Es autor de numerosos trabajos científicos publicados tanto en Italia como en el extranjero. Cattaneo, Maurizio. Graduado del Politécnico de Milán en Ingeniería Mecánica, diplomado en la Universidad de Urbino (Facultad de Psicología), especializado en Grafología del trabajo. Comienza su carrera desarrollando actividades de consultoría en el campo de la tecnologías gráficas industriales y la planificación de instalaciones. Desde 1982 a 1996 trabaja para RDA (Instituto de Investigación e Intervención en la Gestión Empresarial) como consultor en las áreas de logística, mantención y sistemas informativos de mantención; desde 1996 presta servicios profesionales a Deloitte & Touche Consulting Group Italia SpA. Miembro del Consejo Directivo de la AIMAN (Asociación Italiana de Técnicos de Mantención), afiliada a la EFNMS (European Federation of National Maintenance Societies). Autor, junto a Luciano Furlanetto de los textos:

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Manutenzione a costo zero, Ipsoa, Milán, 1986; Manutenzione produttiva, l’esperienza del TPM in Italia, Isedi, Turín, 1992, además de numerosos artículos en revistas especializadas en el campo de la mantención, y ponencias en congresos y seminarios acerca de temas relativos a la organización de la mantención y los sistemas de información. Cuomo, Emilio. Ingeniero Mecánico, comienza su carrera en una empresa productora de electrodomésticos, encargándose de investigación y desarrollo. Se traslada luego a la Anichem, donde se desempeña inicialmente en Ingeniería de mantención y luego como encargado de planificación. Posteriormente se encarga del desarrollo organizacional de una de las mayores fábricas. Actualmente trabaja, en la sede de la empresa, en el campo de la organización y de las relaciones industriales, con especial énfasis en la implementación de sistemas de información integrados. Es autor de varias memorias sobre el tema de la mantención, presentadas tanto en congresos como en revistas técnicas, y ha dictado seminarios en Italia y en el extranjero sobre dichas materias. De Marzo, Biagio. Ingeniero naval y mecánico, comienza su carrera en la Marina militar asistiendo a la Academia Naval de Livorno y graduándose en la Universidad de Nápoles. Fue ingeniero de máquinas de la fragat Bergamini y del crucero Vittorio Veneto. Después de transferirse a la industria civil, ha adquirido veinte años de experiencia en grandes empresas siderúrgicas italianas: Italsider, Terni Acciai Speciali, Ilva, Falck. En especial ha estado a cargo de grandes proyectos de cambios de la mantención, de los servicios técnicos y de la logística en el Centro siderúrgico de Tarento y en las Acererías de Terni. Fue profesor a honorarios en el Politécnico de Bari, y es docente y director de cursos y seminarios en Cegos, Isvor-Fiat y Fondazione Bellisario. Autor de numerosas publicaciones, artículos y trabajos científicos, es miembro del comité directivo de la revista Manutenzione. Furlanetto, Luciano. Ingeniero Químico del Politécnico de Milán, Italia. Director y Gerente General de Segesta-SGS, sociedad orientada a la consultoría y al global service de Mantención. Fue Presidente de la Asociación Italiana de Mantención asociada a la Federación Europea de Mantención, de la cual es miembro del consejo directivo. Presidene de la Comisión UNI (Organización de Normalización Italiana), en el área de la Mantención y Vicepresidente del Comité Italiano de orientación en mantención. Es autor de varios artículos y libros en el área de la organización, producción y organización empresarial, producto de su trabajo de investigación y consultoría. Es profesor en la asignatura Gestión de la Mantención del Departamento de Ingeniería de Gestión del Politécnico de Milán. Johns Neumann, Edward. Titulado en Ingeniería Civil Industrial en 1989 en la Universidad Santa María de Valparaíso y magíster en Industrial Management en 1991 por la Universidad de Birmingham, UK. Desde 1989 es docente de

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Producción en la Universidad Santa María, y es además consultor de empresas chilenas del sector industrial. Fue Director del Departamento de Ingeniería Industrial de la Universidad Santa María y actualmente se desempeña como Director Académico de la Academia de Ciencias Aeronáuticas de la Universidad Técnica Federico Santa María. Kristjanpoller Rodríguez, Fredy. Titulado como Ingeniero Civil Industrial en la Universidad Técnica Federico Santa María. Profesional con una vasta experiencia en ingeniería de mantención, a través del modelamiento y análisis sistémico de plantas y flotas de equipos de la gran minería. Ha liderado el desarrollo de aplicaciones informáticas para la Ingeniería de Mantención, entre las que se destaca el Maintenance Engineering System. Actualmente se desempeña como Ingeniero de Proyectos en el Instituto Internacional para la Innovación Empresarial, desarrollando investigaciones aplicadas y potenciando el surgimiento de nuevos productos y servicios en el área de la mantención. Labbé Zepeda, Fernando. Profesor, Universidad Técnica Federico Santa María, Chile; Doctor of Philosophy, School of Engineering, University of Pittsburgh, Pittsburgh, USA. Ingeniero Civil Mecánico, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile. Posee una gran experiencia en Integridad Estructural trabajando al respecto con compañías tales como: CODELCO-Chile Compañía Minera Zaldívar (Placer Dome); El Abra (Phelps Dodge). En los últimos tres años (2002- 2003), ha sido consultor en Evaluación de Integridad Estructural: a) Bucket Wheel Reclaimer, MAN TAKRAF (); b) Bucket Wheel Reclaimer, FAM (); c) Mobile Reclaimer Conveyor, RAHCO (USA); d) Flaw Assessment of Agglomeration Drum Design, SENET (South Africa) and e) Flaw Assessment of High Pressure/Temperature Steam Generator Failure, Babcock and Wilcox (USA). Posee experiencia profesional internacional en Westinghouse Research & Development Center, Pittsburgh, Pa. USA Lazzarin, Paolo. Se gradúa en Ingeniería Mecánica en Padua en 1982. Obtiene su doctorado de investigación en mecánica de materiales y se desempeña luego como investigador en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Padua. Profesor adjunto desde 1992, actualmente enseña construcción de máquinas en la Universidades de Ferrara (carrera de Ingeniería de Materiales) y Vicenza (diplomado en Ingeniería Mecánica). Es autor de unos 70 trabajos científicos, orientados principalmente al cálculo estructural con el método de elementos finitos, a la mecánica de materiales y al diseño de componentes mecánicos y de acoplamientos soldados y apernados para prevenir la fatiga. Lucifredi, Aleramo. Nacido el 9/7/1943. Titulado en Ingeniería Mecánica. Ha efectuado investigación en la Universidad de Stanford (California). Desde enero de 1988 a noviembre de 1994 fue Director del Instituto de Mecánica Aplicada a las Máquinas de la Universidad de Génova. Es responsable del Laboratorio de Mecánica General y Mecánica de las Vibraciones. Profesor titular de Mecánica

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Aplicada a las Máquinas desde 1979, dicta los cursos de Mecánica Aplicada a las Máquinas, Mecánica de las Vibraciones y Mecánica Automotriz; es responsable por la sede de Génova del Doctorado de Investigación en Mecánica Aplicada (en conjunto con el Politécnico de Milán). Es miembro de la Comisión Vibraciones de la UNI y fue delegado italiano ante la ISO en el sector Modal Analysis y Modal Testing. Es vicepresidente de la AIMAN (Associazione Italiana di Manutenzione). Es autor de textos universitarios, contribuciones a libros y enciclopedias y numerosas memorias científicas. Áreas de investigación: Mecánica aplicada, Vibraciones, Diagnóstico mecánico y monitoreo, Análisis modal experimental, Mecánica automotriz, Diseño mecánico. Maciga, Andrea. Nacido en Ferrara en 1949, obtuvo su título de Ingeniero Nuclear en el año académico 1972/73 en la Universidad de Bolonia. Su carrera comienza en el área de diagnóstico y pruebas no destructivas. Se ha desempeñado principalmente en empresas privadas de servicios, actividad que le permitió entrar en o con todos los campos de la industria nacional: químico y petroquímico, generación de energía térmica y nuclear, mecánico, naval, off-shore, siderúrgico y civil. Ha alcanzado el Nivel III CInD (Centro Italiano per il Coordinamento delle Prove non Distruttive) en todos los métodos no destructivos tradicionales y ha desarrollado experimentos notables en los sistemas innovadores de monitoreo tales como la termografía y el análisis de aceites mediante la ferrografía. Desde 1991 dirige su propia empresa, TESI s.r.l., que ofrece servicios de consultoría a empresas en las áreas de control y garantía de calidad, de seguridad, de adecuación de los productos a las normas Cee y de la ingeniería de mantención. Fue consejero de la Asociación Italiana de Pruebas No Destructivas (AIPND) y docente en cursos de formación y capacitación empresariales y universitarios. Es autor de numerosos artículos publicados en revistas especializadas. Madrid Recabarren, Rodrigo. Ingeniero Civil Industrial, UTFSM, actualmente cursando MBA internacional UTFSM. Ingeniero experto en modelos de gestión por competencias, con vasta experiencia en aplicación de modelos de competencias en el área de mantenimiento, especialmente asesorías a la Corporación del Cobre (Codelco), en sus diferente Divisiones y a la Línea Aérea Nacional (LAN CHILE). Ha actuado también como consultor independiente en varias empresas, también relacionadas con el área de mantención. Mastriforti, Carlo. Ingeniero Electricista, ha trabajado por largo tiempo en las áreas química-metalúrgica-petroquímica, asumiendo tareas de coordinación de la Mantención y de los Servicios Técnicos. Desde 1990 a 1996 colaboró con RDA t TELOS, y desde 1996 con Deloitte & Touche Consulting Group, desarrollando proyectos de organización en numerosas empresas importantes tales como ILVA, Falck, Ansaldo Componenti, Franco Tosi, Piaggio, Zanussi, Alenia Aeronautica, IVECO y FIAT. Ha sido relator de seminarios de estudio y autor de artículos acerca

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de asuntos organizacionales para revistas especializadas. Es coautor del libro Manutenzione Produttiva, l’esperienza del TPM in Italia, Isedi, Turín 1992. Nilo Arenas, Eduardo. Titulado como Ingeniero Civil Mecánico en la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso y el año 2001 como magíster en sistemas avanzados de procesos, manufactura y materiales en University of Hull, UK. Profesional con más de 12 años de experiencia de mejoramientos de procesos asociadas a equipos industriales mineros. Sus actividades destacables han sido desarrolladas en trabajos de ingeniería de diseño y simulaciones, puesta en marcha de proyectos industriales, istración de áreas de mantenimiento e implementación de mejores prácticas de equipos multidisciplinarios de trabajo. Actualmente se desempeña como Superintendente de Mantenimiento en una corporación minera. Panzeri, Fabrizio. Ingeniero Comercial de la Universidad L. Bocconi de Milán. Comenzó su actividad profesional desempeñándose en firmas de consultoría en cambios organizacionales y mejoramiento de los procesos empresariales, con especial énfasis en los proyectos de diagnóstico y mejoramiento de los sistemas de producción y mantención. Desde 1995 viene desarrollando actividades de investigación en la SDA Bocconi de Milán, donde es representante del área tecnológica del Benchmarking Network SDA Bocconi y responsable de cursos y proyectos acerca de la gestión por procesos. Colabora con el Instituto de economía de empresas industriales y comerciales de la Universidad L. Bocconi. Preziosa, Maurizio Ingeniero Electrónico, comenzó su actividad profesional en calidad de consultor de Andersen Consulting, trabajando de control de gestión para empresas del rubro de la gran distribución. Transfiriéndose luego a la firma Asea Brown Bovery (ABB), ha perfeccionado su formación a través de un Master en Business istration (MBA) obtenido en la SDA Bocconi de Milán. Actualmente es responsable del desarrollo y la coordinación de las actividades de Global Service dentro de la ABB Service. A él se deben la estructura de ingeniería de mantención y los sitios en los cuales ABB Service ha realizado los proyectos de Global Service de mantención. Ravina, Enrico. Ingeniero Mecánico, es profesor adjunto de Automatización por fluidos en la Facultad de ingeniería de la Universidad de Génova, donde enseña además Mecánica aplicada a las máquinas y Mecánica automotriz (parte II). Su actividad científica se ha enfocado, en distintos períodos, a múltiples temáticas teórico-experimentales en distintas áreas de la mecánica aplicada, de la dinámica de las máquinas, y del diagnóstico mecánico y la mantención; más recientemente se ha dirigido a las áreas de la automatización por fluidos y a la mecatrónica. En el ámbito del Laboratorio de mecánica general y mecánica de las vibraciones del Departamento de Mecánica y construcción de máquinas se encuentra a cargo de un amplio sector experimental orientado a la neumática, a la oleohidráulica y a la mecatrónica, en el cual se profundizan especialmente temas de investigación

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sobre componentes y subsistemas innovadores de tipo “inteligente”. Autor o coautor de más de 110 publicaciones en revistas o presentadas ante congresos nacionales e internacionales, es miembro de varios comités científicos y asociaciones organizadoras de encuentros internacionales. Se desempeña en el ámbito de la comisión UNI “Transmisiones oleohidráulicas y neumáticas” y en subcomisiones específicas, presidiendo la subcomisión 1, y en el ámbito ISO en calidad de experto. Stegmaier Bravo, Raúl. Graduado en Ingeniería Civil Industrial en 1992 por la Universidad Santa María de Valparaíso y Master en Ingeniería Industrial en 1998 por la Universidad de Chile. Se ha desempeñado como Profesor de Jornada Completa en la Universidad Santa María desde 1992, como Jefe de Carrera de Ingeniería Civil Industrial y como Director Alterno del Centro Integrado de manufactura y automatización. Actualmente se desempeña como Director General de Docencia de la Universidad Santa María. Ha participado en numerosos Congresos y Simposia, en proyectos de investigación y en algunas publicaciones. En el sector privado se desempeña como consultor de empresas chilenas del sector industrial.

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PRÓLOGO

ANDRÉS RÍOS CERDA PRESIDENTE, ASOCIACIÓN CHILENA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL Hemos visto y experimentado, a través de compartir en numerosos congresos internacionales, es y seminarios, como el Mantenimiento, por su importante impacto económico en las compañías, ha enfrentado en los últimos años diversas transformaciones en todos sus procesos. Ha debido adaptarse a las cada vez más exigentes prácticas de gestión empresarial en un mundo de mercados globalizados, marcado por una creciente competitividad, rápidos cambios tecnológicos, mayores exigencias por la calidad de los productos y servicios, y preocupación constante por la satisfacción del cliente, por la seguridad y por el cuidado al medio ambiente. Lo anterior ha implicado, a nuestro juicio, un cambio radical en el enfoque de la gestión de mantenimiento, desde su antiguo paradigma, donde era percibido y istrado como un generador de costos, a uno nuevo, en el cual es considerado y gestionado como un generador de beneficios, específicamente creador de capacidad productiva, para constituirse en factor clave de éxito para las empresas. En este último modelo, con una visión más holística, el mantenimiento es considerado un proceso crítico, inserto en la estrategia operacional y de gestión de activos de la compañía, donde no sólo son relevantes los costos, sino también el aporte real al negocio en términos de disponibilidad, confiabilidad, mantenibilidad de los equipos e instalaciones y el aporte a la calidad de los productos y servicios, a la seguridad de las personas e instalaciones y al cuidado del medio ambiente. El modelo también considera que el mantenimiento no nace en la etapa de operación de los equipos e instalaciones con su puesta en marcha, que es el enfoque más tradicional, sino que, por el contrario, requiere de actividades que comiencen con la especificación del proyecto (etapa temprana de la fase de proyecto), con el objeto de optimizar la gestión de los activos de las compañías en todo el ciclo de vida. Es el gerente, en este contexto, quien tiene el relevante desafío de diseñar la visión estratégica del mantenimiento, alineada con la estrategia global del negocio, establecer los objetivos y metas de largo plazo para avanzar en la senda del mejoramiento continuo o implementar los saltos cuánticos que requiera, con el propósito de estrechar la brecha entre la situación actual y la situación futura deseada. El desafío, que muy bien lo plantean y desarrollan los autores de este Manual, es “hacer más y mejor, con menos y bien”, involucrando, ciertamente,

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mejoras respecto de la eficiencia, eficacia y efectividad de nuestras prácticas de gestión. Es en este marco, y en opinión de la Asociación Chilena de Mantenimiento Industrial, que este Manual resulta una herramienta de incalculable beneficio y de alto valor para todos aquellos profesionales que pertenecemos a las organizaciones de mantenimiento, operaciones e ingeniería y quienes, día a día, nos vemos enfrentados a los más desafiantes problemas de la gestión de operaciones y de la gestión de mantenimiento de la industria, no sólo por la claridad y calidad del aporte conceptual que entregan sus autores, sino también por constituir un texto único, en idioma español, editado en esta materia en nuestro país, que ciertamente aportará a llenar el vacío existente en el sector. La lectura y consulta de este Manual, desde nuestra perspectiva, constituirán un deber para todos aquellos gerentes, jefes e ingenieros que tienen responsabilidades en las áreas de operaciones, mantenimiento e ingeniería de las empresas, permitiéndoles acceder en forma muy directa al estado del arte de la gestión del mantenimiento y, por ende, conocer los fundamentos, principios, ventajas y restricciones de los nuevos sistemas, métodos y herramientas actualmente disponibles. En definitiva, este Manual apunta hacia uno de los objetivos relevantes de nuestra Asociación, cual es: “divulgar los conocimientos científicos y tecnológicos que se vayan alcanzando en el área de mantenimiento”, con el fin de propender al permanente perfeccionamiento de sus profesionales. Finalmente, deseamos felicitar y agradecer el importante aporte de cada uno de los autores, en especial el de los editores, en la elaboración de este texto pionero, que constituye una obra relevante para mejorar nuestra querida actividad. Y a ustedes lectores y mantenedores, invitarlos a disfrutar su lectura y consulta.

Viña del Mar, diciembre de 2004

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PRÓLOGO JOAQUÍN DROOP H. DIRECTOR CORPORATIVO DE MANTENIMIENTO, CODELCO CHILE En las últimas décadas, la gestión de activos y su mantenimiento ha ido asumiendo, cada vez más, un rol significativo en la actividad industrial, generando uno de los cambios más importantes en el ámbito gerencial. Estos cambios se deben al aumento permanente de las exigencias de la competitividad, en la que el mantenimiento cobra mayor relevancia dada la diversidad y complejidad de los sistemas productivos intensivos en activos físicos, que requieren asegurar la disponibilidad y confiabilidad de sus instalaciones y equipos, de manera de poder cumplir con los planes de producción sin descuidar la calidad y el medio ambiente, por lo que la función mantenimiento sobrepasa el entorno industrial para alcanzar el ámbito de toda la sociedad. Es por esta razón que el mantenimiento no sólo cobra importancia en su gestión, de manera de ejecutarla al menor costo, sino también juega un rol relevante en la etapa de desarrollo de nuevos proyectos de inversión, de manera que éstos sean concebidos considerando todo el ciclo de su vida. La respuesta del mantenimiento frente a estos nuevos requerimientos ha sido contundente. En una primera fase, de fuerte desarrollo, aparece el monitoreo de síntomas y el mantenimiento predictivo; la ingeniería de confiabilidad; el análisis de riesgos y de las causas y consecuencias de las fallas, con la participación de los trabajadores que son los que mejor conocen los equipos, y el mejoramiento continuo basado en el seguimiento de indicadores en tableros de gestión. En una segunda fase de desarrollo, se consolida el mantenimiento centrado en confiabilidad; la ingeniería de mantenimiento para proyectar, mejorar y controlar esta función; la consideración del costo del ciclo de vida de activos; la gestión temprana del mantenimiento en proyectos de inversión bajo premisas del diseño para definir niveles de mantenibilidad y confiabilidad; la integración del mantenimiento con el aseguramiento de la calidad de los productos, y el modelo de negocio en mantenimiento para determinar la agregación de valor. Estos cambios han demandado permanentes variaciones del profesional de mantenimiento, que se ha visto obligado a actuar como gerente de un negocio. Frente a esta sucesión de hechos, las empresas de todo el mundo están buscando un nuevo enfoque para el mantenimiento.

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Se desea evitar problemas en la puesta en marcha de proyectos de manera que las flotas y plantas respondan por aquello que fueron justificadas a partir del primer día de uso, por lo que es necesario disponer de claras estrategias de mantenimiento para evitar que los equipos se detengan fuera de programa con las consecuencias que ello implica. Estas estrategias se deben construir con la participación y la colaboración de operadores y mantenedores de línea; con el sistema de istración de la información que disponga de los datos en forma transparente para tomar decisiones gerenciales en el momento oportuno; con el mejoramiento continuo basado estrictamente en indicadores con seguimiento a nivel de tablero de gestión; con el desarrollo humano de los cuadros de los trabajadores involucrados, que responda a las expectativas puestas globalmente sobre el mantenimiento; con la organización de la ingeniería de mantenimiento orientada al mejoramiento, proyección y control de esta función basada en un relación cliente-proveedor; con el enfoque de costo durante todo el ciclo de vida; con la búsqueda permanente del uso eficiente de los activos a través del mantenimiento centrado en confiabilidad, y con la justificación de los recursos mediante demostración de agregación de valor a nivel de tarifas de mercado. En la medida que los mantenedores logren sintonizarse con los aspectos antes planteados, por una parte, y, por otra, sus clientes, asociados del mundo de la operación, comprendan que gran parte de los beneficios de las empresas están dados por la rentabilidad de activos, vía el cumplimiento de las expectativas de disponibilidad, confiabilidad, utilización y costo unitario de los equipos, es que se lograrán, de manera permanente, los beneficios globalmente buscados por las empresas. Dada la complejidad y los actuales desafíos asociados con esta función, el contenido de este Manual de gestión de activos y mantenimiento representa un aporte significativo para el desarrollo y la ejecución del mantenimiento a través de la presentación de conceptos, instrumentos y casos prácticos, por lo que es posible establecer que esta publicación resume, de manera sólida, la experiencia que poseen sus autores, basada en años de investigación y de colaboración con las empresas, significando, entonces, una ayuda indispensable para los profesionales que laboran en las diferentes áreas relacionadas con la gestión de activos y el mantenimiento, así también como un texto de estudio para los que se inician en esta cada vez más importante actividad empresarial.

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Primera parte Introducción a la Mantención

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1. Consideraciones generales de la gestión de activos y el mantenimiento por Adolfo Arata y Luciano Furlanetto

1.1 La función de gestión de activos y de mantenimiento En la actualidad, las empresas deben poseer una visión y un enfoque global que vinculen todas las actividades interrelacionadas en el ámbito de la producción. Esta relación se ha vuelto más evidente en la empresa moderna, en la cual se reconoce que ninguna función es independiente, siendo valorada cada una de ellas participando en un conjunto de actividades complementarias encaminadas a lograr los estándares requeridos de productividad, calidad y “humanidad” en los sistemas productivos. El propósito de este apartado es describir las distintas funciones que participan en el ámbito de la producción, poniendo un énfasis especial en la gestión de activos y el mantenimiento, como funciones centrales e integradoras de la actividad industrial. Es posible definir las siguientes funciones relacionadas directamente a los sistemas de producción: 1) Gestión de la producción: esta función tiene como objetivo la definición de estrategias y la operación de los sistemas productivos conformados por personas, procesos, partes, plantas y sistemas de planeación y control. En este sentido, se han desarrollado diversos modelos de producción, Make to Stock (MTS), Make to Order (MTO), Assemble to Order (ATO) y Engineering to Order (ETO), siendo la clave la definición del nivel de estandarización del producto para la satisfacción de los clientes. Por otra parte, el enfoque Just in Time (JIT) se ha desarrollado para minimizar los stocks de materias primas, work in process y finales favoreciendo la flexibilidad, capacidad de respuesta y eficiencia en la empresa. La tecnología no está ajena a este ámbito, siendo importante el aporte de las Tecnologías de Optimización de la Producción (OPT), utilizadas para programar la actividad productiva en plantas con capacidad de producción limitada identificando los cuellos de botella que limitan la producción. También se han incorporado de manera importante la Manufactura Integrada mediante Computadores (CIM) y los Sistemas de Manufactura Flexible (FMS) como forma de automatizar los procesos y maximizar la productividad de los equipos industriales, respectivamente. 3

2) Gestión de calidad: Esta función tiene como objetivo la obtención de los máximos niveles de conformancia o servicio con miras a asegurar la satisfacción de clientes tanto internos como externos. La gestión de calidad incluye herramientas de investigación de mercado, diseño y desarrollo industrial, planeación y control de procesos, pruebas de inspección y servicio al cliente que tienen como objetivo minimizar los costos de calidad en las empresas, tales como reprocesos, productos rechazados, garantías, pérdida de clientes, etc. Los aspectos más relevantes de esta área en el ámbito de la producción tienen relación con la estandarización, control de procesos y control de calidad, a través de herramientas y estrategias donde destacan el Control Estadístico de Procesos (CEP) y las normativas ISO 9000 entre otras. Destaca, además, la incorporación de automatización y robótica a los procesos para adoptar una estrategia de Cero Defectos y para dar paso a la implementación efectiva del actualmente conocido Six Sigma. 3) Gestión de recursos humanos: La organización y istración de los recursos humanos siempre ha evolucionado a la par de los modelos de producción. Las etapas de producción artesanal a fines del siglo XIX y a principios del XX, la producción en masa en Estados Unidos a principios del siglo pasado y la producción liviana emergente desde la industria automotriz japonesa en la década de los ’50, han tenido sus símiles organizacionales: organización descentralizada, racional y liviana respectivamente. El modelo contemporáneo, la Organización Integrada y Liviana (OIL), está basada en un proceso de reingeniería del cambio de los sistemas productivos, estructurado como una reformulación de la arquitectura productiva, fundamentada hacia una gestión por procesos, en la que necesariamente se requiere la integración de todos los sub-sistemas que forman la organización. En este contexto, el concepto de Empowerment o “empoderamiento” es clave; éste significa delegar en todas las personas de la organización confiriéndoles la calidad de “propietarios” de su trabajo, olvidando las estructuras piramidales, impersonales y donde la toma de decisiones se desarrolla sólo en los altos niveles de la organización. Otro aspecto importante es la gestión por competencias de los recursos humanos mediante la cual se estructuran los sistemas de análisis de competencias, planes de carrera, selección, rotación y formación de personal, con miras a desarrollar la capacidad competitiva para la producción de bienes y servicios que cumplan con los requerimientos del mercado.

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4) Gestión medioambiental: La implantación de sistemas de gestión medioambiental es un eje del ámbito productivo que tiene como objetivo minimizar el impacto de la producción al entorno. En este contexto, surge la Producción Limpia, consistente en la aplicación continua de una estrategia integrada de prevención ambiental, a los procesos y productos, orientada a la reducción de las fuentes de emisión de residuos, la eliminación de materias primas tóxicas y el análisis del ciclo de vida de los productos desde su fabricación hasta el residuo final. Como consecuencia, se diseñan los Sistemas de Gestión Ambiental (SGA), tales como ISO 14000, que involucran el cumplimiento de la legislación ambiental vigente, el manejo de riesgos ambientales y el mejoramiento continuo. Es importante que los SGA se han vuelto cada vez más integrales adicionando a las estrategias medioambientales la seguridad y salud ocupacional. 5) Gestión de activos: La gestión de activos, en el ámbito de la producción, es un término adoptado como un rótulo para la gestión integral de la infraestructura industrial durante toda su vida útil. En la práctica, es la rama de la actividad empresarial que involucra los procesos de inversión y renovación de equipos industriales, su operación, mantenimiento y el manejo de los materiales y recursos asociados. Actualmente, la gestión de activos está enfocada a la optimización de la inversión y los costos de operación del equipamiento industrial; modelo denominado Life Cycle Cost (LCC), que consiste en el análisis de todos los costos generados por máquinas industriales desde la adquisición hasta la enajenación, facilitando las siguientes decisiones: S S S S S S S

La inversión, considerando el rendimiento, la vida útil y el precio. Los intervalos de inspección y mantenimiento. La gestión de repuestos y materiales. La planificación de detenciones en la producción. La determinación de conversiones o reemplazos. La gestión del riesgo de operación. La evaluación de mejoramientos de planta, a nivel genético.

Es indudable que las decisiones involucradas en la gestión de activos son factores determinantes de la producción, la calidad, los residuos industriales, la seguridad y los requerimientos de recursos humanos para la operación de instalaciones industriales; siendo considerada

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frecuentemente como la función integradora de todas las actividades asociadas a la producción. 6) Mantenimiento basado en disponibilidad: Si bien el mantenimiento industrial forma parte de la gestión de activos es considerado aquí de manera separada, como forma de reconocer su creciente importancia y alcance en el ámbito de la producción. El mantenimiento moderno está orientado a la maximización de la disponibilidad de los equipos al mínimo costo global. Este enfoque denominado Mantenimiento basado en Disponibilidad es transversal a todas las etapas de la gestión de activos permitiendo básicamente: S S S S S S

La detección de cuellos de botella en la producción y la evaluación de proyectos de inversión mejorativos. La identificación de los diversos modos de falla y sus efectos en la producción y la seguridad de las personas; La definición de políticas de mantención óptimas y coherentes a cada modo de falla. El control de parámetros que determinan el rendimiento de los activos industriales como forma de prevenir y predecir eventos de falla. La minimización del número de fallas en los equipos, mediante la participación del personal de operaciones en las actividades de mantenimiento primario. La prolongación de la vida útil de los equipos.

La función de mantenimiento está apoyada por una serie de herramientas agregadas en las categorías de: Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (MCC), correspondiente a una metodología que permite minimizar las tareas de mantenimiento y, a la vez, preservar la funcionalidad de los sistemas productivos; Mantenimiento Productivo Total (TPM), que involucra a los operadores en el mantenimiento primario de los equipos, y Mantenimiento Mejorativo, enfoque de la Ingeniería en Mantenimiento orientado al mejoramiento continuo de plantas industriales a nivel de diseño. Actualmente, el impacto del mantenimiento industrial en la función de producción es tan significativo que se han desarrollado modelos integrados Producción/Mantenimiento, tales como Total Quality Maintenace (TQMain), que involucran la planificación y programación conjunta de estas funciones. También es relevante el efecto positivo del

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mantenimiento en la calidad de los productos y la seguridad de las personas. La figura Nº 1 resume lo expuesto en este apartado, ilustrando las distintas funciones asociadas a la producción, sus enfoques más importantes y los resultados de su actividad.

Figura Nº 1. Funciones de un sistema productivo.

Si bien estamos enfocados en las funciones evidentemente asociadas a la producción, hoy incluso las actividades de apoyo (Comercialización y Dirección) deben estar interconectadas con las funciones productivas descritas anteriormente, especialmente en negocios que combinan una inversión significativa en activos fijos, exigentes niveles de servicio y mercados con una demanda de corto plazo altamente variable. Casos evidentes se verifican en la industria del transporte. 7

1.2 El proceso de mantención La finalidad de la mantención es conservar y valorizar los bienes que constituyen el patrimonio activo fijo de una empresa. Los objetivos generales son conservar el patrimonio de maquinarias e instalaciones durante toda su vida útil, garantizando su capacidad de producir bienes y servicios según las condiciones establecidas. La mantención debe asegurar, además, el mejoramiento permanente orientado a eliminar los puntos críticos de las maquinarias e instalaciones y a reducir los costos de mantención. La actividad de mantención debe llevarse a cabo respetando la seguridad del personal y la protección del medio ambiente. Finalmente, se debe considerar como puntos de referencia estratégicos de la mantención el actuar en sintonía con los objetivos de la empresa y prestando la máxima atención a los aspectos económicos. La finalidad y los objetivos de la mantención prefiguran un proceso cuyos subprocesos se indican a continuación. Los estratégicos son: S

S

Redacción del plan plurianual de mantención, que identifica los requerimientos de recursos, capacidades y herramientas necesarias para sostener la implementación del plan estratégico de la empresa (desarrollo de los volúmenes de producción, desmonte de plantas / nuevas inversiones / nuevas tecnologías); Planificación de la mantención; es el conjunto de las actividades de: • Diseño del proceso de mantención, de las especificaciones de intercambio con los procesos de apoyo; • Definición de las políticas y de las metodologías de mantención; • Definición del modelo de gestión y de control técnico y económico; • Identificación y desarrollo de las herramientas de apoyo.

Los subprocesos operativos son: S Definición de los planes de mantención, de los estándares de trabajo y de los procedimientos operativos de ejecución de las actividades; S Confección del prepuesto de mantención: de acuerdo con el plan plurianual, cuantificar y calificar los requerimientos de recursos para el ejercicio actual; S Planificación y programación de las detenciones, prestando especial atención a la carga de recursos externos, a los requerimientos de materiales y de prestaciones externas; S Ejecución de las detenciones; 8

S S S S S S S S

Programación y calendarización operativa de las actividades de mantención preventiva y correctiva diferida; Ejecución del programa; Primeros auxilios orientados a restablecer el funcionamiento de máquinas e instalaciones o a eliminar anomalías altamente críticas; Elaboración de un balance de las actividades, tanto desde el punto de vista técnico como económico (recursos empleados); Control de presupuesto, para verificar la marcha del empleo de recursos y los costos correspondientes; Análisis técnicos puntuales cuyo objetivo es la comprensión de los eventos de mantención significativos y la determinación de las acciones de mejoramiento por emprender; Control de las prestaciones sobre la base de un de indicadores definido; y Mejoramiento continuo.

Finalmente, los subprocesos de apoyo: S S S S

Gestión del sistema informativo de mantención; Gestión de los recursos humanos; Gestión de terceros; Gestión de materiales.

Es importante destacar que la definición de los objetivos del proceso de mantención se debe realizar de acuerdo con las estrategias de la empresa, del mismo modo que la evaluación del logro de los objetivos no puede sino efectuarse en consonancia con el logro de los objetivos de la empresa. Hablar de procesos de mantención y no de funciones significa postular modelos referidos a la organización liviana y precisamente a una gestión por procesos, a una estructura plana, a figuras profesionales polivalentes, como el operador de máquina que sea también capaz de efectuar automantención y pueda encargarse de varias máquinas, esto es polivalente y polifuncional, y el mantenedor sistémico. Lo que emerge del proceso descrito es la mantención de valores fuertes, que se ha ido estructurando en los últimos tiempos después de recorrer un camino organizacional difícil y a veces incierto, según la lógica de optimización del costo del ciclo de vida. Un proceso integrado pero a la vez abierto y consistente con los demás procesos principales de la empresa.

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Figura Nº 2. El proceso de mantención y sus subprocesos.

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1.3 Antecedentes históricos La mantención es una actividad antigua, entrelazada con la evolución misma de la civilización y de las lógicas productivas e industriales. Nace con las primeras herramientas y utensilios producidos por el ser humano para dominar la naturaleza y fomentar su propio bienestar, lo cual constituye la historia misma de la civilización: afilar las hojas de las armas de piedra o metal es una actividad de mantención, como lo son reparar las redes de pesca o reparar una embarcación o un medio de transporte terrestre. La mantención la llevaba a cabo el mismo del utensilio o del medio de transporte, hasta que la complejidad de las herramientas y la habilidad requerida condujeron a una especialización de las operaciones de reparación y, más en general, de mantención. Podemos considerar que la historia de los “modos de producción” comienza a mediados de 1800 y se extiende hasta hoy. Anteriormente, a pesar del considerable aumento de la complejidad de las manufacturas, las formas de producir y de hacer mantención se mantuvieron fundamentalmente en su etapa antigua o primordial. Podemos decir que, desde el advenimiento de la revolución industrial, los modos de producción son: S S S

Producción artesanal. Producción en masa. Producción liviana.

El primero comienza con el nacimiento mismo de la civilización y, con el paso de los siglos, la figura del mantenedor evoluciona de “polivalente” a “especialista”, entendiéndose por “polivalente” aquel que usa la herramienta o utensilio, que generalmente lo hace y lo mantiene, y por “especialista” aquel que posee las habilidades para fabricar y, por consiguiente, para efectuar mantención. Así, el modo de producción artesanal se desarrolló a lo largo de los siglos y mantuvo su vitalidad ya sea a través de la especialización o de su orientación hacia sectores específicos de mercado. El segundo, la producción en masa, se desarrolló inicialmente en la industria, principalmente en Estados Unidos durante la primera década del siglo XX, y subsiste aún en muchas empresas. La producción liviana tuvo su origen en Japón durante los años ’50 en la industria automovilística, el mismo sector donde antes se había afianzado la producción en masa. Su difusión se remonta a la época de la crisis del petróleo, que se extendió hasta los años ’70. De esta forma, se pudo evaluar cabalmente las enormes ventajas de este tipo de producción con respecto a otras formas de organización productiva. La producción liviana no sólo ha

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sabido responder en mejor forma a los cambios del escenario económico, sino que ha respondido sobre todo a las nuevas expectativas de los consumidores. Hoy están totalmente superadas las discusiones sobre las ventajas de la producción liviana y sobre la aplicabilidad de sus principios a contextos distintos del original: la producción liviana ya se ha consolidado como modelo y, en cuanto tal, ha pasado a ser el objetivo de todas las industrias occidentales y mundiales. Desde la revolución industrial hasta hoy, esto es, en el transcurso de unos 150 años, las connotaciones de la producción han presentado características homogéneas y, por lo tanto, comparables; la industria del automóvil en particular ha sido, a lo menos durante un centenar de años, el referente de evolución organizacional para todo el mundo industrial. La producción artesanal La industria artesanal del automóvil se desarrolló desde 1880 hasta 1920 aproximadamente; a partir de entonces, evolucionó para poder responder a las exigencias de la producción en masa. Uno de los elementos que caracterizaban la producción artesanal a fines del siglo XIX era la atención al cliente. Éste jugaba un papel activo en la fase de proyecto del automóvil, en su diseño, en la selección de proveedores de las piezas comisionadas del vehículo. El proceso de producción presentaba las siguientes características: S S

S S

Los utensilios empleados eran simples y flexibles; No existían herramientas capaces de cortar acero templado, de manera que el proceso de templado se llevaba a cabo con la pieza ya cortada; ello producía deformaciones y variaciones dimensionales que acarreaban complicaciones en el ensamblado; Los proveedores no usaban un sistema común de medidas, de modo que, incluso a partir de un mismo proyecto, era imposible obtener dos modelos iguales; No era posible reducir costos por cantidad producida.

Cada automóvil constituía un prototipo: escasa confiabilidad y resistencia, complejidad de uso y mantención. Estas características conllevaban, en la mayoría de los casos, la necesidad de contar para cada automóvil con un mecánico y un chofer, los que pasaban del proyecto al cliente. Los trabajadores eran hábiles artesanos que conocían los principios de la mecánica, del diseño y de los materiales utilizados; en su gran mayoría, eran proveedores independientes. El trabajador tenía por finalidad convertirse en un artesano experto. Una vez alcanzado este objetivo, en la mayoría de los casos se convertía en proveedor independiente. 12

La organización era altamente descentralizada. El propietario de la empresa tenía una relación directa con el cliente, coordinaba a los proveedores de piezas y, finalmente, se ocupaba de ensamblar el producto terminado. No se hacía investigación para desarrollar nuevas tecnologías. La característica principal del cliente consistía en su pertenencia a un estrato socioeconómico elevado, lo que le permitía pagar el considerable costo de un automóvil a fines del siglo XIX. El cliente no tenía mayor interés en la calidad del producto desde el punto de vista de la confiabilidad, durabilidad y facilidad de uso y mantención. Concentraba su atención principalmente en aspectos específicos del automóvil, como su velocidad, los materiales empleados y la belleza estética de la carrocería. La producción artesanal alcanza su máximo desarrollo alrededor de 1905, cuando la producción, a partir de los talleres Ford, comienza a adoptar características de producción en masa. La organización artesanal del trabajo se ve gradualmente incapacitada de manejar las exigencias de una demanda creciente, y para 1920 quedan sólo unas pocas fábricas enfocadas a nichos reducidos funcionando con este tipo de organización. Sin embargo, algunos de los elementos fundamentales de la producción artesanal reaparecerían en algunas fases posteriores de la historia del automóvil, especialmente en la industria japonesa. En la producción artesanal, especialmente en el sector automovilístico, el mantenedor es una figura clave, determinante para la funcionalidad del medio, con habilidades significativas principalmente de tipo sistémico, y con un carácter de rol polivalente de conductor y rol de constructor mantenedor especialista en mantención. Producción en masa Entre 1905 y 1925, Henry Ford y Alfred Sloan desarrollan los principios de la producción en masa destinados a dominar la industria automovilística, tanto en Estados Unidos como en Europa, hasta los años ’80. Ford establece en el proyecto las bases de la producción en masa, llevándola a su máximo desarrollo y creando una organización muy personalizada, con una alta integración vertical y centralización de todas las decisiones. Por otra parte, Sloan, de la General Motors, reconoce la necesidad de dirigir una gran empresa a través de la formación de divisiones enfocadas hacia objetivos específicos, partiendo de la exigencia de ofrecer más productos al mercado. Con los aportes y las experiencias de estas dos empresas, nace la forma clásica de la producción en masa. En 1905, Ford comienza una serie de investigaciones acerca de cómo realizar un proyecto de automóvil para la

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producción en masa, es decir, que pudiera ser fabricada y vendida en gran escala. El objetivo se consigue con el modelo T de 1908. He aquí la clave del éxito: piezas completa y uniformemente intercambiables, fáciles de ensamblar entre sí. La intercambiabilidad y la simplicidad del montaje se hicieron posibles gracias a dos aspectos fundamentales: S S

Un sistema de medidas estandarizado para todas las piezas en las distintas etapas de proceso; El desarrollo de máquinas herramientas capaces de trabajar metales endurecidos, resolviendo así el problema de las deformaciones y disminuyendo la cantidad de piezas.

La consecuencia organizacional es una continua tensión hacia la división del trabajo para optimizar la labor del ensamblador, con operarios ubicados en puntos precisos de la línea de montaje, efectuando el mismo contenido de trabajo en cada automóvil. Como resultado de la introducción de este cambio organizacional, el ciclo de trabajo de un operario se reduce de 8 horas a 2,13 minutos. En 1913, se introduce la línea de montaje, con la cual se reduce el tiempo del ciclo de 2,13 a 1,19 minutos. El notable ahorro de tiempo de ciclo se obtiene principalmente en virtud de una más marcada división del trabajo y de una mejor intercambiabilidad de las piezas y, en menor medida, por efecto de la configuración de las líneas de montaje, cuya importancia en relación con el desarrollo de la producción en masa se suele sobrestimar. Una de las claves para la intercambiabilidad la constituye la capacidad de las nuevas maquinarias para trabajar metales pre-endurecidos. Sin embargo, para que la fabricación masiva de dichas piezas sea de bajo costo, es necesario que la maquinaria pueda operar con grandes volúmenes de piezas y con bajos costos de set-up. Para no incurrir en costos excesivos de puesta a punto, se diseñan máquinas que ejecutan una sola función a la vez, de modo que el operador pueda cargar la pieza en la máquina y accionar un mando. De esta forma, se consigue uno de los objetivos fundamentales de la producción en masa: reducir los costos a través de la fabricación de grandes volúmenes. El principal problema de este tipo de organización productiva está constituido por su rigidez, pues cualquier cambio implica un gasto de tiempo y dinero.

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El Ford T tenía las siguientes características: S S

Se ofrecían varios tipos de carrocería, pero se utilizaba un solo chasis; era simple de usar y de mantener; al cliente se le entregaba el vehículo y un manual con 140 problemas que podían resolverse con herramientas de uso común.

Antes de realizar el modelo T, Ford trabaja con ensambladores expertos, bajo la modalidad de producción artesanal. Éstos, bajo la dirección de Ford, desarrollan múltiples actividades: S S S S

premontaje; reparaciones; montaje de todo el vehículo; y revisiones previas al envío.

La intercambiabilidad y la facilidad de montaje simplifican el proceso hasta el punto que ya no es necesario contar con ensambladores expertos. Alrededor de 1915, con la línea de montaje y la división del trabajo, se puede considerar acabado el proceso de transformación; en este contexto, el operario realiza un solo trabajo, se convierte en un operador ligado a su emplazamiento, no necesita pedir ni las piezas ni las herramientas que ya se encuentran en su estación de trabajo, no inspecciona su trabajo y, en lo fundamental, no establece relaciones con los colegas que realizan otras operaciones. El ensamblador queda capacitado para desempeñar su labor tras un breve adiestramiento. Surgen funciones y operadores de apoyo tales como pulidores, reparadores de herramientas, mantenedores, controladores de calidad, etc. Gran parte de la fuerza de trabajo de la industria americana en esos años está constituida por inmigrantes que no conocen el idioma; otros son campesinos con escasa escolaridad y ninguna experiencia industrial. Tanto los inmigrantes como los campesinos ven el trabajo de obrero como algo temporal. La coordinación de este grupo heterogéneo de trabajadores se hace posible sólo gracias a la división del trabajo. Un enfoque organizacional de estas características permite considerar la fuerza de trabajo como un costo variable. Además, marca el nacimiento de nuevos roles profesionales: diseñadores, tecnólogos, encargados de logística y organización del trabajo, metodólogos y, justamente, mantenedores. A medida que la complejidad aumenta, Ford investiga e implementa la integración vertical de todo el proceso. Este proceso de integración y de

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centralización alcanza su máxima expresión en el complejo de Rouge, puesto en marcha en 1931. La empresa de Ford era la clásica empresa racional, que desconocía la influencia del ambiente y la importancia de los recursos humanos, y que exaltaba el rol de mando de su fundador, seguro de poder controlarlo todo por sí solo. En 1925, A. Sloan realiza un nuevo aporte a la organización de la producción en masa. Sloan sostiene la necesidad de contar con una gerencia profesionalmente avanzada en las empresas mediante las nuevas técnicas productivas y de ofrecer al mercado un producto base al alcance de los estratos sociales medio-bajos. Articula las empresas en divisiones descentralizadas que se gestionan por objetivos bajo la coordinación de un grupo de gerentes de las divisiones mismas. Sloan crea cinco divisiones de automóviles y tres divisiones de piezas (Delco para los generadores, Staginaw y Rochester para los carburadores); al mismo tiempo, desarrolla la estandarización de las piezas mecánicas utilizadas en toda la empresa. La calidad se entiende como calidad out the door, es decir, como actividad de re-elaboración y de eliminación de defectos sobre el vehículo ensamblado. Se responsabiliza a los gerentes de los resultados y de sus mejoras. Para satisfacer un mercado cada vez más amplio, Sloan desarrolla cinco modelos orientados a cinco estratos sociales distintos, creando marcas distintas, aportando innovaciones incluso en el interior de los vehículos a través de la instalación de rios como la radio, el aire acondicionado, etc. Las modificaciones en la organización y la segmentación de los mercados generan especializaciones adicionales del management de la empresa, y surgen los responsables financieros y los especialistas en marketing. Tanto Ford como Sloan mantienen siempre en sus organizaciones criterios de gestión “racionales”; sin embargo, Sloan enriquece la estructura organizacional con funciones que toman en cuenta el ambiente. La mantención en la producción en masa En la producción en masa, con los aportes organizacionales de Ford y Taylor y los posteriores aportes de Sloan, se traza para la mantención un camino de ennoblecimiento del “oficio” que lleva a formas de acentuada especialización, presentes aún en la realidad industrial mundial, pero que se difundieron seguramente hasta los años ’70. Pensemos en la articulación del personal en ajustadores, carpinteros, caldereros, tuberos, tapiceros, mecánicos especialistas en las distintas máquinas, electricistas, electrónicos, instrumentistas, albañiles, vidrieros y tantos otros.

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En las plantas de un cierto grado de complejidad, se llegaba a contar hasta cuarenta especialidades u oficios. Si, por un lado, estas especialidades condujeron a la creación de competencias valiosas, por otro, la consiguiente fragmentación organizacional acarreó una escasa visión sistémica, indispensable sobre todo para la identificación y el análisis de las averías, y produjo problemas complejos de coordinación entre las especialidades y las graves ineficiencias asociadas. Podemos decir, en todo caso, que con la producción en masa nació la cultura de la mantención y, en especial, de la prevención de fallos. Producción liviana El segundo gran cambio del siglo XX en el modo de producir bienes tiene su origen en Japón después de la Segunda Guerra Mundial. Los iniciadores de esta revolución industrial son los ingenieros Eiji Toyoda y Taichi Ohno. Las consecuencias y la influencia de sus ideas y las aplicaciones de ellas han traspasado las fronteras, modificando los criterios de producción en la industria mundial en su totalidad. Orígenes de la producción liviana En 1937, se funda, a instancias del gobierno japonés, la Toyota Motor Company con el fin de producir automóviles. Desde el comienzo de su actividad, la recién creada firma incurre en una serie de fracasos vinculados a las técnicas artesanales utilizadas. En sus primeros trece años de existencia, se fabrican 2.685 automóviles. El comienzo del cambio se produce tras una visita de Eiji Toyoda a los establecimientos Ford de Detroit. Toyoda visita la planta junto al ingeniero de producción Taichi Ohno. El mercado interno de Japón es aún limitado, pero se percibe la necesidad de contar con una gran variedad de vehículos: autos lujosos para el gobierno, camiones grandes para el transporte de bienes, camiones pequeños para los campesinos y autos pequeños para las grandes ciudades sobrepobladas. El primer paso de la que se llamaría luego producción liviana es la fabricación de prensas flexibles. Las piezas estructurales de un automóvil se estampan en acero laminado. En la producción artesanal, estas piezas se estampan a mano para cada vehículo. En la producción en masa de los años 50, se usan generalmente prensas múltiples que pueden trabajar con doce láminas por golpe. El set-up de las prensas es muy costoso y para que su operación sea rentable se debe procesar una gran cantidad de lámina de acero. El cambio del molde es un proceso muy complejo que debe ser llevado a cabo por obreros especializados. Aun así, el tiempo promedio para el set-up es de 17

un día, y muchas piezas se descartan con la puesta en marcha. Otras veces se utilizan prensas dedicadas, lo que acarrea una considerable inmovilización de capital. El primer desafío de Ohno consiste en lograr fabricar todas las piezas del automóvil utilizando pocas prensas. Para ello, se hace necesario desarrollar técnicas de set-up simplificadas. Los encargados de llevar a cabo el cambio de moldes son los mismos obreros de producción. Tras diez años de experimentos, se consigue reducir el tiempo de set-up de un día a tres minutos. Esto permite procesar lotes cada vez más pequeños y conduce al descubrimiento de dos consecuencias que acarrean considerables beneficios económicos: S Reducción del stock de productos semielaborados; S y disminución de los defectos como consecuencia de un mejor autocontrol. Estos dos puntos constituyen el elemento clave del desarrollo de la producción liviana: el primero, porque da origen al sistema de producción JiT (Just in Time), el segundo, porque representa el primer paso de la Calidad Total (TQC). Para alcanzar los objetivos mencionados más arriba, Ohno necesita una fuerza de trabajo altamente capacitada y motivada, que esté dispuesta a adelantarse a los problemas, a tomar la iniciativa y a buscar soluciones. La consolidación de este modelo productivo se produce mediante un acuerdo entre la familia Toyoda y sus trabajadores. A fines de los años ’40, una profunda crisis macroeconómica había golpeado a Japón y, como consecuencia de ello, Toyoda había reducido en un cuarto su fuerza de trabajo. En la situación de post-guerra, las condiciones impuestas por la ocupación norteamericana otorgan grandes poderes a los sindicatos, y estas condiciones conducen a madurar el siguiente acuerdo marco: S S S S

Reducción del personal en un 25% aproximadamente. Contrato indefinido para los trabajadores restantes. El salario de los empleados se adapta a la función desempeñada (incluyendo bonos ligados a las utilidades de la empresa). Los trabajadores se comprometen a ser flexibles en la asignación de tareas y a promover activamente el mejoramiento de los procesos en consonancia con los intereses de la empresa.

Este acuerdo convierte a la fuerza de trabajo en un costo fijo significativo, pero de él emerge también una nueva mentalidad: el trabajador pasa a ser un factor activo fundamental que garantiza cuarenta años de actividad laboral

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durante los cuales puede perfeccionar sus habilidades y generar ganancias para la empresa. Después de otra visita a la planta de Detroit, T. Ohno llega a la conclusión de que tanto los principios de gestión de la producción como la organización de la planta visitada son inadecuados para conseguir buenos resultados en cuanto a la eficiencia: en efecto, se intentaba garantizar el nivel de producción alimentando las líneas con grandes cantidades de componentes, produciendo así un elevado stock remanente de materiales y un alto consumo de energía. Ohno observa, además, que los trabajadores especializados como inspectores, pulidores, ajustadores, jefes de equipo, no le dan valor al producto, exceptuándose naturalmente el ensamblador que ejecuta directamente la operación necesaria. Ohno intuye que el ensamblador puede realizar las tareas propias de los especialistas mucho mejor que los especialistas mismos, por encontrarse más cerca del proceso. Habiendo hecho estas consideraciones, se diseña la organización con equipos de trabajadores polivalentes coordinados por un jefe. El jefe de grupo ejecuta tareas de montaje, coordina las actividades del equipo y reemplaza a los trabajadores ausentes. Nace el concepto de Kaizen, es decir, el mejoramiento continuo y permanente dentro del proceso productivo. Cada estación de trabajo puede disponer de los medios para gestionar su propia producción. Todo el equipo trabaja en mejoramiento a través de una investigación sistemática de las causas de los descartes. Esta estructura representa el primer paso del proceso que conduce luego a la formación de los círculos de calidad. La cantidad de descartes y defectos disminuye en forma drástica y, en consecuencia, disminuye el retrabajo de productos. En la producción en masa, los nexos con los proveedores se desarrollan a través de un mayor o menor grado de integración, con relaciones a plazo fijo, y se los escoge principalmente mediante una evaluación de los costos. En la producción liviana, el proveedor es un socio que debe compartir objetivos comunes a largo plazo con el cliente. Desde los años ’50, las empresas japonesas organizan a los proveedores en dos categorías: S La primera categoría comprende el grupo de proveedores altamente integrados con la empresa y con el desarrollo del producto. S La segunda categoría está formada por los sub-proveedores de la primera y está compuesta por expertos en la producción de componentes específicos. El flujo de materiales se organiza en base al principio del JiT a través del sistema del Kanban o del sistema pull. Con este sistema, se eliminan los stocks de productos semielaborados y cada miembro de la organización se responsabiliza de anticipar las desviaciones. Toyota tardó unos veinte años en

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perfeccionar y difundir estas ideas, que cambiaron profundamente la productividad, la calidad y el mercado. El diseño y el desarrollo de automóviles es un proceso muy complejo. La producción en masa tradicional tendía a dividir las tareas entre muchos ingenieros con especialidades muy específicas. La debilidad residía en la coordinación del proceso. Toyota intenta resolver este problema con organizaciones matriciales, pero no toma en cuenta la débil autoridad de los líderes de los distintos proyectos. La producción liviana conduce a una innovación substancial, aquélla constituida por una integración marcada entre ingenierías de producto, de proceso e industrial. Se forman equipos con líderes fuertes, con trayectorias diversas y probada experiencia: ser líder de un proyecto se convierte en uno de los cargos más apetecidos en la industria automovilística japonesa. Este reconocimiento se otorga preferentemente a quienes participan activamente en los grupos de trabajo, más que a quienes posean un alto nivel de especialización. La producción liviana constituye la respuesta a las motivaciones fundamentales del personal en el contexto del empleo vitalicio. Con el trabajo en equipo, se fortalece la participación y la creatividad del personal, creándose de este modo una organización informal que se añade a la formal en pos de la productividad de la empresa, y genera un mejoramiento de la autoestima de las personas a través de los éxitos alcanzados en grupo. En la organización liviana, se elimina el exceso de especialidades y de niveles, haciendo más flexible y adaptable la organización: se crea así una percepción de nuevos valores, como la calidad y saber cambiar. Este modelo productivo ha adoptado, a través de un esfuerzo de conceptualización, una forma sistémica que ha favorecido su difusión, contribuyendo a la formación de una nueva cultura de la organización, al enriquecimiento continuo de las capacidades individuales y a la búsqueda de la excelencia, objetivos ambicionados en todas las secciones de la industria. La mantención en la producción liviana “En la organización liviana, se elimina el exceso de especialidades y niveles”. Es un valor de la organización liviana que incide dramáticamente en los roles y en la organización de la mantención. La mantención productiva (TPM), que es el enfoque “liviano” de la mantención, se basa en tres premisas fundamentales: S

Integración en la producción de las responsabilidades de mantención de tipo operativo. 20

S S

Desarrollo de la ingeniería de mantención como servicio transversal a las responsabilidades productivas donde residen las responsabilidades operativas de mantención. Creación de la figura del operador/conductor de máquina o de planta como primer mantenedor de línea en cuanto ejecutor de la automantención y sensor inteligente de la marcha de la máquina o de la sección de la planta que se le ha confiado.

Este modelo de organización centrado en figuras operativas polivalentes, derribamiento de las barreras de responsabilidad entre producción y mantención propias de la producción en masa, estructuras centrales de ingeniería que proyectan, controlan y mejoran, caracterizan la mantención en la organización liviana y los desarrollos que experimentará en las próximas décadas. Conclusiones El estudio en International Motor Vehicle Program iniciado por el MIT en 1985, que abarcó 87 establecimientos en 17 países distintos, condujo a sintetizar las características de los tres tipos de producción descritos en las páginas anteriores en la tabla Nº 1. En ella, se encuentran elementos que nos permiten llevar a cabo una interesante reflexión: la producción liviana recupera la cultura de la producción artesanal, aniquilada por la producción en masa; esto es, para que la fuerza de trabajo sea flexible y pueda adelantarse a las alteraciones, debe estar altamente capacitada, ser polivalente y poseer una visión sistémica, es decir, “desespecializada”, garantizando la calidad en la fase de producción. La empresa excelente de calidad mundial que deba ajustarse a los cánones de la producción liviana deberá ser “artesanal” en el sentido de delegar a los niveles operativos, que poseen el conocimiento de detalle, la responsabilidad de la gestión corriente y del mejoramiento continuo. Sólo así se valorizan todos los conocimientos de los empleados y, por lo tanto, de la empresa; estos son los valores del empowerment, que es precisamente el camino a la excelencia. El operador polivalente que lleva a cabo automantención y mejoramiento continuo analizando sistemáticamente los puntos críticos de las máquinas y las alteraciones del proceso, es el símbolo de este modelo organizacional ganador.

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Tabla Nº 1: Principales elementos de los tres tipos de producción Producción artesanal Fuerza de trabajo capacitada

Bajos volúmenes de producción Producción personalizada para cada cliente Alto costo de producción Producto prototipo Organización descentralizada

Producción en masa Capacitación de la fuerza de trabajo limitada a pocos especialistas Altos volúmenes de producción

Producción liviana Fuerza de trabajo capacitada y polivalente con participación activa en el proceso productivo Capacidad de producir económicamente incluso en bajos volúmenes Piezas intercambiables Alta calidad en fase de Calidad out-door producción Línea de montaje rígida y economías de escala

Producción flexible en el cambio de productos

División del trabajo, especialización

Organización que aprende

1.4 Impacto económico El impacto económico de la mantención sobre la economía de las empresas industriales y de servicios es decisivo. No se trata tanto de la incidencia económica de los costos propios de la mantención que son, como se aprecia en los gráficos, considerables pero decrecientes, sino más bien de los aspectos de funcionalidad de máquinas e instalaciones cada vez más complejas e integradas, donde la indisponibilidad repentina por averías acarrea pérdidas desastrosas e irrecuperables; pero es considerable también la indisponibilidad planificada para operaciones de prevención como consecuencia de los diagnósticos efectuados o por exigencias de otro tipo. Se debe considerar, asimismo, los siguientes elementos económicos significativos relacionados con la mantención: la conservación del patrimonio de plantas y maquinaria y los descartes de producto o carencias de servicio generadas por la incapacidad de producir en las condiciones establecidas. Los elementos macroeconómicos dentro de los cuales es posible enmarcar y evaluar la mantención pueden ser visualizados por la incidencia del gasto de mantención:

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Gráfico Nº 1. Gasto en Mantención / Facturación.

Gráfico Nº 2. Índices de gasto en mantención.

El gasto en mantención comprende la mantención ordinaria y extraordinaria, ya sea capitalizado o no capitalizado (se sobrentiende que la mantención ordinaria siempre es no capitalizada). Como ya se ha dicho, se aprecia una marcha decreciente vinculada a dos factores: S S

El aumento de la confiabilidad de las plantas y maquinarias debido a una selección de componentes y materiales más acorde con los criterios de la ingeniería. La creciente racionalización de la mantención, tanto en el ámbito organizacional como en el ámbito de la adopción de políticas, en primer lugar, la difusión de la diagnóstica.

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Debemos decir que este índice está sujeto a marcadas variaciones, por dos razones: S S

La incidencia de las materias primas sobre los costos, que pueden ir de un 10% a un 80% de los costos globales. El sector merciológico, que implica una alta variabilidad de la complejidad de las plantas.

Los otros dos macroíndices de la mantención son el gasto de mantención sobre las inmovilizaciones técnicas brutas y el gasto de mantención sobre el valor de reemplazo. Estos índices, muy útiles para efectuar comparaciones entre sectores merciológicos, son de interés general y permiten efectuar evaluaciones interesantes, si bien no muy precisas. Para conseguir indicadores más precisos, es necesario trabajar dentro de un mismo sector merciológico, teniendo en cuenta y parametrizando las características tecnológicas y las potencialidades. Para estos índices, también son válidas las consideraciones ya expresadas: a pesar de la creciente complejidad de máquinas e instalaciones, gracias al aumento de la confiabilidad, de la mantenibilidad y de la inspeccionabilidad, los índices de gasto en mantención sobre las inmovilizaciones y sobre los valores de reemplazo son decrecientes. Se debe considerar también la evolución organizacional de la mantención, la evolución de las tecnologías de diagnóstico y de automantención que tienen una incidencia nada despreciable sobre los gastos de mantención. Basta considerar que la automantención, fenómeno bastante difundido en la industria mundial, influye sobre el gasto de mantención desde el 10% al 50% del gasto en mano de obra.

Gráfico Nº 3. Descomposición del gasto en mantención.

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En los análisis macroeconómicos acerca de la mantención, es interesante evaluar la incidencia de los ítemes de gastos sobre el total. Los valores son fundamentalmente de un 30% para materiales y de un 70% para mano de obra, que en promedio se divide en partes iguales entre la mano de obra propia y de terceros. La incidencia de los materiales tiene una variabilidad que podemos considerar fisiológica de un 20% para los sectores merciológicos de las manufacturas ligeras y de un 40% para la industria pesada (siderúrgica y del cemento). Valores bajos de incidencia de los materiales pueden ser un indicador de eficiencia de la mano de obra o de un exceso de reparaciones y reconstrucción de los componentes reemplazables; por el contrario, valores significativamente superiores de incidencia de los materiales pueden indicar una eficiencia de la mano de obra superior al promedio y un exceso de reemplazo de componentes que podrían ser reparados. Hoy, la mano de obra propia y de terceros se reparte más o menos en partes iguales, pero se trata de un valor promedio que no corresponde a las realidades típicas. En efecto, se va desde un 100% de operativos terceros (ningún operativo de mantención propio de la empresa en el sector petrolífero) a una presencia limitada de un 10 a 15% en el sector de las manufacturas. Finalmente, otra evaluación fundamental para emitir un juicio acerca de cómo se emplean los recursos destinados a mantención la constituye el reparto de los costos por políticas. De gran interés para la evaluación de la eficiencia/eficacia de la mantención es el reparto de los gastos por políticas, considerando lo que se lleva a cabo en base a una planificación, es decir, mantención preventiva cíclica, según condición y predictiva o por mantención correctiva o por averías y mejorativa. En este contexto, no podemos dejar de plantear algunas observaciones generales considerando la mantención preventiva en agregado. Señalamos datos que se pueden considerar best practices y que se encuentran preferentemente en sectores merciológicos de la industria de procesos. Considérese además que, en relación a la planificada, en el transcurso de los años 30 que hemos considerado, la mantención cíclica disminuyó notablemente en términos porcentuales a favor de la mantención predictiva y según condición. En todo caso, hoy se puede considerar razonable para la mantención planificada, es decir, preventiva, un objetivo de un 70% sobre el total de recursos utilizados y de un 10% para la mantención mejorativa, que es indicador de una tendencia ingenieril significativa a la eliminación de las causas o los tiempos de avería y al consiguiente aumento de la confiabilidad y de la mantenibilidad, donde la Ingeniería de Mantención asume un rol relevante.

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Gráfico Nº 4. Evolución de las estrategias de mantención.

La marcha creciente de la mantención preventiva alcanzó un punto máximo a partir del cual está destinada a disminuir en sectores donde la automantención se mantiene siempre en crecimiento significativo. El camino correcto que hay que seguir consiste en basar los proyectos cada vez más en la confiabilidad y sobre todo en la redundancia, como enfatizaremos en las conclusiones. El impacto económico de la mantención en la industria tenderá a disminuir aún más, pues aumentará incrementándose la confiabilidad de los sistemas, cuya complejidad en todo caso seguirá aumentando. Todo ello en presencia de una planificación decreciente que podrá regresar a los valores de hace 20 a 30 años, gracias a una significativa difusión de la electrónica, caracterizada por una elevada confiabilidad, redundancias consistentes y un escaso o nulo diagnóstico del deterioro. 1.5 La cultura del mantener El desarrollo de la industria aeronáutica y espacial ha estimulado la investigación en el campo de la mantención hacia el campo de la confiabilidad y la investigación de operaciones, dada la exigencia de mejorar el funcionamiento de sistemas caracterizados por una creciente complejidad. La integración de estas disciplinas condujo, a fines de los años ’70, a formalizar una nueva definición de la mantención como ciencia: la 26

Terotecnología (tecnología de la conservación). Cabe destacar que el aspecto de conservación del patrimonio de recursos tecnológicos es una característica propia de la mantención. En Inglaterra, se elaboró la definición siguiente: “La terotecnología es una combinación de gestión, finanzas, ingeniería y otras disciplinas aplicadas a los equipos para optimizar económicamente el costo del ciclo de vida correspondiente”. El desarrollo “terotecnológico” de la mantención modificó profundamente el papel de este proceso dentro de la empresa, convirtiéndolo en un factor clave para manejar la creciente automatización y la innovación tecnológica, y fuera de la empresa, convirtiéndose en referente para las problemáticas vinculadas a la ecología (calidad del territorio) y a la seguridad (calidad del ambiente de trabajo). Las nuevas tareas que la mantención fue llamada a desempeñar determinaron, asimismo, profundas transformaciones en la organización que, a nivel de macroestructura, se concretan en una separación entre las tareas operativas y las tareas de apoyo a la actividad productiva, desarrolladas por islas operativas descentralizadas, bajo la tutela cultural de la función ejercida por una unidad centralizada (centro de servicios) libre de responsabilidades operativas de rutina. El “centro de servicios” de mantención ofrece servicios especializados y consultorías al núcleo descentralizado, pero puede también orientarse al mercado externo, permitiendo así la transferencia de know-how y de recursos de la grande a la pequeña empresa y de la empresa industrial a los servicios. Es relevante también el papel educativo/formativo que juega la mantención con respecto a la conservación de los recursos y del patrimonio. La tendencia generalizada al consumo y al derroche de recursos está alterando rápidamente los equilibrios que han permitido hasta hoy un desarrollo y un progreso gradual y sostenido de la sociedad, profundizando la brecha que existe actualmente entre las sociedades industrializadas y el tercer mundo. Nos referimos especialmente al estudio conducido por el MIT por cuenta del Club de Roma a fines de los años ’60 a propósito de los límites del desarrollo (Meadows et al., Los límites del crecimiento), un poco antes de la crisis del petróleo (1973), la cual, más que cualquier otra cosa, permitió abrir el debate sobre estos temas y sensibilizó durante las décadas siguientes a amplios sectores de la opinión pública sobre los problemas de la protección ambiental, de la contaminación y de la producción y ahorro de energía.

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La cultura organizacional de la mantención, al enfrentar económicamente el problema de la conservación siguiendo lógicas terotecnológicas, puede contribuir en forma determinante a mejorar la eficacia/eficiencia en la mantención ordinaria de aquellos sistemas complejos sometidos a control social, tales como el sistema de la energía, el sistema del medio ambiente y el sistema urbano; “la idea básica, por lo tanto, es la de desarrollar y calificar en gran escala, pero con acciones específicas y puntuales, la mantención ordinaria de los sistemas complejos bajo control social”. Una mantención semejante en la actualidad o no se lleva a cabo o se lleva a cabo cíclicamente, en forma extraordinaria y con costos elevados; se prefiere permitir el deterioro del sistema o subsistema (sin mantención ordinaria) hasta el nivel máximo tolerable (por la opinión pública, a nivel higiénico, a nivel de respuesta del mercado) para luego poner en marcha grandes trabajos de intervención extraordinaria, tan costosos como desequilibrantes en su irregularidad. El desarrollo de nuevas actividades, por efecto de la creciente automatización y de la racionalización de los procesos productivos, no conlleva como en el pasado un incremento proporcional de la oferta laboral; por el contrario, nos hallamos en presencia de una disminución progresiva de los puestos de trabajo en los sectores industriales a favor de las actividades terciarias y de servicios. El desarrollo de la actividad de mantención, en cambio, además de plantearse como proceso sincrónico con el desarrollo de la sociedad post-industrial, en el campo de la maximización de la eficiencia y de la utilización de los sistemas existentes, produce también efectos positivos en el campo ocupacional, puesto que el proceso de mantención posee un alto contenido de mano de obra (en promedio, aproximadamente un 70% de los costos de mantención se refieren al recurso mano de obra). Se perfila entonces en el horizonte una expansión creciente de la idea de mantención, de proceso orientado a mantener en funcionamiento las maquinarias (en las sociedades industriales y en vías de desarrollo), a función responsable del costo global de las instalaciones y de los equipos (en las sociedades industriales en fase de madurez), a ciencia de la conservación. 1.6 Proyectar la mantención Al definir los objetivos de la mantención, hemos observado cómo en las décadas pasadas el concepto mismo de mantención se ha transformado: de mero servicio especializado de apoyo a la actividad productiva, a estructura bien definida organizacionalmente, con objetivos técnicos y económicos precisos.

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El elemento catalizador de estos procesos es la “capacidad proyectual” intrínseca de la mantención moderna, es decir, el concepto de “mantención planificada”. La premisa fundamental sobre la que se basa la mantención planificada es relativamente sencilla: no basta con reparar la avería una vez ocurrida, sino que es necesario prevenirla y, aún más, es necesario actuar para eliminar las causas de la avería y de la operación de mantención. A partir de esta observación se han desarrollado varias modalidades para la “prevención” de las averías: la “preventiva cíclica o estadística,” la “oportunista,” la “según condición,” la “predictiva” y la “mejorativa”. Dichas modalidades son las políticas de mantención. La evolución de la cultura de mantención ha coincidido con la formalización de políticas cada vez más refinadas, imitando conceptualmente las fases del desarrollo de la ciencia médica moderna. La difusión y el progreso de la diagnóstica técnica precoz, acompañada por modelos de confiabilidad para el estudio de las modalidades de avería, ha permitido perfeccionar la mantención según condición (“condition based maintenance”), en contraposición a la política de los reemplazos preventivos (“time based maintenance”). La actitud del mantenedor frente al posible surgimiento de fallos pasa de “pasivo” a “activo”: en vez de efectuar el reemplazo de componentes en intervalos fijos basados en hipótesis estadísticas acerca de su posible vida media, el mantenedor controla periódicamente el estado de estos componentes, definiendo él mismo caso a caso el momento más adecuado para llevar a cabo la actividad de mantención. En la industria aeronáutica, la mantención preventiva representa menos del 50% del total de recursos utilizados. Este planteamiento tiene un carácter general y difuso, disponiendo de sistemas para diagnosticar el estado de los componentes incluso cuando la falla se produce en forma imprevisible; es evidente que un sistema de tales características puede funcionar sólo si se incorpora el concepto de mantenibilidad e inspeccionabilidad al proyecto de la planta, la máquina o el equipo; en este sentido, en los proyectos de innovación tecnológica, donde la disponibilidad de la maquinaria es un factor crítico, la diagnóstica técnica precoz juega un papel preponderante, así como el concepto de mantenibilidad y redundancia. Se trata de desarrollar estas temáticas de modo que se conviertan en patrimonio de la fase de proyecto de cualquier tipo de planta o equipamiento. En efecto, es propio del concepto mismo de Terotecnología el planteamiento siguiente: la mantención de las instalaciones no puede, en términos económicos, disociarse del problema global del costo del ciclo de vida de la planta. Existe un vínculo preciso entre la fase de proyecto de la planta (inversiones iniciales) y su vida.

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Servicios públicos El desarrollo de la cultura de mantención, esbozado en los párrafos precedentes, propio del sistema industrial privado y público, no tiene equivalente en la mantención de los servicios públicos. En este caso, los s del servicio y, por consiguiente, del bien que lo otorga, la colectividad puede expresar su desaprobación respecto del inadecuado nivel cualitativo o incluso de la carencia del servicio sólo en forma mediada, y por lo general, no puede escoger entre varios servicios competidores, de modo que se trata de un régimen monopólico y a menudo con tarifas políticas. Las carencias de los recursos de mantención se manifiestan concretamente con un deterioro del patrimonio público y, en consecuencia, del servicio; la consiguiente reacción de la opinión pública que se refleja en el contexto sociopolítico conduce generalmente a una reacción simple pero a menudo antieconómica: el reemplazo del bien. En la sociedad post-industrial, una vez satisfechas las necesidades primarias e irrenunciables, se busca una calidad de vida mejor o diferente, que está fuertemente ligada a la calidad de los servicios. El inadecuado nivel de calidad de los servicios públicos, el deterioro de los centros urbanos y la contaminación ambiental son causa de graves molestias y del surgimiento de agudas tensiones sociales. Existen necesidades de mantención no expresadas (ambiente, urbanismo, ámbitos culturales) que la colectividad paga en términos de costos y que, si fueran satisfechas, permitirían revitalizar el sistema en términos de eficiencia en vez de asistencia. Existen sectores, como los transportes, donde es necesario racionalizar las operaciones para disminuir los costos actuales de mantención. La mantención debe prestar su apoyo a una profunda transformación cultural en las actitudes de la colectividad: de la cultura de la fabricación a la cultura de la conservación, puesto que en la sociedad post-industrial se va agotando el ciclo de cultura económica y del trabajo basado en la abundancia de recursos para ser utilizados en los procesos productivos. La mantención puede, entonces, dotar a la fuerza de trabajo del grado de preparación necesario para manejar esta transformación a través de la recuperación en las fábricas de recursos y capacidades profesionales, pero también bajo el perfil cultural, extendiendo los conceptos “terotecnológicos” hacia ámbitos distintos del industrial; la mantención puede entregar la capacidad necesaria de “design”, para enfrentar y satisfacer las “nuevas necesidades” aumentando la calidad de los “nuevos servicios.”

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El primer nudo por deshacer es estrictamente político, mientras que bajo el aspecto metodológico se plantea el problema de transferir la cultura de mantención “industrial” a las empresas, instituciones y consorcios que istran los servicios públicos. Mantención y empleo El desarrollo social, especialmente en las últimas décadas, junto a un extraordinario aumento del bienestar “privado”, ha traído consigo un deterioro paralelo del patrimonio natural y “artístico”, una decadencia de los servicios públicos y una ligera pero permanente alza de la tasa de desempleo. Junto con el recrudecimiento de los fenómenos ocupacionales, desde hace algunos años se ha incrementado notablemente la sensibilidad de los ciudadanos respecto de las temáticas ambientales, de los requerimientos culturales y de la eficiencia de las estructuras, especialmente los servicios entregados por el Estado. En otras palabras, habiendo realizado durante décadas un gran esfuerzo por alcanzar los niveles de bienestar propios de las sociedades industrializadas, el ciudadano dirige su atención hacia la “calidad de vida”, identificando justamente en el desarrollo industrial la causa de su progresivo desmejoramiento. La comunidad, con gran parte de sus necesidades de subsistencia ya satisfechas, desea gozar cada vez con mayor insistencia y pasión de aquellos bienes culturales y ambientales que a menudo se dejan de lado. La istración pública, por tanto, debe garantizar un enfoque diferente de las políticas de restauración actuales, ligadas a grandes operaciones de intervención extraordinaria, tan costosas como esporádicas y vinculadas a las limitaciones de la capacidad de inversión del sector, reemplazándolas con una política de conservación programada que, anticipándose al deterioro de los bienes, garantice su constante disponibilidad por efecto de una intervención sistemática de la mantención ordinaria. La mantención tiene una estructura de costos que privilegia el aporte de mano de obra por sobre el uso de materiales o equipamiento. De este modo, a una elevada tasa de crecimiento de la mantención le corresponde una elevada tasa de crecimiento del empleo, al contrario de lo que ocurre hoy y seguirá ocurriendo cada vez más en el ámbito de la producción, donde los crecientes procesos de automatización, el efecto de la innovación tecnológica y la racionalización del “producir” han roto el equilibrio tradicional de expansión de la base laboral conjuntamente con un desarrollo de las inversiones. La mantención puede así constituir un gran impulso contra el desempleo, oponiéndose a la tendencia de nuestras sociedades a desarrollar el crecimiento en los sectores productivos de alta tecnología, con las consiguientes consecuencias negativas para la base laboral. 31

La mantención, entonces, es la herramienta fundamental para el mejoramiento de la calidad de vida y para el desarrollo de un empleo caracterizado por un alto nivel de profesionalidad tanto a nivel ejecutivo como a nivel de la capacidad de “design” y de la gestión. Desarrollo organizacional El desarrollo organizacional de la mantención ha conducido al desarrollo de nuevos perfiles profesionales: •

• •

el operador polivalente, que teniendo la misión de istrar el proceso productivo en su conjunto, debe poseer no una especialidad técnica en el sector, sino una “cultura” de la mantención y de la relación entre ella y la utilización de la máquina; el mantenedor especializado (mecánico, electricista/electrónico, técnico de diagnóstico y otros); y el mantenedor de sistemas (capaz de diagnosticar averías y de reparar sistemas complejos).

La macroestructura de mantención está evolucionando, como se ha dicho, hacia un núcleo central gravitante que desarrolla una actividad cultural y presta servicios especializados tanto dentro como fuera de la fábrica, y hacia unidades descentralizadas, las “áreas” donde operadores polivalentes cada vez más integrados con la función productiva comparten con ella las tareas de conducción y regulación. Por consiguiente, las herramientas operativas y, en particular, el sistema informativo, deben ser proyectados desde la perspectiva de realizar un producto que permita la gestión de recursos (personas, medios, materiales), el análisis del comportamiento de las máquinas, el control de los costos, la disponibilidad de informaciones técnicas referentes a las máquinas. La mantención inspectiva, que ya es función central de la mantención, se desarrollará aun más con una gestión descentralizada, excepto cuando se trate de operaciones altamente especializadas. La programación y la preparación de las faenas involucrarán preferentemente las mantenciones istradas por los centros de servicios. Viceversa, en las áreas se privilegiará la espontaneidad y la flexibilidad mediante formas elementales de programación, o incluso sin programación alguna. El a las fuerzas externas (empresas de mantención) aumentará, tanto con el fin de contar con recursos especializados no siempre disponibles dentro del establecimiento como, por otra parte, para hacer frente a los peaks de demanda tanto para faenas corrientes como extraordinarias.

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La figura del encargado de mantención pierde algunos contenidos de operatividad rutinaria que se transfieren a los encargados de producción, para asumir connotaciones predominantes de tutela cultural, de planificación de las actividades de mantención y tecnológicas de planta, pero sigue siendo el gerente del sistema de mantención, coordinador y responsable de facto de la calidad y de la cantidad de mantención. Sus objetivos serán la eficiencia y la eficacia de las actividades de mantención, el estado de conservación del patrimonio, la seguridad de las instalaciones y el control de las interacciones con el ambiente externo a la fábrica. Fabricar o mantener La automantención es el símbolo de la nueva revolución industrial. La automantención significa volver a situar en el corazón del sistema productivo la responsabilidad del proceso e implica, por lo tanto, un crecimiento extraordinario de la vieja figura del operador y, por consiguiente, la eliminación de muchas figuras de staff y figuras operativas de apoyo. El sistema productivo recupera de esta forma su armonía, reabsorbiendo las tensiones, las alienaciones y las histerias de un sistema que siempre se basó en la división entre quienes hacen y quienes piensan. Un sistema inicuo y profundamente ineficiente que se debe superar para mantener la competitividad, aunque lo podamos justificar por las carencias culturales a nivel gerencial, pero también –y sobre todo– en los niveles operativos. Si la mantención vuelve al cauce de la gestión productiva, lo que queda puede ser un “service” de calidad para proyectar, mejorar y ejecutar las operaciones que requieran una alta especialización. Naturalmente, esta orientación debe tener en cuenta, en la fase de implementación, las dimensiones de la empresa, las diferencias culturales entre países y entre sectores merciológicos. En este contexto, cobra cuerpo una oferta de mantención llaves en mano o “global service”. El global service es una prestación de empresas especializadas que, además de proveer mano de obra, están en condiciones de ofrecer know-how y herramientas de gestión para optimizar la mantención de las partes no vitales de la planta, de los servicios de apoyo, de las piezas en condiciones críticas, de nuevas plantas o de plantas en fase de puesta en marcha. El servicio comprende el chequeo del sistema objeto de la actividad, el proyecto, la capacitación tanto para quienes entregan el servicio como para quienes, al recibirlo, deben controlarlo y monitorearlo, verificando que corresponda a las características solicitadas.

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1.7 Desarrollando una Estrategia de Mantenimiento La función de mantenimiento ha incrementado de manera significativa su impacto en los costos globales y en los resultados operacionales de las empresas. En este sentido, se ha encontrado que en la industria manufacturera de Reino Unido, el gasto en mantenimiento es de entre un 12 y 23 por ciento de los costos operacionales totales (Cross, 1988). En refinerías, los departamentos de mantenimiento y operación son los que lideran en staff de recursos humanos con un 30% del total (Dekker, 1996). Desde el punto de vista estratégico, la planificación de las actividades de mantenimiento hace tres décadas estaba más vinculada a prioridades presupuestarias o a lo realizado en el período anterior, y no como un servicio a la producción vital para garantizar la continuidad, seguridad y rentabilidad de los procesos productivos, inclusive influyendo de manera significativa en la prolongación de la vida útil de los activos. Si bien económicamente el mantenimiento sigue siendo un costo de operación y, por lo tanto, debe minimizarse, el enfoque actual de la estrategia de mantenimiento ha dejado de basarse sólo en actividades de tipo correctivo, siendo el objetivo minimizar los costos globales de operación, desarrollando servicios de mantenimiento lo más infrecuentemente posible pero resguardando la disponibilidad de los activos en los procesos productivos. Las estrategias de mantenimiento de activos industriales más conocidas se pueden clasificar en tres categorías: S Correctiva. S Preventiva. o Cíclica o Según condición o Predictiva S Mejorativa. Mantenimiento correctivo El mantenimiento correctivo, también conocido como Run to Failure (RTF), consiste simplemente en una estrategia de “reparar lo dañado”, usualmente tiene asociados bajos niveles de planificación del mantenimiento y excesivos niveles de inventarios de repuestos y mano de obra como forma de resguardar la continuidad de los procesos productivos. La utilización exclusiva de esta estrategia de mantenimiento generalmente es insuficiente y puede representar costos extremadamente significativos si los tiempos medios de reparación se dilatan producto de la propagación de fallas o stock-out de repuestos.

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Es relevante que el mantenimiento correctivo es, comúnmente, el más deficiente en cuanto a la seguridad de los operadores si se compara con otras estrategias que utilizan herramientas preventivas y predictivas de fallas. Mantenimiento preventivo El mantenimiento preventivo surge como respuesta para superar las insuficiencias propias del mantenimiento correctivo. Su objetivo es reducir la probabilidad de ocurrencia de falla evitando detenciones repentinas en la producción. Esta estrategia posee una gama de herramientas para la definición de tareas de mantenimiento y reemplazo de equipos basadas en el tiempo de operación o la etapa en el ciclo de vida en que se encuentran. Las técnicas de mantenimiento preventivo se enmarcan dentro del Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (MCC), siendo las más conocidas el Análisis de Modo de Falla y Elementos Críticos (MAFEC) y otras basadas en Life Cycle Cost (LCC) tales como Time Based Maintenance (TBM) y Time Based Discard (TBD). Las ventajas del mantenimiento preventivo sobre el correctivo son las siguientes: S S S S

Permite planificar las actividades de mantenimiento y, por lo tanto, determinar los requerimientos de recursos humanos y materiales (partes, piezas y herramientas). Puede reducir los costos de falla puesto que se enfoca en evitar la ocurrencia de estos eventos. Minimiza el tiempo en reparación de los equipos al desarrollarse las tareas de mantenimiento de manera planificada. La seguridad de los operadores se ve incrementada al reducir los eventos de falla.

Estos antecedentes no implican que una estrategia de mantenimiento preventivo deba reemplazar completamente a una correctiva. La clave es determinar la criticidad de cada modo de falla considerando su efecto en la producción y la seguridad de las personas. Como regla general, las fallas críticas son tratadas de manera distinta a las que no lo son, lógicamente las más críticas son candidatas a modelos de mantenimiento predictivo o preventivo y las de menor impacto a procedimientos correctivos de reparación. •

Mantenimiento cíclico

El mantenimiento cíclico de mantención es la forma más básica de realizar mantenimiento preventivo, ya que las intervenciones se ejecutan de

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manera establecida según fecha (calendario) o según edad (horas de operación), siendo esta última una forma algo más evolucionada que la primera. Más allá de las intervenciones de carácter rutinario, esta forma de mantención tiene sentido sólo durante la fase de desgaste del equipo, ya que para el resto de las etapas, es necesario diagnosticar para decidir la conveniencia de intervenir, en cuyo caso estaríamos en presencia de una mantención preventiva según condición o del tipo predictiva. •

Mantenimiento según condición y predictivo

El mantenimiento basado en condición (CBM) consiste en el control de los activos industriales a través del monitoreo de parámetros representativos del rendimiento o condición de un equipo. Esta estrategia supone la definición de un rango aceptable de operación para cada parámetro observado y el monitoreo de su valor instantáneo o periódico según sea necesario. El mantenimiento se realiza cuando una variable de control presenta valores que exceden los límites aceptables de operación y no necesariamente en respuesta a una detención o falla verificada en el equipo. Un aspecto importante es que se pueden definir distintos estados de rendimiento dentro del rango aceptable de operación, lo que permite realizar un seguimiento y predecir la condición futura del equipo. En este caso, estaríamos en presencia del Mantenimiento Predictivo, ya que a diferencia de la “Según Condición”, en que la intervención se realiza cuando se alcanza un nivel crítico establecido, en la predictiva, a través del comportamiento de una variable en el tiempo, es posible modelar y predecir la condición futura y así decidir el tiempo para la intervención. Esta estrategia es aplicable a modos de falla críticos cuyo costo de falla justifica una inversión efectiva en equipamiento, si está disponible, y personal para el control de los procesos productivos por sobre estrategias de mantenimiento de tipo preventivo. Mantenimiento mejorativo La estrategia de mantenimiento mejorativo se basa en la modificación genética de equipos y de plantas industriales como respuesta a niveles de disponibilidad no convenientes para cumplir de manera más adecuada con los planes maestros de producción, incluso cuando se desarrollan políticas de mantenimiento optimizadas. El problema de la no disponibilidad amerita, generalmente, la evaluación de proyectos de inversión que involucren reemplazo de equipos más sofisticados o redundancia en los procesos productivos.

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Una alternativa que no involucra la materialización de inversiones de capital es la reconfiguración del Flow Sheet de planta para aumentar la disponibilidad de los subsistemas críticos que limitan la capacidad de producción, bajo el criterio de la reducción de los costos globales durante todo el ciclo de vida. Selección de una estrategia de mantenimiento La selección de una estrategia de mantenimiento óptima supone la diferenciación previa de las fallas significativas para el sistema productivo y la seguridad de las personas de las que no lo son. Para poder encontrar el “mix” de políticas de mantención que definan la estrategia más conveniente, es necesario conocer el grado de criticidad de los equipos que componen un sistema, entendido como el resultado de la frecuencia de las fallas y el impacto generado por los mismos. Es decir, se requiere conocer el comportamiento de la tasa de falla, de manera de identificar en qué fase del ciclo de vida se encuentra el equipo, como también los costos globales asociados a la ejecución de la mantención, a la falta del servicio generado por la falla y a las inspecciones para diagnosticar el estado de los equipos. El conocimiento de este último costo es fundamental para justificar la conveniencia de realizar una mantención preventiva del tipo “según condición” o “predictiva” durante el período de tasa de talla constante. Una herramienta común para la jerarquización de los modos de falla es MAFEC, herramienta que proporciona una visión del tipo de fallas que con más probabilidad experimentará un elemento o sistema. Así, se analiza cualitativamente cada elemento de la lista de componentes, identificando los más críticos desde el punto de vista de su falla, considerando especialmente las consecuencias para el sistema productivo. Es un análisis exhaustivo que tiene un gran impacto en el diseño en general y en las decisiones sobre confiabilidad y mantenibilidad en particular. Diferenciando las fallas críticas de las no críticas, se puede proceder de acuerdo al algoritmo ilustrado en la figura Nº 3 para adoptar una estrategia de mantenimiento efectiva: .

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* Adaptado de Reliability Centred Maintenance: A Key to Maintenance Excellence, Albert H.C. Tsang. Figura Nº 3: Metodología de Selección de una Estrategia de Mantenimiento (*)

Es importante mencionar que la participación de los operadores en las actividades primarias de mantenimiento (lubricación, limpieza, inspecciones de rutina, ajustes y reparaciones menores) es en sí parte fundamental de una estrategia de mantenimiento efectiva para mejorar la disponibilidad y calidad de los equipos para la producción. Este enfoque fue desarrollado en la industria manufacturera japonesa y es conocido como Total Productive Maintenance (TPM).

1.8 Tecnologías de la información aplicadas al mantenimiento El mantenimiento puede definirse como un sistema de servicio a la producción orientado a obtener la máxima disponibilidad de los sistemas productivos al mínimo costo global posible. Adicionalmente, debe ser considerado como un proceso que genera información relevante para la toma 38

de decisiones estratégicas, tácticas y operativas. Desde este punto de vista, se justifica el desarrollo de sistemas de gestión de mantenimiento consistentes en aplicaciones tecnológicas capaces de procesar volúmenes de información crecientes producto de enfoques de gestión orientados a los procesos productivos. La importancia creciente de la función de mantenimiento ha provocado requerimientos superiores de seguimiento y control de los procesos y sus activos industriales con un consecuente aumento en los volúmenes de datos capturados. El procesamiento de los datos en información relevante, precisa y oportuna permite y facilita su análisis para la toma de decisiones efectivas y optimizadas. En este sentido, la planificación, planeación y programación del mantenimiento constituye un proceso complejo debido al elevado número de equipos e instalaciones consideradas. Esto justifica la implantación de sistemas tecnológicos como una oportunidad de optimizar las estrategias, políticas y procedimientos utilizados para el desarrollo de las actividades, con miras a un mejoramiento continuo en la disponibilidad de los sistemas productivos. Como respuesta a este requerimiento por parte de la industria, han surgido sistemas tecnológicos de mantenimiento (e-maintenance), que explotan el potencial de tecnologías emergentes para facilitar la gestión de la información. Estos sistemas se pueden clasificar, esencialmente, en tres categorías: S

S

(1) e-CBM: Son sistemas de monitoreo basado en condición, que permiten automatizar la recolección de datos de parámetros representativos del estado o rendimiento de un equipo. Estos sistemas son aplicaciones que apoyan el mantenimiento predictivo y están orientados a detectar cambios en el funcionamiento y rendimiento de los activos industriales mediante un control integrado de sensores y algoritmos matemáticos. (2) e-CMMS: Los Sistemas Computarizados de Gestión del Mantenimiento apoyan el registro y la toma de decisiones en distintos niveles de la función de la mantención, así podemos diferenciar los CMMS orientados a actividades operativas, tales como manejo de órdenes de trabajo (OT), inventarios de mantención, reparación y operación (MRO) y registro de costos directos; como también los sistemas CMMS aplicados a la Ingeniería en Mantención (IM), que apoyan la formulación estratégica en la gestión de mantenimiento esencialmente mediante la identificación de las probabilidades, causas y consecuencias de falla para planear acciones relevantes para reducirlas.

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(3) DataBase Systems: Son aplicaciones de las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC) orientados a almacenar, estructurar, istrar y actualizar información relevante para la toma de decisiones. Son vitales como sistemas integrados que procesan la información de distintas unidades generalmente distantes geográficamente, por lo que cobra gran importancia la capacidad de transferencia de datos remota tanto por redes de área local (LAN) como por conexiones inalámbricas (WI-FI). El objetivo de un sistema de información para la gestión del mantenimiento es proporcionar a la dirección correspondiente el medio de análisis para la optimización de la gestión y ayuda a la toma de decisiones, así como para la determinación de la brecha entre los programas presupuestados y las actividades ejecutadas de mantención. La figura Nº 4 ilustra los tipos de sistemas tecnológicos de información aplicados al mantenimiento industrial, considerando un esquema similar al Ciclo de Deming: Planear – Hacer – Verificar – Actuar. Se considera, en este caso particular, que a partir de un plan maestro de mantención, éste se ejecuta obteniéndose resultados (datos) que una vez procesados se transforman en información. Finalmente, ésta puede ser analizada para un mejoramiento continuo de los planes maestros de mantención.

Figura Nº 4. Ciclo del mantenimiento.

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1

Algunos beneficios verificados de la aplicación de las TIC a la función de mantenimiento son los siguientes: S

S S S S S S S

Detección oportuna de estados de rendimiento deficiente en los equipos, permitiendo desarrollar actividades de mantenimiento preventivo resultando en un menor número de fallas y, por lo tanto, minimizando el tiempo no disponible para la operación (downtime). Mayor nivel de planificación del mantenimiento, facilitando el uso óptimo de los recursos. Mejor control de inventarios, permitiendo el desarrollo de pronósticos exactos de los requerimientos de partes y piezas, minimizando las existencias en inventarios. Identificación del “mix” de políticas de mantenimiento económicamente óptimas, analizando la información histórica en el ciclo de vida de los equipos. Mejoramiento continuo de plantas industriales, analizando la capacidad y configuración lógica de los sistemas de producción. Adopción de las mejores prácticas, mediante procesos de benchmarking de plantas industriales. Optimización de las decisiones de adquisición de equipos que tienen como objetivo aumentar la redundancia en los procesos productivos o reemplazar instalaciones. Agilización de los procesos de almacenamiento, procesamiento y consulta de la información, mediante la implantación de tecnologías de las comunicaciones.

En este sentido, un estudio realizado por una empresa consultora indica que la utilización de sistemas computarizados de gestión del mantenimiento ha reportado los siguientes resultados en la industria norteamericana: S S S S S

28,3% de incremento en la productividad del mantenimiento. 20,1% de reducción en la no disponibilidad de equipos. 19,4% de ahorro en costos de materiales para mantenimiento. 17,8% de reducción en inventario MRO. 14,5 meses como tiempo promedio de recuperación de la inversión.

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1. 9 El siguiente paso, Total Quality Maintenance (TQMain) La constante presión por incrementar la productividad y calidad en las empresas ha provocado una acelerada evolución en la función de mantenimiento, verificándose marcadas etapas secuenciales que involucran estrategias de mantenimiento correctivo, preventivo, predictivo y mejorativo. Considerando que la investigación junto con el desarrollo tecnológico han sido elementos claves en esta evolución, es posible proyectar que en la siguiente etapa del mantenimiento industrial la implantación tecnológica de sistemas de automatización y control de procesos industriales se incrementará para la detección de causas de desperfectos y fallas potenciales de manera oportuna. En este contexto, surge el concepto de Total Quality Maintenance (TQMain), que pone en evidencia la necesidad de una integración y programación conjunta de las funciones de producción y mantenimiento. Este enfoque pone en evidencia que la inversión en sistemas tecnológicos asociados al mantenimiento se ha incrementado de manera significativa, lo que ha provocado una serie de efectos benéficos en los sistemas productivos: prolongación del ciclo de vida, maximización de la disponibilidad, minimización de los costos de producción y calidad, entre otros. De acuerdo al autor de este concepto, Dr. Bassin Al-Najjar, el a tecnologías aplicadas al mantenimiento permitirá una mayor proporción de actividades de mantenimiento basado en condición, junto con la incorporación de la robótica para ejecutar una mantención precisa y oportuna a costos permisibles. De todos modos, es impracticable que se puedan implantar tecnologías para ejecutar el control y mantenimiento a todos los modos de falla posibles en un sistema productivo. Por esto, debe considerarse diversos factores complementarios para lograr una estrategia de cero fallas en las máquinas para la producción; ver figura Nº 5.

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Figura Nº 5. Factores mejorativos de la función de mantenimiento.

Estos factores conducen a la estructuración de una función de mantenimiento flexible, adaptable, oportuna y que maximiza la vida útil de los activos. A continuación, se presenta una descripción de cada uno de ellos. 1) Organización y recursos humanos: El diseño organizacional y la gestión de recursos humanos son aspectos primordiales para la maximización de la eficiencia de los operadores y personal de mantenimiento. En relación al diseño de la organización para el mantenimiento, probablemente más que cualquier otra función de la empresa, se requiere de modelos organizacionales integrados y flexibles, con elevados niveles de coordinación y comunicación con el área de producción, que aseguren una respuesta oportuna y precisa a los requerimientos de los clientes internos de mantención o reparación. La Organización Liviana (OIL) surge como modelo en el cual los recursos se dividen en equipos de trabajo con competencias específicas: Manejo de Inventarios, Mantención/Reparación, Planeación e Ingeniería en Mantenimiento, que se combinan de 43

acuerdo a las prestaciones de servicios a desarrollar. Inclusive, los operadores poseen un rol importante dentro de la organización para la mantención, considerando el enfoque de Mantenimiento Productivo Total (TPM). 2) Planificación estratégica: La planificación estratégica orientada a la implementación de plantas industriales es un factor trascendente que determina los requerimientos de mantenimiento durante su ciclo productivo. En este sentido, hay que considerar que las condiciones ambientales, escala productiva, Flow Sheet, selección de equipos, Lay-Out y sistemas logísticos que determinan en mayor medida el rendimiento proyectado de los activos para la producción. 3) Tecnología: La implantación de sistemas tecnológicos de soporte y mantenimiento ha demostrado favorecer significativamente la detección oportuna de rendimientos anormales de equipos, desde el punto de vista de la operación, permitiendo la ejecución oportuna de acciones preventivas de falla y, por lo tanto, minimizando los costos de ineficiencia producto de estos eventos. Los sistemas tecnológicos aplicados al mantenimiento incluyen: S S S S

Sistemas de soporte informático (CMMS, Bases de Datos). Sistemas de Monitoreo Basado en Condición (CBM). Sistemas de automantención. Robótica.

El desarrollo de la robótica aplicada al mantenimiento es un área emergente, donde destacan aplicaciones en plantas de energía nuclear, carreteras, ferrovías, aeronáutica y, en general, industrias con elevados costos de falla que hacen factible, económicamente, la implantación de sistemas de alta tecnología. 4) Investigación y desarrollo (I&D): Es importante considerar que el desarrollo de materiales nuevos o mejorados tiene un efecto considerable en el mejoramiento de la vida útil de los equipos y sus componentes. Por otra parte, el diseño industrial ha demostrado ser un aspecto significativo en la mantenibilidad de equipos industriales, considerando las etapas de preparación, desmontaje, reparación, montaje, set-up, puesta en marcha y limpieza propias en la ejecución de la mantención.

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Otros factores importantes son la investigación y el desarrollo de fuentes de energía y tecnologías aplicables a los procesos industriales tendientes a mejorar el rendimiento de los activos para la producción. 5) Estándares: La estandarización de la función de mantenimiento tiene importancia tanto para facilitar su ejecución como para medir la eficiencia en el uso de los recursos asignados. En este sentido, la definición y evaluación de indicadores de desempeño junto con la documentación de los procedimientos y mejores prácticas verificadas en la industria, son aspectos deseables para el mejoramiento continuo del servicio de mantenimiento. 6) Ingeniería: La Ingeniería en Mantención (IM) debe estar contemplada dentro de la organización como un área fundamental para el cumplimiento de los planes de producción de las empresas. El enfoque ingenieril (“ingenierización”) del mantenimiento posee una serie de modelos y herramientas alineados con el objetivo de obtener los niveles de disponibilidad demandados al mínimo costo global, mediante: S S S S S

La planificación del mantenimiento preventivo, analizando el tiempo o el ciclo de vida de los equipos y sus componentes. El control de los procesos industriales mediante sistemas de monitoreo basado en condición. El análisis de las causas y efectos de los eventos de falla. La ejecución de actividades reparación según procedimientos definidos que minimizan el tiempo medio en reparación (MTTR). El análisis mejorativo de plantas industriales.

Es importante considerar que la función de mantenimiento incluye la calibración de los equipos para alcanzar los máximos niveles de conformancia en los productos. En este sentido, el Control Estadístico de Procesos (CEP) es clave para resguardar la calidad de los productos y determinar la habilidad de los procesos. 7) Seguridad y medio ambiente: La gestión del riesgo y del medio ambiente se ha convertido en un importante requerimiento para las empresas considerando la evolución de las normativas legales y la “humanidad”, que debe incorporarse a los procesos productivos para resguardar la seguridad de las personas y minimizar el impacto al

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medio ambiente. La función de mantenimiento contribuye en ambos aspectos mediante la definición de políticas preventivas de falla y el control del rendimiento de los sistemas que emiten residuos industriales. Bajo estas consideraciones, el mantenimiento constituye un aspecto relevante para la adopción de un sistema de producción limpia y clave en la gestión del riesgo de operación. 8) Mantenimiento indirecto: Es una realidad que los equipos asociados a la función de mantenimiento se han tecnologizado, desde herramientas básicas hasta complejos sistemas de monitoreo basado en condición y robótica que en sí mismos deben considerarse como clientes de mantenimiento, de manera similar a los activos para la producción a los que prestan servicios. En este sentido, se hace cada vez más necesaria la definición de políticas de mantenimiento preventivo para estos activos como una forma de asegurar su funcionalidad y respuesta. Como conclusión, la implantación tecnológica debe ser complementada con las estrategias preventivas y mejorativas predecesoras, siempre considerando la importancia de los recursos humanos y la estandarización de los procesos con miras a una función de mantenimiento optimizada.

Bibliografía [1] Richard Chase, Nicholas Aquilano y Robert Jacobs, istración de producción y operaciones, octava edición, Mc Graw Hill, 2000. [2] Albert H.C. Tsang et al., Reliability Centred Maintenance: A Key to Maintenance Excellence, City University of Hong Kong, 2000. [3] John Woodhouse, Asset Management: Latest Thinking, Institute of Asset Management, 2003. [4] Daryl Mather, The Strategic Importance of Asset Management, 2003. [5] Sandy Dunn, The Fourth Generation of Maintenance, assetiviy Pty Ltd. [6] Albert H. C. Tsang, “Strategic Dimensions of Maintenance Management”, JQME, vol. 8, nº 1, 2002, pp. 7-29. [7] Ashraf W. Labib, “World-class maintenance using a computerized maintenance management system”, JQME, vol.4, nº 1, 1998, pp. 66-75. [8] R. M. W. Horner, M. A. El-Haram y A. K. Munns. “Building maintenance strategy: a new management approach”, JQME, vol.3, nº 4, 1997, pp. 273-280.

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[9] Basim Al-Najjar, “Total quality maintenance: An approach for continuous reduction in costs of quality products”, JQME, vol. 2, nº 3, 1996, pp. 4-20. [10] Richard Blayden, Business Improvement – Analysis of Benchmarking Information provides New Insights into How to Improve Maintenance Performance, Hatch Associates Pty Ltd., 2000. [11] Mike Organ, Tony Whitehead y Mike Evans, “Availability – based maintenance within an asset management programme”, JQME, vol. 3, nº 4, 1997, pp. 221-232. [12] Randy Heisler, Planning and Scheduling in a Lean Maintenance Environment, Life Cycle Engineering, Inc., 2003. [13] Adolfo Arata y Luciano Furlanetto, Organización Liviana. Modelo de Excelencia Empresarial, Santiago, Chile, RIL editores, 2005. [14] Luciano Furlanetto, Adolfo Arata et al. Manuale di Manutenzione degli Impianti Industriali e Servizi. Franco Angeli.Milano, 1998. [15] Thomas Pyzdek, The Six Sigma Handbook, McGraw Hill, [16] Luciano Furlanetto, Carlo Mastriforti, Outsourcing e Global Service, Franco Angeli, 2000.

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2. El negocio de mantenimiento por Eduardo Nilo

1. Visión económica de la actividad de mantenimiento En las últimas cuatro décadas, se puede apreciar una profunda transformación de la lógica de los productos y servicios a escala mundial. Muchas importantes compañías han cerrado fábricas o han sido vendidas, mientras otras han incrementado su producción o adquirido a sus competidores produciendo incluso cambios en los equilibrios del mercado. Como efecto de la creciente globalización, también es común el tener múltiples alternativas para cualquier producto o servicio y los clientes pueden decidir libremente entre más alternativas, acelerando el proceso de selección natural de buenos y malos productos. Algunos expertos ya han empezado a creer que estamos en una nueva era de desarrollo que incluso podría ser identificada como una revolución. Black [1] ha sugerido, basado en la distribución de la fuerza laboral de Estados Unidos, que el cambio, produciéndose bien, puede ser denominado como la “tercera revolución industrial”. Figura 1. Tendencia de Trabajadores por rubro en EEUU. %

100

Agricultura Manufactura Servicios

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1800

1860

1900

1950

2000 Década

49

La figura 1 muestra como disminuye progresivamente la fuerza laboral utilizada en manufactura similar a lo ocurrido a principios del siglo pasado con la fuerza laboral dedicada a labores de agricultura. Además, se observa cómo se incrementa sostenidamente la utilización de masa laboral en las industrias de servicio. El aumento de competencia y desarrollo de la industria de la manufactura ha producido la necesidad imperiosa de cambios como: el aumento de calidad, las mejoras en la confiabilidad, los cambios tecnológicos, el uso de nuevos materiales, la implementación de sistemas expertos y la robotización para lograr sostener niveles de competitividad. Los cambios mencionados que han mejorado los productos no han incrementado en general los valores, sino que, contrariamente, se puede observar una disminución sistemática del valor de bienes y servicios. Quizás el mejor ejemplo para observar este cambio es la evolución de capacidades y precio del computador en los últimos años. Las empresas de manufactura en esta década ya han iniciado cambios de estrategia y están encaminando sus negocios al rubro de mayor crecimiento: la industria de servicio. Con esto es común empezar a ver cómo se crean o fortalecen nuevas gerencias de servicio en empresas que fueron, por generaciones, eminentemente productivas. Mantenimiento, debido a su magnitud, es una de las líneas altamente atractivas en esta nueva incursión de las industrias. Ventajas son su cobertura mundial y capacidad de integración a los negocios principales que podrían generar beneficios sinérgicos. Para revisar más en detalle la importancia de este rubro, basta analizar que mantención representa el 9% del producto geográfico bruto mundial, lo que es alrededor de $2.700 billones de dólares cada año [2]. Consultores a escala mundial estiman que es factible reducir estos gastos en órdenes de magnitud del 15%. Con esta amplia capacidad de generación de excedentes, incluso Peter Drucker ha dicho que la istración de la productividad de equipos y el conocimiento de los trabajadores podría ser el mayor cambio en la industria de este siglo [3]. En general, el mantenimiento siempre se ha observado como una actividad secundaria de procesos productivos o servicios que son la línea principal de un determinado negocio, y se ha mantenido como paradigma identificar la mantención como un elemento generador de gastos identificado incluso como un “mal necesario”. Esta baja atención o interés puede explicar por qué se ha producido una lamentablemente aproximación a los proyectos de mejoramiento de este negocio. Existen datos donde se estima que al menos uno de cada cuatro proyectos en mantenimiento no logra los resultados comprometidos. Esto

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significa que sólo en Estados Unidos, se pierden $600 billones de dólares anuales [4]. El potencial del negocio de mantención integrado a procesos productivos, toma un carácter primordial de optimización; sin embargo, en la mayoría de las industrias, no existe un diseño de cómo mejorar el mantenimiento. Este capítulo esboza en forma introductoria cómo se integran las distintas herramientas de optimización de mantenimiento para generar un plan integral.

2. Evolución del mantenimiento en el siglo XXI Para entender el desarrollo del mantenimiento, es útil estudiar su evolución. J. Moubray [5] identificó notablemente la existencia de tres generaciones como las etapas del mantenimiento de las últimas décadas.

La primera generación Este período cubre hasta la Segunda Guerra Mundial. La industria no estaba altamente mecanizada, luego la indisponibilidad no importaba y la prioridad de prevención de fallas era baja. Además, la exigencia de esfuerzos mecánicos era muy baja y generalmente con factores de seguridad altos. Lo anterior hacía los equipos confiables, y las rutinas de mantenimiento estaban generalmente basadas en limpieza y rutinas de lubricación, por lo que no requerían de mano de obra especializada.

La segunda generación Después de la Segunda Guerra Mundial, se incrementó el requerimiento de bienes, conjuntamente con una disminución de la mano de obra disponible, lo que motivó la mecanización. A fines de los años ’50, existían máquinas de todo tipo y cada vez más complejas que perduran hasta estos días. Como característica de este período, el interés por la disponibilidad aumentó, al igual que el costo de los equipos; se inició el concepto del mantenimiento preventivo con overhaul a intervalos fijos, lo que generó el concepto de plan de mantenimiento.

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La tercera generación Este período comenzó a mediados de los años ’70 basado en las altas expectativas del mercado ante la creciente competencia. En esta época, adquiere gran importancia la disponibilidad, las fallas se hacen más complejas por la complejidad de la tecnología y la optimización de las máquinas. Se optimizan además otros aspectos, como los suministros basados en abastecimiento just-in-time (JIT). El concepto de confiabilidad comienza a ser un concepto clave en industrias como salud y comunicaciones. Aparece la obligatoriedad de mejorar el mantenimiento, acompañado de nuevas técnicas como mantenimiento productivo total (TPM), mantenimiento sintomático, mantenimiento centrado en la confiabilidad (RCM). Es destacable mencionar que en el inicio del siglo XXI, la dirección de la mayoría de las empresas ha estado caracterizada por la aplicación de una amplia gama de técnicas de mejora de gestión, como: trabajo en equipo, cambios de costeo, calidad, sistemas de istración de información e incluso conceptos de autoayuda. Todas estas aplicaciones han empleado una gran parte de la capacidad de cambio de las organizaciones. 2.1 Optimizando la segunda generación de mantenimiento En relación con los enfoques factibles de mejoramiento de mantenimiento, normalmente se desarrollan técnicas aisladas centradas en la última generación. De esta manera, se ha dejado de lado conceptos básicos de integración que se encontraban en el mantenimiento preventivo, falencia que normalmente produce que las herramientas de optimización no cumplan sus expectativas. RCM (reliability centre maintenance) no logra optimizar planes que no existen o la metodología TPM no logra entregar a los operadores funciones que no están definidas y nunca se han realizado. La inconsistencia o inexistencia de los planes ha generado una dificultad en todo el desarrollo de mantenimiento. Los planes de mantención (PM) como herramienta de integración que identificaron a la segunda generación, continúan siendo un elemento de amplio interés y potencial de optimización, y son un elemento central por optimar en las herramientas de la tercera generación. En encuestas a especialistas, aparece incluso como uno de los cuatro tópicos más importantes del mantenimiento [6]. Los planes de mantenimiento deberían ser construidos seleccionando la mejor oportunidad de tiempo para asegurar la confiabilidad, disponibilidad y costo efectivo total, sin embargo, esta afirmación está más cercana a una intención y no es simple de implementar. 52

Worsham [7] trató de definir un principio único del mantenimiento preventivo basado en el costo de los equipos: “a mayor valor de los equipos, mayor mantenimiento preventivo”, puesto que supuestamente mayor sería el retorno económico de los planes de mantenimiento. Sin embargo, esta afirmación es refutada por múltiples especialistas [4, 5, 8]. Moubray [5], basado en la información de la industria aeronáutica, ha identificado que de las fallas existentes, sólo un 12% sigue un patrón adecuado para estrategias de mantenimiento preventivo. Se ha identificado que muchas de las actividades de mantenimiento preventivo son realizadas innecesariamente o incorrectamente. Incluso estas actividades podrían ser las que generan otros inconvenientes al agregar defectos durante la ejecución de actividades preventivas. Luego la generación correcta y la optimización de planes es un elemento relevante de la optimización del mantenimiento, pero debe basarse en el análisis de datos de las causas básicas de las fallas con la participación de personal especializado, lo cual deriva a las metodologías de análisis de fallas y confiabilidad de sistemas.

Estrategia Preventiva D em anda de Producción

Análisis de Planta

R educción de C ostos

Presupuesto Mantenimiento Estrategias de Mantenimiento

Estrategia Predictiva Estrategia C orrectiva

Plan de Producción

Estrategia de Rediseño Etapa A

Etapa B

Etapa C

Fig. 2 a.

53

2.2 Integrando el proceso de mantenimiento a los procesos productivos Mantenimiento es un sistema complejo que puede ser caótico. El integrar múltiples equipos, componentes con patrones de fallas distintos, estrategias de mantenimiento diferentes, calidades de componentes no siempre iguales, recursos, conocimientos distintos del personal, variables que producen un modelo matemático que supera muchas veces los análisis prácticos de realizar. La aproximación a istrar mantenimiento se genera normalmente basándose en actividades independientes. El proceso productivo basándose en general en crecientes demandas (Etapa A), posteriormente el análisis de costos o presupuestario orientado siempre a una reducción de costos (Etapa B) y, como un tema interno que atañe sólo al personal que repara, se suele analizar las estrategias de mantenimiento (Figura 2 a).

D em a nd a d e P ro d u cció n

An á lisis d e P la n ta

I nsp e cción P la n ta s

P la n d e P ro d u cció n

D em a nd a de C on fia b ilid a d D isp o n ib ilid a d

E str at e g ia P re ve n tiva E str at e g ia P re d ictiva

E strateg ias d e M an tenim iento

Orga niza ción de M an tenim iento

E str at e g ia C or re ctiva P re su p ue sto M a n ten im ien to

E strateg ia de R ediseño

Figura 2 b.

La optimización y el ordenamiento del mantenimiento requiere el análisis integrado, como lo muestra el diagrama en la figura 2b. La istración de mantenimiento en un ciclo iterativo, donde la demanda de requerimiento de producción o servicio pasa a ser sólo una variable del modelo que debiese operar en forma recursiva, permite unir conceptos de confiabilidad, estrategias 54

y disponibilidad, identificando las estrategias de mantenimiento, organización y costos requeridos. 3. Costo de calidad como driver de mejoramiento Desde la década de los cuarenta y más rápidamente después de la Segunda Guerra Mundial, se desarrolló la corriente de istración basada en los principios de calidad, que permanece como un tema dominante e incluso con mayor persistencia en estos días, donde las organizaciones buscan certificar su sufiencia en este tópico. Camla [10] y Feigenbaum [14] encontraron que tradicionalmente la dificultad para entender los beneficios de mejor calidad se basa en el paradigma de que el aumento de calidad puede ocasionar aumentos de costo. Porque mejor calidad puede, de alguna forma, costar más y complicar la producción. Sin embargo, experiencias a nivel mundial muestran que ese paradigma es incorrecto. Mejoramientos de calidad conllevan incrementos de productividad, reducen los costos de calidad, pueden incrementar las ventas, la penetración de mercado, contribuir a un mejor clima de trabajo y, por ende, aumentar las utilidades. Deming, reconocido como pilar fundamental de este proceso, define que sin un profundo entendimiento técnico de un problema, istraciones basadas sólo en principios financieros sólo recolectan bajas reducciones de costos mientras al mismo tiempo no son identificadas las mayores pérdidas [9]. De experiencias desarrolladas en organizaciones en Israel y en Estados Unidos [12], se ha detectado que la istración de costos de no-calidad puede reducir sus pérdidas de valores entre 15-25% a 7-12% en períodos inferiores a dos años. Costo de Calidad es el costo que debe pagar una organización para conseguir calidad, esto incluye los costos de falta de calidad; luego, puede ser entendido como el costo de conseguir calidad y las multas por fallar al no hacerlo. El propósito de las técnicas de gestión y control de costos de calidad es proveer una herramienta para istrar y facilitar la priorización de actividades por desarrollar basado en el principio básico de la economía de la restricción de recursos. Luego, los reporte de costos de calidad pueden identificar las fortalezas y debilidades de un sistema de calidad, sin embargo, en ningún caso resuelven los problemas de calidad. Luego, la forma de producir mejoramientos es basada en la identificación de los proyectos correctos por desarrollar.

55

3.1 Componentes de costos de calidad

C o s t oded Calidad e C a l id Costo

Normalmente, los costos de calidad han sido categorizados así: Costos de Falla, Costo de Control y Costo de Prevención [10, 12, 14, 15, 16]. Los costos de prevención y de control son variables istrables mientras el costo de falla describe las pérdidas obtenidas por las faltas de calidad. El Costo de Prevención puede ser entendido como el costo requerido para prevenir errores y mantener los costos de falla en un valor mínimo. Ejemplos: enterramiento, mantenimiento preventivo, educación en calidad, proyectos de mejoramiento.

O r g a n iz a ció n c o n é n fa s is e n la p r e v e n c ió n

C o sto de F a lla

C o sto de F a lla

C o sto de M e d ic ió n C o sto de M e d ic ió n

P r e v e n c ió n

P r e v e n c ió n

C aso

C a so

A

B

D i s t r ib u c i ó n d e C o s t o d e C a li d a d

Figura 3.

Los costos de calidad normalmente pasan sin ser detectados y sólo las grandes fallas son identificadas debido a la incapacidad de los sistemas de costos contables de agrupar las pequeñas fallas comunes que normalmente pasan ocultas y son tratadas como parte normal de los sistemas e incluidas en los presupuestos sin acciones que permitan su corrección. Se ha identificado en encuestas a ejecutivos, que al menos un 70% no conoce o entiende equivocadamente sus costos de calidad [15].

56 1

4. Aplicaciones de confiabilidad El concepto de confiabilidad se inició durante los años ’50 y aparece actualmente a la vanguardia de las herramientas de optimización para el negocio de mantención. En una encuesta abierta a más de 2000 personas relacionadas con mantenimiento, aparece esta práctica como el tema más importante [9]. La más ampliamente aceptada definición para Confiabilidad la especifica como la capacidad o probabilidad de un producto, proceso o sistema para realizar una función en el ambiente especificado de diseño por un determinado período de tiempo o eventos [10, 11, 12, 13]. Tanto Confiabilidad como Calidad presentan muchos aspectos comunes incluso en sus definiciones. Sin embargo, ambos términos, a pesar de ser atributos ampliamente aceptados y requeridos, se confunden e idealizan sin aplicaciones que permitan la implementación efectiva en negocios de mantenimiento. En general, para los gerentes de mantenimiento, aumentar la confiabilidad representa un deseo de intenciones con pocas acciones concretas que mejoren sus actuales procedimientos o instalaciones. Aplicaciones muy conceptuales de Confiabilidad y Calidad implementadas sin planes y metodologías concretas que incluyan los procesos de cambios culturales, parecen ser uno de los factores claves al momento de evaluar las dificultades para la obtención de beneficios. El presente capítulo introduce y analiza cuatro formas concretas para enfocar la implementación de confiabilidad: • • • •

Confiabilidad de Equipos. Confiabilidad de Sistemas. Mantenimiento centrado en Confiabilidad. Confiabilidad en el ciclo de vida del equipo.

4.1 Confiabilidad de equipos Mediante aproximaciones estadísticas y modelos como el de Weibull o Exponencial ampliamente aceptados por su capacidad de simular las distintas condiciones de tasa de falla, normalmente establecidas en el diagrama de la bañera, es posible encontrar un válido desarrollo de análisis de confiabilidad de componentes y equipos al integrar los datos de falla. Este desarrollo, utilizando el análisis agregado y tabulado de tiempos en que se produce cada desperfecto, permite a partir del modelo estadístico calcular importantes parámetros que identifican las causas de fallas, para esto se puede

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utilizar el desarrollo manual o asistido por software, como el que se muestra en la figura 4. El análisis puede ser desarrollado para cada componente del equipo y obtener los tiempos óptimos de planificación de mantención y, de esta manera, un plan integrado para el equipo.

Fig 4. Diagrama de Weibull Bomba Centrífuga.

Otro análisis es el conjunto de todos los componentes que permite una visión integrada de las formas de la falla. En el ejemplo, el parámetro Beta de la distribución de Weibull es 2,95, lo que relaciona la falla con un fenómeno de desgaste. El parámetro η identifica el tiempo de 3.566 horas para una confiabilidad de 36,78%. Se puede determinar que incluir un equipo stand-by incrementaría la confiabilidad para el sistema en el mismo período de tiempo a 86,5% (opción típicamente escogida en sistemas de bombeo de pulpas) y con dos equipos stand-by adicionales, la confiabilidad del sistema aumentaría a 95,02% para el período de tiempo evaluado. Algunas dificultades de esta metodología son que requiere de amplia cantidad de datos históricos que permitan revisar y analizar las fallas. Esta 58

información no ha sido normalmente conocida o incluso recopilada por los proveedores y, por el lado de los clientes, ha sido mal entendida o desvalorizada, por lo que suele no ser almacenada o analizada. Técnicamente también existen dificultades en el análisis debido a la complejidad de equipos con múltiples componentes. Mezclar fallas de los componentes no siempre permite precisar las causas y períodos óptimos para obtener planes de mantención. En el ejemplo, la detención de la bomba produce pérdidas mayores al valor de los componentes de recambio, luego con cada detención planificada se realiza recambio del componente que falla y otros cercanos a fallar, lo que lleva sus contadores a cero para el análisis estadístico, sin reconocer o identificar sus frecuencias precisas de falla. 4.2 Confiabilidad de sistemas

Section A-0

FEEDER 1 SCREEN 1

FEEDER 2 START

2/4

C.BELT 9

SAG M ILL

FEEDER 3

1/2 SCREEN 2

FEEDER 4

Section B-0 TRANSF. PUM P 1

CYCLO NE 1

A

SAG PUM P

1/2 TRANSF. PUM P 2

CYCLO NE 2

Section B-1

CYCLO NE 3 4/6 CYCLO NE 4

A

CYCLO NE 5

C.BELT 10

C.BELT 11

C.BELT 12

Section B-2 CRUSHER 1

CYCLO NE 6

A

1/2

C.BELT 13

CHUSHER 2

Section A-1

Fig. 5. Diagramas confiabilidad.

Para sistemas con múltiples equipos en línea, requerimientos especiales de producción conjunta de equipos y con equipos stand-by, es posible integrarlos en modelos matemáticos para evaluar, por ejemplo, el impacto individual de cada equipo en el resultado global de disponibilidad esperada o producción. La figura 5 muestra un diagrama de confiabilidad para una fracción de planta donde se han separado las distintas secciones productivas. 59

En un análisis de este tipo, idealmente realizado durante la etapa de ingeniería básica, se puede identificar la cantidad óptima de equipos stand-by o disponibilidades esperadas de bloques y plantas. Además, permite para cada equipo calcular el impacto en el valor final de disponibilidad o producción. Como ejemplo para este tipo de análisis, se desarrolló el modelo de la figura 4 presentando las tablas finales de resultados en la figura 6, que representan dos condiciones: S1, que representa un caso teórico donde cada equipo tiene una disponibilidad igual a 90%, y S2, que contiene los datos reales medidos en una planta durante un año de operación. Availability Plant expected calculated from equipment's availability (S1) A-0 0.799 0.799 0.799 0.799 0.799 0.799

A-1 B-0 B-1 B-2 C-1 C-2 C-3 Production 1.000 0.990 0.729 0.891 0.709 0.788 0.656 100.00% 1.000 0.990 0.729 0.109 0.709 0.788 0.656 85.00% 1.000 0.990 0.729 0.891 0.291 0.788 0.656 70.00% 1.000 0.990 0.729 0.891 0.709 0.212 0.656 70.00% 1.000 0.990 0.729 0.891 0.291 0.212 0.656 55.00% 0.886 0.010 0.729 0.891 0.709 0.788 0.656 40.00%

Availability Plant 18.836% 2.304% 7.724% 5.068% 2.078% 0.169% 36.180%

Availability Plant expected calculated from equipment's availability (S2) A-0 0.925 0.925 0.925 0.925 0.925 0.925

A-1 B-0 B-1 B-2 C-1 C-2 C-3 Production 1.000 1.000 0.985 0.990 0.926 0.941 0.961 100.00% 1.000 1.000 0.985 0.010 0.926 0.941 0.039 85.00% 1.000 1.000 0.985 0.990 0.074 0.941 0.961 70.00% 1.000 1.000 0.985 0.990 0.926 0.059 0.961 70.00% 1.000 1.000 0.985 0.990 0.074 0.059 0.961 55.00% 0.985 0.000 0.985 0.990 0.926 0.941 0.961 40.00%

Availability Plant 75.370% 0.032% 6.056% 4.760% 0.382% 0.017% 86.618%

Fig 6. Resultados disponibilidad planta.

Para el primer caso teórico, S1, con todos los equipos con disponibilidad 90%, el sistema lograría sólo una disponibilidad de 36,1. Este cálculo demuestra que al integrar sistemas complejos, las disponibilidades conjuntas disminuyen proporcionalmente a la complejidad del sistema. A pesar de que una disponibilidad de 90% se ve como aceptable, el caso S1 muestra lo contrario. Necesariamente, la confiabilidad de los equipos es mucho mayor en general a 90%, para el caso de datos reales (S2) se logra una disponibilidad de 86,61% en el modelo valor cercano al real medido. Esta metodología, al ser aplicada durante la etapa de diseño de instalaciones, tiene su mejor resultado puesto que la optimización tiene su mínimo costo y dificultad de cambio. La aplicación de estos modelos posterior 60

a la etapa de diseño del sistema permitirá sólo obtener un nivel inferior de beneficios, sin embargo, permite orientar los recursos de mejoramiento y rediseño. En el Ejemplo durante el diseño para la planta, si se hubiese instalado una correa stand-by, el costo de inversión hubiese sido de US$ 250.000 y se pudo aumentar el beneficio en el año de los datos analizados en US$ 1.300.000.

4.3 Mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM) y Costeo de ciclo de vida (LCC) 1 Herramienta de análisis recurrente y sistemática que mediante el estudio de modos de falla y sus efectos permite la optimización de los planes de mantenimiento, procedimientos existentes y además un levantamiento de proyectos de mejoramiento. Hay distintas tendencias que incluyen priorización en el análisis o aspectos de seguridad entre otros y han derivado en distintos nombres, siendo el análisis en global muy similar. Esta metodología es simple y se basa en un análisis y ordenamiento que deberá ser asistido con herramientas para el cálculo de beneficios y riesgos en las distintas alternativas, sin embargo, la implantación de la metodología obedece a un cambio cultural por arraigar en la organización como base de análisis para la selección de estrategias de mantenimiento. MCC, al igual que otras metodologías de mantención como Mantenimiento Productivo Total (TPM), requiere plantear un diseño de inserción cultural diagnosticando la situación actual con relación al objetivo para definir el período, la energía y la atención organizacional para alcanzar los objetivos. Los actuales procesos de licitación y compras en general tienden a buscar siempre el menor precio de los equipos, muchas veces con proyectos que inician su construcción incluso sin terminar la ingeniería, acelerando los procesos de compras, fabricación y montaje. Los Criterios de Mantenibilidad y Confiabilidad suelen no incluirse en las etapas de proyecto, a pesar de que se estima que el 80% de los costos de mantenimiento se definen y fijan en la etapa de la ingeniería básica. El concepto de costo de ciclo de vida incluye en el criterio de selección evaluar aspectos posteriores a la sola compra, incluyendo la operación del equipo que puede optimizar la selección y generar beneficios adicionales.

1

RCM , reliability centre maintenance / LCC , life cicle costing.

61

Gráficamente, esto se puede explicar en la figura 7. Al aumentar la confiabilidad, los valores de operación son casi constantes, el valor de adquisición del equipo aumenta, los costos de mantención en una función compleja bajan, las pérdidas disminuyen dramáticamente y el costo de ciclo de vida que integran todas las variables presenta un mínimo parametrizado en confiabilidad.

Fig. 7. Confiabilidad versus Probabilidad de Costo.

Crear equipos de evaluación de confiabilidad al inicio permite diseñar un plan de implementación de confiabilidad en proyectos, que integre opciones de equipos, garantías, evaluación de alternativas stand-by, compras de repuestos críticos, planes de mantención y disponibilidades en un modelo económico que permita seleccionar las opciones de mayor beneficio. La metodología de trabajo permite orientar, mediante una relación continua con los proveedores, a un mejoramiento de los equipos y sistemas que los componen previo a la compra, logrando compromisos de mejoras técnicas que pueden tener incluso valores mínimos con resultados mayores y que se incluyen en las especificaciones.

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El Costo de Ciclo de Vida (LCC) acelera la adquisición de información y logra orientar al proveedor a seleccionar opciones que optimicen el valor del negocio y no solamente reduzcan el valor del equipo. Pautas de mantenimiento, procedimientos, repuestos de alta y baja rotación son analizados previamente a la adquisición del equipo, lo cual genera un mayor trabajo al inicio pero acelera y optimiza el proceso global clásicamente realizado.

5. Integración de herramientas sintomáticas al ciclo de mantenimiento

Fig. 8. Fractura de un sistema de transmisión.

Fallas no planificadas de carácter catastróficas son probablemente las condiciones más indeseadas por los encargados de activos. Siendo los análisis de fallas complejos, existe siempre un acuerdo entre técnicos y es, el deseo de poder haber detectado cualquier síntoma que hubiese permitido que no se produjera la falla. Las herramientas sintomáticas ayudan en este rol de detectar señales tempranas y débiles que permitan evitar fallas catastróficas. Las distintas herramientas sintomáticas pueden ser todas integradas y, en general, son sinérgicas para detectar o diagnosticar fallas y cada herramienta presenta ventajas diferenciadoras.

63

La figura 9 muestra entre cuatro herramientas cómo en la variable capacidad de detención y nivel de daño pueden algunas generar información en forma más temprana. El análisis de aceite y el ultrasónico presentan, por ejemplo, la capacidad más temprana de detección; posteriormente, una vez que se genera desgaste, se puede detectar vibración y temperaturas.

Mayor Daño

Nivel de Daño

Análisis Termográficos

Análisis de Vibraciones

Análisis Ultrasónico

Análisis de Aceite

Menor Daño Tiempo + Tiempo

Fig. 9.

El criterio para usar una estrategia de mantenimiento predictivo normalmente se basa en la relación del costo de falla versus el costo de monitoreo, como tips general para valores de ratio sobre cinco, siempre es recomendable la utilización de metodológicas de predicción. La metodología para aplicar herramientas debiese ser empleada basada en la clasificación de costos y modos de falla identificando los potenciales beneficios de herramientas sintomáticas. Herramientas sintomáticas (Figura 10, 11) identifican patrones y mediciones que, posterior al análisis, permiten identificar potenciales desviaciones que pueden ser corregidas previamente a la generación de fallas catastróficas. El correcto funcionamiento de esta estrategia se basa en la

64

istración de conocimiento y debe ser integrada al ciclo de mantenimiento.

Figura 10. Imagen Termográfica identifica punto de o inapropiado.

Figura 11. Espectro de falla en sistema de transmisión.

Sistemas expertos actualmente en el mercado permiten controlar patrones y niveles de alarma, deteniendo en forma automática equipos antes de que ocurran fallas de alto costo. 6. Resumen Acorde al reporte anual internacional de competitividad, existen significativas diferencias en la efectividad del mantenimiento, lo que ha llevado a consultores a identificar que prácticamente todas las industrias pueden reducir en órdenes de magnitud de 15% sus gastos, mientras al mismo 65

tiempo se pueden incrementar producciones en valores del orden de 6 a 8% [19]. La exitosa implementación de mejoras requiere iniciar el trato de mantenimiento seriamente, con profesionales capaces técnicamente y con destrezas para trabajar en equipo con una cultura de negocios. es y Gerentes de Mantenimiento tienen una significativa oportunidad de optimizar sus negocios y prepararse para equipos y plantas de las próximas generaciones, que serán más complejas, con tecnologías más sofisticadas, de mayores costos de pérdidas, que requerirán expertos en la istración de activos.

Bibliografía [1] Black, J. T. The design of the Factory Whit a Future, McGraw-Hill, 1991. [2] Beckford John. Quality a Critical Introduction, Routledge London Press, 1998. [3] Dibyendu D. Productivity improvement though operational reliability and knowledge workers. [4] Bob Schultz. What cost ignorance (Maintenance can be a profit centre in a world class company). [Online] Available: http://www.tpmonline.com/ articles_on_total_productive_maintenance/management/costodeignorancia.ht m [2001, april 10]. [5] Moubray J. 1997. Reliability centred maintenance. ButterworthHeinemann, Oxford. [6] Survey: What's the hottest topic in maintenance today? [Online] Available: http://www.maintenanceworld.com/images/poll_it.gif, [2001, april 12]. [7] Worsham W. Is Preventive maintenance Necessary? [Online] Available: http://www.maintenanceworld.com/Articles/RelCentInc/is_preventive_mainte nance_necess.htm [2001, April 10] [8] Culverson K. 1998. Advanced maintenance strategies: A 's perspective. Quality Congress. ASQC. Annual Quality Congress Proceedings; Milwaukee. [9] Latzko W. and Sounders D. 1995. Four days with Dr. Deming. AddisonWesley Publishing. [10] Camla J. 1999. Principles of quality costs: Principles, implementation, and use. Quality Congress. Annual Quality Congress Proceedings; Milwaukee, pp. 507-509.

66

[11] Andersen B. and Moen R. 2000. Integrating benchmarking and poor quality costs. Quality Congress. Annual Quality Congress Proceedings; Milwaukee, pp. 743-754. [12] Halevy A. and Naveh E. 2000. “Measuring and reducing the national cost of non-quality”, Total Quality Management, vol. 11, n° 8, pp. 1095-1110. [13] Dennis G. 1999. Quality costs: Application in non-manufacturing organizations. Quality Congress. Annual Quality Congress Proceedings; Milwaukee, pp. 498-500. [14] Feigembaum A. 1991. Total Quality Control. McGraw-Hill, Inc [15] Burrill, C. 1999. Achieving quality through continual improvement. John Wiley and Sons, pp. 53-64. [16] Latino C. 2000. Defining and achieving the reliability culture. 3rd International conference on improving reliability in petroleum refineries and chemical plants. [Online] Available: http://www.reliability.com/article11.htm [2001, april]. [17] Field S. and Swift K. 1996. Effecting a Quality Change. Arnold Hoded Headline Group. [18] Simga-Mugan C. and Erel E. 2000. “Distribution of quality costs: Evidence from an aeronautical firm”, Total Quality Management, Abingdon. [19] Thomas C. Maintenance – a business centre approach. [Online] Available: http://espania.com/cta/ [2001, april] [20] Kelly A. and Harris M. 1978. Management of industrial maintenance. Butterworth & Co. Ltd. [21] Graham & Trotman. 1984. Mineral Processing in Developing Countries. Graham & Trotman Ltd in co-operation with United Nations.

67

68

Segunda Parte La Proyectación

69

70

1. La optimización del ciclo de vida por Bruno Atzori y Paolo Lazzarin

1.

La teoría de la confiabilidad

La calidad del ciclo de vida de una máquina o de uno de sus componentes debe ser evaluada con respecto a la duración esperada, a la complejidad de las operaciones de mantención, a la cantidad y gravedad de las fallas ocurridas. Partiendo del estudio de las leyes de ocurrencia de fallas, la teoría de la confiabilidad es el conjunto de teorías y métodos matemáticos que se traducen en procedimientos organizacionales orientados a la solución de problemas de previsión, estimación, optimización de las probabilidades de supervivencia, vida media, porcentaje de tiempo de buen funcionamiento de un sistema [1, 2]. La evaluación de la confiabilidad sobre bases estadísticas reemplaza, donde así lo requiera, la tipología de la estructura y su utilización, el concepto más simple y más difundido de “coeficiente de seguridad”, permitiendo también que éste se estime y evalúe en forma más racional y motivada, dado que es posible establecer una relación entre la confiabilidad y el coeficiente de seguridad [3]. Los criterios de confiabilidad se difunden cada vez más en el mundo industrial, por varias razones: • • • •

•

el aumento de la complejidad de los productos que, si no se cuenta con procedimientos pertinentes, incrementa la probabilidad de fallas; la dificultades de mantención de ciertas máquinas o estructuras; la exigencia de aumentar la duración del funcionamiento correcto de un producto; la necesidad de reducir los pesos sin afectar la seguridad del funcionamiento. Ello requiere una proyectación más cuidadosa, con un mayor conocimiento del historial de carga, de las propiedades de resistencia de los materiales y del estado tensional actual; y el cambio de visión con respecto a la responsabilidad civil vinculada a la producción y comercialización de un producto.

71

Costo Costo total

Costo del proyecto y su ejecución

Costo de reparación

Fig. 1. Curso del costo de un componente.

Un aumento de la confiabilidad de un componente, de una máquina o de una planta requiere análisis más detallados, una proyectación más minuciosa, experimentos más rigurosos y un cuidadoso programa de mantención preventiva (capaz de restituir a niveles elevados de confiabilidad una máquina en servicio, cuya confiabilidad inicial disminuye en mayor o menor medida según la intensidad y la modalidad de uso). Ello acarrea evidentemente un aumento de los costos. Como contrapartida, al aumentar el nivel de confiabilidad, disminuirán los costos inherentes a las fallas en servicio, que llamaremos costos de reparación, incluyendo el costo de los repuestos y los costos ligados a la pérdida de productividad. El costo efectivo del producto es la suma de los dos costos considerados: dicha suma habrá de tener un mínimo al cual, en principio, le corresponderá un cierto valor óptimo de confiabilidad (fig. 1). Para algunos componentes estructurales, donde las fallas podrían ocasionar daños graves a las personas o a la propiedad, el criterio guía no es la minimización de los costos, sino la necesidad de salvaguardar los niveles de confiabilidad, que no pueden descender bajo un cierto valor preestablecido y particularmente elevado.

72

2.

La tasa de falla y la confiabilidad

La confiabilidad de un elemento es la probabilidad de que éste funcione sin averiarse durante un cierto período t en relación a ciertas condiciones ambientales bien definidas. Al componente se le deberán asignar dos estados: el primero, de buen funcionamiento, el segundo, de mal funcionamiento. Luego se podrá asociar al elemento la probabilidad de que se produzca uno u otro de ambos estados. La confiabilidad, por lo tanto, es sinónimo de probabilidad de buen funcionamiento en el tiempo en las condiciones deseadas. La definición de confiabilidad presupone que:

c

c c

se ha establecido un criterio unívoco para evaluar si un elemento funciona o no. El no funcionamiento no siempre coincide con la falla del elemento (la rotura de una soldadura o de un acoplamiento, la pérdida de hermeticidad de una válvula), pero está frecuentemente asociado a una condición de menoscabo de las prestaciones funcionales (el aumento del nivel de ruido de un rodamiento, la disminución del espesor de una estructura metálica por fenómenos de corrosión, el aumento de las vibraciones de una transmisión); se han fijado con exactitud las condiciones ambientales y de empleo, y que éstas se mantienen en el tiempo; se ha definido el intervalo de tiempo t durante el cual se requiere que el elemento cumpla su función sin presentar anomalías.

Una vez fijadas las dos primeras condiciones, la confiabilidad de un elemento pasa a ser función del tiempo solamente, y la forma de dicha función dependerá de la ley probabilística que rige la ocurrencia en el tiempo de las condiciones de mal funcionamiento o de rotura. Para evaluar la confiabilidad de una máquina, se puede usar tres enfoques distintos: ♦ utilizar la información recolectada durante un largo período de tiempo en máquinas iguales en las mismas condiciones de funcionamiento. Los datos se pueden utilizar tal cual, sin necesidad de someterlos a procesamientos estadísticos especiales; ♦ utilizar la información proveniente de pocas máquinas durante un breve período de tiempo. Los datos pueden entregar una estimación del comportamiento dotada de cierto grado de confiabilidad, es decir, con una cierta probabilidad de ser verdadera. Los valores de confiabilidad deben 73

ser procesados estadísticamente de modo que se pueda realizar el paso de las mediciones corespondientes a un número relativamente pequeño de muestras a las propiedades de la población en su totalidad;

Fig. 2. Probabilidad de falla como integral de f(t).

♦ utilizar, si existe, el conocimiento acerca de la confiabilidad de los componentes para realizar pronósticos acerca de la confiabilidad de la máquina en su conjunto (los datos de confiabilidad de los componentes suelen ser más abundantes y más fáciles de obtener en aquellos sectores como la electrónica, donde se ha alcanzado un alto nivel de estandarización). Consideremos ahora como variable aleatoria el “tiempo de falla de un elemento”, es decir, el tiempo transcurrido entre el instante inicial del período al que se refiere la evaluación de confiabilidad y el instante en que el elemento deja de funcionar; se define como densidad de probabilidad de falla aquella función f(t) tal que la probabilidad infinitesimal de que el elemento se estropee en el tiempo t o en un intervalo infinitesimal de él sea precisamente f(t)dt. Esta probabilidad se representa en la fig. 2 por el área bajo la curva f(t) en el intervalo infinitesimal (t, t+dt). Dado que inevitablemente el elemento acabará por estropearse en el tiempo, el área bajo la curva de la función f(t) será igual a uno si se sitúa el límite temporal superior en el infinito:

74

∞

∫ f (t )dt = 1

[1]

0

Estando el elemento en buenas condiciones en el instante inicial, la probabilidad de que se estropee en el tiempo t está dada por: t

F (t ) = ∫ f (t )dt

[2]

0

La confiabilidad, es decir, la probabilidad de supervivencia (entendida como funcionamiento correcto) al tiempo t estará dada por: ∞

R(t ) = ∫ f (t )dt = 1 − F (t )

[3]

t

De esta manera, si se conoce la función f(t), es posible evaluar la confiabilidad del componente. En cambio, se define como “tasa de fallas” aquella función λ(t) tal que el producto λ(t)dt represente la probabilidad de que el elemento se estropee en el intervalo de tiempo comprendido entre t y t+dt, suponiendo que en el instante t esté funcionando correctamente. La tasa de falla tiene dimensiones de tiempo inverso, y se la puede interpretar como “cantidad de fallas por unidad de tiempo”, es decir, como una medida de la rapidez de ocurrencia de la falla. La diferencia entre las dos funciones f(t) y λ(t) está en el hecho que mientras f(t)dt representa la fracción de una población que se estropea en un intervalo t, t+dt referida a una población sana en el tiempo t=0, λ(t)dt representa la fracción de una población que se estropea en el mismo intervalo de tiempo, pero referida a una población sana en el tiempo t, que será necesariamente inferior, o en el mejor de los casos igual, a la población original en el tiempo t=0. Si designamos con NC(0) la cantidad inicial de elementos sanos, después de un período de funcionamiento t la cantidad de componentes NC(t) que aún funcionan será tanto menor cuanto menor haya sido su confiabilidad R(t), en conformidad con la expresión:

NC(t) = NC(0)⋅R(t) = NC(0) – NC(0)⋅F(t)

75

[4]

de donde:

R(t) = NC(t) / NC(0)

[5]

Paralelamente, se cumple también la relación:

λ(t) = f(t)⋅NC(0) / NC(t) = f(t)/R(t)

[6]

que vincula la tasa de falla, la probabilidad de falla y la confiabilidad. La función tasa de falla representa por lo tanto la función de densidad de probabilidad de que una máquina que ha sobrevivido hasta el tiempo t, falle en el siguiente intervalo dt. Si recordamos que:

f(t) = dF(t)/dt = −dR(t)/d(t)

[7]

dR(t) = −R(t)λ(t)dt

[8]

tenemos:

de donde: t

∫

ln R(t) − ln R(0) = − λ(t)dt

[9]

0

Dado que la confiabilidad es unitaria para t=0, ln R(0) = 0, de manera que se cumplen las siguientes expresiones de carácter general: t

∫

− λ ( t ) dt

R(t) = e

[10]

0

t

f(t) = λ(t)⋅R(t) = λ(t)⋅ e

∫

− λ ( t ) dt 0

[11]

t

∫

− λ ( t ) dt

F(t) = 1 − R(t) = 1 − e

0

[12]

Las tres últimas expresiones vinculan las cuatro funciones f(t), F(t), λ(t) y R(t), y pueden a su vez especificarse en función de las distribuciones estadísticas que adopten, las que serán distintas en las varias etapas de la vida del componente.

76

3.

Las fases de la vida de la máquina

Para muchas clases de componentes, la evolución en el tiempo de la tasa de fallas se asemeja a aquella que se muestra en la fig. 3 [4, 5]. En el tiempo t=0, se ponen en funcionamiento por primera vez varios componentes de un cierto tipo, todos ellos funcionando correctamente. Si dentro de la población se encuentran elementos más débiles que lo normal, la curva presentará una elevada tasa de fallas inicial. Al cabo de un período inicial de rodaje, en que se detecta y reemplaza las piezas más débiles, la tasa de fallas sigue disminuyendo y se estabiliza en un valor prácticamente constante en el tiempo tA. Después de este período, denominado de las fallas infantiles, todos los componentes de constitución débil ya se han estropeado y han sido reemplazados. Las fallas en esta fase pueden deberse a errores de diseño, de fabricación, de montaje, o a una elección errada de los materiales por emplear.

Período de desgaste Tasa de falla creciente Período de rodaje Tasa de falla decreciente Vida útil Tasa de falla constante

Fig. 3 Evaluación típica de la tasa de fallas de una población.

77

Gracias a esta fase de depuración, se debería lograr que el sistema alcanzara gradualmente el máximo de sus prestaciones nominales, es decir, aquellas establecidas en la fase de diseño. La distribución que se utiliza comúnmente para describir la evolución de las fallas infantiles es la de Weibull [2, 5], que es capaz de asimilar varias hipótesis sobre los parámetros y las magnitudes que causan las fallas. Después del rodaje, la población alcanza su valor mínimo y dicho valor se mantiene aproximadamente constante durante un cierto período de tiempo que recibe el nombre de vida útil. La vida útil debería resultar ser mayor o igual a la vida límite establecida como dato de proyecto. En esta fase, surgen en el sistema fallas de naturaleza aleatoria cuya probabilidad de ocurrencia es independiente del período de operación acumulado [2, 4, 5]. Por lo tanto, durante toda la vida útil, las fallas ocurren en cantidades iguales para cada intervalo de tiempo significativo y corresponden a imperfecciones del proceso productivo (que puede no ajustarse fielmente al proyecto), a sobreexigencias accidentales, a condiciones de funcionamiento que son nominalmente iguales para todos los componentes (la misma vida de proyecto y perfil de misión) pero que en los hechos han demostrado ser diferentes (las exigencias a las que se somete una motocicleta dependen también de la forma de manejar de quien la monta, y de cómo esa forma varía de piloto a piloto sin llegar nunca a ser rigurosamente constante). La tasa de falla, en esta fase, nos proporciona una medida de la calidad del diseño y de los métodos de fabricación. La distribución estadística que describe en mejor forma la evolución de las fallas durante la vida útil es la función de distribución exponencial negativa, que es capaz de reflejar la independencia de la probabilidad de fallas del tiempo de funcionamiento acumulado [2, 5]. Más adelante, quedará claro que esta función de distribución constituye un caso especial de distribución de Weibull, en la que uno de los parámetros característicos adopta el valor unitario y el otro es inversamente proporcional a la tasa de falla. Cuando los componentes alcanzan la edad designada con tB en la fig. 3 empiezan a hacerse sentir las fallas por fatiga y desgaste, de manera que la tasa de falla aumenta rápidamente. En efecto, ningún componente sometido a un historial de carga real con esfuerzos de amplitud variable en el tiempo puede durar indefinidamente. Una vez agotada la vida útil del proyecto, el parámetro de daños de una cierta cantidad de componentes habrá alcanzado un valor cercano a la unidad, y el número de fallas aumentará progresivamente en el tiempo. Esta fase encuentra una descripción adecuada en la distribución normal o gaussiana en presencia de fallas por desgaste o corrosión, y con mayor frecuencia, por lo menos en los casos de fallas por fatiga, en la distribución log-normal, en la cual los análisis estadísticos no involucran las amplitudes de los esfuerzos y el número de ciclos de ruptura, sino sus

78

logaritmos. En estricto rigor, en este caso también se debería recurrir a una distribución de Weibull, pero la distribución gaussiana resulta más práctica y conveniente en relación a la reducida cantidad de datos normalmente disponible [6]. A continuación, se presentará un ejemplo para aclarar los resultados de un procesamiento de datos de ruptura por fatiga referidos a acoplamientos apernados de aleación ligera. El período con tasa de falla creciente corresponde, por lo tanto, a un deterioro irreversible de las características de la máquina, diseñada para una “vida límite”, es decir, para una duración determinada. Si dicho período se manifiesta antes del valor de vida fijado durante el diseño, significa que algunos de los componentes estaban subdimensionados, o que el historial efectivo de cargas a que fueron sometidos los componentes resultó ser más duro que la referencia adoptada durante la fase de diseño. Por razones de claridad en la exposición, al presentar las expresiones de las distintas distribuciones se comenzará por la gaussiana, alterando así la secuencia temporal correspondiente al ciclo de vida de la máquina, en parte porque dicha distribución es la más conocida y en parte por la simplicidad y el alto grado de estandarización de los análisis asociados. 4. Fallas por fatiga o desgaste de los componentes: la distribución normal y log-normal Como ya se ha dicho, al final de la vida útil, la tasa de falla se empina con rapidez. La distribución más comúnmente usada para describir la evolución de las fallas es la distribución normal o gaussiana, aún cuando la más adecuada para simular la situación real (donde los extremos de la distribución son truncos y no tendientes asintóticamente a cero) sería la distribución de Weibull [6]. La densidad de probabilidad expresada por la ley de Gauss se expresa de la siguiente forma: 1  t −   ˆ 

−  1 e 2 f(t) = 1ˆ 2Œ

2

[13]

donde µ representa el valor promedio y ˆ la diferencia cuadrática media (o desviación estándar) estimada de la muestra. El cuadrado de la desviación estándar (varianza) tiene la siguiente expresión:

79

n

1ˆ = ∑ i =1

(ti − )2 n −1

[14]

donde ti representa la i-ésima medición de la variable actual y n es el número de datos experimentales disponibles (tamaño de la muestra). Normalmente, la densidad de probabilidad se expresa utilizando la variable sin dimensiones:

z=

t − 1ˆ

[15]

que recibe el nombre de variable estandarizada. Se obtiene entonces: 1

− z2 1 e 2 f(z) = 1ˆ 2Œ

[16]

La función f(z) alcanza su valor máximo para z=0 y es simétrica respecto de este valor. Mientras menor sea el valor de ˆ , tanto más concentrados estarán los valores de las mediciones en torno a su valor promedio y, en consecuencia, tanto menor será su dispersión (fig. 4). La frecuencia acumulada correspondiente a z, es decir, la probabilidad de obtener mediciones cuyo valor sea menor o igual que z, resulta ser entonces: ∞

F(z) =

∫ 1ˆ ⋅ f ( z )dz

[17]

−∞

La gráfica de F(z) se muestra en la fig. 5 en función de la variable estandarizada z. Los valores de F(z) se encuentran tabulados en función de z en los textos de estadística más conocidos [7], así como en los manuales técnicos de mayor difusión [8]. En particular, siendo z = 1, 2 y 3 F(z) toma respectivamente los valores 0.84135, 0.97726 y 0.99867.

80

Fig. 4. Gráficas de la densidad de probabilidad gaussiana para tres valores distintos de la desviación estándar.

Fig. 5. Gráfica de la frecuencia acumulada F(z) (probabilidad de falla).

81

Dadas las características de simetría de la curva, es evidente que se cumple la relación F(−z) = 1 − F(z). Esto nos permite calcular con facilidad algunos valores notables de las probabilidades de la distribución normal. Por ejemplo, la probabilidad de que un valor esté comprendido dentro del intervalo µ − ˆ ≤ t ≤ µ + ˆ (promedio ± una desviación estándar) es del 68,26% (siendo F(z) = 0,84135 − 1 + 0,84135). Si consideramos el intervalo µ − 2ˆ ≤ t ≤ µ + 2ˆ (promedio ± dos desviaciones estándar), la probabilidad aumenta al 95,45%, y es del 99,73% en el intervalo µ − 3ˆ ≤ t ≤ µ + 3ˆ . Si t representa el tiempo de funcionamiento al cabo del cual un componente se estropea, entonces el 95,4% de las fallas estarán comprendidas en el intervalo comprendido entre el valor medio menos dos desviaciones estándar y el valor medio más dos desviaciones estándar. El 2,3% están comprendidos en la cola izquierda de la distribución, de modo que al valor µ − 2ˆ le corresponde una confiabilidad R(t) del 97,7%. Para concluir: si se conoce la expresión f(t) (o la expresión equivalente para z), se puede calcular la confiabilidad como la diferencia entre la unidad y F(t), y la tasa de fallas como la razón entre f(t) y R(t). Un ejemplo particular de aplicación de la distribución normal está representado por la fig. 6, donde se muestran datos experimentales de fallas por fatiga en experiencias con solicitudes de amplitud constante, obtenidas con acoplamientos apernados de aleación ligera. [9]. Como es habitual en el procesamiento de datos de fatiga, se efectuó el análisis estadístico bajo la hipótesis de una distribución log-normal, para cada nivel de solicitud constante, de la cantidad de ciclos conducentes a la falla. El gráfico de la fig. 6, además de la curva que representa la resistencia media a la fatiga de los componentes, muestra la banda de dispersión asociada a los niveles de probabilidad de sobrevivencia del 10% y del 90%. La curva inferior se refiere a una probabilidad de supervivencia del 97,7% (promedio menos dos desviaciones estándar), y puede considerarse como la curva de proyecto de los acoplamientos apernados. Cabe recordar que las normas vigentes acerca de estructuras de acero [10] clasifican los acoplamientos de varias geometrías y los acoplamientos apernados con doble cubrejuntas tomando como referencia precisamente este último nivel de probabilidad de sobrevivencia. En caso de que el proyectista necesite una probabilidad de supervivencia más elevada (ya sea porque resulta imposible realizar una mantención adecuada, o porque la falla de un acoplamiento podría causar el desplome de la estructura en su totalidad), las curvas de proyecto deberán bajarse según sea necesario, penalizando los valores isibles de la resistencia a la fatiga de modo que la probabilidad de falla de un componente tienda a cero.

82

$PSOLWXG GH WHQVLyQ >0SD@

Curva de proyecto

Ê&RPSRUWDPLHQWR GH URFH

¨ &RPSRUWDPLHQWR GH FRUWH &LFOR GH UXSWXUD Fig. 6. Ejemplo de distribución log-normal en referencia al comportamiento bajo fatiga de acoplamientos apernados simétricos con doble cubrejuntas (placas principales y cubrejuntas de aleación ligera). Banda de dispersión al 10-90% de probabilidad de sobrevivencia, curva de proyecto con Ps = 97,7% (promedio de ruptura menos dos desviaciones estándar). Experiencias realizadas con razón de ciclo nulo [9].

5. Hipótesis de tasa de falla constante: la distribución exponencial negativa La validez de la tasa de falla constante tomó cuerpo con las hipótesis que planteara Epstein [11] a comienzos de los años cincuenta, y que serían retomadas en la década siguiente por Barlow et al. [1]. La distribución exponencial negativa es capaz de asimilarse perfectamente a las variaciones de la tasa de fallas de los componentes electrónicos y, con bastante aproximación, a aquella de los componentes mecánicos y electromecánicos. [1, 5]. La condición que debe cumplirse es que las fallas no se deban a un deterioro paulatino, sino a “shocks” casuales. En el estudio de la confiabilidad, la distribución exponencial negativa, que corresponde a una tasa de fallas 83

constante, reviste una importancia fundamental, tanto por la relativa sencillez de los cálculos que implica su adopción, como porque una distribución de este tipo corresponde en efecto a la ley típica de los fenómenos que resultan al combinar numerosos eventos de naturaleza puramente casual. En las máquinas regidas por dicha ley, el modo de funcionamiento es independiente del instante particular de su vida que se considere, y la confiabilidad es igual para intervalos de tiempo iguales, independientemente del instante que se tome como punto inicial del intervalo (comúnmente esto se expresa diciendo que el elemento “no tiene memoria”, en el sentido de que su comportamiento es el mismo cualquiera que sea su historia previa [5]). Típicos fenómenos de esta categoría (también llamados de Poisson, por el nombre del matemático que los investigó por primera vez) son, por ejemplo, la distribución de frecuencia de los intervalos de tiempo entre dos llamadas sucesivas a una central telefónica, la distribución de frecuencia del ritmo de llegada de los pacientes a un hospital, la ley de probabilidad de falla de todos los sistemas sujetos a muchas (en el límite, infinitas) causas de falla, cada una de las cuales ocurre siguiendo una ley propia [5]. En efecto, un sistema complejo está formado en general por varios elementos que, en principio, presentan una amplia variedad de distribuciones para los tiempos de falla. En todo caso, después de transcurrido un cierto período de transición, si los reemplazos de componentes se llevan a cabo solamente después de ocurrida la falla, la tasa de falla global del sistema adopta una distribución ostensiblemente constante; ello ocurre debido a la mezcla cada vez más intrincada de componentes de edades distintas [5]. Se podría demostrar que el período de transición es más breve cuanto más dispersas sean las distribuciones de probabilidad de falla de los distintos componentes, y cuanto más difieran entre ellas las formas de dichas distribuciones. Lo anterior cobra especial importancia en el caso de los componentes mecánicos sometidos a fenómenos de fatiga. Para éstos, resulta imposible separar los eventos externos de naturaleza casual de su ley interna de desgaste,que de hecho implica un incremento del parámetro de falla (entendido como la razón entre la vida transcurrida y la vida restante), con la consiguiente posibilidad de disminución de las propiedades de resistencia del componente, aún cuando su deterioro no sea apreciable. En estricto rigor, por lo tanto, no se puede aseverar que el componente mecánico sometido a fatiga “carezca de memoria”, como ocurre, por ejemplo, en el caso de los componentes electrónicos, de manera que para lograr una vida útil de la máquina con una tasa de falla aproximadamente constante, es necesario llevar a cabo operaciones de mantención (fig. 7).

84

Intervenciones de mantención Durante la vida útil de la máquina

Fig. 7. Gráfica real de la tasa de fallas para una máquina con componentes sometidos a fatiga.

Si la tasa de fallas es constante, la función de confiabilidad toma la forma:

R(t ) = e − ⋅t

[18]

que representa una curva exponencial negativa. Se cumplen asimismo las siguientes relaciones:

f (t ) = e − ⋅t

[19]

F (t ) = 1 − e − ⋅t

[20]

A modo de ejemplo, se utiliza la expresión de la función exponencial negativa, válida para una tasa de falla constante, para estimar la probabilidad acumulada de falla F(t) y la confiabilidad R(t) de un componente como función de distintos tiempos de funcionamiento. Para los cálculos esquematizados en la tabla 1, se tomó λ = 15⋅10−6, que representa el número de fallas por hora. Es evidente que al aumentar las horas de funcionamiento, aumenta también la probabilidad acumulada de falla y disminuye paralelamente la confiabilidad, es decir, la probabilidad de sobrevivencia de un componente. Al 85

cabo de mil horas, la probabilidad de falla es del 1,5% y la probabilidad de supervivencia es muy alta (98,5%). Al cabo de 500 mil horas, la probabilidad de falla es prácticamente de un 100%, mientras que la probabilidad de sobrevivencia tiende a cero. Puede ser interesante determinar el número de horas necesarias para obtener una probabilidad de falla del 50%: para este valor de tiempo, la mitad de los componentes estarán funcionando y la mitad estarán averiados. Para R = 0,5 se obtiene un número t de horas igual a 46 210 (siendo en este caso t = ln 2/λ). Obviamente, al duplicar la tasa de falla, se reduce a la mitad el tiempo necesario para que falle la mitad de los componentes. Si en cambio fuese necesaria una confiabilidad del 99,5% (R =

Tabla 1 – Ejemplo de cálculo de la probabilidad de falla F(t) y de la confiabilidad R(t) suponiendo una tasa de fallas constante λ= 15⋅10−6 Número de fallas en el período t λ⋅t

Probabilidad acumulada de falla F(t) = 1 − e−λt

100

0.0015

0.0015

0.9985

500

0.0075

0.007

0.993

1 000

0.015

0.015

0.985

5 000

0.075

0.072

0.928

10 000

0.15

0.139

0.861

50 000

0.75

0.528

0.472

100 000

1.5

0.777

0.223

500 000

7.5

0.9994

5.53⋅10−4

Tiempo de funcionamiento (horas)

86

Confiabilidad (probabilidad de supervivencia) R(t) = e−λt

Fig. 8. Gráficas de la confiabilidad R(t) y de la probabilidad de fallas F(t) para una distribución exponencial negativa (con tres valores de tasa de fallas).

0,995), el tiempo de funcionamiento no debería superar las 334 horas (t= −ln R/λ). De esta manera, una vez establecido el valor mínimo de confiabilidad, y conociendo la tasa de falla constante, es posible determinar el intervalo para efectuar operaciones de mantención que vuelvan a cero la probabilidad de falla y a uno la confiabilidad. La fig. 8 muestra las gráficas de F(t) y R(t) para varios valores constantes de la tasa de falla. La fig. 9, por último, muestra la gráfica de la confiabilidad R(t) cuando se llevan a cabo operaciones de mantención a intervalos de tiempo preestablecidos. En la tabla 2, se muestran algunos valores típicos de la tasa de falla para ciertos componentes mecánicos de uso común. La tasa de falla fluctúa entre un mínimo y un máximo, dependiendo de la calidad de los componentes. En el caso de una máquina formada por diversos componentes, el cálculo de la confiabilidad global del sistema a partir de la confiabilidad de los componentes individuales no es en absoluto sencillo: el cálculo será diferente según si la confiabilidad de un componente individual depende o no de la confiabilidad de otros componentes (para profundizar en este tema, véanse las referencias [2, 3] y la bibliografía que en ellas se indica). En el caso más sencillo, cuando la ocurrencia de una falla en un componente no influye sobre la confiabilidad de otro componente, podemos recurrir a una combinación de dos procedimientos:

87

&RQILDELOLGDG PtQLPD DFHSWDGD

,QWHUYHQFLyQ GH 0DQWHQFLyQ 3URJUDPDGD

Fig. 9. Gráfica de la confiabilidad con operaciones de mantención programada.

L

los componentes están dispuestos en serie, de modo que al averiarse un solo componente, falla el sistema en su totalidad. En este caso, se puede calcular la confiabilidad del sistema en base al producto de los valores de confiabilidad de los componentes individuales; L los componentes están dispuestos en paralelo, es decir, son redundantes. La redundancia puede ser simple, cuando los componentes funcionan permanentemente en paralelo, o secuencial, cuando algunos componentes se encuentran en funcionamiento mientras que otros se dejan de reserva. Limitándonos por razones de simplicidad al primer caso, la probabilidad de falla del sistema estará dada por el producto de las probabilidades de falla de los componentes individuales. Se obtiene entonces la confiabilidad del sistema restando dicho producto de la unidad. En particular, para el caso de dos componentes A y B dispuestos en paralelo y cuyas confiabilidades son respectivamente RA y RB,, la probabilidad de falla del sistema estará dada por (1 − RA)⋅(1 − RB) y, por lo tanto, la confiabilidad será RA + RB − RA⋅RB.

88

Tabla 2 – Valores de la tasa de fallas para algunos componentes mecánicos

6.

Tipo de componente

λ= C⋅ 10−6 (fallas/hora) C (mín-máx)

Acoplamientos con engranajes

8 – 20

Acoplamientos elastoméricos

20 – 30

Cajas de engranajes

8 – 50

Embragues de fricción

2–8

Embragues magnéticos

4 – 10

Resortes muy solicitados

0,8 – 2,5

Resortes poco solicitados

0,01 – 0,1

Ejes muy solicitados

0,1 – 0,5

Ejes poco solicitados

0,02 – 0,1

Rodamientos esféricos

5 – 50

Rodamientos de rodillos

3 – 10

Correas

20 – 80

Pernos y remaches

0,001 – 0,001

Hipótesis de tasa de fallas decreciente: la distribución de Weibull

Como se ha dicho anteriormente, en la fase inicial, una máquina puede presentar una tasa de falla infantil que irá disminuyendo rápidamente gracias a las mejoras introducidas por las intervenciones adecuadas. La distribución de Weibull es la más usada para describir esta fase de la vida de la máquina (ya se ha observado que, gracias a su flexibilidad, escogiendo apropiadamente los parámetros característicos, esta distribución es capaz de describir con precisión incluso la fase terminal de la vida, cuando la tasa de fallas es creciente [3, 7]). El porcentaje de la población que falla en el tiempo t está dado por la siguiente expresión:

89

F (t ) = 1 − e − (t / .





[21]

siendo α y β parámetros positivos. A menudo, el parámetro α recibe el nombre de vida característica y tiene las mismas dimensiones que t (horas, meses, ciclos, etc.). Representa el intervalo al cabo del cual, independientemente del valor de β, el 63,21% de los componentes estaría averiado. El “parámetro de forma” β, por otra parte, es un número puro que para la mayor parte de los componentes y materiales se encuentra entre 0.5 y 5. Este parámetro determina la variación de la tasa de fallas, que será decreciente si β < 1 (como en el caso del ejemplo señalado más adelante) y creciente si β > 1. En consecuencia, la función de confiabilidad estará dada por:

R(t ) = 1 − e − ( t / .





[22]

Si, por ejemplo, la vida de un condensador (que es un típico componente con tasa de falla decreciente en el tiempo) queda representada mediante una función de Weibull con α = 100 000 horas y β = 0.5, la probabilidad de fallas después de un año de servicio (8 760 horas) es F(8 760) = 1 − exp[−(8 750 / 100 000)0.5] = 0.26, es decir, de un 26%. La confiabilidad, es decir, la probabilidad de sobrevivencia al cabo de dicho período, es por lo tanto del 74%. Tras dos años de funcionamiento, la probabilidad de fallas sube hasta un 34%, mientras la confiabilidad desciende a un 66%. 7.

La integración entre diseño y mantención

La responsabilidad de producto es un tema que cobra cada vez más actualidad luego de las directivas que surgen de distintos países. Se introdujo el principio de responsabilidad objetiva, que traspasa la carga de la prueba del consumidor al productor. La frecuencia de falla de un producto está en directa relación con la frecuencia de un suceso de pérdida que puede dar pie a una querella por responsabilidad. Es indispensable comprobar durante la fase de diseño que el producto respete la normativa vigente, las recomendaciones, los códigos, la literatura existente sobre patentes y todo material pertinente disponible, teniendo cuidado de dejar evidencia documentada de las actividades desarrolladas. Añádase a ello la necesidad de efectuar pruebas aceleradas bajo condiciones de operación para obtener información de seguridad adecuada. También se deberán documentar todos los esfuerzos realizados eventualmente 90

para mejorar el proyecto en base a los datos recolectados en la práctica, estando el producto ya en uso. Entre los aspectos que habrá que considerar a nivel de estudio del producto (además de aquellos relacionados con las prestaciones, la seguridad, la ingeniería y la producción) requieren especial atención aquellos vinculados con la mantenibilidad: en una máquina compleja, y aún más en una planta, es impensable garantizar un elevado nivel de confiabilidad sin prefijar un programa de mantención adecuado. Para los componentes mecánicos, como ya se ha dicho, una vez superada la fase de mortalidad infantil, la tasa de falla va aumentando con el tiempo. Si se desea evitar este inconveniente, llevando la tasa de falla a valores más bajos y la confiabilidad a valores más altos, se deberán llevar a cabo operaciones de mantención preventiva. Se entiende por mantención preventiva el conjunto de operaciones, generalmente efectuadas a intervalos regulares, cuya finalidad es asegurar el nivel prefijado de prestaciones, confiabilidad y seguridad, previendo y evitando la ocurrencia de fallas. Las operaciones de mantención preventiva se basan en inspecciones, controles y revisiones totales y parciales durante las cuales se realizan tareas de lubricación, limpieza y ajuste, se reparan o reemplazan los elementos cuyo funcionamiento presente fallas, y se revisan o se reemplazan los elementos cercanos por completar su ciclo de vida útil. Si la tasa de falla es constante y se conoce su valor, es posible llevar la confiabilidad a su valor unitario (como ya hemos visto en la fig. 9). Durante la fase de proyecto, es necesario realizar un estudio acabado del lay-out general de la máquina para asegurar una buena accesibilidad, de manera que se puedan llevar a cabo fácilmente las operaciones programadas de mantención; mientras mayor sea la frecuencia programada de dichas operaciones, mayor deberá ser la accesibilidad. El tipo de operaciones por realizar y su frecuencia se establecerán en base a un conocimiento acabado de los tiempos de caducidad de cada uno de los componentes, incluyendo los líquidos que puedan ser necesarios para el funcionamiento. Para el caso de componentes y órganos con funciones estructurales, cuando existan historiales de carga complejos o tasas de empleo muy variables en el tiempo, se podría implementar operaciones dirigidas de mantención si se conociera exactamente qué fracción de la vida del componente ha transcurrido efectivamente, aún cuando no existan defectos aparentes. En este caso, la naturaleza del problema es totalmente distinta del caso presentado en el punto anterior. En efecto, no se trata en este caso de intervenir durante el curso de la vida útil para restaurar un elevado nivel de confiabilidad de la máquina, sino más bien de identificar con certeza y con suficiente anticipación el agotamiento de la vida útil, que depende no sólo del tiempo de empleo sino además del modo en que se ha usado la máquina.

91

De ser éste el caso, se podría evitar el costo de tener que reemplazar en fechas preestablecidas un puente grúa o un montacargas que pueden haber estado sometidos a regímenes de trabajo bastante leves. Con el tipo de proyección que hoy se utiliza en el área mecánica, en general, esto no es posible, pues faltan en la estructura elementos capaces de señalar que se ha acumulado un número crítico de ciclos de carga, ya sea para la estructura en su totalidad o para algún componente especialmente importante para la seguridad del conjunto. El uso de tipos especiales de extensómetros desarrollados en el pasado para tal fin (fatigómetros) no ha dado buenos resultados, por motivos de diversas índoles. Tampoco les consta a quienes escriben que a la fecha se haya ensayado con éxito la introducción de otros tipos de “fusibles mecánicos” capaces de indicar, al averiarse, que el componente al que se encuentran vinculados ha alcanzado un número crítico de ciclos de carga. Por esta razón, la mantención estructural de máquinas, plantas y estructuras que se encuentran en servicio por un tiempo considerable implica en la actualidad la ejecución de tareas de mantención largas, difíciles y de costo muy elevado (como es el caso, por ejemplo, de los puentes ferroviarios). Lo que sí se puede hacer, en conformidad con algunas normas que se derivan del ambiente aeronáutico, y cuya implementación también en el sector de las estructuras metálicas es inminente, es estimar, por integración de la ley de Paris, la vida residual de un componente agrietado entre el valor inicial cuando se detecta la fisura y el valor final cuando el componente se rompe. Este punto se discutirá ampliamente en el próximo capítulo.

Bibliografía [1] R. E. Barlow, F. Proschan, Mathematical Theory of Reliability, Wiley, New York, 1964. [2] H. P. Bloch, F. K. Geitner, An introduction to machinery reliability assessment, 2ª ed., Gulf Publishing Company, Houston, 1994. [3] B. Atzori, F. Corsi, “L’affidabilità nella progettazione delle strutture saldate”, L’industria meccanica, mayo 1978. [4] R. K. Mobley, An introduction to predictive maintenance, Van Nostrand Reinhold, London, 1990. [5] V. D’Incognito, Progettare il sistema manutenzione, Franco Angeli, Milano, 1995.

92

[6] B. Atzori, “Procedimenti statistici ed interpretazione delle prove di fatica nei giunti saldati”, Seminario sobre “La fatiga con solicitaciones variables”, Trieste, octubre de 1978. [7] W. Nelson, Accelerated Testing. Statistical Models, Test Plants and Data Analyses, Wiley, New York, 1990. [8] Nuovo Colombo. Manuale dell’ingegnere, 81ª ed., Hoepli, Milano, 1986. [9] B. Atzori, P. Lazzarin, M. Quaresimin, “Una analisi statistica sulla resistenza a fatica di giunti bullonati in lega leggera”, Actas del XXVI Congreso AIAS 97, Catania 3-6 septiembre 1997 (International Journal of Fatigue, vol.19 (7), 1997, pp. 579-588). [10] UNI 10011/88, “Costruzioni di acciaio: Istruzioni per il calcolo, l’esecuzione, il collaudo e la manutenzione”, junio de 1988. [11] B. Epstein, “Life Testing”, Journal of the American Statistical Associetion, vol. 48, 1953.

93

94

2. Fenomenología de las fallas de las máquinas y evaluación de la vida residual por Bruno Atzori y Paolo Lazzarin

1.

Criterios que influyen sobre la filosofía de diseño y mantención

La falla de una máquina puede pertenecer a distintas tipologías; en particular, puede comprometer la funcionalidad de la máquina misma (sin que, en general, se comprometa su integridad estructural) o su integridad estructural (con una reducción parcial o total de su funcionalidad, pero comprometiéndose principalmente su seguridad). En este capítulo, tomaremos en consideración exclusivamente las fallas del segundo tipo, es decir, las que comprometen la integridad estructural de la máquina o de alguno de sus componentes, porque, por una parte, son éstas las que normalmente pueden acarrear consecuencias más graves tanto para la máquina como para las personas y el ambiente, y, por otra porque salvo productos muy especiales, no es aún práctica habitual contemplar un programa de mantención capaz de correlacionar la modalidad efectiva de uso con las suposiciones del proyecto y, en definitiva, de garantizar la posibilidad de un uso prolongado de la máquina con un alto nivel de seguridad. La falla estructural de un componente de una máquina en operación se puede atribuir principalmente a fenómenos de fatiga provocados por las numerosas repeticiones de cargas que en sí mismas no serían suficientes para causar una falla inmediata (o estática) del componente en cuestión. Algunas situaciones especiales de funcionamiento (ambiente agresivo, presencia de rozamiento o desgaste, etc.) conducen en general a una acentuación de la gravedad y la peligrosidad del fenómeno, que en la actualidad no es posible detectar sino cuando ya ha causado una falla apreciable a la vista o detectable mediante técnicas de control especiales. En ese momento, la vida residual de la estructura (de la cual depende la posibilidad concreta de detectar la falla y de actuar antes de que se produzca el colapso) varía en función de las características del componente. En las aplicaciones corrientes se da con mucha frecuencia que la vida residual sea muy reducida, siendo necesaria la parte predominante de las repeticiones de la carga para originar la fisura, sin que haya, por lo tanto, posibilidad de que aparezcan señales de advertencia, dado que la rigidez del órgano, no estando presente la fisura, no se ve comprometida y la máquina puede continuar funcionando sin problemas.

95

Por este motivo, cada vez se difunde más en el ámbito industrial una filosofía de diseño que tolera la presencia de fisuras (se trate de defectos preexistentes o bien de grietas originadas por fatiga) en los componentes estructurales. Este enfoque, acorde con el criterio de diseño tolerante a fallos (damage tolerant design), se aplicaba en un comienzo en el ámbito aeronáutico, para luego difundirse hacia otros sectores tales como el de las estructuras off-shore y el de las plantas químicas y petroquímicas. Hace pocos meses, el criterio hizo su aparición en forma explícita incluso en el esbozo de una importante norma europea, la Eurocode 9, relacionada con el cálculo y las pruebas de estructuras de aleación ligera para aplicaciones civiles e industriales [1]. Dado que se contrapone al criterio de diseño de vida segura (safe life design), cuando la norma entre en vigor este criterio tendrá importantes repercusiones sobre el cálculo de estructuras, sobre las formas de evaluación de su confiabilidad en operación y sobre la planificación de las tareas de mantención. La profundización de los fenómenos de fallas por fatiga en componentes estructurales que se caracterizan por concentración de la tensión [2] requiere, para poder mejorar los modelos predictivos, que se establezca una distinción entre la fase de origen de la fisura y la fase de propagación de la misma hasta la ruptura del componente. En efecto, el tiempo de origen se estima sobre la base de leyes que son totalmente distintas de aquellas que permiten calcular la vida residual bajo un régimen de propagación estable. Es bien sabido, sin embargo, que tal distinción no es en absoluto fácil de llevar a cabo: los expertos en materiales tienden a considerar decisivo para la nucleación el momento en que se forman las microfisuras en las bandas de deslizamiento y en los bordes de los gránulos cristalinos; en cambio, los que analizan los componentes establecen como límite entre el fin de la nucleación y el comienzo de la propagación el instante en el cual las dimensiones de la fisura pueden determinarse mediante los instrumentos disponibles (es decir, no ya micrones sino milímetros o fracciones de milímetro). Siendo realistas, por lo tanto, establecer una separación neta es un objetivo inalcanzable, tanto por la variedad de puntos de vista como porque el fenómeno se encuentra ligado no sólo con las propiedades intrínsecas del material sino también con la geometría misma de los componentes. El Eurocode 9 dirime la cuestión en forma drástica, estableciendo con precisión el valor mínimo de la longitud de las fisuras por fatiga en función de los instrumentos empleados durante las pruebas y de la ubicación más o menos crítica de la fisura detectada. Sólo cuando se supera dicho valor crítico, se adopta la filosofía del damage tolerant design y se toman las medidas necesarias para evaluar el momento en que la fisura alcanzará un valor tal que

96

será forzoso realizar operaciones correctivas en el componente estructural dañado. A pesar de que los nuevos criterios se refieren específicamente a las estructuras de aleación ligera, y no se pueden extender automáticamente a otros ámbitos industriales (ya sea porque la filosofía del safe life design todavía domina sin rivales, o porque los límites críticos de la longitud de las fisuras son considerablemente menores, aunque sólo sea por las dimensiones absolutas de los componentes involucrados), se resumirán y discutirán dichos criterios en este capítulo por cuanto representan el primer ejemplo, dentro del ámbito civil industrial, de una estandarización de procedimientos que ya ha sido adoptada en otros sectores especializados. En la segunda parte del capítulo, se presentarán los resultados de una reciente investigación empírica, llevada a cabo por quienes escriben con la finalidad de profundizar algunos aspectos ligados a las formas de origen y propagación de fisuras en planchas delgadas fabricadas con un acero para estampados que se utiliza ampliamente, sobre todo en el ambiente automovilístico. Los procedimientos experimentales y los criterios de análisis se podrán extender con facilidad a amplias clases de materiales metálicos de baja resistencia y relativamente poco sensibles a las incisiones, tales como las aleaciones ligeras laminadas o extruidas con compromiso estructural (5052, 5083, 5454, 6060, 7020 y algunas otras). El Eurocode 9 contempla dos métodos distintos para el diseño de fatiga: Safe Life Design: se basa en el cálculo del daño durante la vida teórica (de proyecto) de la estructura. Dadas las características de dispersión estadística de los parámetros de proyecto, se tenderá a privilegiar la seguridad; por lo tanto, los datos de resistencia se refieren al límite inferior de la banda de dispersión respectiva; análogamente, se adoptarán los valores más altos de las solicitaciones aplicadas. Esto nos proporcionará una estimación conservadora de la vida en presencia de fatiga, de modo que las inspecciones durante la operación no serán normalmente consideradas indispensables para la seguridad. En este caso, asume una importancia crucial la correcta correspondencia entre el historial de carga real y el de proyecto, puesto que una estimación incorrecta (o un uso inadecuado) puede conducir a rupturas catastróficas durante la operación; Damage Tolerant Design: se basa en el control del crecimiento de las fisuras de fatiga, efectuado en cumplimiento de un programa obligatorio de mantención. Cuando la fisura ha alcanzado una longitud precisa y establecida previamente, el componente involucrado será sometido a reparaciones o reemplazado. En este caso, no es tan crítica la correspondencia entre el historial de carga real y el de proyecto, puesto que una estimación incorrecta

97

(o un uso inadecuado) simplemente conduce a una modificación de la cronología contemplada en el programa de mantención. Es evidente que el método señalado en el punto 2, que tolera y controla los defectos que se originen, está estrechamente ligado a las estrategias de inspección y mantención pero, si se desea conseguir una correcta planificación de las operaciones, no puede en ningún caso prescindir de procedimientos de cálculo en los cuales se basa también el método descrito en el punto 1 (safe life design). Los procedimientos de cálculo, que se ilustran en la fig. 1, estarán basados en: a. una estimación de la secuencia de solicitaciones durante la operación; b. una estimación de la evolución de las tensiones sobre todos los puntos potencialmente críticos para la comparecencia de fisuras por fatiga; c. un método de conteo de los ciclos cuando exista un historial de carga con amplitud variable (por ejemplo, el método del estanque); d. un espectro de tensión, obtenido ordenando en forma decreciente los distintos rangos ∆σi; e. la clasificación de la pieza constructiva en cuestión, según lo indiquen las normas; f. el cálculo del parámetro de daño referido a la vida total de proyecto DL empleando la regla de Miner (fig. 1), según la cual: DL = Σ ni /Ni g. el cálculo de la vida segura TS como la razón entre la vida de proyecto TL y el parámetro de daño DL: TS = TL /DL Si la vida segura resulta ser inferior a la vida de proyecto, se podrá volver a proyectar la estructura reduciendo los niveles de tensión o reemplazando la pieza por una de categoría superior; de otro modo habrá que adoptar la filosofía del damage tolerant design, aplicándola a todo punto de la estructura donde a través del cálculo se haya encontrado un parámetro de daño DL > 1. Los puntos críticos deberán estar situados en zonas de fácil para las inspecciones, excepto cuando se puedan redistribuir las cargas siguiendo caminos alternativos y cuando las piezas hayan sido diseñadas de forma tal que se asegure la detención de las fisuras después del primer recorrido o “load path”. Los métodos de inspección deberán garantizar con bastante antelación la detección de las fisuras y la medición de su extensión antes de que éstas alcancen la longitud crítica de fractura [1].

98

)XHU]D

&LFOR GH FDUJD WtSLFR

3LH]D ;; 6HFXHQFLD GH FDUJDV

7LHPSR

&RQWHR GH FLFORV

0pWRGR GHO HVWDQTXH

(VSHFWUR GH WHQVLRQHV 7RWDO GH FLFORV &XUYD ¨Ô 1 3DUD OD SLH]D ;;

&LFORV D UXSWXUD

&LFORV 5HJOD GH GHWHULRUR Fig. 1 Procedimientos utilizados para la predicción de la vida útil en presencia de fatiga.

99

/ R Q J L W X G G H O D

/RQJLWXG FUtWLFD GH IUDFWXUD &XUYD WHyULFD GH SURSDJDFLyQ /RQJLWXG PtQ GH ILVXUD

(Para la máxima velocidad posible)

9DORU HVWLPDGR

&XUYD GH SURSDJDFLyQ HIHFWLYD

I L V X U D

Número de inspecciones

7LHPSR

Fig. 2. Estrategias de inspección para la proyectación “Damage Tolerant”.

2.

Planificación de las operaciones de mantención

En el manual de mantención, se deberá especificar que la primera inspección en cada uno de los puntos donde potencialmente podría tener origen y propagarse una fisura por fatiga, deberá llevarse a cabo antes de que haya transcurrido la vida segura TS. El manual deberá establecer exactamente los períodos de inspección siguientes, que deberán sucederse a intervalos regulares Ti, disminuyendo a medida que aumentan las dimensiones de la fisura; en todo caso, se debe cumplir que: Ti ≤ 0,5 Tf donde Tf es el tiempo necesario según los cálculos para que una fisura crezca desde una longitud ld (establecida por la Norma) hasta la longitud crítica de fractura lf. La principal novedad de la Norma reside en el hecho de que los valores mínimos para la longitud de las fisuras detectables están tabuladas (ver tabla 1) en función de los métodos de inspección, de las condiciones de las superficies y de la posición de los puntos de origen. Se aceptará valores inferiores de ld sólo si se llevan a cabo pruebas experimentales específicas capaces de demostrar que es posible detectar medidas correspondientes a fisuras más cortas con un índice de confiabilidad aceptable.

100

Tabla 1 – Valores mínimos de seguridad para la longitud ld de las fisuras (en mm) Ubicación de la fisura Superficies planas Superficies ásperas y lisas Superficies de cordones de soldadura

Incisiones agudas

Visual con amplificación

20

30

50

Test con líquidos penetrantes

5

10

15

Método de inspección

Ápices de los cordones

El manual de mantención deberá especificar qué medidas se deberán tomar en el caso de que se detecte una fisura durante las inspecciones planificadas: •

si la longitud de la fisura es inferior a ld, no es necesario, en lo inmediato, adoptar ninguna medida remedial; • si la longitud es mayor que ld, se deberá evaluar la vida residual del componente en condiciones de seguridad, sin que éste sea reparado o reemplazado. El cálculo se llevará a cabo según los criterios de la mecánica de fracturas lineales elásticas; • si la longitud de la fisura es mayor que lf, se pondrá de inmediato fuera de servicio la estructura en su totalidad. Es conveniente observar que la seguridad de una estructura depende del historial real que haya acumulado hasta ese instante, y no de los pronósticos efectuados durante la etapa de proyecto, por precisos que éstos sean. La confiabilidad de la proyección efectuada puede, por lo tanto, resultar ser totalmente ficticia al cotejarla con un caso concreto específico [3]. En general, no es posible determinar cuánta vida de trabajo ha transcurrido sino cuando ya ha comenzado a manifestarse la fisura. Por lo tanto, debemos añadir que si durante la etapa de proyecto se contempla la posibilidad de que se verifiquen las modalidades efectivas de uso de la estructura (safe life con monitoreo), podrían reducirse considerablemente los coeficientes de seguridad [3].

101

3.

Monitoreo de las fases de origen y propagación de las fisuras por fatiga

Se desea ilustrar con un nivel de generalidad suficiente las varias fases experimentales que requiere adoptar un enfoque damage tolerant, especialmente cuando es necesario fijar el fin de la fase de nucleación y el comienzo de la fase de propagación de las fisuras por fatiga en sectores distintos de aquellos contemplados en el Eurocode 9. Para tal efecto, en referencia al esbozo de la normativa ISO [4], en la segunda parte del trabajo se presentarán en forma resumida los resultados de una investigación experimental reciente [5] cuyo objetivo fue precisamente estudiar y distinguir claramente las fases de origen y de propagación de fisuras surgidas en planchas delgadas empleadas por la industria automovilística (el acero, de tipo FePO4, presentaba una tensión de ruptura de 310 Mpa aproximadamente, y una tensión de deformación inelástica de 185 Mpa). Las planchas presentaban muescas laterales simétricas en forma de U y de V, con una profundidad de 10 mm y radios de empalme en el vértice, variables entre 0,2 y 10 mm. Para estimar los tiempos de origen de las fisuras, serán empleados dos nuevos índices de daño, esta vez no basados en los valores de pick de la tensión y de la deformación en el vértice de las muescas (como lo contempla el conocido parámetro SWT), sino en valores oportunamente promediados de dichas magnitudes. Finalmente, para las distintas geometrías, se presentarán y resumirán en una sola curva de Paris los datos correspondientes a la velocidad de propagación de las fisuras. Quienes escriben adoptaron los mismos criterios y los mismos procedimientos, con resultados satisfactorios, en el curso de la caracterización de aleaciones ligeras de distintos tipos para una investigación realizada en el contexto de un proyecto Brite-Euram [6]. Las propiedades de deformación controlada del material base son indispensables para el ajuste posterior del modelo predictivo. Para su determinación, se ha tomado como referencia el esbozo de la normativa ISO [7]. Los resultados de las pruebas cíclicas, efectuadas con una razón R∈ = −1, se muestran en la fig. 3. La condición de fatiga se ha fijado en correspondencia a una reducción del 40% de la magnitud de fuerza aplicada, relacionada con el valor máximo alcanzado durante la prueba. La curva de resistencia a la fatiga en el control de la deformación, con el valor relativo característico, se muestra en la fig. 3. La curva se obtuvo suponiendo una regresión lineal en coordenadas log-log, como lo sugiere el conocido modelo de Manson-Coffin, distinguiendo la componente elástica de la componente plástica. En la misma figura, se muestran también algunos

102

ciclos de histéresis estabilizados, correspondientes a tres amplitudes distintas de solicitación.

0DJQLWXG GH 'HIRUPDFLyQ >@

• 'HIRUPDFLyQ WRWDO ¸ &RPSRQHQWH HOiVWLFD

[ &RPSRQHQWH SOiVWLFD Número de ciclos Fig. 3 Resistencia la fatiga en el control de la deformación y ciclo de histéresis estabilizados.

Para realizar el análisis de componentes con muescas, se realizaron pruebas controladas de fuerza con amplitud constante y razón de solicitación R igual a 0,1. Los especimenes consistían en placas de ancho W (50, 60 mm) con muescas laterales simétricas en forma de “U” y “V”, caracterizadas por diferentes valores del radio de los vértices (0,2-10 mm). El conjunto completo de resultados experimentales, que incluye las tres series ya incluidas en [8], se presenta en la fig. 4, junto con las correspondientes curvas de Wöhler al 50% de probabilidad de sobrevivencia. La misma figura resume además las pendientes k de las curvas y los valores de resistencia a la fatiga a 2⋅106 ciclos. Como se mostraba en el capítulo anterior, para cada serie de datos experimentales es posible obtener, a través de un análisis estadístico, la banda de dispersión respectiva cuya línea inferior, asociada con una probabilidad de sobrevivencia PS = 97,7%, constituye una referencia robusta para el diseño de “vida segura”. Los datos obtenidos con amplitud constante pueden utilizarse para estimar la resistencia a la fatiga incluso para razones nominales de ciclo distintos de R = 0,1, usando la construcción de Goodman-Smith; asimismo, estos datos podrían ser el punto de partida para obtener las curvas de Gassner correspondientes a acumulaciones de carga de distinto tipo en la fatiga con amplitud variable.

103

Se estudió la fase de origen de las fisuras en el vértice de la muesca para un número considerable de especimenes. Específicamente, los vértices fueron revisados ópticamente mediante un estereoscopio de 60 aumentos con el fin de determinar el número de ciclos necesarios para originar una “fisura

0DJQLWXG %

,

Número de ciclos

Fig. 4. Curvas de Wöhler para las 9 series consideradas.

significativa”. Las superficies sometidas a revisión habían sido previamente pulidas para hacer visibles las fisuras apicales. Una fisura se consideraba significativa cuando alcanzaba, en la superficie del espécimen, dimensiones equivalentes a la longitud ao de la “fisura intrínseca”, tal como la definen Topper et al en la referencia [9]. Este umbral de longitud coincidía además con el límite más allá del cual la fisura se hacía, en general, rebasante y comenzaba a propagarse de un modo lo suficientemente estable. Para dicha razón de solicitación, entonces, se consultó la literatura [8, 10] para obtener los valores de resistencia a la fatiga σA,50% para 2⋅106 ciclos del material base y del umbral de propagación para fisuras largas; siendo σA,50% = 123,5 Mpa y ∆Kth,0 ≅ 10 MPa ⋅ m½, la longitud de la fisura intrínseca resultaba ser ao = 0,5 mm.

104

Una vez detectado el origen de la fisura, se forzaba la ruptura de los especimenes con los mismos parámetros de prueba adoptados durante la primera fase, es decir, con fuerza controlada y con un ciclo de carga nominal idéntico (a la carga bruta de la fisura). La fig. 5 muestra en un sistema de coordenadas log-log, el número de ciclos de origen y de ruptura de los especimenes estudiados, para los distintos radios de empalme. Se puede apreciar que, en los especimenes con radios mayores, prevalece la fase de origen, mientras que en los especimenes con radios de empalme reducidos y condiciones apicales más rigurosas es más significativa la fase de propagación; ésta puede expresarse esencialmente en función de la amplitud de la tensión nominal bruta, como lo contempla la mecánica de la fractura.

0DJQLWXG %

,

Número de ciclos Fig. 5. Comparación entre las fases de origen y de ruptura final para distintos radios de empalme.

Mediante un nuevo procesamiento de los datos de la fig. 6, donde se grafica la longitud de las fisuras en función del número de ciclos, se determinó posteriormente la velocidad de propagación de las fisuras según el planteamiento más conocido de la mecánica de las fracturas lineales elásticas, que expresa dicha velocidad mediante la ley de Paris:

da dn

= C ⋅ ∆K

m

[1]

105

El valor del factor de intensificación de las tensiones se ha calculado numéricamente, según procedimientos establecidos. Más precisamente, en relación a la fractura de modo I y utilizando símbolos comúnmente usados en los textos de mecánica de fracturas, se ha empleado la expresión:

K1 = 1 nom Œ(a + d )

[2]

en la cual los términos “a” y “d” representan respectivamente la longitud de la fisura lateral y la profundidad de la muesca, mientras que el coeficiente b.

/RQJLWXG GH OD ILVXUD

Ciclo/1000

Fig. 6. Longitud de las fisuras en función del número de ciclos para los distintos radios de empalme

106

sintetiza la influencia de las características geométricas y de las condiciones de frontera para las distintas geometrías en la forma: β = βgβbβσ

[3]

En particular, βg da la influencia de la razón entre la longitud de la fisura y la sección resistente bruta; βb toma en cuenta el hecho de que la fisura se propaga desde un borde libre; βσ expresa la influencia de la no uniformidad del estado tensional. La fig. 7 ilustra punto a punto la gráfica de la razón K1/σnom, además de las gráficas relativas de las funciones de aproximación empleadas en la síntesis de los datos experimentales correspondientes a las planchas con muescas laterales simétricas. La fig. 8, finalmente, muestra los datos correspondientes a las velocidades de propagación de las fisuras en función de ∆K, resumidos en una sola curva mediante un análisis de regresión por mínimos cuadrados. El fenómeno de propagación de las fisuras es de naturaleza estrictamente probabilística. La variabilidad de la resistencia a la fatiga de los materiales y la aleatoriedad de las cargas aplicadas hacen que adquiera gran interés el tratamiento estocástico del proceso de propagación del defecto. Ya se

Fig. 7. Gráfica de las funciones de aproximación Kt / σnom.

107

Fig. 8. Velocidad de propagación de las fisuras para planchas con muescas laterales.

encuentran en la literatura [11] ejemplos de modelado del proceso de acumulación de los daños basados en la aplicación de modelos semiMarkovianos finitos y en la utilización de códigos de cálculo que, desarrollados en un comienzo para recipientes y tuberías de reactores nucleares, han sido luego aplicados a las tuberías de alta presión en plantas químicas. En la ecuación [1], la estocasticidad quedaría determinada, por ejemplo, por las constantes C y m, que se suponen variables aleatorias definidas por distribuciones adecuadas. Sin embargo, para un uso provechoso de los modelos, es necesario disponer de un conjunto completo de funciones modelo relativas al mismo material, a la misma geometría, a las mismas condiciones ambientales y a la misma tipología de cargas aplicadas [11]. Por lo tanto, siendo realistas, podemos pensar que en el futuro próximo, dichos modelos seguirán hallando aplicación práctica sólo en sectores altamente especializados.

108

4.

Modelos predictivos del comportamiento bajo fatiga

Para predecir el comportamiento bajo fatiga de un componente estructural genérico, es necesario emplear modelos distintos para la fase de origen y la fase de propagación. En el caso del diseño safe life, reviste una importancia fundamental el cálculo de la fase de origen, tanto porque se debe evitar que la fisura se propague como porque, aun cuando así ocurriera, no se han contemplado operaciones capaces de detectarla. En el caso del diseño damage tolerant, en cambio, es fundamental el cálculo de la fase de propagación, y más precisamente el cálculo de la vida residual correspondiente a una longitud de propagación dada que la fisura haya alcanzado. Comenzando por este segundo caso, que resulta ser el más importante desde el punto de vista de la mantención (aun cuando es de todos modos necesario efectuar una estimación correcta del tiempo de origen para planificar las inspecciones en la primera etapa de vida de la estructura), la predicción de la vida residual de una estructura que exhibe una fisura de longitud inicial ai se puede determinar mediante la expresión: af

Nf =

da

∫ C(. ⋅ ∆1

ai

nom

[4]

Œ, ) m

en la cual el factor de forma α es en general función de la longitud de la fisura y la variación de la tensión nominal ∆σnom se refiere a las secciones ubicadas delante y detrás de la zona fisurada. El límite superior de integración af representa la longitud final de la fisura, a partir de la cual la propagación adopta un carácter inestable, produciéndose un colapso instantáneo del componente (ruptura de tipo estático). La expresión [4], aparentemente sencilla, debe ser aplicada tomando las debidas precauciones para el caso de componentes complejos, debido a las distintas formas posibles de propagación de la fisura y a la variabilidad del rango de tensiones en las zonas por donde cruza la fisura al propagarse (para un ejemplo de aplicación de las formas de cálculo, ver, por ejemplo, la referencia [11]). Por lo que respecta a la predicción de la fase de origen, se puede seguir fundamentalmente dos caminos. El primero, aplicable a situaciones en las que ya existan fisuras o muescas agudas (como, por ejemplo, en el caso de estructuras soldadas), considera despreciable la fase de origen en relación a la vida total del componente y, privilegiando la seguridad, se limita a calcular solamente la vida correspondiente a la fase de propagación. En cambio, el segundo camino, que se deberá aplicar en todas las demás situaciones, requiere que se calcule la vida de origen, lo que será tanto más difícil cuanto más complicado sea el rango de tensiones en la zona de origen potencial de la 109

fisura. En un primer nivel, para que se pueda realizar el cálculo, es necesario evaluar el coeficiente Kt de concentración de las tensiones, y estimar la vida bajo fatiga en base al historial de cargas postulado según el enfoque clásico [2]. Un enfoque más moderno, que hoy se aplica frecuentemente en códigos de cálculo para la comprobación de la fatiga, emplea como índice de daño el parámetro SWT [9], aplicándolo directamente al vértice de la muesca:

SWT = 1 max ⋅ E ⋅ 0 a

[5]

donde E es el módulo de elasticidad del material, mientras que σmax y εa son, respectivamente, la tensión máxima y la amplitud de deformación en el vértice de la muesca. En los casos de plasticidad local, estos valores de tensión y de deformación pueden obtenerse directamente mediante la regla de Neuber [13], por lo menos cuando exista un estado llano de tensión. Sin embargo, es menester recordar que los mismos creadores del parámetro SWT sugirieron reemplazar el coeficiente teórico de concentración de las tensiones Kt con el coeficiente de reducción de la resistencia por fatiga Kf [14], con el fin de evitar, especialmente en presencia de radios de empalme reducidos, estimaciones demasiado conservadoras de los tiempos de origen. No obstante, dado que resulta difícil evaluar Kf con precisión, se ha consolidado el método de estimación más simple basado en Kt (véase, por ejemplo, la referencia [12] para una de las contribuciones más recientes). En lo sucesivo, se presentará una extensión poco convencional de la definición de SWT, que resulta de especial utilidad precisamente en los casos críticos, donde se tiene simultáneamente un material con un bajo límite de

Fig. 9. Valores experimentales del número de ciclos para originar las fisuras según el parámetro SWT.

1~PHUR GH FLFORV 110

deformación inelástica y componentes con fisuras excepcionalmente severas. La fig. 9 muestra la curva experimental del material base expresada en función del parámetro SWT; la curva se obtuvo utilizando los datos de la curva de resistencia bajo fatiga con deformación controlada, que ya hemos visto en la fig. 3, y de la curva cíclica estabilizada (cuyos coeficientes característicos K’ y n’ se muestran también en la misma figura). Luego se tomaron en cuenta las determinaciones experimentales del número de ciclos necesarios para originar las fisuras; en el caso de los especimenes para los cuales no había sido determinado experimentalmente el número de ciclos, éste se estimó restándoles a los datos de ruptura el número de ciclos necesarios para la propagación, obtenido por integración de la curva de Paris experimental. Para cada punto, ya sea obtenido experimentalmente o estimado en base a la ruptura, se calculó el valor de SWT en el vértice. Estos puntos se muestran también en la fig. 9, empleando símbolos de distinta forma según el radio de empalme, y con distintos sombreados según se trate de puntos efectivamente medidos o sólo estimados. Es evidente que el enfoque local, basado en el estado de tensión y deformación estimado en el vértice para un campo elástico-plástico empleando Kt, produce errores de aproximadamente un orden de magnitud en el cálculo de los tiempos de origen, especialmente en el caso de los radios de empalme menores. Ello depende también, como es obvio, de la definición adoptada para la fase de origen que, como se ha dicho, se ha establecido en el instante en que las fisuras de fatiga alcanzaban justamente las dimensiones de la fisura intrínseca ao. Para mejorar la estimación del tiempo de origen, parece ser necesario reformular la idea, ya presente en [12], de reemplazar Kt con un valor más significativo para la resistencia del componente bajo fatiga. En particular, en un campo elástico-plástico, se puede usar también los parámetros recomendados en el caso de un campo elástico para estimar la reducción del límite de fatiga de las piezas con muescas [16], parámetros que no están ya ligados a los picks de tensión y de deformación apical, sino a valores promediados según corresponda de estas magnitudes. El primer parámetro se basa en el estado tensional medio en el entorno del vértice, el segundo en el estado tensional a una distancia determinada del vértice en cuestión. Ambos tienen dimensiones de tensión y se les designará

111

mediante σav y σd. Aplicando nuevamente el criterio subyacente al parámetro SWT, al cuantificar la influencia del valor medio de la tensión presente, la definición de estos parámetros resulta ser la siguiente [5]:

1 av =

1 2ao

∫

2 ao

0

1 max ( x)dx ⋅ E ⋅ ∫

1 d = 1 max (ao ) ⋅ E ⋅ 0 a (ao )

2 a0

0

0 a ( x)dx

! + 2ao ! + ao

[6]

[7]

donde, en el caso del acero para estampados en cuestión, 2ao = 1 mm. Es evidente que el valor de ao, que varía según el material, juega un papel esencial en la determinación de las dos cantidades aludidas: mientras mayores sean las propiedades de resistencia bajo fatiga del material y menores los valores de su ∆K de umbral, tanto menor resulta ser ao y mayor la sensibilidad a la incisión de la pieza. En forma análoga a lo realizado en la fig. 9, los gráficos pueden construirse situando en las ordenadas, para los puntos experimentales, el parámetro σav (fig. 10) o el parámetro σd (fig. 11), ambos calculados en forma numérica. Los valores se comparan con la resistencia del material base con deformación controlada, expresada en términos de SWT. En cada uno de estos casos, se obtiene una correlación decididamente mejor entre el comportamiento del material y los valores experimentales del tiempo de origen. Puede ser conveniente observar que, en un campo de tensión uniforme como el que caracteriza a los especímenes lisos empleados para clasificar el material base, las expresiones de los dos nuevos parámetros entregan los mismos valores de SWT. Esto ocurre incluso si la longitud ao tiende a cero. Finalmente, en la fig. 12 se comparan la vida total de los especimenes determinada en forma experimental y la vida total estimada sumando el número de ciclos para originar la fisura (calculado con el parámetro σav) y el número de ciclos de propagación (obtenido por integración de la ley de Paris). Se puede apreciar que las estimaciones, aun cuando privilegien siempre la seguridad, son en su conjunto más que satisfactorias, dada la variedad de radios de fondo de las muescas a los que se aplicó el nuevo criterio de daño.

112

0DWHULDO EDVH

Con muesca activación activación Medida estimada

3 3 3 3



O M • †

Š N

¹

¦

1~PHUR GH FLFORV Fig. 10. Valores experimentales del número de ciclos necesarios para originar las fisuras según el parámetro σav

0DWHULDO EDVH

Con muesca activación activación

3 3 3 3

0HGLGD HVWLPDGD



O M • †

1~PHUR GH FLFORV Fig.11.– Número de ciclos de origen según el parámetro σd

113

Š N

¹

¦

Fig. 12. Comparación entre los resultados experimentales y los valores estimados.

Bibliografía [1] Eurocode 9: Design of aluminium alloy structures. Part 2. Structures susceptible to fatigue. Draft. August 1995. [2] S. Suresh, Fatigue of Materials, Cambridge U.P., 1991. [3] B. Atzori, “L’affidabilità nella progettazione delle strutture”, Proc. Int. Conference “Technological Innovations in Civil Protection”, Firenze, 1720 marzo 1993 (editores P. Citti, A. Amendola). [4] ISO/TC 164/SC5/WG6, “Metallic materials. Fatigue Testing. Fatigue crack growth method”, Working draft, 1996.

114

[5] P. Lazzarin, R. Tobo, “Analisi sperimentale dello sviluppo della rottura per fatica in provini intagliati”, Atti del XXIV Convegno Nazionale AIAS, Parma, septiembre 1995. [6] BRITE/EURAM Project n. 5249 “Design and dimensioning of highly stressed welded light alloy components”. Contract Nº BRE –CT92– 0181 BE 5249. [7] ISO/TC 164/SC5/WG2, “Metallic materials. Fatigue Testing. Axial strain controlled method”, Working draft, 1996. [8] B. Atzori, P. Lazzarin, R. Tobo, “Evaluation of the Fatigue Strength of a Deep Drawing Steel”, Österreichische Ingenieur und Architekten Zeitschrift, Jg 137, 1992, pp. 556-561. [9] M.H. El Haddad, T. H. Topper, K.N. Smith, “Prediction of NonPropagating Cracks”, Eng. Fract. Mech., 11, 1989, pp. 573-584. [10] K. Tanaka, “Mechanics and Micromechanics of Fatigue Crack Propagation”, ASTM STP 1020, Philadelphia, 1989, pp. 151-183. [11] G. Picciolo, B. Atzori, U. Grassini, Papadopoulos I.V., Solomos G.P., “La pianificazione della manutenzione in base alla valutazione dela vita residua”, Manutenzione, agosto 1994, pp. 21-27. [12] K. N. Smith, P Watson, T. H. Topper, “A Stress – Strain Function for the Fatigue of Metals”, J. of Materials, JMLSA, 5, n°. 4, 1970, pp 767-778. [13] H. Neuber, Theory of Notch Stresses, Springer-Verlag, Berlin, 1958. [14] T. H. Topper, R.M. Wetzel, J. D. Morrow, “Neuber’s Rule Applied to Fatigue of Notched Specimens”, Journal of Materials, JMLSA, vol. 4, n. 1, 1969, pp. 200-209. [15] X. L. Zheng, “Modelling Fatigue Crack Initiation Life”, Int. J. Fatigue, vol. 15, n. 6, 1993, pp. 461-466. [16] P. Lazzarin, R. Tovo, “Parametri di campo per la valutazione della resistenza a fatica”, Atti del XXIV Convengo Nazionale AIAS, Parma, settembre 1995.

115

116

3. Estrategias de mantención por Adolfo Arata y Raúl Stegmaier

1.

Análisis de confiabilidad

En las últimas décadas las empresas productivas y de servicios se han visto en la obligación de flexibilizar su sistema productivo, como una forma de responder a los requerimientos de mercados cada vez más exigentes y cambiantes. Esto las ha llevado a implementar nuevas técnicas en la gestión de sus operaciones para lograr así una mayor productividad, mejor calidad, mayor velocidad de respuesta y mejor imagen, en definitiva, lograr una sólida posición competitiva en el mercado. Esta evolución productiva ha traído consigo además de una filosofía de gestión, nuevas tecnologías, equipos e instalaciones más complejas, donde las fallas en general traen consigo elevados costos globales. La cuantificación de estos costos globales considera no sólo los costos tradicionales, sino también los costos ocultos asociados con la seguridad de funcionamiento de las instalaciones, que responden más bien a costos probables propios del riesgo operacional. El siguiente capítulo aporta conceptos y herramientas para poder decidir, basado en un análisis de componentes y sistemas, la alternativa que minimiza el costo global durante todo el ciclo de vida del equipo y de las instalaciones. 1.1 Costo durante el ciclo de vida A la hora de evaluar proyectos, y tomar decisiones relativas a la compra, renovación o mejoramiento de un equipo o sistema, es necesario analizar el efecto económico de dichas decisiones durante todo el horizonte de vida del proyecto. Con frecuencia se observa evaluaciones donde se considera tan sólo la inversión y los costos de operación visibles. Sin embargo esto constituye un error, ya que los costos de operación pueden estar fuertemente influenciados por las detenciones no programadas de las instalaciones. Incluso algunas veces se presupuestan los costos de mantención como una fracción de la inversión, desfavoreciendo inversiones mayores que persiguen reducir los costos de operación a través de una mayor seguridad de funcionamiento.

117

El modo de enfrentar un proyecto para revertir lo anterior es considerar métodos de análisis integral. Esta forma de abordar el problema es conocida como Life Cycle Cost (L.C.C.) o análisis en el ciclo de vida. El análisis basado en el L.C.C. lleva a identificar los costos globales de una instalación industrial o equipo durante el ciclo de vida, es decir, desde su concepción hasta el fin de su vida económica.

&RVWR

'HFLVLyQ WUDGLFLRQDO

,QYHUVLyQ 2SHUDFLyQ

'HFLVLyQ FRUUHFWD

Fig. 1. Costo durante el ciclo de vida.

En la Fig. 1 se presenta la manera en que una solución orientada fuertemente hacia una reducción de los gastos asociados al desarrollo e implementación del proyecto no necesariamente representa la mejor solución económica durante todo el ciclo de vida del equipo o instalación. Para este análisis general, es necesario no sólo considerar los costos tradicionales o visibles, sino también aquellos costos ocultos asociados con la cuantificación de la falta de producción (ventas no realizadas), originadas por las más diversas razones, como por ejemplo fallas en los equipos o la producción de productos defectuosos. La teoría de confiabilidad es un importante instrumento para predecir el comportamiento operacional, ayudando a decidir por aquellas mejores soluciones, ya sea a nivel de desarrollo del proyecto como durante el ejercicio del mismo. En definitiva el objetivo es lograr minimizar el costo global de una operación industrial durante todo el ciclo de vida. Un elemento importante en la búsqueda de los costos globales es la cuantificación de los costos ocultos presentes en una instalación industrial, y dentro de estos, uno de los relevantes es el costo de ineficiencia que representa el “gasto” que resulta del hecho que las instalaciones y equipos, por motivo de

118

fallas o de tensiones no programadas, no responden a los estándares de capacidad productiva, por los que fueron originalmente concebidos. El costo de ineficiencia está dado por: Ci= Cf · T donde Cf es el costo de falta que normalmente tiene dos valores uno para detenciones pequeñas y otro valor más representativo para detenciones mayores y T representa el tiempo de dicha detención. El costo de falta está dado por la diferencia entre lo que se deja facturar (F’) y los costos variables (Cv’) que se dejan de gastar durante el período de detención (T), es decir : Cf = (F’- Cv’)/ tiempo de operación El costo de ineficiencia se puede reducir: Al nivel de ejercicio operacional a través de un: • mayor gasto asociado a la contratación de terceros o por trabajos extraordinarios y • mayor gasto asociado a una mejor gestión de mantenimiento. Al nivel de proyecto a través de un : • mayor costo asociado a un sobredimensionamiento de la capacidad productiva • mayor costo por el aumento de la seguridad operacional de la instalación (mayor redundancia) En el gráfico de la fig. 2 se observa el comportamiento de los costos de ineficiencia y de inversión al variar el grado de redundancia de las instalaciones. A mayor grado de redundancia se tiene menores costos de ineficiencia, pero se requiere de una inversión más elevada, mientras que para un bajo grado de redundancia se requiere de una inversión baja, pero se tiene mayores costos de ineficiencia. Evidentemente el grado de confiabilidad óptima viene dado por los costos totales mínimos.

119

&RVWR &RVWR 7RWDO

&RVWR GHO VLVWHPD ILMR &RVWR GH LQHILFLHQFLD YDULDEOH &DSDFLGDG Fig.2. Comparación entre el costo de ineficiencia y de inversión.

2.

Teoría de confiabilidad aplicada a sistemas

Las fallas de un equipo en una instalación industrial no necesariamente se presentan por causas claras y asignables a condiciones preestablecidas, más bien muestran un comportamiento aleatorio con características propias de cada componente, equipo o sistema. Lo anterior queda de manifiesto al analizar las distintas fallas en equipos similares de una instalación industrial sometidos a condiciones de operación comparables. Las fallas pueden ser provocadas por causas asignables o aleatorias. Las fallas por causas asignables tienen un estudio y solución a través del control de los hechos que las provocaron. En cambio las fallas aleatorias son propias del componente, equipo o sistema y requieren un análisis más complejo. Reconociendo que el tiempo al cual un elemento falla puede ser modelada como variable aleatoria, es posible establecer lo siguiente: “La confiabilidad se define como la probabilidad de que un elemento funcione sin fallar durante un período de tiempo determinado bajo condiciones ambientales y de entorno preestablecidas”. Esta definición trae consigo el reconocimiento de que un equipo en cualquier instante de su vida útil puede estar sólo en dos estados, en funcionamiento o en falla, bajo condiciones externas conocidas. Cabe destacar que no siempre es sencilla la identificación de los estados de funcionamiento y

120

fallas de un equipo o sistema; en el caso de equipos eléctricos y electrónicos es muy fácil esta identificación por las características binarias entre operación IW )DOOD ,QVWDQWiQHD

)W

5W

)W

Fig. 3. Representación general de la función de densidad de probabilidad de fallo.

y fallas. Por otro lado en sistemas mecánicos es más difícil hacer esta diferencia, ya que existen estados intermedios entre la falla y el buen funcionamiento que puede afectar la producción en términos de calidad, cantidad y tiempo. Fijadas las condiciones en las que se reconoce que el equipo o sistema está en falla bajo un entorno establecido, la confiabilidad de un elemento es función solamente del tiempo, cuyas características dependen única y exclusivamente de la distribución de probabilidades con la que la falla pueda darse en el tiempo. De acuerdo a lo anterior podemos decir que el aumentar la confiabilidad a mínimos costos globales debe ser el objetivo de todo profesional que desarrollase un trabajo en áreas de proyecto y mantención. Una de las formas de aumentar la confiabilidad de un sistema es incrementando los costos de inversión, ya sea la incorporación de mejores equipos o por diseños que mejoren la continuidad de operación de las instalaciones. Por otra parte el aumentar el grado de confiabilidad disminuyen los costos inherentes a las fallas de los costos de mantenimiento, que inducen a un descenso en los costos asociados a los repuestos y a los derivados de la falta de producción. En el gráfico de la Fig. 3 se muestra la función de falla f (t) o función de densidad de probabilidad de falla, que representa la probabilidad que un elemento falle en un instante de tiempo, y sus respectivas acumulaciones que indican la probabilidad de falla acumulada F(t) y la confiabilidad respectivamente R(t).

121

Conocida la ley de probabilidad que explica el comportamiento hacia la falla de un componente, es posible describir o identificar otro indicador importante de la seguridad de funcionamiento de un sistema. Este concepto es el tiempo medio entre fallas para equipos reparables o tiempo medio hasta la falla para los no reparables. Por definición el MTTF (Mean Time To Failure) o MTBF (Mean Time Between Failure) viene dado por: ∞

∞

0

0

MTBF = ∫ t ⋅ f ( t ) dt =

∫ R (t )dt

La confiabilidad de un elemento puede ser caracterizada a través de distintos modelos de probabilidades. Este modelamiento está condicionado a la etapa de vida en que se encuentre el elemento (ver “curva de la bañera” en el capítulo 1, parte II “optimización del ciclo de vida”). Las funciones de importancia para la caracterización de la confiabilidad son f(t), R(t), F(t), λ(t) donde conocida una de ellas es posible establecer las demás. Por otro lado, dada la curva de la bañera es posible modelar el comportamiento en cada una de las tres etapas de la tasa de falla a través de leyes conocidas de probabilidades. En la fase de rodaje la tasa de falla es decreciente y el modelo matemático que se adapta a esta situación se representa con la distribución de Weibull:  β  t −γ  λ (t ) =   ⋅   α   α 

β −1

con β < 1

Es importante destacar que debido a su gran capacidad de parametrización la distribución de probabilidad de Weibull es muy difundida en estudios de confiabilidad, dado que, dependiendo del valor de sus parámetros (α,β,γ) es posible modelar todos los estados en la vida de un elemento. En la fase de vida útil, la tasa de fallas es sensiblemente constante. En este caso la función de confiabilidad toma la forma de:

R (t ) = e − λ t que es una exponencial negativa así se puede tener que:

f (t ) = λ e − λ t

F (t ) = 1 −e − λ t

122

En el caso de tasa de falla constante, tendremos: MTBF

=

∞

∫

R ( t ) dt =

0

∞

∫e

−λ t

dt = 1

0

λ

Para el cálculo de la confiabilidad, la distribución exponencial correspondiente a tasas de fallas constantes tiene una importancia fundamental. Esta importancia deriva esencialmente de dos hechos: el primero es que los cálculos para este caso, son notablemente sencillos, hecho de gran importancia al tratar sistemas complejos; el segundo es que esta distribución es la ley típica de ocurrencia de los fenómenos puramente casuales; esto es, aquellos cuyas causas son exclusivamente accidentales. En la fase de desgaste es posible utilizar una distribución normal para modelar las fallas producidas por desgaste o fatiga. Por lo tanto las funciones f (t), R (t), λ(t) vienen dadas por: t−µ  σ 

1   − 1 2  f (t ) =  e  σ 2π 

2

λ (t ) =

R (t ) =

∞

∫

f ( t ) dt

MTBF = µ

t

e ∞

∫e

−1

t−µ  2  σ 

−1

t−µ  2  σ 

2

2

dt

t

Para el modelamiento matemático de la confiabilidad las distribuciones Weibull, exponencial, normal, son muy relevantes dado que su consideración permite caracterizar cada uno de los períodos de la vida de un elemento. En la fig. 4 se representa un resumen de las funciones de densidad de probabilidad comúnmente usadas para modelar la confiabilidad de componentes y sistemas. En el análisis de confiabilidad es interesante recordar la hipótesis de que el elemento posterior a una detención por mantención queda como nuevo (good as new).

123

DISTRIBUCION WEIBULL

MTBF

 β   t −γ  λ (t ) =   ×   α   α  f (t ) =

β t −γ    α  α 

R (t ) = e

β −1

 t −γ  −   α 

×e

FORMA GRAFICA

TASA DE FALLA

β −1

 t −γ  −   α 

β

 β + 1  γ + α × Γ  β 

β

EXPONENCIAL NEGATIVA

f (t ) = λ e − λ t R(t ) = e − λ t

1 λ

NORMAL

λ (t ) =

e ∞

∫e

 t −µ  −1  2  σ 

 t −µ  −1  2  σ 

2

µ

2

dt

t

f (t ) =

− 1 e σ 2π

( t −µ )2 2σ 2

t

R (t ) = 1 − ∫ f (t ) dt 0

Fig. 4. Funciones de densidad de probabilidad comúnmente utilizadas en confiabilidad.

2.1 Confiabilidad de sistemas La confiabilidad es función de la complejidad del sistema. Entonces es fundamental establecer esta relación para cada configuración. En otras palabras se trata de definir la forma en que cada componente individual afecta el buen funcionamiento del sistema:

Rs(t) = f(Ri(t))

i = 1,2,3,...,n

124

donde Rs(t) representa la confiabilidad del sistema y Ri (t) la de cada uno de los n elementos componentes del sistema. La importancia de la confiabilidad del conjunto viene dada por lo siguiente: • Si se conoce el comportamiento de cada componente se puede deducir el comportamiento del sistema. • Es posible jerarquizar sobre la base de componentes críticos • Evaluar el efecto de una mantención de un componente sobre el sistema. • Orientar las estrategias de mantenimiento para el sistema • Analizar y disponer las acciones correctivas más eficaces • Proyectar los sistemas con características óptimas mediante la duplicación de algunas funciones La confiabilidad de un sistema no es otra cosa que la probabilidad de ocurrencia del acontecimiento “no falla” que, a su vez, es el resultado del comportamiento de los componentes individuales en consecuencia, las reglas aplicables a la combinación de confiabilidad en sistemas, son las aplicables a la combinación de probabilidades de elementos. Es importante para el análisis de sistemas el grado de independencia o de dependencia entre los distintos elementos que lo componen, por lo que es necesario considerar los dos casos siguientes: •

La falla de un elemento constituyente de un sistema es casual y estadísticamente independiente del hecho de que se produzca una falla en otro elemento del sistema. • La definición entre el estado de funcionamiento y el de falla es dependiente (o no) del modo en que funcionen las otras partes del sistema. Estos casos obligan a establecer cuidadosamente la subdivisión del sistema para satisfacer el último caso. El funcionamiento de un sistema desde el punto de vista de confiabilidad se representa gráficamente mediante esquemas de bloqueo adecuadamente conectados entre sí, en los que cada bloque representa un subsistema o un componente. De acuerdo a lo anterior, se define como sistema en serie cuando la falla de uno de sus elementos (cualquiera), que ha de considerarse como un acontecimiento independiente, determina la falla del sistema en un conjunto (fig. 5).

Fig.5. Sistema en serie.

125

La confiabilidad del sistema en serie corresponde a la probabilidad de que todos los elementos (o subsistemas) no fallen en un tiempo determinado. Esta probabilidad viene dada por la multiplicación de las probabilidades de un buen funcionamiento de todos los subsistemas en el período de tiempo dado. Si consideramos un sistema compuesto por n elementos, tenemos:

n

Rs (t ) = R1(t ) R 2(t )........Rn(t ) = ∏ Ri (t ) i =1

donde Rs(t) y Ri(t) indican la confiabilidad del sistema y de cada elemento o subsistema respectivamente. Desarrollando la expresión podemos escribir:

Rs ( t ) = e

−

∫

λ s ( t ) dt

n

n

i =1

i =1

= ∏ Ri ( t ) = ∏ e

−

∫

λ i ( t ) dt

donde λs(t) y λi(t) representan respectivamente la tasa de fallas del sistema y de cada elemento o subsistemas en particular.

De la relación anterior se puede deducir lo siguiente:

n

λs( t)= ∑ λi( t) i =1

Si las tasas de fallas de los subsistemas o elementos fuesen constantes también lo serían las del sistema completo. Así la relación sería la siguiente:

126

n

Rs (t ) = e

− λst

=e

∑ i =1

λi t

donde

n

λs = ∑ λi i =1

Además para λi = constante, se tiene: MTBFi = 1

; λi

MTBFs = 1

λs

Cuando un elemento o sistema se encuentra en la etapa de madurez (tasa de falla constante) se facilitan en gran medida los cálculos. Ejemplo: Calcular los indicadores de confiabilidad de seguridad de funcionamiento de un proceso (bomba- filtro) a un año de operación (8.760 hrs. de operación):

J u g o y p u lp a

ju g o

p u lp a

Fig. 6- Sistema de Bomba – Filtro.

Los componentes en cuestión, es decir la bomba y el filtro se encuentran en serie, ya que la falla de uno de los dos hace que se detenga el proceso en su totalidad.

127

Todos los componentes están en la etapa de madurez. La tasa de falla es 1,5 · 10-4 [1/h] para la bomba y 3 · 10-5 [1/h] para el filtro.

Fig. 7. Diagrama lógico sistema Bomba - filtro.

Resolución: (tasa de falla constante) Dado que la tasa de falla de cada elemento es constante y están desde el punto de vista de lógica de falla en serie, la tasa de falla del sistema viene dada por: λs= 1,5· 10-4 + 3· 10-5 = 1,8· 10-4 [1/h] y la esperanza de vida del sistema esta dado por: MTBFs = 1/λs = 5.555 horas. Donde los demás indicadores de seguridad de funcionamiento son: -4

Rs(8.760) = e-(1,8· 10 · 8760) =0,2066 Fs (8.760) = 1- Rs(8.760) = 0,7934 Entonces se espera que el sistema completo falle cada 5.555 horas. La confiabilidad a las 8760 horas es de 20,66 % . Otra configuración bastante común desde la perspectiva de lógica de falla, es la configuración en paralelo. Estos sistemas forman parte de los llamados sistemas redundantes, en donde algunas funciones están duplicadas o triplicadas (en general multiplicadas) con el fin de obtener una mayor confiabilidad de los sistemas. En términos generales existen dos tipos de redundancia en paralelo (fig.8): •

La redundancia total, es decir el sistema en el cual un elemento por sí solo es capaz de soportar el buen funcionamiento del sistema. • La redundancia parcial en la cual un grupo de elementos es capaz de soportar el buen funcionamiento del sistema. 128

Fig. 8. Sistemas en paralelo.

Para determinar la confiabilidad del sistema con redundancia total, al igual que los sistemas en serie, se basa en las leyes del cálculo de las probabilidades, es decir evaluando los escenarios de buen funcionamiento del sistema. En la fig. 9 se representan los eventos del buen funcionamiento de un sistema en paralelo con redundancia total de los elementos (A y B). Elemento A 1.- Funciona 2.- Funciona 3.- No funciona

Elemento B Funciona No funciona Funciona

Probabilidad del sistema Funciona RA · RB Funciona RA · (1-RB) Funciona (1- RA) · RB

Fig. 9. Escenarios de buen funcionamiento de un sistema en paralelo redundancia total.

Debido a que los escenarios de buen funcionamiento son independientes entre sí, la probabilidad de buen funcionamiento del sistema queda definida por la suma de los eventos antes mencionados. Una forma de simplificar estos cálculos y de mucha utilidad cuando existen más de dos elementos constituyentes del sistema, es analizar la probabilidad de falla del mismo. La probabilidad de falla (F(t) =1-R(t)) de un sistema en paralelo, de acuerdo a las definiciones dadas anteriormente (considerando independencia entre los elementos de un sistema), considera que la falla del sistema ocurre cuando fallan simultáneamente todos los elementos que lo componen. Por lo tanto se tiene:

129

n

Fs (t ) = F1(t )F 2(t )........Fn(t ) = ∏ Fi (t ) i =1

De acuerdo a lo anterior la confiabilidad del sistema se puede escribir como: n

Rs(t ) = 1 − Fs(t ) = 1 − ∏ Fi (t ) i =1

En el caso particular de un sistema en paralelo redundancia total de dos elementos iguales (A y B):

R A = RB = e − λ t

Rs (t ) = 2e − λ t − e −2 λ t

∞

MTBFs = ∫ Rs(t )dt = 3 λ 2 0

Por lo tanto, el tiempo medio entre falla del sistema es superior en un 50 % al de sus componentes individuales. Ejemplo: Caso de dos generadores de electricidad de la misma capacidad que funcionan simultáneamente a la mitad de esta. Si uno falla el otro es requerido a su capacidad máxima. Los generadores son de la misma marca y el mismo modelo y su tasa de falla es de λ=9 · 10-6 [1/h] en la etapa de madurez. Calcular los indicadores de confiabilidad a las 8.760 horas (un año de funcionamiento). Los indicadores de seguridad de operación de este sistema al año son: -6

-6

Rs(8.760) = 2e-(9· 10 · 8.760)- e-(2 · 9· 10 · 8.760) = 0,994 Fs(8.760) = 1 - Rs(8.760) = 5,7· 10-3 MTBFs = 3/(2 · 9· 10-6)=166.667 horas. Se esperan fallas cada 166.667 horas y la confiabilidad al año de operación (8.760 hrs.) es de 99,4%.

130

En el caso de sistemas en paralelo con redundancia parcial, una cierta combinación mínima de los elementos debe estar en operación para que el sistema funcione. La confiabilidad viene dada por: n  n Rs = P (r ≤ j ≤ n )= ∑  R j (1 − R ) n − j j =r  j 

Donde R(t) es la confiabilidad para un determinado tiempo (t) en un sistema compuesto por n elementos iguales, de los cuales se requiere r en un buen funcionamiento para que el sistema funcione. Ejemplo: La instalación de tres generadores eléctricos cada uno con la mitad de la capacidad del requerimiento total. Esto es una redundancia de tres sobre dos. Los generadores son de la misma marca y el tiempo de modelo y su tasa de falla es de λ = 9 · 10-6 [1/h] en la etapa de madurez. Calcular todos los elementos de confiabilidad a un año de operación (8.760). La confiabilidad de cada generador al año de operación sería la siguiente: Ri(8.760) = e

- (9· 10

-6

· 8760)

= 0,924

y consecuentemente la probabilidad de falla viene dada por: F(8.760) =1 – R(8.760) = 0,075 Rs (8 . 760 ) = =

3  3 j 3− j ∑   R (8 . 760 ) (1 − R (8 . 760 )) j j = 2 

3! R (8 . 760 ) 2 F (8 . 760 ) + R (8 . 760 ) 3 = 0,983 2! 1!

La confiabilidad del sistema al año de operación (8.760 horas) es del 98,3 %. Otro caso de redundancia comúnmente utilizados son los denominados sistemas en stand by. Consiste en que en un instante determinado funciona sólo uno de los elementos del sistema, mientras que los restantes permanecen

131

en reserva en estado de espera (stand by). En consecuencia, en este caso la conexión funcional varía en el tiempo en función de la aparición de la falla.

Conmutador

A

B Fig. 10. Sistemas en stand by.

La variación de la conexión está a cargo de un elemento de decisión o conmutación (representada por el conmutador en la fig. 10 ), que cambia la conexión de un componente a otro cuando el que esta en operación presenta una condición de falla, y que podría ser, por ejemplo, la intervención de un operador. Considerando un sistema como el mostrado en la fig. 10, compuesto por dos elementos A y B, la evaluación de la confiabilidad Rs (t) del sistema se desarrolla considerando los escenarios presentados en la fig. 11.

Fig. 11. Escenarios de funcionamiento de un sistema en stand by.

132

El elemento A se encuentra normalmente bajo carga, mientras que B interviene solamente cuando A falla. Considerando que la confiabilidad del elemento de conmutación es de 100%, en el análisis de la confiabilidad del sistema en el tiempo “t”, se deben considerar los casos en que el sistema se encuentra en buen funcionamiento: • •

A funciona al tiempo “t” A falla en τ y B funciona desde t = τ hasta el tiempo “t” Ambas situaciones se encuentran esquematizadas en la fig. 11.

La probabilidad que corresponde a cada uno de los eventos descritos anteriormente (mutuamente excluyentes), está dada por:

1. − RA (t ) t

2. − ∫ f A (τ )RB (t − τ )dτ 0

En consecuencia se puede establecer la confiabilidad del sistema Rs(t) como: t

RS (t ) =RA (t ) + ∫ f A (τ )RB (t − τ )dτ 0

Si consideramos además la situación particular λA= λB = λ =constante, se tiene:

Rs (t ) = e − λ t (1 + λt ) Como consecuencia lógica de lo anterior el tiempo medio entre fallas, estaría dado:

= 2 / λi

MTBFs

133

con lo que se obtiene un MTBF para el sistema que duplica, para este caso de dos elementos, la correspondiente esperanza de vida de cada uno de los elementos de este sistema. El cálculo anterior no considera el efecto de la falla del conmutador. Al considerarlo el diagrama lógico correspondiente sería el de una configuración en serie del elemento conmutador con el sistema evaluado anteriormente (stand by de los elementos). Esto es debido a que la falla de cualquiera de estos dos subsistemas provocaría la falta del sistema total, por lo tanto la confiabilidad del sistema quedaría expresada como:

Rs ′(t ) = Rc (t ) × Rs (t ) donde Rs’(t) : confiabilidad global del sistema; Rc(t): Confiabilidad del elemento conmutador y Rs(t): Confiabilidad del subsistema en stand by. Cabe señalar que existen dos tipos de redundancia en stand by; en frío y en caliente. La primera de ellas considera que el equipo de “reserva” no está en operación, y al recibir la señal de entrar en acción existe un tiempo de preparación que demora el funcionamiento en estado estacionario del mismo. La ventaja de la configuración stand by en frío es que el equipo de reserva no sufre desgaste mientras está en estado de espera y por ende no pierde confiabilidad. Por otro lado la configuración stand by caliente es que el tiempo en llegar a operación en estado estacionario es corto, con el inconveniente del desgaste y perdida de confiabilidad respecto de la configuración en stand by frío. El procedimiento desarrollado anteriormente para el cálculo de la confiabilidad de un sistema en stand by, corresponde a una configuración en stand by frío. Ejemplo: Caso de dos generadores de electricidad en una planta industrial, de la misma capacidad, uno en espera y otro en funcionamiento (configuración en stand by). Existe un conmutador que da la señal de funcionamiento (λ = 5· 10-6 [1/h]). Los generadores son de la misma marca y el mismo modelo y su tasa de falla es de λ = 9· 10-6 [1/h] en la etapa de madurez. Calcular la confiabilidad a un año de operación (8760 hrs.): Suponiendo tasa de falla constante la confiabilidad del sistema sin conmutador es: Rs(8760) = e-(9·

-6 10 · 8760)

-6 -(5· 10 · 8760)

(1 + 9· 10-6 · 8760) = 0,997

Rc(8760) = e = 0,957 Rs`(8760) = Rs · Rc = 0,954 134

La confiabilidad del sistema después de un año de operación trabajando todos los días 24 horas es de 95,4 %. No siempre los sistemas se pueden describir fácilmente sobre la base de las configuraciones descritas anteriormente, en este caso, estos sistemas son designados como sistemas complejos. Existen modelos y técnicas de evaluación para determinar los índices de confiabilidad de tales sistemas. Un ejemplo de sistema complejo es el mostrado en la fig. 12, donde claramente se ve que los componentes no están conectados en un arreglo simple en serie ni paralelo.

Fig. 12. Ejemplo de sistemas complejos.

Existen técnicas disponibles para resolver este tipo de sistemas, tales como la aproximación por probabilidad condicional, análisis de cut set, diagramas de árbol, matriz de conexión, etc. Muchas de estas técnicas son métodos formales para transformar la lógica de operación del sistema, a una estructura que consiste sólo de componentes, ramas o pasos en serie y paralelo. Dentro de los mencionados el método cut set es una poderosa herramienta para la evaluación de confiabilidad de un sistema: •

Puede ser fácilmente programado por un computador, permitiendo una solución rápida y eficiente de cualquier tipo de configuración. • Los cut set están directamente relacionados a los modos de falla del sistema, y de esta manera identifican los distintos y discretos caminos en los cuales un sistema puede fallar. Un cut set se define como un conjunto del sistema, los cuales, cuando fallan causan la falla del sistema. Un cut set mínimo es el conjunto de

135

elementos, que al fallar, ocasionan la falla del sistema pero basta que uno de ellos esté bueno para que el sistema funcione. Así los cut set mínimos para el ejemplo (fig. 12) se muestran en la fig. 13.

Cut Set 1 2 3 4

Componentes A C A B

B D E E

D C

Fig. 13. Cut set mínimos del sistema.

Para evaluar la confiabilidad del sistema, los cut set mínimos identificados de la malla deben ser combinados. De la definición anterior, es evidente que todos los componentes de cada corte deben fallar para que el sistema falle. Consecuentemente, los componentes del cut set mínimo están conectados en paralelo y las probabilidades de falla de los componentes en él deben ser combinadas utilizando el principio de sistemas en paralelo. En adición, el sistema falla si cualquiera de los cut set mínimos ocurre y consecuentemente, cada set está conectado en serie con los otros cut set mínimos identificados en el sistema. Otro método bastante difundido para el análisis de confiabilidad de sistemas complejos es el denominado árbol de fallas. Este método consiste en definir un esquema lógico secuencial asociado al sistema bajo análisis para esto se utiliza la representación de árbol jerarquizando los distintos acontecimientos según la simbología siguiente (selección de elementos comúnmente utilizados):

136

Acontecimiento primario generalmente denominada efecto básico. Acontecimiento secundario, resulta de la combinación lógica de otros acontecimientos. Acontecimiento primario cuyas causas son desconocidas o no hay interés en desarrollar. Cadena de acontecimientos analizada. Gate or Operación lógica que da señal de salida con al menos un acontecimiento de entrada. Gate and Operación lógica que da señal de salida al ocurrir todos los acontecimientos de entrada.

Priority and gate indica que el acontecimiento de salida ocurre solamente si las entradas acontecen en la secuencia descrita.

Las ventajas de este método son que la representación es inmediata desde el punto de vista lógico y formal, y es de fácil modificación permitiendo evaluar distintas modificaciones al sistema. En el ejemplo siguiente se representa el diagrama de árbol de falla para la alimentación eléctrica del sistema de bombeo de una caldera de vapor (fig. 14).

Fig. 14. Esquema de alimentación eléctrica a motores de bombas.

117

El primer paso consiste en definir el “producto final del sistema“. En este ejemplo se considerará que el acontecimiento final es falta de alimentación de la caldera (motores en falla). Una vez definido el acontecimiento que será considerado falla hay que desarrollar todos los escenarios de falla que trae consigo la no alimentación, es decir, la cadena de acontecimientos que conduce a la consideración de falla del sistema antes definido. Así para este ejemplo se llega al árbol de fallas de la fig. 15 donde esquemáticamente se representa lo siguiente: • •

La no alimentación de la caldera (acontecimiento secundario 1) es consecuencia del no funcionamiento de los motores 7, 8 (acontecimientos secundarios 2 y 3). El paso siguiente es averiguar cuando dejan de funcionar los motores. Esto ocurre cuando se produce una falla eléctrica en los motores (acontecimiento primario 1), cuando fallan los interruptores 4,5 (acontecimientos primarios 2 y 3) o cuando no se alimenta el motor (acontecimientos secundarios 4 y 5).

De esta forma se desarrolla el árbol de fallas. Una vez construido el árbol puede usarse de varias maneras, ya sea desde el punto de vista de proyecto, si la instalación está en construcción o en el mejoramiento de estrategias de mantenimiento si la instalación ya existe.

138

Fig. 15. Árbol de fallas.

139

Para el cálculo de la confiabilidad o probabilidad de falla del sistema es posible combinar este método con algunos de los revisados anteriormente. A modo de ilustrar este caso, en el árbol de fallas de la fig. 15, es posible identificar los cut set mínimos y a través de ellos cuantificar la probabilidad de falla o buen funcionamiento del sistema. En este sentido, para citar algunos un conjunto de cut set mínimos serían los acontecimientos primarios 1 - 3, 1 - 2 y 2 - 3. Si la confiabilidad obtenida no es satisfactoria, observando el árbol de falla se puede modificar identificando y mejorando los elementos que condicionan la continuidad operacional del sistema. 2.2 Mantenibilidad Mantenibilidad es el concepto que caracteriza la facilidad del desarrollo de una intervención de mantención o reparación, medida sobre la base de los tiempos de detención de equipo. La mayoría de las veces se asocia este concepto erróneamente sólo con el tiempo promedio de intervención MTTR (Mean Time To Repair) sin considerar la variabilidad presente en los tiempos de ejecución en todo procedimiento de reparación. Entonces se podría concluir que la mantenibilidad de un equipo queda definido por la distribución de probabilidad asociada a los tiempos de realización de la mantención. De acuerdo a lo anterior la mantenibilidad de un equipo queda condicionada a los aspectos siguientes: • • • • • • • • • •

tiempo de preparación tiempo de localización de la falla tiempo de desmontaje tiempo de obtención de las piezas y materiales necesarios tiempo de reparación propiamente tal tiempo de ajuste y calibración tiempo de montaje tiempo de comprobación del buen funcionamiento del componente reparado tiempo de limpieza

Toda acción de mejora de la mantenibilidad debe enfocarse a revisar los aspectos antes mencionados a través de mejoras de diseño o de procedimientos que permitan disminuir tanto la esperanza como la variabilidad de los tiempos de intervención del equipo.

140

Tal como se mencionó en el caso de la confiabilidad, la mantenibilidad responde a condiciones clásicas de variabilidad lo que permite su caracterización a través de distribuciones de probabilidad conocidas. En este sentido la distribución de probabilidad comúnmente utilizada para la representación de los tiempos de reparación es la Normal – Logarítmica. La utilización de esta distribución de probabilidad se fundamenta en explicar la variabilidad de los tiempos de reparación por dos fenómenos en esencia distintos: •

Variaciones de tiempos asociados a factores “accidentales” en la reparación, es decir, pernos rodados, uniones oxidadas, etc. • Variaciones de tiempo usuales de la reparación, tales como, destreza del mantenedor. El primero se representa mediante una distribución exponencial negativa. El segundo, dada su tendencia a un valor medio, se ajusta bien a una normal. La distribución de la suma de un fenómeno exponencial negativo y uno normal se aproxima muy bien a la normal logarítmica. Considerando como variable aleatoria los tiempos de reparación tr, la expresión matemática para la distribución normal – logarítmica dada por:

1 f (tr ) = tr ⋅ σ ⋅ 2π

e

 1  ln( tr ) − µ  2  −    σ    2 

donde µ es la medida de los logaritmos de los tiempos de reparación, y σ2 es su varianza relativa.

µ =

σ2=

1 N

N

∑ ln ( tr

j

)

j=1

1 N (ln( tr j ) - µ ) 2 ∑ N - 1 j =1

141

El tiempo medio de reparación MTTR vendría dado por : ∞

∫

MTTR =

f ( tr ) ⋅ tr ⋅ dtr

0

De acuerdo a lo anterior la mantenibilidad de un componente viene dada por la distribución de probabilidad acumulada F(tr), es decir, la probabilidad de que la intervención de mantenimiento se lleve a cabo dentro del tiempo tr. tr

F ( tr ) =

∫

f ( tr ) d tr

0

Otro indicador importante es la tasa de mantenibilidad. Esta tasa representa la probabilidad de que un elemento sea reparado en un instante de tiempo determinado dado que el tiempo inmediatamente anterior no lo estaba. Este indicador viene dado por:

m ( tr ) =

f(tr) 1-F(tr)

Gráficamente se tiene las siguientes distribuciones:

f (tr)

F(tr)

σ= 1 µ = 0

1 σ = 0,5 µ = 1

σ = 0,5 µ = 1 σ= 1 µ= 0

tr

tr

142

2.3 Disponibilidad de componentes y sistemas Un indicador muy utilizado y de fácil comprensión es la disponibilidad. La disponibilidad refleja la posibilidad de utilización de una instalación desde el punto de vista técnico, es decir excluyéndolas detenciones no originadas por falla del sistema. La disponibilidad se define como la razón o cuociente del tiempo en que la instalación se puede ocupar y el tiempo total que incluye al anterior más el tiempo de reparación. De acuerdo a lo anterior, la disponibilidad viene dado por la relación porcentual entre el tiempo de funcionamiento y el tiempo total. Lo que se puede expresar de la forma siguiente:

A=

UT (UT + DT )

donde UT (up - time) representa el tiempo en que el sistema está realmente disponible para el funcionamiento y DT (down - time) representa el tiempo fuera de servicio imputable a causas técnicas. Considerando los antecedentes antes discutidos respecto de confiabilidad y mantenibilidad es lógico establecer basado en estos conceptos un indicador de disponibilidad esperado. Este indicador refleja después de muchos ciclos de operación y reparación de un elemento, el valor más probable de disponibilidad.

Disp. esp.=

MTBF MTBF + MTTR

donde MTBF es el tiempo medio entre fallas y MTTR el tiempo medio de reparación. Cabe destacar que en este indicador de disponibilidad está presente sólo el efecto de la falla del elemento. En el caso general, el tiempo fuera de servicio de una instalación industrial durante cierto período de tiempo es el resultado de la suma del tiempo debido a las intervenciones de mantenimiento preventivo y del tiempo debido a las operaciones de mantenimiento correctivo. Para el cálculo de la disponibilidad se necesitan los siguientes datos estadísticos: Tft: tiempo de funcionamiento en cada ciclo de funcionamiento - reparación. tri : tiempos de reparación en cada ciclo de funcionamiento - reparación. N : Número de ciclos de funcionamiento - reparación, en análisis.

143

Entonces el up - time y el down - time se definen como sigue: UT =

N

N

∑ Ti

DT = ∑ τi

i=1

i =1

Dividiendo el numerador y el denominador por el número de ciclos N y considerando que este sea lo suficientemente grande, se tiene: N

A=

∑ Ti i=1

N

N

i =1

i=1

∑ Ti + ∑ τi

Otra forma equivalente de enfrentar el cálculo de los tiempo DT, es considerando las siguientes variables que estadísticamente se llevan en las empresas: Nc: El número de operaciones de mantenimiento correctivo en el período analizado Np : El número de operaciones de mantenimiento preventivo en el período analizado MTTRc : El tiempo medio de reparación correctiva MTTRp : El tiempo medio de reparación preventiva Se puede concluir que el tiempo de reparación total viene dado por:

MTTRp × Np + MTTRc × Nc Distinto es el caso de un sistema complejo, es decir, se debe evaluar el tiempo medio de reparación de un sistema compuesto por distintos elementos que están sometidos en forma individual a ciclos de funcionamiento y reparación. Una aproximación para el cálculo del MTTR en sistemas con lógica de falla en serie, viene dada por la relación siguiente: MTTR =

∑ N α tr ∑Nα i

i

i

144

i

i

donde: Ni : El número de partes componentes de tipo i -ésimo tri : El número medio de reparación de la parte i - ésima αi : El número medio de fallas por unidad de tiempo, siempre para la parte i ésima. Es equivalente a 1/MTBFi Por otra parte el cálculo de la disponibilidad de sistemas complejos, se puede recurrir a las mismas reglas empleadas en el cálculo de la confiabilidad. En consecuencia para sistemas en serie, es válida la relación:

As = ∏ Ai que relaciona la disponibilidad del sistema As con la disponibilidad de sus componentes Ai. En el caso de sistemas en paralelo con redundancia total se tiene :

As = 1 − ∏ (1 − Ai ) donde el segundo término representa la indisponibilidad de cada componente del sistema. Las relaciones vistas anteriormente no son del todo exactas desde el punto de vista teórico. el cálculo correcto de la disponibilidad debería llevarse a cabo teniendo en cuenta la influencia sobre los tiempos de reparación, el número de equipos de reparación disponibles y la dependencia a la frecuencia de falla del número de unidades que funcionan simultáneamente. Sin embargo el proceso de cálculo se complicaría notablemente, siendo las relaciones antes vistas adecuadas para el análisis de casos prácticos. Ejemplo 1: En el caso del proceso de filtrado (ejemplo desarrollado para configuraciones lógicas en serie), calcular la disponibilidad del sistema si el MTTR promedio es de 8 horas para la bomba y 6 horas para el filtro. Todos los componentes están en la etapa de madurez. Las tasas de fallas son de 1,5x10-4 [1/h] para la bomba y 3x10-5 [1/h] para el filtro.

145

Resolución: Dado que los equipos están en la etapa de madurez, la tasa de falla se definirá como constante. MTBFbomba = 1/λb = 6.667 horas. Abomba = MTBFbomba /(MTBFbomba +MTTRbomba)= 0,998. MTBFfiltro = 1/λf = 33.333 horas. Afiltro = MTBFfiltro / (MTBFfiltro + MTTRfiltro) = 0,999 Asistema = Abomba · Afiltro = 0,9985 La disponibilidad del sistema es del 99,85%

Ejemplo 2: El caso de los dos generadores de electricidad de una sección de una mina, de la misma capacidad que funcionan simultáneamente a la mitad de ésta. Si uno falla él otro es requerido a su capacidad máxima. Los generadores son de la misma marca y el mismo modelo y su tasa de falla es de λ = 9x10-6 [1/h] en la etapa de madurez. Si el tiempo medio de reparación es 16 horas calcule la disponibilidad. Resolución: MTBFgenerador = 1/(9x10-6 ) = 111.111 horas. Agenerador = 111.111/111.127 =0,999856. Asistema= 1- (1-Agenerador)2 = 0,9999 La disponibilidad del sistema es del 99,99%

2.4 Costos globales Todo sistema tiene un indicador de disponibilidad condicionado por la confiabilidad y mantenibilidad del mismo. Esta disponibilidad a través de la indisponibilidad, genera costos de ineficiencia por no producción o por falta de servicio. En algunos sistemas industriales los costos de ineficiencia son tan elevados que es económicamente conveniente considerar equipos de respaldo o en redundancia, para así lograr la disponibilidad “ideal” del sistema. Obviamente estos equipos adicionales deben respaldar a los equipos más críticos del sistema. 146

Para decidir acerca del nivel, de redundancia más conveniente se debe obtener la curva de costos globales. (fig. 16).

Fig. 16. Curva de costos globales.

Un aumento de la confiabilidad se puede obtener por una inversión a nivel de: •

Proyecto: por un aumento al nivel de redundancia, dimensionamiento de la instalación o por mejoras de diseño. • Operación: por mejores estrategias de mantención.

sobre

Los costos globales son la cuantificación de todos los costos incurridos el ciclo de vida de un proyecto o instalación, y puede ser descrito por la relación siguiente: Costo global = Costo capital fijo + Costo operacional + Costo de ineficiencia Costo de capital fijo o de inversión: queda determinado por el costo de los equipos e instalaciones asociados al proyecto. También pueden considerarse el capital de trabajo requerido para la operación. En general se puede representar: C inversión = N · Ce donde Ce es el costo de equipo instalado y N el numero de equipos. 147

Costo operacional: queda definido por la cuantificación de todos aquellos elementos propios de la operación de un sistema, tales como: insumos, energía, repuestos, etc. El costo de ineficiencia: está dado por el costo asociado a la indisponibilidad de la instalación durante el período de evaluación. Entonces los costos de ineficiencia se pueden representar de la siguiente manera: n

1

k =1

(1 + i )k

C .ineficiencia = ∑ Donde: Ci H1 Asistema i n

⋅ H ⋅ Ci ⋅ (1 − Asistema )

= Costos de ineficiencia horario. ($/h; U$/día,....); = Período de evaluación dentro del horizonte del proyecto. = Disponibilidad del sistema; = Tasa de costo de capital de la empresa; = años de operación

La sumatoria es la actualización de los flujos de dinero producto de los costos de ineficiencia por cada período H de análisis. Si se tiene que los períodos son iguales se puede utilizar un factor:

f =

(1 + i ) n − 1 (1 + i ) n i

Cabe recordar que Ci = (no facturado) – (costos variables) Una vez definidos los costos globales se puede analizar distintas alternativas de equipo y de configuraciones del sistema, obviamente que la mejor alternativa será la que tiene el mínimo costo global.

1 El factor H debe ser coherente entre las unidades consideradas para el Ci y el número de períodos n. Ejemplo: si el Ci está en horas y el n se usa en años y la planta trabaja todos los días, H = 24 · 365 = 8760 (horas/año).

148

2.5 Análisis de redundancia Una forma de aumentar la confiabilidad de un sistema es introduciendo redundancia de equipos ya sea, en stand - by o en paralelo tanto total como parcial. Cualquier modificación que se haga para aumentar la confiabilidad aumentará la disponibilidad por lo que los costos de ineficiencia serán menores. Pero por otro lado los costos de inversión aumentarán. Entonces para poder concluir acerca de la conveniencia del aumento de la confiabilidad se deben analizar los costos globales. En el análisis de redundancia los costos de operación generalmente se pueden asumir como constante y en consecuencia no considerarse. Lo anterior se justifica por la marginalidad del impacto de estos costos en la mayoría de los casos bajo estudio. Ejemplo: Analice el aumento de confiabilidad mediante redundancia (paralelo total) de cada componente del siguiente sistema:

J u g o y p u lp a

ju g o

p u lp a

Fig. 17. Sistema filtro bomba.

Todos los componentes están en la etapa de madurez. Las tasas de fallas son de 1,5· 10-4 [1/h] para la bomba y 3 · 10-5 [1/h] para el filtro. El horizonte es 10 años y la tasa de redescuento es de 15 %. Los datos son los siguientes: Costo ineficiencia: 20.000 U$ /hr Costo bomba: U$ 1.500 Costo filtro: U$ 2.000 MTTR bomba : 5 hrs. MTTR filtro: 10 hrs.

149

Resolución: Dado que los equipos están en la etapa de madurez, la tasa de falla se considera constante. MTBFbomba = 1/λb = 6.666 horas. Abomba = 6.666/6.671 = 0,99925. MTBFfiltro = 1/λf = 33.333 horas. Afiltro = 33.333/3.343 = 0,9997. Asistema = 0,99895 f = 5,0187 ; H = 10 años. Costo global situación base: Ctotales1 = 1.500 + 2.000 + 20.000 · (1 - 0,99895) · 10 · 5,0187 = U$ 4.554 Considerando bomba en paralelo: Asbomba = 1 - (1 - Abomba)2 = 0,9999994375 Asistema = 0,998949 Ctotales2 = 2 x 1.500 + 2.000 + 20.000 · (1 - 0,998949) · 10 · 5,0187 = U$ 6.055 Considerando filtro en paralelo: Asfiltro = 1 - (1 - Afiltro)2 = 0,9999 Asistema = 0,9992 Ctotales3 = 1.500 + 2 x 2.000 + 20.000 · (1-0,9992499) · 10 · 5,0187 = U$ 6.253 Se puede concluir que debido a los bajos costos de ineficiencia y la alta disponibilidad no conviene incorporar redundancia al sistema. Lo anterior se explica por la baja criticidad del sistema originada por la alta disponibilidad de ambos equipos.

2.6 Modelo de evaluación de la seguridad de funcionamiento Para el análisis de la seguridad de funcionamiento de un sistema es necesario seguir los pasos siguientes: • • •

Estudio de confiabilidad por equipo o componente según sea el caso. Modelamiento de subsistemas y del sistema general. Análisis de seguridad de funcionamiento.

En el primer paso, es decir, el estudio de confiabilidad por equipo o componente se requiere la validación y revisión de los datos e información que se dispongan en relación a las fallas del sistema.

150

Una vez validados los datos es necesario clasificar las fallas o detenciones por equipo. Es importante distinguir claramente las detenciones producidas por fallas y las generadas por mantención preventiva. Existen consideraciones que deben tomarse en cuenta dependiendo de cada equipo, como por ejemplo en la mayoría de los equipos, una mantención mayor lo deja como nuevo. Los datos que esencialmente se necesitan son: • • • • •

Fecha Hora de comienzo Hora de término o duración de la detención Equipo o componente Tipo de mantención (preventiva o correctiva)

Esta información puede ser obtenida de los reportes de operación o de mantención de cada equipo. De lo anterior se obtienen los tiempos entre fallas, sin considerar los períodos que finalicen con una intervención por mantención preventiva. Con este arreglo de datos es posible encontrar el comportamiento de la tasa de falla, deduciendo en que etapa de la vida se encuentra cada equipo o componente. Los resultados obtenidos de este primer paso son: • • •

Base de datos válida. Distribución de falla por equipo o componente según sea el caso. Tiempo de reparación promedio (MTTR) y su distribución de probabilidad, es decir, la mantenibilidad.

En el segundo paso, es decir el análisis de la confiabilidad del sistema y subsistema es necesario determinar la lógica operacional del mismo, a través de un diagrama del bloque de la instalación que represente la lógica de falla de los diferentes elementos que la componen. Esto permitirá identificar los puntos críticos donde es conveniente intervenir a través del aumento de la redundancia o por medio de otra solución de mejoramiento. Definida la lógica de los subsistemas se puede modelar la confiabilidad, y consecuentemente se puede obtener, la tasa de falla y el MTBF del sistema. También es posible encontrar la disponibilidad de cada componente, equipo, subsistema y sistema.

151

Los resultados relevantes de esta etapa son: •

Identificar los elementos (componente – equipo – subsistema) que condicionan en términos relativos la seguridad de funcionamiento del sistema total.

En esta etapa del proceso de análisis, se torna fundamental el discutir que es lo que se entiende por componente crítico.

Disponibilidad · Confiabilidad · Mantenibilidad Criticidad de las instalaciones · Directos · De oportunidad

Costos Fig. 18. Criticidad de componentes o sistemas.

En la fig. 18 pueden apreciarse los elementos a considerar en la definición de elemento o sistema crítico. Por un lado están las consideraciones respecto de la frecuencia de falla del elemento (confiabilidad) y los tiempos dedicados a la intervención de mantención ocurrida la falla (mantenibilidad). Por otro lado deben ser considerados los costos de falla, es decir los costos directos de la intervención de mantención y los costos asociados a la pérdida potencial de producción de falla. En el tercer paso se busca identificar los elementos críticos y su impacto sobre el sistema. De esta forma direccionar el análisis de mejoramiento a aquellos elementos que condicionan la continuidad operacional a través de la determinación de la seguridad de funcionamiento del sistema que minimicen los costos globales.

152

Los resultados que se obtienen en este paso son: •

Desarrollo de propuestas alternativas al mejoramiento en base al análisis de redundancia. • Políticas de mantención factibles a realizar en el sistema, e incluso a nivel equipo.

Fig. 19. Etapas del análisis de seguridad de funcionamiento de instalaciones industriales.

2.7 Caso: planta de filtrado Problema: Análisis de redundancia de equipos en planta de filtrado. Objetivos: Identificar los equipos que condicionan la operación de la planta a través del análisis del comportamiento hacia la falla de los mismos. Descripción del proceso: El proceso que se describe a continuación corresponde a la planta de filtrado. El objetivo de esta planta es disminuir la cantidad de líquido contenido en el producto proveniente de las etapas anteriores del proceso.

153

Fig. 20. Diagrama de bloques del proceso.

Desarrollo: A través del diagrama lógico de la planta y considerando la teoría de confiabilidad, es posible analizar las alternativas de redundancia de las instalaciones críticas y decidir por aquella solución que minimiza los costos globales. En primera instancia se realiza un análisis de confiabilidad general de la planta, considerando que todos los equipos y elementos de cada instalación se encuentran en su vida útil (tasa de falla es constante), lo que permite representar la vida de los elementos a través de la distribución de probabilidad exponencial negativa. Las principales instalaciones de la planta bajo estudio se muestran en la fig. 21: INSTALACIONES

EQUIPOS

1

Sistema Alimentación

bombas alimentación filtros

2 3

Sistemas de Filtrado

filtros, unidades de presurización.

Sistema de Aire de Proceso

compresor, estanques de almacenamiento

4 5

Sistema de Aire de instrumentos

compresor, estanques de almacenamiento

Sistema de Lavado de Telas

6

Sistema de Transporte

pozo drenaje lavado, bomba drenaje lavado correas para transporte, correa pesadora, correa repartidora.

Fig. 21. Instalaciones consideradas en el estudio.

154

Las tasas de falla de los equipos se obtienen de antecedentes históricos de la planta y son las mostradas en la fig. 22. -6

Sistema Alimentación Filtrado Aire de proceso Aire de instrumento Lavado de telas Transporte

Tasa de falla [10 /h] 18.1 2230.6 52.7 4.81 4.4 116

Fig. 22. Tasas de falla relativa a los sistemas considerados.

Posteriormente se desarrolla el correspondiente diagrama lógico funcional representativo del sistema. Para este caso todas las instalaciones se encuentran en una configuración lógica en serie (la falla de una de ellas genera la falla del sistema). Las tasas de falla determinan que la criticidad del proceso se encuentra en el Sistema de Filtrado, reflejado por una confiabilidad prácticamente nula de este equipo a las 2.500 horas de operación, es decir existe certeza de falla en un tiempo de operación de 2.500 [h], mientras que el resto de las instalaciones la confiabilidad no disminuye del 94 % en el mismo período de funcionamiento (fig. 23). Confiabilidad de las instalaciones. 1,20 Lavado de telas

Confiabilidad (%)

1,00

Aire de instrumentos Alimentación Aire de proceso

0,80 Transporte

0,60 0,40 0,20

Filtrado

0,00 -500

500

1500

2500

3500 Horas

Fig. 23. Confiabilidad de las instalaciones de la planta de filtros.

155

En el gráfico de la fig. 23 se aprecia que la seguridad de funcionamiento de la planta se ve condicionada por el sistema de filtrado (desde el punto de vista de la confiabilidad). Sistema de filtro. Para el estudio particular de los filtros se consideran los principales componentes que son: tela, sellos, diafragma, motor hidráulico y sensor de giro. Cabe destacar que por lo general, en equipos complejos sólo el 4 por mil de los componentes representa sobre el 90 % del comportamiento hacia la falla de los mismos. El diagrama lógico funcional del Sistema de Filtrado se muestra en la fig 24.

Unidad hidráulica

Filtro a

b

Fig. 24. Filtro de presurización hidráulicas.

Cámaras de filtradode Camaras filtrado

Filtro

c

d

b

a

Fig. 25. Filtros configuración física.

156

Unidad de presurización

C a m a ra Cámara

c

d Te la s

S e llo

D ia fra g m a

M o to re s

S e nso r

Fig. 26.

Considerando el volumen de procesamiento de la planta se desprende que para cumplir con el programa de producción se necesitan las cinco cámaras de filtrado disponibles. Esta condición de operación del equipo de permite considerar que las cámaras están en lógica de falla en serie. Del análisis de la lógica operacional del equipo filtrado se concluye que la cámara condiciona la operación del equipo justificándose un estudio de los elementos que la componen. Tal como se presenta en el gráfico de la fig. 27, los sellos son los componentes más críticos de la cámara de filtrado, lo siguen en criticidad las telas y los diafragmas:

Confiabilidad de los elementos de una cámara de filtrado 100,00%

Motor hidráulico

Sensor de giro

90,00% Diafragma

80,00% Tela

60,00% 50,00% Sellos

40,00% 30,00% 20,00% 10,00%

Horas de operación

Fig. 27. Confiabilidad componentes de la cámara de filtrado.

157

1200

1050

900

750

600

450

300

150

0,00% 0

Confiabilidad

70,00%

La fig. 28 muestra los datos acerca de los componentes críticos de la cámara de filtrado. Sellos 1254 797 0,5 0,999

λ [10-6/h] MTBF [hrs] MTTR [ hrs] Disponibilidad

Tela 652 1534 10,5 0,993

Diafragma 324 3081 47,5 0,984

Fig. 28. Componentes críticos de la cámara de filtrado.

Para la evaluación de las potenciales mejoras en base a redundancia se utilizan los mismos criterios de retorno de inversión que exige la empresa a sus proyectos de desarrollo, es decir 15 años y con una tasa de descuento del 15 %. Dado que la configuración lógica de la cámara de filtrado es en serie, la disponibilidad de ésta es la multiplicación de las disponibilidades de los componentes (fig. 29). Componentes

Disponibilidad

Sellos Telas Diafragma Sistema total

0,9993 0,9932 0,9848 0,9775

Fig. 29. Disponibilidad de componentes de la cámara.

Dada las altas disponibilidades de los demás componentes se consideran solamente las cinco cámaras de filtro en serie para determinar la disponibilidad del sistema . Asistema filtro actual = 0,97755 = 0,89245 Considerando que los costos de ineficiencia horarios son de 8.000 [U$/h], el factor de actualización f= 5,84737 y H = 8760 horas al año y el costo de una cámara del filtro es de U$ 150.000, entonces el costo global es: Cglobales actuales = 5· 150.000 + 8000 · (1 – 0,89245) · 5,84737 · 8.760 = U$ 44.822.236 La alternativa es configurar el sistema de filtrado con una redundancia de 6 sobre 5 en las cámaras de filtro. Para esto se calcula la confiabilidad en función del tiempo mediante la binomial y la probabilidad de buen funcionamiento R = 1 –F(t). Posteriormente se integra de cero a infinito y se 158

obtiene el MTBF. Con respecto al MTTR de la nueva configuración se estima mediante apreciaciones de especialista. Así: A6/5 = 0,99758 Cglobales 6/5 = 6 · 150.000 +8.000 · (1-0,99758) · 5,84737 · 8.760 = U$1.891.677 Otra alternativa sería redundancia paralela parcial 7 sobre 5. A7/5 = 0,99995 Cglobales7/5 = 7 · 150.000 +8.000 · (1-0,99995) · 5,84737 · 8.760 = U$1.070.489 Entonces se puede concluir que una configuración de paralelo parcial 7 sobre 5 disminuye los costos globales, ahora si analizamos todos los equipos de la planta el ahorro sería mucho mayor. Por este incremento de la disponibilidad se logró reducir los costos de ineficiencia en más del 6 %. Para una configuración de 8 sobre 5 los costos de ineficiencias que se podrían ahorrar son menores que el aumento de la inversión requerida por lo que no es una solución económicamente conveniente. 2.8 Caso: planta concentradora Problema: En la gran minería la gestión de mantención tiene especial relevancia e impacto en el negocio, debido a la magnitud de los recursos involucrados y sus efectos en los resultados operacionales de las distintas unidades productivas. El siguiente caso es un estudio en una empresa minera orientado al mejoramiento operacional de las instalaciones productivas del área de concentración, a través de una gestión de mantención centrada en la confiabilidad. Objetivo: Evaluar la seguridad de operación de los equipos y de las instalaciones en base a la posibilidad de sobrevivencia asociada. Es decir, realizar un estudio de confiabilidad para establecer el nivel de funcionamiento que minimice los costos globales. Descripción del proceso: El proceso estudiado corresponde a una planta de molienda para la obtención de concentrado de cobre. Esta planta está compuesta de 4 secciones de molienda (A,B,C y D). En la fig. 30 se aprecia un esquema del proceso de las secciones de la planta.

159

Fig.30. Esquema del proceso.

Desarrollo Clasificación de datos. La información sobre detenciones existente se encuentra en las bases de la planta, ésta se obtuvo de los reportes operacionales que se llevan en la planta en estudio. Esta información fue codificada por ítem creándose una base de datos con todo lo necesario acerca de las detenciones de cada equipo (fecha, hora de inicio, duración, equipo, sección sistema, tipo detención, etc.). Para efectos de ajustes de curvas de confiabilidad, la información se clasificó en términos jerárquicos a nivel planta. Ésta se dividió en secciones, las cuales a su vez se dividieron en sistemas, quienes por último se dividieron en equipos. Ajustes de curvas Para realizar el ajuste de curvas de distribución de probabilidad de falla se utilizó un software comercial especializado, en donde Weibull muestra muy buenos resultados en los test de bondad de ajuste utilizados y en muchos casos es la distribución que mejor se ajusta a los datos. Los resultados que arroja el SW son los parámetros de las distintas distribuciones y sus esperanzas (MTBF en el caso de tiempo entre fallas y MTTR en el caso de tiempos de reparación). Para el caso de MTBF (tiempo medio entre fallas) se escogió el entregado por la distribución de Weibull, y en el caso de MTTR (tiempo medio de reparación) se escogió el de la curva que mejor ajustó a los datos. 160

Los datos ingresados al SW fueron detenciones de mantención programada o detención de mantención no programada de para un molino de bolas que presentaba mantención en orden cronológico (fig.31). Fecha

Hora de inicio

29/8/98 8/9/98 9/9/98 25/9/98

21:40 6:00 4:00 12:50

los tiempos en horas, entre no programada y la siguiente un mismo equipo, por ejemplo: las siguientes detenciones de

Duración de la detención (horas) 0,58 22,0 14,0 2,17

Tipo de mantención

Tiempo entre detenciones (horas )

Emergencia Emergencia Programada Emergencia

223,75 *** 378,83

Fig. 31. Información de detenciones.

Los resultados del ajuste de las distribuciones de probabilidad para los equipos de una sección de la planta son los que se exhiben en la fig. 32. Equipo

Curva

T. K. Smirnov

T. A. Darling

Parámetro 1

Parámetro 2

Bombas Molino de bola Correas Molino de barras

Weibull Weibull

0,159 0,264

1,681 0,367

0,667 0,857

260,006 2630,955

Weibull Weibull

0,141 0,118

0,262 0,616

0,980 0,626

1206,562 318,273

Fig. 32. Resultados ajustes.

Estudio de confiabilidad por equipo Luego del análisis de los ajustes de las distribuciones de probabilidad de falla se pudo observar que prácticamente la totalidad de los equipos ajustados poseen tasas de falla decrecientes inicialmente para luego adoptar valores prácticamente constantes. Para la determinación de la criticidad se evaluó simultáneamente la relación entre frecuencia de falla y costo asociado a la misma (MTTR y costo de ineficiencia). Por otro lado, debido al elevado fraccionamiento de la planta, existen elementos concentradores de la capacidad productiva, que aunque exhiban una frecuencia de falla baja, al ocurrir tienen impactos importantes en los niveles de producción de la planta. El costo de ineficiencia por sección calculado de lo no facturado menos los costos variables alcanza a U$ 8.511 por hora.

161

A modo de ejemplo en la fig. 33 se muestra la confiabilidad de los molinos de barra de la planta. Confiabilidad Molinos de barras 100%

Confiabilidad

80% 60% 40% 20% 0% 10

110

210

310

Sección A Sección C

410

510 Sección B Sección D

610

710 Tiempo (hrs)

Fig. 33. Confiabilidad por equipos (molinos de barras).

Con todos estos datos se pudo proyectar los costos de ineficiencia para un año y otros parámetros o elementos que representan la confiabilidad de funcionamiento. En la fig. 34 se muestran los resultados obtenidos para los equipos de la sección D de la planta. Equipo

MTBF (h)

MTTR (h)

Disponibilidad esperada

1.15

Costos de ineficiencia anuales (U$) 193.847

Molino de barras Correas Hidrociclones Molino de bolas

453.9 1216.9 1421.6 2848.8

2.29 2.14 3.18

49.582 41.754 89.468

Horas de servicio (h)

0.9974

Costo de ineficiencia por hora (U$/h) 8511

0,9981 0,9984 0,9988

2979 2979 8511

8760 8760 8760

Fig. 34. Resultados obtenidos para los equipos de la sección D.

La confiabilidad de esta sección a las 500 horas es del 42,3%.

162

8760

Modelamiento de falla de subsistema y de plantas A través de un análisis de lógica de falla se busca identificar los elementos críticos que condicionan en términos relativos el buen funcionamiento de las plantas. A continuación se modelan las fallas mediante un simulador obteniendo los siguientes resultados para la planta bajo análisis para un año de operación. Indisponibilidad

Tasa de falla media

8.7%

0,058

Número esperado de fallas en el período 508

Tiempo fuera (h) 762

Fig. 35. Resultados simulaciones plantas.

Se aprecia que desde el punto de vista de lógica de falla la planta presenta una indisponibilidad de un 8.7%.

Análisis de seguridad de funcionamiento El estudio de seguridad de funcionamiento de la planta busca detectar oportunidades de mejoras en las instalaciones, a través de la evaluación de la seguridad de operación de los equipos y de las instalaciones en base a la probabilidad de sobrevivencia asociada. Los resultados más relevantes de la planta bajo estudio fueron los siguientes: Sección

Equipo

Porcentaje del total

B C A D

Molino de barras Molino de barras Molino de bolas Molino de barras

24 % 22% 14% 12%

Costo de ineficiencia anuales esperados de equipos más relevantes (US$) 404.206 372.531 225.707 193.847

Fig. 36 – Costos de ineficiencia relevantes de la planta estudiada

Lo relevante del análisis anterior es que nos permite direccionar fácilmente los esfuerzos de mejoramiento de la calidad de funcionamiento de la planta hacia los equipos considerados críticos. Por ejemplo los molinos de barras de las secciones B y C representan aproximadamente el 46 % del total del costo de ineficiencia anual esperado, representando sólo el 12 % de los equipos existentes en la planta.

163

Además se detectó serias falencias en las prácticas de mantención a través de las diferencias significativas entre las tasas de falla de equipos similares. Junto a ello se observó que las tasas de falla con posterioridad a la actividades de mantención se comportaron en forma decreciente. Otro aspecto interesante de destacar tiene relación con la forma de evaluación de la criticidad de los equipos. En este sentido al revisar los resultados de confiabilidad para los molinos de barras (fig. 33), se visualiza que los equipos pertenecientes a las secciones A y C son lo menos confiables comparados con su familia, sin embargo, aparecen como críticos los molinos de barras pertenecientes a las secciones B y C (fig. 36). Esto se debe a que el molino de la sección A muestra una mayor mantenibilidad que el de la sección B. Lo anterior se debe a que la confiabilidad sólo refleja la frecuencia con la que un equipo falla y la criticidad es una combinación de frecuencia, tiempo de detención y costo asociado, es decir: Criticidad de equipos = f(confiabilidad, mantenibilidad, costo de ineficiencia)

3.

Sustitución de componentes

3.1 Introducción Para la toma de decisiones a nivel de diseño de una planta industrial, normalmente se considera una relación directa entre el costo de capital fijo (inversión) y el costo de mantenimiento asociado a la misma. Esta consideración puede resultar errónea debido que el costo de mantención puede reducirse en la medida en que las instalaciones estén concebidas con una mayor seguridad de funcionamiento, ya sea por un incremento del grado de redundancia o por utilización de tecnologías más confiables. El mayor costo de capital en que se incurre para lograr un mejor nivel de redundancia, debe mostrar una reducción de los costos de ejercicio de la planta, debido a su mayor seguridad operacional. La búsqueda de una función de costo global, durante todo el ciclo de vida (LCC), es la que permite encontrar la solución más conveniente. El análisis basado en confiabilidad es de utilidad tanto a nivel de diseño de una instalación industrial (problemas de redundancia, selección de equipos, problemas de espera) como también en la operación de una unidad productiva (políticas de mantención). En el caso de un avión o de un marcapaso, simplemente se pretende evitar la falla, ya que su consecuencia es catastrófica. Sin embargo, en una

164

instalación industrial el modelamiento de la política de mantención se debe orientar a minimizar los costos globales asociados, es decir, se puede aceptar la ocurrencia de fallas en la búsqueda de un equilibrio entre seguridad de funcionamiento y costo de ineficiencia. De acuerdo a lo anterior, la búsqueda de la política de mantención es definir el conjunto de estrategias a seguir que aseguren la continuidad operacional a mínimos costos globales, considerando los costos propios de mantenimiento, costos de ineficiencia y los costos de capital fijo y de trabajo asociados. 3.2 Políticas de mantención La gestión de mantención ha cambiado fuertemente en los últimos años. En la década de los ’50 se realizaba principalmente mantención correctiva. Durante la época del ’60 ingresa ampliamente el concepto de mantención preventiva, basada en un tiempo de recambio predeterminado el que posteriormente fue fortalecido por la mantención según condición o sintomática. Ya en la década del ’80 aparece el concepto de mantención productiva, que junto con la mantención preventiva involucra el mejoramiento continuo. En resumen, las políticas de mantención más utilizadas en la actualidad son: • • • •

correctivas : sustitución de elemento por falla. preventivas: sustitución de elementos antes de falla predictivas : sustitución de elementos tras síntoma. productiva : sustitución preventiva más mejoramiento continuo.

La idea fundamental es presentar un modelo que permita analizar cual es la mejor combinación de políticas de mantención en una instalación industrial. La definición de las políticas de mantención requiere el conocimiento de: • •

La tasa de falla, entendida como modalidad y frecuencia. El costo global de la intervención, de la mantención y de la inspección, entendido como la suma de los costos directos, los costos indirectos y los costos de ineficiencia.

Ejemplo En un automóvil se realiza para los distintos tipos de componentes, diferentes políticas de mantención. Las balatas de los frenos son reemplazadas después de un determinado período (mantención preventiva) para evitar que 165

fallen, ya que un fallo imprevisto trae asociado un alto costo (corte de frenos). A su vez, la radio del automóvil posee una política de mantención correctiva, ya que se espera que falle para repararla. El fallo imprevisto de la radio posee un costo de ineficiencia prácticamente nulo. Los neumáticos, por su parte, gozan de mantención sintomática, ya que al observar que se encuentran muy gastados se procede a su sustitución. Al realizar la lubricación del motor con un aceite de calidad superior a la estipulada por el fabricante del automóvil, y alargar el período entre cambios de aceite, se observa una mantención productiva. 3.3 Lógica para definición de política de mantención En la fig. 37 se presenta, en forma lógica la definición de la política de mantención. El esquema permite analizar un tipo de falla determinado. Muchos sistemas mecánicos entregan importante información sobre su estado en forma simple (señales débiles), síntomas que el operador puede notar con relativa facilidad, como por ejemplo ruido o sobrecalentamiento. En el esquema primeramente se debe establecer si la falla arroja una señal perceptible. De ser así es posible realizar inspección en forma periódica, hasta encontrar el síntoma que indique la necesidad de efectuar mantención (mantención predictiva). En caso que la falla no arroje una señal perceptible, se puede proceder ya sea sólo en caso de emergencia, o bien utilizar métodos matemáticos que fijen los momentos adecuados para realizar mantención preventiva o para inspeccionar periódicamente de manera de realizar ésta.

Fig. 37. Validación de la política de mantención óptima.

166

Cualquiera sea el camino seguido dentro del diagrama, como último paso antes de reiniciar el ciclo, se realiza mantención productiva, la que consiste en la superposición de una política de mantención predictiva y mejoras continuas. El diagrama de flujo muestra las alternativas (según cada caso) y las acciones óptimas a seguir (fig. 37). Los costos globales asociados con políticas de mantención se componen de dos costos claramente identificables: •

•

El costo preventivo es el que se debe asumir en el momento de realizar una mantención preventiva, que incluye, los costos de repuestos, mano de obra, etc. El costo de emergencia asociado a los costos de ineficiencia debido a una detención imprevista del proceso productivo, más los costos asociados con la intervención (repuestos, mano de obra, etc.). Costo emergencia = Costo preventivo + Costo ineficiencia.

3.4 Modelos de mantención preventiva La mantención preventiva puede ser aplicada considerando diversas estrategias. La elección de cada una de ellas va a depender del beneficio económico que se logre de su aplicación. Para el modelamiento y selección de una política de mantención preventiva debe tenerse en cuenta las consideraciones siguientes: • • •

La tasa de falla del componente en cuestión debe ser creciente. El costo total de la intervención de emergencia debe ser superior al costo total de la intervención preventiva. Existen sólo dos estados posibles para componentes bajo análisis: funcionamiento o no funcionamiento.

3.4.1 Mantención preventiva a fecha constante Este modelo se sustenta en el hecho de que la frecuencia de mantención preventiva es predefinida y el momento en que se debe realizar las sustituciones es inalterable. En esta política no es relevante lo que suceda entre intervenciones preventivas (fig. 38).

167

Este método es atractivo por simplicidad y busca encontrar el valor T que representa el intervalo constante de tiempo que determina los momentos en que se efectuarán las intervenciones de sustitución preventiva. La función de costos totales por unidad de tiempo, en este caso, queda establecida por:

C(T) = [ + Ce * H(T)]/T donde: H(T) = Número esperado de fallas que se espera atender entre el intervalo de mantenimiento preventivo

Fig. 38. Mantenciones preventivas a fecha constante.

= Costo de intervención por preventiva Ce = Costo de intervención de emergencia Cada período contempla el costo de sustitución en la fecha predeterminada más el costo de todas las intervenciones de emergencia a efectuar entre fechas de sustitución preventiva. El tiempo óptimo de sustitución T está dado por el mínimo costo total por una unidad de tiempo entregado por la ecuación anterior.

168

3.4.2 Mantención preventiva a edad constante Este modelo se basa en que el componente se sustituirá en el momento que alcance cierta edad o tiempo de uso. El período de sustitución K transcurrirá desde la última intervención, sea ésta preventiva o correctiva (fig. 39).

Fig. 39. Mantención preventiva a edad constante.

Considerando que la edad media del componente viene dada por: tp

MTBFtp = ∫ R ( t ) dt o

Entonces es posible calcular el costo de mantención esperado considerando los costos de emergencia y preventivos asociados a un ciclo de mantenimiento.

C TM =

C p * R ( t ) + C E *[1 − R ( t )] MTBFtp

Donde: CTM = Costo de mantenimiento por unidad de tiempo = Costo de intervención preventiva CE = Costo de intervención de emergencia (correctiva) R(tp) = Confiabilidad en el instante tp MTBFtp= Esperanza de tiempo de vida para un período de programado tp.

169

cambio

Derivando los costos de intervención por unidad de tiempo e igualando a cero, se obtiene el mínimo de dicha función.

3.4.3 Mantención preventiva según condición o sintomática La mantención preventiva según condición o sintomática consiste en intervenir la unidad antes de que falle, gracias a un pronóstico de su comportamiento futuro. El pronóstico de la falla puede basarse en un síntoma o en una estimación estadística (fig. 40). 0DQWHQFLyQ LQWHUUXSFLyQ

GH

3UHYHQFLyQ LQWHUUXSFLyQ

GH

7LHPSR

.

YDULDEOH

0DQWHQFLyQ 3UHYHQWLYD

Fig. 40. Mantenimiento de condición preventiva.

El modelo matemático que se describe a continuación consiste en una simplificación del modelo de mantención preventiva a edad constante que facilita su aplicación práctica. En atención a la dificultad matemática que podría tener el determinar el valor del MTBFtp, comúnmente se realiza una aproximación que facilita inmensamente los cálculos. Esta aproximación tiene validez cuando los tiempos tp de análisis son muy pequeños comparados con la esperanza de vida del elemento MTBF. MTBFtp ≅ tp

170

Esto nos permite establecer el modelo simplificado de la forma siguiente:

C TM =

C p + C E * [1 − R ( tp)] tp

El modelo planteado busca determinar el tp óptimo para realizar una intervención preventiva. Sin embargo, existe la posibilidad de que la política de sustitución óptima no sea la preventiva, es decir que no exista un tp en el cual se minimicen los costos. En la fig. 41 se observa un ejemplo de un sistema donde existe un período de intervención preventivo tp (curva inferior) y otro donde las intervenciones preventivas a edad constante no permiten encontrar un costo mínimo (curva superior).

Fig. 41. Costo esperado por unidad de tiempo para mantenimiento preventivo a edad constante.

Ejemplo: Una empresa produce 10 chalecos por hora, vendiendo cada uno de ellos a US$ 50. Los costos variables son de US$ 30 por chaleco. La empresa posee una única máquina tejedora, la que tiene como elemento crítico un rodamiento. Al fallar este rodamiento, se requieren repuestos por un total de US$ 60. El reemplazo del rodamiento en la máquina demora 2 horas y la mano de obra del contratista que la repara es de US$ 20 por hora. El comportamiento de la confiabilidad se puede describir como una distribución de Weibull, donde γ = 0; β =3; α = 600 171

¿Cuál es el período óptimo de mantención preventiva? Desarrollo

R(t ) = e

 t  −   600 

3

Costo de ineficiencia (Ci) = (Facturación - Costo variable) Producción Ci = (50 – 30) · 10 = 200 US$/hr Costo preventivo () = Repuesto + Costo mano de obra · Tiempo detención =60 + 20 · 2 = 100 US$/intervención Costo emergencia (Ce) = Costo preventivo + Costo de ineficiencia Tiempo detención Ce = 100 +200 · 2 = 500 US$/intervención La función a minimizar será: CTM = [100 + 500 * ( 1 - EXP( - (t/600)3)]/t El objetivo es encontrar el mínimo de la función en el tiempo. Una forma de encontrar un valor aproximado para el cual los costos totales asociados de mantención sean mínimos es iterando para distintos tiempos, hasta obtener el menor costo (fig. 42). t [hrs.] 100 200 300 400 500

CTM [US$/hrs.] 1.02 0.59 0.529 0.57 0.638

Fig. 42. Iteraciones de la función de costo global.

En las fig. 42 y 43 se observa claramente que el mínimo costo esperado ocurre cuando el reemplazo del rodamiento se realiza cada 300 hrs. En el caso de existir alguna falla entre intervenciones preventivas, el período comienza en el momento de la última intervención de emergencia.

172

Costos por tiempo [US$/horas]

1,2 1 0,8 0,6 0,4 100 200 300 400 500 Tiempo [horas]

Fig. 43. Costo por unidad de tiempo para distintas frecuencias de reemplazo.

3.5 Sustitución para caso n componentes El análisis de sustitución realizado para el caso de una instalación con muchos componentes es indudablemente más complejo que en el caso individual. Al buscar la política óptima de mantención para este caso es aconsejable dirigir el análisis por alguna de las estrategias siguientes: •

•

La política estática proviene de un mantenimiento preventivo periódico basado en la edad del componente y una sustitución oportunista en el caso de pararse la instalación. El nombre “estática” se debe a que no está previsto modificaciones en el intervalo de mantenimiento tras una detención e intervención de emergencia. La política dinámica difiere de la estática en que cada intervención (renovación de alguna parte de la instalación) genera el recálculo del intervalo de sustitución preventiva. Esta política utiliza toda la información que describe el estado efectivo del sistema en el momento de reactivar la producción: intervenciones efectuadas, componentes sustituidos o renovados, el estado de los componentes no sustituidos y cualquier otro hecho ocurrido que sea trascendente desde el punto de vista de la confiabilidad.

173

Es importante aclarar que ambas políticas propuestas no corresponden a la solución óptima del problema, sino que son métodos para aproximarse a ella. La práctica industrial presenta una serie de hechos impredecibles y de gran complejidad que imposibilitan encontrar una política de mantención rigurosamente óptima. A continuación se presenta una política de mantención general, la que se compone de sustituciones preventivas de tipo secuencial y de intervenciones tras fallos (oportunistas). Se tiene un plan de mantención en el que se fijan los momentos de intervenciones preventivas, pudiendo dichas fechas verse alteradas en el caso de fallas entre intervenciones. Cada intervención de emergencia ocasiona la aparición de un nuevo momento futuro en el que convenga realizar la nueva detención. El momento más conveniente para la mantención es el que arroje el menor costo global por unidad de tiempo, durante la vida útil restante de los componentes. Se debe comprender entonces, que se lleva a cabo una política secuencial oportunista, ya que se realiza: •

Intervención correctiva: En el momento de producirse un desperfecto, se debe reemplazar el componente que ha provocado el fallo, junto con todos aquellos que han rebasado su vida útil. • Intervención preventiva: Se efectúa la sustitución de todos los componentes que han sobrepasado su edad crítica. El problema de encontrar el período de mantención preventivo óptimo para el caso de n componentes no es tan simple como para el caso de un componente individual. En el caso de n componentes es conveniente calcular la confiabilidad del sistema en forma global. Conociendo la confiabilidad del sistema se procede posteriormente a calcular el costo global mínimo asociado a mantención para todo el sistema, encontrando así el período óptimo de tiempo para realizar mantención preventiva. Sin embargo, para el caso de n componentes, resulta muy conveniente utilizar programas computacionales que permitan simular el comportamiento de los sistemas. 3.6 Inspección óptima Dentro de las políticas de mantención, es de gran utilidad la mantención predictiva o sintomática. Ello consiste en poder adelantarse a las posibles fallas, realizando de esta forma intervenciones con la ventaja de la programación de la actividad. Esta política se sustenta en la idea de 174

aprovechar el componente hasta que dé señales de estar próximo a fallar. De esta forma se aprovecha el componente en prácticamente toda su vida útil y se evita las consecuencias de fallas de emergencia. La forma de adelanto a las posibles fallas, debe ser encontrando síntomas que se anticipen a éstas. Los síntomas pueden ser descubiertos, ya sea por un plan de inspección planificado o bien por el mismo operario que siente algún tipo de anomalías, tal como vibraciones, sobrecalentamiento, etc. Una manera muy conveniente de enfrentar el problema de la política de inspección óptima es la metodología de individualización de los componentes críticos a través de alguna metodología como el MAFEC. 3.7 Políticas de Mantención Problema: Buscar alguna forma de reducir los costos de operación de una planta de filtros. Objetivo: Seleccionar las políticas de mantenimiento más conveniente de una planta industrial (Planta de filtros), que permitan definir las líneas guías y las acciones necesarias para lograr una gestión optimizada de la función de mantenimiento. Discusión: Una buena gestión de la función de mantenimiento está condicionada a la definición de las políticas que minimicen el costo global de la actividad industrial, considerando costos propios del mantenimiento, costos de ineficiencia y costos asociados como el capital inmovilizado. Normalmente las decisiones a nivel de diseño de una planta, consideran una relación directa entre el costo de capital fijo y el costo de mantenimiento asociado a la misma, siendo que este se reduce en la medida que las instalaciones estén concebidas con un mayor grado de redundancia. El mayor costo de capital en que se incurre para lograr un alto nivel de redundancia, se debe traducir en una reducción de los costos de ejercicio de la planta, debido a su mayor seguridad operacional. La búsqueda de una función de costo global, durante todo el ciclo de vida (LCC) es la que permite encontrar la solución más conveniente. Descripción del proceso: El proceso es equivalente al del caso analizado en el punto 2.7 de este capítulo. Consideraciones: El costo de ineficiencia de la planta depende de la duración del problema operativo, generalmente por la información disponible se debe considerar un valor específico constante. Las tasas de falla y los tiempos medios de reparación (MTTR) se obtienen de la información disponible en la planta, datos del fabricante o bibliografía especializada.

175

Desarrollo: De acuerdo al modelo que representa el comportamiento del costo global de mantenimiento en el tiempo, es posible identificar el período de sustitución de los componentes analizados que minimice el costo global. Para definir la política de reemplazo que minimice los costos totales de mantenimiento del sistema, se usa la siguiente función objetivo.

E(c) =

+ Cd × (1 − R(tp)) tp

donde: E(c): :

Costo total esperado de mantención por unidad de tiempo. Costo de reemplazo programado, incluye el costo de la pieza, su permanencia en inventario y la mano de obra involucrada. Costo de una falla en servicio, incluye el costo de la pieza nueva, CE la mano de obra, el costo de ineficiencia por la falla del sistema. (1–R(t)): Probabilidad de ocurrencia de la falla (Emergencia) en el tiempo t. R (t): Probabilidad de un buen funcionamiento a un tiempo t. Para la obtención de los parámetros anteriores se considera: Costo de reemplazo programado =Fs x Costo del repuesto + Mo x Tiempo de reparación (MTTR)

donde: Fs: Mo:

Factor de costos de almacenamiento (costo de capital) Costo de mano de obra US$/hr

Costo de la falla en servicio Cd = + Ci x Tiempo de reparación (MTTR) donde: Ci: Costo de ineficiencia US$/hr

176

Probabilidad de buen funcionamiento Para la evaluación de la confiabilidad de los elementos se considera que responden a una distribución de Weibull. (ciclo de vida)

R(t) = e

 t−γ  −   α 

β

donde, γ, α, β son parámetros de forma de esta distribución. Instalación sistema de filtrado Para el sistema de filtrado se considera como equipo crítico los filtros, con los siguientes componentes: sello, tela, diagrama. En la fig. 44 se aprecian los datos necesarios, para poder realizar el análisis. Es importante aclarar que el sistema de filtrado opera en forma continua, es decir 720 horas mensuales, y que el costo de ineficiencia es de aproximadamente 8.000 dólares por hora.

MTTR [hrs] MTBF [hrs] Disponibilidad α [hrs] γ β [US$] CE [US$]

Sellos 0.5 797 0.999 900 0 1.2 600 1000

Tela 10.5 1534 0.993 1700 0 1.5 1600 10000

Diafragma 47.5 3081 0.984 3400 0 4 2000 40000

Fig. 44. Datos relevantes de los componentes del filtro.

En la fig. 45 se presenta el comportamiento del costo global de mantenimiento y se puede visualizar que para dos de los componentes (sello y tela), en el período de análisis, el costo tiende siempre a disminuir, por lo que la política de mantenimiento más adecuada es la correctiva, salvo que los costos de inspección justifiquen un mantenimiento predictivo (“on condition”). El análisis arroja un período óptimo de mantención preventiva para el diafragma, dado que la curva de costos totales de mantenimiento presenta un mínimo para la sustitución del componente después de 1.200 horas de operación.

177

Los costos de mantención total son calculados mediante la relación siguiente: Sello Tela Diafragma

Costo global de mantención horario [US$/hr]

35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0

1000

2000

3000

4000

5000

Tiempo de operación [hrs]

Fig. 45. Costo total de mantenimiento de elementos críticos para distintos tiempos de reemplazo.

Para estimar el costo equivalente mensual asociado al requerimiento del filtro se asume que los componentes que tendrán mantención correctiva deben ser reemplazados a su expectativa de vida media (MTBF). En la fig. 46 se presentan los costos de mantenimiento asociados a los tres componentes en cuestión. El costo equivalente mensual indicado se refiere sólo a los costos directos de mantenimiento como son: repuestos y mano de obra directa asociados a la intervención. Sellos 600 1000 0.41 1570

[ US$] CE [US$] Confiabilidad al cambio tp [ hrs] Costo mantención directo mensual [US$]

Tela 1600 10000 0.42 3473

Diafragma 2000 40000 0.98 1200 1062

Fig. 46. Costos de mantenimiento y tiempos óptimos de sustitución de componentes.

178

Resto de las instalaciones Al analizar los equipos críticos de las demás instalaciones, se puede observar que para todas ellas, al igual que la tela y el sello del sistema del filtrado ya analizado, la política de reemplazo a edad constante no es la más adecuada. El costo directo de mantenimiento de los equipos críticos se obtiene bajo la consideración de que los componentes con mantención distinta a la preventiva deben ser reemplazados a su expectativa de vida media (MTBF) y el diafragma (mantención preventiva) debe ser reemplazado después de las 1.200 hrs. de operación. En la fig. 47 se presentan los costos directos de mantenimiento mensuales, para los elementos críticos de cada instalación. Instalaciones Sistema alimentación Sistema Aire de proceso Sistema Aire de Instrumentación Sistema Lavado de tela Sistema Transporte Sistema de Filtrado

Costo mensual [US$] 46 150 22 10 381 6104

Fig. 47. Costos de mantenimiento de las instalaciones principales de la planta.

Períodos de intervenciones mayores De acuerdo a las políticas de mantenimiento definidas, los períodos de intervención mayores estimados se presentan en la fig. 48. Instalación Sistema alimentación Bomba alimentación Bomba descarga Espesador Sistema de filtrado Sello Tela Diafragma Sistema Aire de proceso Compresor Sistema Aire de Instrumentación Compresor Sistema Lavado de Tela Bomba Sistema Transporte Correas

Período de intervención [h] 4187 4187 44340 800 1500 1200 6808 6808 8851 7416

Fig. 48. Períodos de intervención a los componentes críticos de cada sistema.

179

Estimación del costo total del mantenimiento de la planta Para estimar el costo total del mantenimiento de la planta se consideran los costos directos de mantenimiento obtenidos para los equipos críticos, aumentados en un: • •

15 % de la mano de obra directa por concepto de supervisión y 25 % de los costos directos más supervisión de los equipos críticos para considerar el mantenimiento del total de la instalación/ planta.

En la fig. 49 se presentan los costos totales de mantenimiento para dos alternativas. Alternativas de mantenimiento Sólo filtros Toda la planta 916 1007 1526 1678 6104 6713 8546 9398

Supervisión y mano de obra US$/mes Costo almacenamiento US$/mes Gasto en repuestos US$/mes Equivalente de gasto mensual US$/mes

Fig. 49. Alternativas de mantenimiento.

En los costos totales presentados no están considerados los gastos generales como elemento de trabajo, teléfono, servicio, etc. Conclusiones: Las condiciones operacionales inducen a sugerir que la política de mantenimiento preventivo, es decir, el reemplazo a edad constante en todos los componentes con excepción del diafragma (componente de la cámara de filtrado) no es una política económicamente conveniente. Sin embargo es fundamental, en la medida que los costos de inspección y diagnóstico lo permitan, propender hacia la prevención de las fallas a través de políticas de mantenimiento más evolucionadas como la predictiva (“on condition”), que permite incorporar fácilmente el mantenimiento oportunista que contribuye a aumentar el conocimiento de los equipos y por consiguiente mejorar continuamente la efectividad de los mismos. 4.

Renovación de equipos

Toda empresa busca como objetivo fundamental el maximizar beneficios a largo plazo. Para ello procura aumentar los ingresos y minimizar los costos. Una forma de minimizar los costos es identificar el ciclo de vida óptimo de los distintos equipos que componen las instalaciones industriales. Es claro que en la medida que pasa el tiempo de operación se elevan los costos de operación y de mantención de los equipos; por lo que existirá un 180

momento (tiempo) donde será conveniente renovar el equipo antiguo por uno nuevo. El análisis siguiente busca proponer un método simple que permita determinar el momento óptimo de la renovación de un equipo en una instalación industrial. 4.1 Sustitución de equipos Los equipos sufren un persistente deterioro y desgaste a medida que acumulan horas de operación. Es por ello que en algún momento se hace necesario adquirir un nuevo equipo y desechar el antiguo, logrando de esta manera disminuir los costos de la empresa. Existen razones técnicas y económicas que pueden justificar la renovación de equipos. En ocasiones, puede ser necesario retirar de servicio un equipo complejo por haber quedado inservible debido a razones puramente técnicas: • •

Cuantitativas: Por ejemplo tuberías obstruidas por incrustaciones, por las cuales no pueden circular los caudales necesarios. Cualitativas: Por ejemplo máquinas que ya no permiten alcanzar la precisión requerida.

Generalmente, antes de llegar a la situación extrema de retirar equipos por razones técnicas antes descritas, aparecerán efectos de envejecimiento y obsolescencia que hacen aumentar los costos de mantenimiento y disminuir el tiempo de operación de servicio, lo que incita a una renovación. Envejecimiento: Con el transcurso del tiempo los equipos aumentan sus necesidades de mantención, aumentando dichos costos y disminuyendo el tiempo operativo, de tal forma que es necesario gastar cada vez más para una disponibilidad cada vez menor. También es frecuente que el envejecimiento de los equipos traiga consigo mayor consumo de energía, aumente la proporción de defectuosos, aumentando así los costos de rechazo. Obsolescencia: La evolución tecnológica da lugar a la aparición de equipos más perfeccionados, con menores costos de producción, provocando la obsolescencia de los antiguos. La evolución del medio en que está inmersa la empresa implica una modificación o reemplazo de equipos y procesos cuando se agoten las materias primas, o la aparición de otras de las cuales se pueden obtener en mejores condiciones productos idénticos o sustitutos.

181

4.2 Modelos de reemplazo El objetivo de la empresa es satisfacer al cliente. Para lograr dicha meta, es fundamental asegurar la calidad y minimizar los costos. A continuación se presenta modelos que buscan minimizar los costos vía renovación de equipos. Horizonte finito; tiempo continuo y discreto: El primer modelo contempla un horizonte finito de evaluación. Esta situación se dará cuando el servicio se presta entre dos fechas bien determinadas: inicial y final. Los modelos buscan encontrar el número de renovaciones que se debe realizar en el período predeterminado, de tal forma de obtener un costo total mínimo. Al considerar un horizonte finito para la evaluación, es posible modelar el tiempo como una variable continua o una discreta. El considerarlo como una variable continua facilita fuertemente el desarrollo matemático, ya que se hace posible utilizar el cálculo diferencial. Sin embargo, esta continuidad constituye evidentemente una abstracción. Por consiguiente en la práctica lo más frecuente es suponer que no pueden efectuarse pagos, ingresos, renovaciones, etc.; sino únicamente en fechas determinadas. Este modelo, aunque más realista, presenta la dificultad de su solución matemática, la que requiere del uso de teoría de grafos. Horizonte infinito; tiempo discreto: El procedimiento que se basa en los supuestos más realistas y por ende más utilizados en la industria es el de tiempo discreto y horizonte infinito. En él se busca determinar cada cuantos períodos de tiempo será óptimo reemplazar el equipo. El procedimiento utilizado consiste en comparar los costos medios por períodos actualizados, suponiendo distintos números de períodos. Conociendo el valor de dichos costos para cada uno de los posibles períodos de renovación se realiza una comparación, siendo el período óptimo el que arroje el menor costo medio por período. El procedimiento resulta muy simple si se construye la tabla que se describe a continuación. 1- y 2- Se indican los períodos y los costos anuales C(t) para cada uno de los períodos. t 3.Se calcula el factor de actualización para cada uno de los períodos utilizando: f(t) = 1/(1+i) 4.Se llevan los costos anuales a valor presente: C(t)*f(t)

182

5.-

Se acumulan los valores presentes hasta el período determinado: t

∑ C (i ) * f (i ) i=1

6.7.-

Se calcula la inversión inicial con los valores presentes acumulados, obteniendo los costos totales actualizados Q(t). Se calcula FRC para cada uno de los períodos:

i * (1 + i ) t FRC (t ) = ((1 + i ) t − 1) 8.-

Se calcula el costo medio periódico multiplicado FRC por los costos totales actualizados: Q(t) * FRC(t).

Por último se calcula el valor del costo medio por período para el período especificado en la primera columna. Por ejemplo, la tercera fila dirá que el costo medio por período equivale para un reemplazo cada tres períodos será el especificado en la última columna. Entonces se deberá optar por el menor de los costos por períodos medios.

&RVWR GH XWLOLGDG &RVWR GH DGTXLVLFLyQ 7LHPSR

7LHPSR

&RVWR WRWDO PHGLR DQXDO

5HQGLPLHQWR ~QLFR HTXLYDOHQWH

7LHPSR

7LHPSR

Fig. 50. Esquema de flujos de dinero en el tiempo para los costos considerados en el análisis.

183

El análisis realizado se presenta en forma gráfica a través de esquemas en que se presenta los costos asociados al equipo en cuestión. El primer esquema representa el costo de adquisición. El segundo presenta los costos de explotación. Ellos son crecientes ya que cada período se requiere más mantención, disminuyen los rendimientos. El tercer esquema muestra la suma de costos de explotación y adquisición llevados a un pago único equivalente en el período cero, descontando los flujos anuales a la tasa de descuento que corresponda. Por último el cuarto diagrama muestra la cuantía de las cuotas medias anuales que es necesario cancelar cada uno de los períodos hasta el horizonte del proyecto. Ejemplo: Considere un equipo donde los valores de reventa al final del período de operación son despreciables. El costo de adquisición de este equipo asciende a US$ 7100 y la tasa de actualización de la compañía es de un 15%. Los estudios de renovación de equipo se realizan siempre a final de año. Además se sabe que los costos anuales de operación y mantenimiento evolucionan como lo muestra la fig. 51. Año 1 2 3 4 5 6 7

C(t) [ US$] 100 200 800 1800 3200 5000 6900

Fig. 51. Costo operacional anual.

Solución: De acuerdo al procedimiento antes presentado, se construye la tabla mostrada en la fig. 52. Año

C(t)

f(t)

C(t) f(t)

1 2 3 4 5 6 7

100 200 800 1800 3200 5000 6900

0.870 0.756 0.658 0. 572 0.497 0.432 0.376

87.0 151.2 526.0 1029.2 1591.0 2161.6 2594.0

t

∑ C (i) ⋅ f (i)

Q(t)

FRC

Cme(t)

7187.0 7338.2 7864.2 8893.4 10484.3 12646.0 15239.9

1.150 0.615 0.438 0.350 0.298 0.264 0.240

8265.0 4513.8 3444.3 3115.0 3127.6 3341.5 3663.1

i =1

87.0 238.2 764.2 1793.4 3384.3 5546.0 8139.9

Fig. 52. Tabla resumen de costos de reemplazo.

184

La fig. 52 presenta claramente la solución al problema, es decir, la cantidad de años donde es óptimo renovar el equipo. En la última columna se observa que los valores del costo medio anual decrecen durante los 3 primeros años. En el cuarto año alcanza su valor mínimo y de quinto en adelante se eleva el costo medio anual. El costo medio anual obtenido para los 4 años de US$ 3115 significa que si se realizarán 4 pagos iguales (uno al final de cada año), y cada uno de ellos debería ser de US$ 3115. Este es el pago anual menor, comparando las distintas fechas de reemplazo analizadas. 4.3 Alternativas de costo anual uniforme equivalente El costo medio anual calculado también es conocido como costo anual uniforme equivalente C.A.U.E. Ambos indican el valor medio que se deberá cancelar anualmente durante el horizonte del proyecto para poder financiar tanto el costo de adquisición como el de explotación durante la operación del proyecto. Entonces, el C.A.U.E. mínimo indicará la conveniencia de realizar el reemplazo en el período que determina. Conociendo el C.A.U.E. mínimo, es posible tomar también otro tipo de decisiones, tales como: Reemplazo de equipo antiguo: Para tomar la decisión acerca de la conveniencia de realizar dicho reemplazo es necesario comparar el C.A.U.E. del equipo nuevo es mayor que el costo anual del equipo antiguo, con lo cual no será económicamente conveniente realizar la renovación. En caso contrario se debe proceder a reemplazar el equipo. Arriendo de equipo: Es muy simple la toma de la decisión de arriendo de equipos a terceros utilizando el C.A.U.E. Cuando el valor del arriendo anual sea menor que el C.A.U.E. mínimo obtenido entre las posibles alternativas de compra, será conveniente arrendar el equipo a terceros. En caso contrario se justifica la compra. En general al realizar una sustitución de equipo, el valor residual del antiguo es muy pequeño. En la práctica es usual demorar la liquidación del equipo antiguo, ya que conservándolo durante el período en que el nuevo se encuentra en etapa de rodaje y por consecuencia posee una mayor probabilidad de falla, se respalda el sistema. Entonces en caso de falla, se vuelve a utilizar el equipo antiguo, disminuyendo la indisponibilidad del sistema y por ende los costos de ineficiencia.

185

5. Metodología de individualización de los componentes críticos y su cuantificación Es común que un profesional de mantenimiento considere como parte de su trabajo ocupar mucho tiempo resolviendo problemas urgentes debido a imprevistos casi permanentes. Es fundamental que ese profesional no olvide que muchos de esos problemas tienen características de tipo crónico, que es posible resolver a través de pequeños mejoramientos. Esas fallas crónicas comúnmente representan la mayor proporción del presupuesto asignado para la mantención. Para la identificación de las causas que están originando estos problemas de tipo crónico existen muchas herramientas. Entre ellas se destacan aquellas metodologías que permiten identificar los componentes críticos que originan las fallas más frecuentes, logrando con esto reducir los costos de reparación o tiempos fuera de servicio. Entre estas herramientas toma especial relevancia en problemáticas de mejoramiento de la gestión de mantenimiento la denominada MAFEC (Metodología de Análisis de Fallas sus Efectos y Criticidad), es un proceso simple y sistemático, utilizado para investigar, rectificar y eliminar fallas de los equipos, especialmente orientado aquellas fallas de tipo crónicas y repetitivas. Un gran porcentaje del tiempo fuera de servicio de los equipos se debe a pequeños eventos que ocurren con una alta frecuencia, en lugar de fallas grandes y esporádicas, de baja frecuencia de ocurrencia y que son generalmente de más fácil detección. Es importante recordar que en equipos complejos, no más allá de una decena de componentes (cuatro por mil), son las causantes de sobre el 80 % de las detenciones. En general las organizaciones de mantención están preparadas para resolver los problemas originados más que prevenirlos. Un análisis riguroso a través de una metodología como el MAFEC permite realizar un estudio causaefecto que asegura identificar los componentes críticos con fallas crónicas y consecuentemente definir la gestión de mantención más conveniente que no sólo considera las tareas asociadas con la intervención e inspección, sino también, acciones de mejoramiento continuo orientadas a mejorar la confiabilidad, mantenibilidad y la capacidad de diagnóstico de los sistemas.

186

5.1 MAFEC El MAFEC es una metodología que permite clasificar y recopilar información de los componentes críticos, y con ello proyectar y diseñar las estrategias de mantención para un equipo o sistema. Este análisis se divide en cuatro fases: • • •

Fase 1. Fase 2. Fase 3.

Selección de la máquina crítica. Descomposición de la máquina. Individualización del modo de falla y evaluación de la criticidad de los elementos. • Fase 4. Análisis de las causas de fallas e individualización de los componentes críticos. El equipo de trabajo responsable de llevar a cabo la metodología debe ser un equipo multidisciplinario formado principalmente por operadores, mantenedores y profesionales de ingeniería de mantención que actúan como facilitadores del proceso de análisis. El responsable de la unidad productiva con el apoyo de mantención define y localiza los equipos que afectan mayormente la productividad de los medios de trabajo y/ o la calidad del producto o servicio, a través de la selección de la máquina crítica (Fase 1). La descomposición de la máquina (Fase 2) se desarrolla estudiando cada una de las partes o piezas que se obtienen como resultado de la disgregación por partes o subsistemas de la máquina. Este análisis se realiza considerando los siguientes niveles de descomposición. Nivel I. Nivel II. Nivel III. Nivel IV

Es ocupado por la máquina, estación u operación tomada en consideración. Fase del proceso o conjunto/grupo funcional de la máquina. Subsistemas de componentes que desarrollan las operaciones elementales concurrentes en la ejecución Nivel II. Componentes significativos críticos, en los que tiene origen la falla que se transmite a niveles superiores de la máquina. Se obtiene normalmente después de la Fase 4.

Para el desarrollo de la fase 2 se utiliza la “Plantilla de Descomposición de la máquina” (fig.53). Las actividades del grupo de trabajo (equipo multidisciplinario) en la Fase 3 y Fase 4 están reglamentadas en la “Planilla MAFEC del medio de trabajo”

187

que entrega una modalidad operativa para individualizar cualitativamente y cuantitativamente los componentes críticos. Esta fase colabora en la capacitación del equipo de operadores y mantenedores. EMPRESA DEPARTAMENTO EQUIPO OPERACION Código Nivel I

Código

Nivel II

Código

Nivel III

Código

Nivel IV

Fig. 53. Plantilla Descomposición de la máquina.

La Individualización del modo de falla y evaluación de la criticidad de los elementos (Fase 3) comprende el análisis de la criticidad de la falla, es decir, en la “Planilla MAFEC del medio de trabajo” comprende desde la columna “Número de elementos” hasta la columna “Índice de criticidad”. En las fig. 54 y 55 se presenta la plantilla MAFEC de medio de trabajo. Ella se compone de dos subplantillas que se explican a continuación: A. Individualización de los modos de falla y cuantificación de la criticidad y sus efectos Es importante estipular claramente cuales son los modos de falla existentes en el sistema, por ello en la siguiente plantilla se crea un listado, que junto con los modos de falla contiene información que da a conocer la relevancia de cada de las fallas. Subsistema

Código

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

Tipo de falla subconjunto

Frecuencia [veces/año]

Efecto sobre la máquina

Efecto sobre el producto

Reparación provisoria

Tiempo de detención [horas]

Indisponibilidad [horas/año]

Fig. 54 – Plantilla MAFEC del medio trabajo (Sección A)

B. Análisis de la causa de falla e individualización del componente crítico La plantilla de la fig. 55 permite establecer la relación entre la causa de falla y el componente que lo origina.

188

Subsistema Código

Análisis de la causa de falla e individualización del componente crítico Criticidad del proceso

Indice de criticidad

Tipo de falla Componente

Causa de falla Componente

Parte de repuesto

Código repuesto

Síntomas observables

Síntomas Externos

Fig.55. Plantilla MAFEC del medio de trabajo (Sección B).

La construcción de las plantillas de las fig. 54 y 55 es de gran importancia. En la primera de ellas se establece los síntomas que evidencia cada uno de los componentes, es decir, la señal que genera el componente cuando no opera correctamente. En la segunda planilla se determina cual es la causa que produce los síntomas particulares. Al observar un síntoma es fundamental conocer cual es la causa que lo produce, ya que de esta forma se puede resolver el problema en su origen. En las fig. 56 y 57 se muestra la aclaración de los elementos que se deben incorporar en cada una de las columnas de las dos plantillas antes expuestas.

Columna

Detalle

Número de elementos

¿Cuál es la multiplicidad del sistema? Indicar cuántos subconjuntos existen en el subsistema bajo análisis.

Tipo de falla de subconjunto

¿Ha fallado alguna vez el subconjunto? ¿Qué tipo de falla se ha verificado? Indicar tipo de falla total o parcial. ¿Con qué frecuencia se ha verificado la falla? Especificar el número de fallas ocurridas durante un año Especificar si al ocurrir la falla, la máquina se bloquea en forma parcial o total. ¿Cuáles son los efectos sobre el producto/servicio? Indicar si el tipo de falla provoca degradación cualitativa sobre el producto/servicio. ¿Existe la posibilidad de una reparación provisoria? Indicar si existe una reparación provisoria previa a la reparación definitiva. ¿Cuánto tiempo está detenida la máquina al ocurrirla falla? ¿Cuál es la indisponibilidad de la máquina? Calcular la indisponibilidad de la máquina como la multiplicación entre la frecuencia de falla y el tiempo de detención.

Frecuencia [veces/año] Efecto sobre la máquina Efecto sobre el servicio

Reparación provisoria

Tiempo de detención [horas] Indisponibilidad [horas/año]

Fig. 56. Plantilla A: individualización de los modos de falla, cuantificación de la criticidad y sus efectos.

189

Columna Criticidad del proceso

Detalle Criticidad en el servicio. Ajustar valor de criticidad de acuerdo a la tabla de valores de criticidad.

Indice de criticidad

Se obtiene multiplicando el valor de la criticidad por la indisponibilidad de la máquina. Tipo de falla del componente Descripción del tipo de falla a la que está sujeto el componente. Causa de falla del componente Se indica cuál es la causa que produce la falla en el componente Parte de repuesto y Código repuesto Se describe la parte de repuesto adecuada para el reemplazo en caso de falla Síntomas observables Síntomas inherentes a la falla Se reporta en esta columna la “señal débil” observable directa o indirectamente de los primeros síntomas que surgen de la falla. Síntomas externos Se reportan las señales o síntomas externos a la falla Fig. 57. Plantilla B: Análisis de causas de falla e individualización del componente crítico.

En forma complementaria en la fig. 58 se presenta una tabla donde se sugiere los valores del índice criticidad para procesos de distintas características.

Indice

TABLA DE VALORES DE CRITICIDAD (Sugerencias)

1

Ninguna criticidad cualitativa. El tipo de falla no influye sobre la calidad del producto /servicio Marginalmente crítica. Calidad aceptable al límite de lo estándar. Poco crítica. Calidad no aceptable.

2 3 4 5

Crítica. Muy crítica. Calidad no aceptable, riesgo de enviar al cliente el producto fuera de estándar Peligro para el personal. Fig. 58. Tabla de valores de criticidad.

El Análisis de las causas de falla e individualización de los componentes críticos (Fase 4) persigue el análisis de la falla y el origen de ésta; de forma de disponer de la información necesaria para un diagnóstico precoz de la falla o para realizar una reparación transitoria rápida, cuando la falla ha ocurrido. Sobre la base del análisis anterior es posible establecer el Plan de Mantención Productiva (fig. 59). La jerarquización de los componentes críticos se realiza en base a causas y frecuencia, también es necesario confeccionar una pauta de inspección, indicando las frecuencias de cada

190

intervención (turno, diaria, semanal) y la forma en que se realiza (máquina detenida o en funcionamiento). Componente Código nivel II

Código

Descripción Nivel II

Código

Inspección / prevenciones cíclicas Descripción Nivel IV

Descripción

Frecuencia

Tiempo

MD

MF

O

Acción correctiva M

Señal débil

Acción Correctiva

MD: Máquina detenida MF: Máquina funcionando O: Acción realizada por el operador M: Acción realizada por el mantenedor

Fig. 59. Plantilla MAFEC del plan de Mantención Productiva.

5.2 Caso: equipos rodantes Problema: Crear un sistema que permita la definición de un plan para la mantención de un equipo de movimiento de tierra. Objetivo: Aplicación de la metodología MAFEC a un equipo de movimiento de tierra Descripción general del equipo: El equipo corresponde a un retroexcavador utilizado para realizar trabajos de limpieza. Este equipo es operado en tres turnos por cuatro operadores asignados a esta tarea. Este equipo es crítico para el departamento al cual pertenece, debido a lo relevante que es la función que desempeña para la operación normal del proceso y a los elevados costos asociados a su mantención bajo las condiciones actuales de operación. Desarrollo: Para la ejecución del proyecto se forma un grupo de 5 personas que desarrollan sus tareas en torno a la máquina. El equipo de trabajo está compuesto por: 1 operador del equipo 2 mantenedores 1 profesional de ingeniería de mantención 1 consultor externo Siguiendo la metodología MAFEC se obtiene los resultados mostrados en las figs. 60 a la 65. Sin duda el objetivo perseguido en el caso expuesto es disponer de instrumentos que permitan sobrellevar un adecuado plan de mantenimiento del equipo en cuestión con el fin de disminuir, mediante una adecuada estrategia 191

de mantención (sintomático, preventivo y correctivo), el impacto de la falla sobre el producto que se brinda a menor costo global. No obstante lo anterior, en este caso fue fundamental la elección de la metodología para la obtención de los planes de mantención dado que considera la participación de los actores directamente relacionados en el proceso. El costo de optar por este tipo de metodologías es la dilatación temporal en la obtención de los instrumentos respecto a un diseño tradicional (sin considerar la opinión de los trabajadores). Por otro lado el beneficio supera fuertemente los costos en el sentido que se logra un involucramiento sustantivo de las personas y por ende la viabilidad en el largo plazo de las propuestas.

192

EMPRESA DEPARTAMENTO EQUIPO Cód.

Nivel I

Cód.

Nivel II

Cód.

Nivel III

1

EQUIPO

1

TRANSMISION

2

SISTEMA HIDRAULICO

3

RODADO

4

BALDE

5

ESTRUCTURA

6

SISTEMA ELECTRICO

7

MOTOR

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

CONVERTIDOR TRANSMISION DIFERENCIAL EMB.DIR Y FRENOS MANDO FINAL ESTANQUE HIDRAULICO CAJA DE VALVULAS FILTRO HIDRAULICO BOMBA HIDRAULICA CILINDROS DE LEVANTE CILINDROS DE VOLTEO CIRCUITO HIDRAULICO PALANCAS DE CONTROL RIPPER CADENA CILINDRO TENSOR RODILLOS BASTIDOR BALDE PORTA BALDE BARRAS DE INCLINACION BIELETAS CABINA PROTECCIONES PROTECCIONES RODADO TAPAS LATERALES PROTECCION RADIADOR BARRA ESTABILIZADORA CHASIS SISTEMA DE CARGA ALTERNADOR SISTEMA DE PARTIDA BATERIAS MOTOR DE PARTIDA MOT. LIM. PARABRISAS MOTOR CALEFACCION SIST. DE ALUMBRADO BALIZA FOCOS DE SERVICIO SISTEMA DE COMBUSTIBLE EST. DE COMBUSTIBLE CAÑERIAS DE PETROLEO FILTRO DE PETROLEO BOMBA INYECTORA INYECTORES SISTEMA DE ASPIRACION FILTROS DE AIRE DUCTOS DE ISION SISTEMA DE ESCAPE TURBO ALIMENTADOR SILENCIADOR REFRIGERACION BOMBA DE AGUA

Fig. 60. Extracto plantilla descomposición de la máquina.

193

Cód.

Nivel IV

Fig. 61. Extracto plantilla MAFEC del medio de trabajo (sección A).

194

1

1

2

1

1

1.7.4

1.7.5

1.7.8

1.7.12

1.7.14

1

1.6.9

1

1

1.6.1

1.7.2

1

1.5.5

5

1

1.4.1

1.6.10

1

Número de elementos

1.2.6

Código

Subsistema

hermeticidad interna

rotura/deformación

saturación

variación punto inyección

obstrucción

vacío interior

funcionamiento

funcionamiento

funcionamiento

abolladura

desgaste

rotura manguera

Tipo de falla subconjunto

2

4

17

1

2

5

25

30

6

3

15

10

Frecuencia [veces/año]

calentamiento

-

rendimiento

rendimiento

detención

detención

-

-

detención

detención

detención

detención

Efecto sobre la máquina

-

-

detención

riesgo accidente

riesgo accidente

Efecto sobre el servicio

-

-

sacudir

-

-

sacar tapa

-

-

-

-

-

-

Reparación provisoria

5

14

0,1

6

0,2

0,3

1

1

1

8

1

0,2

Tiempo detención [horas]

10

56

1,7

6

0,4

1,5

25

30

6

24

15

2

Indisponibilidad [horas/año]

Individualización de los modos de falla y cuantificación de la criticidad y sus efectos

Fig. 62. Extracto plantilla MAFEC del medio de trabajo (sección B).

195

1

1

2

1

1

1.7.4

1.7.5

1.7.8

1.7.12

1.7.14

1

1.6.9

1

1

1.6.1

1.7.2

1

1.5.5

5

1

1.4.1

1.6.10

1

Número de elementos

1.2.6

Código

Subsistema

hermeticidad interna

rotura/deformación

saturación

variación punto inyección

obstrucción

vacío interior

funcionamiento

funcionamiento

funcionamiento

abolladura

desgaste

rotura manguera

Tipo de falla subconjunto

2

4

17

1

2

5

25

30

6

3

15

10

Frecuencia [veces/año]

calentamiento

-

rendimiento

rendimiento

detención

detención

-

-

detención

detención

detención

detención

Efecto sobre la máquina

-

-

detención

riesgo accidente

riesgo accidente

Efecto sobre el servicio

-

-

sacudir

-

-

sacar tapa

-

-

-

-

-

-

Reparación provisoria

5

14

0,1

6

0,2

0,3

1

1

1

8

1

0,2

Tiempo detención [horas]

10

56

1,7

6

0,4

1,5

25

30

6

24

15

2

Indisponibilidad [horas/año]

Individualización de los modos de falla y cuantificación de la criticidad y sus efectos

Fig. 63. Extracto plantilla MAFEC del plan de mantención productiva.

196

197

revisar tensión cadena

inspeccionar segmentos sueltos

soplar filtro de aire

inspeccionar ductos isión aire

inspeccionar por fugas de aceite

engrasar cilindros de volteo lateral

engrasar barras inclinación

engrasar brazos levante

engrasar cilindro hidraúlico de levante

engrasar bastidor

drenar tanque de combustible

drenar agua / sedimentos filtro combustible

verificar apriete pernos zapatas, soporte rodillos

5

6

7

8

9

12

13

14

15

16

17

18

19

detenido detenido

x x

10

10

10

5

5

3

3

5

10

7

6

1

5

15

Condición equipo

holgura

50 mm, tensar

Observaciones

Fig. 64. Guía de inspección, frecuencia de intervención para cada turno, responsabilidad del mantenedor de terreno.

detenido

x

detenido

detenido

x x

detenido

detenido

detenido

x

x

detenido

detenido

x x

detenido

x

detenido

detenido

detenido

Condición equipo

detenido

x

Frecuencia semanal

x

x x

x

Frecuencia diaria

Frecuencia: diaria: lunes, martes, miércoles, jueves, viernes; semanal: sábado.

engrasar barra estabilizadora

engrasar balde

Inspección / Intervención

4

1,2,3

Actividad

198

1 2 3 4 5 6

Actividad

Pauta

motor a temperatura de trabajo 4 puntos conexión balde con portabalde en todo el equipo

2 2 15 4

detenido detenido detenido

revisar nivel aceite transmisión

lubricar articulación balde en su totalidad

inspección visual

Fig. 65. Guía de inspección, frecuencia de intervención para cada turno, responsabilidad del mantenedor de terreno.

sistema hidráulico en reposo

3

detenido

revisar nivel de aceite estanque hidráulico de trabajo

3

Observaciones

detenido

detenido

Tiempo (minutos)

revisar nivel agua radiador

Revisar nivel aceite motor

Actividad

Condición equipos

Inspección / intervenciones asignadas al operador

Pauta de inspección para cada turno

Bibliografía A. Baldin, L. Furlanetto, A. Roversi, F. Turco, Manual de mantenimiento de instalaciones industriales, Gustavo Gilli S.A.,Barcelona, 1982. P. Lyonnet, La Maintenance Mathématiques et Méthodes, Technique et Documentation (Lavoisier), Paris, 1988. E. Green, A.J. Bourne, Reliability Technology, Wiley & Sons Ltd., 1972. O. Vinogradov, Mechanical Reliability: a Designer’s Approach, Hemisphere Publishing Corporation, Canada, 1991. J. Desrousseaux, L’evolution économique el le comportement industriel, Dunod, 1965. J. Figueroa, Renovación de equipos industriales, Editorial Hispano Europea, 1979. Ligeron J. Cl., Delage A. Neff M. La fiabilité en exploitation, Technique et Documentation (Lavoisier), 1984. Marcovici Cl., Ligeron J. Cl. Utilisation des techniques de fiabilité en mécanique, Technique et Documentation (Lavoisier), 1974. Kaufmann A. Méthodes et modéles de la recherche opérationnelle, Tome l, Dunod, 1979. Anderson, V. L. And R. A. McLean: Design of Experiments, Marcel Dekker, New York, 1974. Haugen, E. B.: Probabilistic Mechanical Design, Wiley, New York, 1980.

199

200

4. Ingeniería de mantención por Adolfo Arata y Fredy Kristjanpoller

1. Competitividad y mantención En la actualidad, cada una de las actividades del ámbito empresarial se encuentra inmersa en un entorno económico de alta complejidad y competitividad, lo que exige el desarrollo y la aplicación de las mejores prácticas. Todo aquello, sumado a la creciente globalización de la economía, demanda una mayor competitividad por parte de las empresas, es decir, hacer más y mejor con menos y bien. Bajo esta perspectiva, se puede definir tres principales requerimientos para cumplir con dichas exigencias: • Productividad: Este concepto se relaciona con la eficiencia o, en otras palabras, hacer con menos. Aumentar la productividad de las empresas significa mejorar la relación resultados/insumos, donde el término resultados se refiere a los fines que se desea conseguir, y los insumos a aquellos recursos de todo tipo (tangibles, intangibles, humanos) que se utilizan para obtener dichos resultados. Se requiere, entonces, desarrollar las mismas actividades que antes, pero con la utilización de menos insumos, o bien, generar mayores resultados con los mismos recursos. La principal vía para la consecución de estos objetivos radica en la reducción de costos, que permite disminuir los recursos utilizados para el desarrollo de las operaciones. • Innovación: Se asocia con la eficacia, es decir, con cómo hacer más y mejor para lograr como resultado la satisfacción plena del cliente. Las empresas, para lograr ser eficaces a nivel mundial, deben buscar continuamente nuevas formas de satisfacer las necesidades del mercado y servirlo oportunamente, para lo que la innovación debe constituir un proceso incorporado en la cultura organizacional. • Humanidad: Las iniciativas en el ámbito productivo no pueden dejar de responder al bienestar de la sociedad, lo que implica hacer bien tomando en cuenta factores tan relevantes como el cuidado del medio ambiente y el de las personas.

201

Productividad Hacer con menos Eficiencia

Entorno Económico

Globalización

Competitividad a nivel mundial

Innovación Hacer más y mejor Eficacia

Reducción de Costos

Servir oportunamente al Cliente

Hacer más y mejor, con menos y bien. Humanidad Hacer bien Efectividad

Cuidado con el Medio Ambiente y las personas

Fig. 1. Entorno económico y competitividad.

La fig. 1 presenta los conceptos analizados y su relación con la competitividad, mostrando lo que se debe hacer con el fin de asegurar una adecuada inserción en el entorno económico actual. Las posibilidades de éxito de las empresas se centran en el grado de competitividad que logren alcanzar. Bajo esta perspectiva, es relevante identificar los factores primordiales que la componen. Entre ellos, no hay duda de que actualmente el mantenimiento, y en especial la ingeniería de mantención, han cobrado mayor relevancia debido a su impacto directo sobre la competitividad de las empresas.

202

Competitividad Eficiencia-Eficacia-Efectividad

Optimización Función Mantención

Durante todo el ciclo de vida

Etapa de proyecto LCC, RMC

Etapa de ejercicio TPM, RMC, MC

Fig. 2. Mantención: factor de competitividad.

La función mantención tiene un efecto en la reducción de los costos globales de la actividad productiva (eficiencia), en la respuesta oportuna con los requerimientos de los clientes (eficacia), así como en la disminución de los riesgos para las personas y de los efectos negativos sobre el medio ambiente (efectividad). El nivel de acción de la mantención no se limita a la etapa del ejercicio sino también, y cada día más, a la etapa de proyecto. En esta última, a través del concepto del Life Cycle Cost (LCC) y la Mantención Centrada en Confiabilidad (MCC), para el dimensionamiento y la determinación de inversión por realizar en plantas o flotas de equipos industriales. En la etapa de ejercicio, a través del Mantenimiento Productivo Total (TPM), la Mantención Centrada en Confiabilidad (MCC) y del Mejoramiento Continuo (MC), para la optimización del uso de los recursos y el cumplimiento de los resultados perseguidos por el sistema productivo. Es indudable que, al considerar los antecedentes antes expuestos, la mantención, si bien es una función al servicio de la producción, se transforma en un factor de competitividad poderoso, cuya importancia en el ámbito empresarial crece día a día.

203

2. Evolución de la mantención Como todas las disciplinas, la mantención ha evolucionado considerablemente a lo largo del tiempo. Su evolución no ha sido fácil y ha debido involucrar grandes esfuerzos por parte de las organizaciones, especialmente en el área operacional de las empresas.

P r e v e n c I ó n

Mejorativa (modificación genética) No afecta la genética

Preventiva

Predictiva

Según Condiciòn Cíclica

Correctiva

Ingenierización Fig. 3. Evolución de la mantención.

En sus inicios, la mantención se limitó por actuar de manera Correctiva, es decir, por responder fundamentalmente a las fallas, privilegiando las acciones emergencias por sobre la planificación y el estudio de los comportamientos históricos. En una siguiente etapa, se caracterizó por el desarrollo de la mantención Preventiva, la que evolucionó desde aquella de característica cíclica (a fecha y edad constante), pasando por la Según Condición, que se basa principalmente en la definición de actividades de mantención bajo parámetros determinados según el estado de los equipos, hasta la Predictiva, que permite, a través del comportamiento de las variables fundamentales y modelos, proyectar el efecto futuro sobre la seguridad operacional de las instalaciones. Por último, de esta evolución surge la mantención Mejorativa, que incorpora y aplica la mantención centrada en confiabilidad (RCM), el análisis de ciclo de vida (LCC) y mejoramiento continuo (MC), desarrollando modelos y metodologías orientados a mejorar la genética de las instalaciones y de los equipos de manera de asegurar servir al sistema productivo minimizando los

204

costos globales, bajo una perspectiva de largo plazo. En esta nueva forma de mantener, donde se privilegia el uso de recursos para incorporar inteligencia más que para ejecutar mantención, la Ingeniería de Mantención asume un rol relevante. Mantención Operativa

Ingeniería de Mantención

Mantención Operativa Pro gramad a Emergenci a

Emergenci a Inspectiva Emergenci a

Equipo en Operación

Equipo Detenido

Equipo en Operación

Equipo en Operación

Recursos para hacer más mantención operativa

Emergenci a

Equipo Detenido

Equipo en Operación

Recursos para hac er menos mantención operativa

Fig. 4. Evolución: desde la ejecución a la prevención.

Por lo tanto, el gran desafío de la mantención es cómo evolucionar de un estado donde la mantención correctiva es una práctica usual y naturalmente aceptada por la organización, a uno nuevo donde la prevención, en sus formas más evolucionadas (según condición y predictiva), y la mejorativa sean los ejes de acción preferentes. 20%

0%

% de Recursos Asignados 20%

Correctiva Según Cond ición

60%

Pre ventiva Equipo de me jo ramiento 1 0%

1 0%

3 0% 5 0%

Fig. 5. Evolución de la mantención.

205

3. Ingeniería de mantención 3.1 Rol de la ingeniería de mantención En este desafío de la función mantención, la Ingeniería de Mantención asume un rol fundamental tanto en la etapa de concepción y desarrollo de un nuevo proyecto como también durante el ejercicio operacional del mismo. En definitiva, la Ingeniería de Mantención es la actividad que dinamiza el proceso de mejoramiento continuo de la función mantención a través de la incorporación de conocimiento e inteligencia y del análisis cualitativo que permita dar respaldo riguroso a las decisiones en el área de mantención orientadas a favorecer el resultado operacional. La Ingeniería de Mantención permite, a partir del análisis de los resultados obtenidos de la ejecución de la mantención, de su modelamiento y proyección, renovar de manera permanente y justificada el plan maestro y, como consecuencia, los programas de mantención, asegurando el cumplimiento de los programas de producción al menor costo global. Como también permite proyectar instalaciones y seleccionar nuevos equipos de manera de responder a una seguridad de funcionamiento (costos de ineficiencia) que minimice los costos globales durante todo el ciclo de vida. El costo de ineficiencia es el resultado del costo unitario y de la cantidad del producto perdido asociado, este último, al tiempo de duración de la ineficiencia del ejercicio.

Fig. 6. Triángulo virtuoso de la mantención.

206

3.2

La ingeniería de mantención en la etapa de proyecto

En un análisis tradicional, la función mantención no ha tenido un rol en las decisiones a nivel de proyecto, desconociendo la importancia que ésta tiene en la seguridad de funcionamiento de los equipos y las instalaciones y, en consecuencia, en los costos de ejercicio. En la etapa de proyecto en general, los costos de mantención se obtienen sólo en función de los costos de capital asociados con las nuevas instalaciones, no considerando el hecho de que una modificación a nivel de proyecto, si bien tiene efecto sobre la inversión, reduce la indisponibilidad de los equipos y sus costos de ineficiencia, por lo que es fundamental tomar decisiones considerando todo su ciclo de vida. Es claro entonces que la seguridad de funcionamiento de las instalaciones define la disponibilidad de las mismas (Confiabilidad y Mantenibilidad) y, en consecuencia, influye en los costos globales (costos de capital y costos de ineficiencia). En la etapa de proyecto, el costo de ineficiencia puede reducirse a través de un sobre dimensionamiento de la capacidad productiva o de un aumento de la seguridad operacional de la instalación por medio del fraccionamiento, o la incorporación de sistemas de redundancia como paralelo y stand by. Costo 45

30

Construcción Instalación Puesta en Marcha

Ingeniería de detalles

concepción

15

Años de Operación

I nge nie r ía de M ante nc ión

Fig. 7. La ingeniería de mantención y las etapas de un proyecto.

207

3.3

La ingeniería de mantención en la etapa de ejercicio

Las políticas de mantención más adecuadas para cada una de las instalaciones, dependen del comportamiento de los equipos que la componen y de la criticidad de los mismos, entendida como la combinación de la frecuencia de las fallas y sus efectos económicos. Dado que estas condiciones cambian durante el tiempo por las variaciones de las condiciones operacionales y por el estado de las instalaciones, es necesario permanentemente definir la combinación de las políticas de mantención que minimizan el costo global, lo que queda reflejado a través de la generación de los planes de Mantención Productiva generados. Esta tarea requiere de un análisis permanente de los resultados obtenidos en términos de tasas de falla y de los costos asociados, de manera de proyectar adecuadamente la actividad de mantención. Ésta es una tarea propia de la Ingeniería de Mantención. También, entre las acciones, es posible distinguir aquellas asociadas más directamente con el equipo (mantención de primer nivel) de aquellas más relacionadas con las especialidades (mantención de segundo nivel). Las primeras de ellas deberían ser realizadas por el operador, con sensibilización en mantención; en cambio, las segundas, por mantenedores especializados (mecánicos, eléctricos, controladores, etc.). Esta responsabilidad por nivel de mantención es un proceso que va cambiando, producto de la evolución de la cultura de la mantención en la organización. En este proceso, la Ingeniería de Mantención tiene un rol relevante. Políticas de Mantención

3ro M.Mayor …… 1ro Rutinaria

Niveles de Mantención

Correctiva

…………..

Mejorativa

Ingeniería de Mantención

Fig. 8. Ámbito de acción de la ingeniería de mantención.

208

A nivel del ejercicio, el costo de ineficiencia, que resulta del nivel de seguridad de funcionamiento de las instalaciones, puede reducirse a través de un aumento del uso de terceros por trabajos extraordinarios o por una mejor gestión del mantenimiento en términos de cantidad y calidad. 3.4 La ingeniería de mantención y la organización Se puede establecer que la Ingeniería de Mantención no tiene autoridad decisional sobre la actividad de ejecución de la mantención, sin embargo, tiene un rol fundamental de asistencia, a través de sus acciones de proyectar, controlar y mejorar la función de mantención desde una visión global, no sólo en la variable tiempo sino también en su relación con las otras actividades empresariales como la producción, el proyecto, el abastecimiento y la informática. La autoridad de la Ingeniería de Mantención radica fundamentalmente en su conocimiento, lo que la transforma en el referente de la cultura de la mantención. Su importancia exige el compromiso tanto a nivel operativo como gerencial respecto de su desarrollo y aplicación, ya que es la actividad que permite respaldar cualitativa y cuantitativamente, desde el punto de vista técnico económico, las decisiones a nivel de proyecto y del ejercicio. La Ingeniería de Mantención es una unidad de staff, perfectamente integrada con el resto de las funciones de la empresa, de manera que se alimente de datos e información para transformarlos en conocimiento de uso práctico y concreto. Por lo tanto, desde el punto de vista de la estructura organizacional, podría ser parte de la Unidad de Ingeniería de ProductoProceso, sin embargo, en empresas con escasa cultura en mantención, ocurre que la actividad de ingeniería de mantención es postergada en beneficio del desarrollo de la ingeniería tradicional orientada a los productos y procesos. Por esta razón, es necesario que la Ingeniería de Mantención sea una unidad orientada exclusivamente a esta labor, sin distraer su atención a otras actividades más tradicionales. Es tanto así que la actividad de programación de la mantención es conveniente que no sea parte de la unidad de Ingeniería de Mantención, de manera que esta última cumpla con su rol de proyectar, mejorar y controlar la mantención. En organizaciones maduras desde el punto de vista de la función mantención, puede ser conveniente incorporar esta actividad a la Ingeniería Producto-Proceso, ya que si bien tiene el riesgo de ser postergada por favorecer la ingeniería tradicional, tiene la gran ventaja de que integra la ingeniería de mantención con los procesos, lo que resulta altamente conveniente dada la interrelación entre ambas actividades bajo el criterio del análisis durante todo el ciclo de vida de equipos e instalaciones.

209

Para que la Ingeniería de Mantención sea el nicho cultural de la mantención en la organización, más allá de estar al servicio permanente de las otras funciones de la empresa, debe ser la ventana al mundo exterior, ya que es la que debe mantenerse permanentemente actualizada con los desarrollos tecnológicos, con los resultados logrados por otras empresas y con la oferta de terceros. 3.5

Actividades de la ingeniería en mantención

La Ingeniería en Mantención cumple con tres objetivos principales, los cuales son: proyectar, controlar y mejorar. Las actividades de Proyectar se pueden generalizar en: • Proyectar y promover las políticas y las técnicas de mantención más adecuadas al sistema productivo.

: : : : : : : : : :

Establecer estrategias de mantención basadas en Confiabilidad. Planificar y programar intervenciones y detenciones. Definir metodologías y criterios orientados al diagnóstico y monitoreo de los equipos y flotas. Establecer criterios de logística y de gestión de materiales. Estudiar convergencia tanto técnica y económica entre planes y presupuestos. Definir contrapartes organizacionales para la gestión del mantenimiento. Participar en el desarrollo de nuevas iniciativas, reemplazo de equipos y proyectos en su etapa de concepción e ingeniería, compra de activos, instalación y puesta en marcha. Definir un sistema de dimensionamiento de costos de no calidad en mantenimiento. Establecer metodologías de tratamiento de criticidades. Diseñar, desarrollar, controlar y evaluar contratos de servicios de mantención para clientes internos.

• Promover la estandarización de los sistemas de gestión e informáticos.

:

Definir metas de desempeño medibles y cuantificables con cada líder de proceso.

210

: : : : : :

Estandarizar sistemas informáticos de acuerdo a normas internacionales. Incorporar instancias de mejoramiento a la gestión del sistema de información. Elaborar y difundir informes relacionados con índices técnicos y económicos. Crear instancias de mejoramiento para métodos y procedimientos; establecimiento de estándares de calidad para el mantenimiento interno y externo. Desarrollar y difundir metodología y medios para aumentar la eficiencia y eficacia de las intervenciones. Calificar, evaluar y establecer normas técnicas para el uso y la evaluación de empresas colaboradoras.

• Proyectar la gestión de los materiales.

: : : : : :

Promover y facilitar la estandarización de repuestos. Determinar las necesidades de repuestos y materiales en base a Confiabilidad. Establecer instancias de mejoramiento en el uso de alternativas de materiales y repuestos. Estudiar las condiciones de no conformidad y garantías de repuestos y componentes. Potenciar sinergias entre las áreas de inventario y compras. Integrar actividades con abastecimiento.

Las actividades de control se relacionan principalmente con: • Liderar el mejoramiento continuo del proceso.

: : : :

Promover el mejoramiento continuo de la mantención direccionado al incremento de disponibilidad y confiabilidad en forma competitiva. Optimizar el costo global del ciclo de vida. Introducir y promover benchmarking interno y externo con el fin de identificar acciones de mejoramiento. Proponer acciones para lograr el liderazgo en la gestión del mantenimiento.

211

Las actividades de mejoramiento se centran en: • Monitorear y controlar las actividades de mantención.

: : : : : : :

Efectuar el monitoreo y la revisión del sistema global de mantención. Controlar y evaluar la aplicación de los planes de mantención. Analizar y evaluar los resultados de las modificaciones y mejoras realizadas. Verificar la eficacia de los sistemas de inspección. Controlar la calidad y uso adecuado de los datos históricos. Desarrollar auditorias técnicas de las instalaciones para la conservación de los equipos e infraestructura. Evaluar continuamente el nivel de satisfacción de los clientes del servicio de mantención.

• Impulsar la obtención, la difusión y el aprovechamiento del conocimiento de mantenimiento en toda la organización.

Ž Ž Ž Ž Ž Ž Ž

3.6

Involucrar a toda la organización, a través del trabajo en equipo, con cada una de las áreas involucradas con la función mantención. Impulsar e involucrarse con la istración del conocimiento. Innovar en el ámbito del negocio. Participar en el establecimiento de las competencias y en la formulación de programas de capacitación y formación. Promover el involucramiento del operador en la función mantención. Promover la calidad, seguridad y protección del medio ambiente. Actualizar conocimientos a través de actividades relacionadas al mantenimiento y su evolución con el fin de asegurar el liderazgo por conocimiento en el área de la mantención.

Proceso de la ingeniería en mantención

Para implementar y desarrollar ingeniería en mantención en forma práctica, es necesario desarrollar un proceso que implica la conjunción de actividades e información. A continuación, se propone un diagrama conceptual que representa este proceso:

212

Importación de Datos

Datos

Generación de Datos

•Histograma de Intervenciones •Costos

Ajuste de Curvas •Modelo •Distribución Probabilística

•Confiabilidad - MTBF •Mantenibili dad - MTTR •Dis ponibilidad •Costos Ineficiencia

Determinación Etapa Ciclo de Vida

Análisis de Sistema

•Exponencia l •Weibull

Optimización Análisis Comp. Críticos

• Especificación Fabricante • Benchmark • Costos

Configuración Lógica del Sistema

Análisis de Criticidad

Gestión de Repuestos Acciones Mejoramiento

•Flowsheet •Especificaciones Técnicas

Simulación Diseño de Sistema

M O D E L O S

Definición de Políticas Predictiva

Preventiva

Correctiva

Rediseño e Inversiones

Plan de Mantención Productiva (Plan Maestro)

Fig. 9. Diagrama conceptual ingeniería en mantención.

En el proceso se distinguen las siguientes etapas: •

1ª Etapa: Configuración Lógica del Sistema. Análisis funcional, lógico y de impacto de los equipos que conforman la planta o la flota.

•

2ª Etapa: Adquisición de Datos. Existen dos opciones para la alimentación de datos. La primera es a través del análisis de datos históricos del funcionamiento de los equipos y la segunda, por medio de la generación de datos a través de benchmark o especificaciones del fabricante.

•

3ª Etapa: Determinación Etapa de Ciclo de Vida. Análisis probabilístico orientado mediante ajuste de curvas, establecer las características del comportamiento histórico de los equipos.

•

4ª Etapa: Análisis de Sistema. Determinación de Confiabilidad, Mantenibilidad, Disponibilidad y Costos de Ineficiencia.

213

•

5ª Etapa: Análisis de Criticidad. Determinación de elementos críticos y de sus impactos en el sistema global.

•

6ª Etapa: Definición de Políticas de Mantención. Análisis cuantitativo y cualitativo para definición del mix de políticas de mantención (preventiva, predictiva, correctiva) a adaptar para la optimización de resultados.

•

7ª Etapa: Acciones de Mejoramiento. Implica el diseño o rediseño de sistemas, incorporación de redundancia y reemplazo de equipos.

•

8ª Etapa: Plan de Mantención Productiva. Elaboración del plan de Mantención Productiva.

•

9ª Etapa: Reinicio. En base a los resultados obtenidos y a la implementación de las actividades desarrolladas, se reinicia el proceso orientado a su mejoramiento continuo.

4. Ingeniería de mantención y las tecnologías de la información y las comunicaciones La Ingeniería de Mantención es un proceso que requiere de competencias que no sólo están relacionadas con la función mantención sino también con otras áreas del conocimiento, como el análisis de confiabilidad, la modelación de sistemas complejos, la gestión de activos y la optimización, por lo que necesita la conformación de equipos de profesionales multidisciplinarios y de alto nivel de especialización. La generación y la permanencia de este tipo de equipos de profesionales en la empresa están asociados a altos costos, por lo que, independiente de los beneficios que aporten, muchas veces se posterga la decisión de creación de una unidad sólida de Ingeniería de Mantención. Contar con herramientas informáticas de apoyo contribuye en forma significativa a disminuir los costos asociados con el desarrollo y la aplicación de la Ingeniería de Mantención, ya que permite reducir el tamaño de los equipos de profesionales. Si bien en el mercado existe una gran variedad de software orientado a la gestión de la ejecución de mantenimiento, en cambio en el área de la Ingeniería de Mantención recién se están desarrollando algunos paquetes informáticos como el Maintenance Engineering System (MES) o el Blocksim6.

214

También las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC), dada su acelerada evolución, están contribuyendo cada día más en la recopilación oportuna de datos, lo que se traduce en un aporte a la Ingeniería de Mantención mucho más significativo y confiable. La facilidad de la adquisición de señales débiles de diverso origen y su transmisión inalámbrica son fenómenos que simplificarán el desarrollo de la Ingeniería de Mantención, no sólo en las propias organizaciones, sino también como servicio externo a la empresa, por lo que el Global Service de Mantención entendido como ejecución más ingeniería, es decir, disponibilidad más mejoramiento, será cada vez más una opción conveniente para las empresas. Predisposición y competencias del Mantenedor

Cultura de la Intervención (privilegia lo urgente sobre lo importante)

Disposición y sensibilización del Ejecutivo

No permite el desarrollo de equipos estables de Ingeniería en Mantención

(Unidad Ing. Mantención)

Aplicaciones TICs Mant.

Exterior a la Organización

Ingeniería Mantención

Al interior de la Organización

Solución Incorporación de inteligencia y valoración Man.

(Global Service)

Decisiones respaldadas

Fig. 10 Evolución cultural de la mantención y TIC.

5. Caso aplicado de ingeniería de mantención Una planta industrial de proceso orientada a la producción de xP-Cu a través de Electrorefinación, está formada por una serie de equipos, de los que se dispone información histórica de su comportamiento. Se pretende analizar las opciones de mejora de la seguridad operacional de la planta, para reducir los costos globales de la misma. El flow sheet simplificado de la planta es el indicado en la figura 11, donde se identifican los siguientes equipos principales: 215

• • • • • •

•

Tres chancadores primarios capaces de captar el 100% de la carga de trabajo, cada uno en forma independiente. Un separador. Un molino secundario. Dos sistemas de celdas de flotación capaces de captar el 100% de la carga de trabajo, cada uno de forma independiente. Dos correas transportadoras capaces de captar el 50% de la carga de trabajo, cada uno de forma independiente. Cuatro refinadoras capaces de captar el 50% de la carga de trabajo, cada uno de forma independiente. Un acumulador.

Fig. 11. Flow Sheet Planta Procesadora de Cobre.

216

Para resolver el problema presentado, se opta por la aplicación informática MES (Maintenance Engineering System), desarrollada bajo plataforma JAVA, que es una herramienta que permite el desarrollo de la Ingeniería de Mantención a través de distintos módulos: • • • • • • •

Diseño lógico de sistemas. Ajustes a distribuciones probabilísticas de comportamientos históricos. Análisis de confiabilidad. Disponibilidad y costos para equipos y sistemas. Definición de políticas de mantención. Análisis de componentes críticos, que se relaciona con bases de datos convencionales para la importación y exportación de datos. Análisis de repuestos.

Para resolver el problema en cuestión, se requiere solamente un uso parcial de los capacidades del MES. Como primer paso necesario para la aplicación del MES, se requiere la representación del flow sheet a través de un diagrama lógico funcional como el indicado en la figura 12.

Fig. 12. Diseño lógico MES para planta de electrorefinación de cobre.

217

Para cada uno de los equipos antes mencionados, se dispone de una base histórica de intervenciones, a través de las cuales y mediante la utilización del módulo de importación de datos y ajuste probabilístico del MES, se modela el comportamiento de los equipos.

Fig. 13. Importación de datos y ajuste probabilístico MES.

Una vez realizada la incorporación de todos los datos necesarios al MES, se comienza con el análisis del sistema, a través de los indicadores de confiabilidad, disponibilidad, costos de la falta, productividad proyectada, equipos críticos. A continuación, se presentan algunas de las hojas principales de reporte del MES que permitan dar respuesta a cada una de las inquietudes de rendimiento del sistema y la búsqueda que expliquen estos comportamientos y resultados.

218

Fig. 14. Reportes MES.

Como principales conclusiones de los reportes MES presentados, se puede mencionar que: • • • •

A las 50 horas de operación, la confiabilidad del sistema es del 50%. La disponibilidad instantánea del sistema es de 84,4%. La productividad proyectada es de 1.478.411 (tons/año). La disponibilidades más bajas a nivel de subsistema son: • Molino (93,6%). • Refinadora (92,3%).

Una vez conocidos estos resultados, a través del MES, se puede comenzar a estudiar y simular distintas alternativas de mejora y sus impactos. Sólo a modo de ejemplo, pueden plantearse las acciones siguientes. a) ¿Qué efecto produce incorporar una refinadora al subsistema de redundancia parcial? 219

b) ¿Cuál es el impacto de mejorar la Mantenibilidad de todos los equipos en un 30%? c) ¿Qué sucede si se logra disminuir la tasa de falla del molino en un 20%? MES permite de forma fácil analizar técnica y económicamente diversas alternativas, para decidir cuáles de ellas presentan los mejores resultados. Se presenta a continuación el efecto de las tres acciones definidas. Nuevas Alternativas Reducción de Incorporación de Reducción de Tasa de Falla del nueva refinadora MTTR en 30% Molino en 20% (a) (b) (c)

Sistema original

Disponibilidad Costos de la falta ($) Productiviodad Proyectada (Tons / año)

84,4%

85,4%

88,8%

85,5%

$ 39.039.587

$ 36.479.152

$ 28.114.017

$ 36.332.228

1.478.411

1.496.354

1.554.997

1.497.384

Adicionalmente a los resultados presentados, es posible, a través de los otros módulos del MES, obtener recomendaciones asociadas con las políticas de mantención, gestión de repuestos, análisis de componentes críticos y en la elaboración del plan de Mantención Productiva, lo que está fuera del alcance del presente estudio.

Bibliografía A. Arata, L. Furlanetto, Organización liviana. Modelo de excelencia empresarial, Mc.Graw Hill, Santiago, 2000. A. E. Green, A. J. Bourne, Reliability Technology, Wiley, New York, 1972. L. Furlanetto, A. Arata, et al., Manuale di Manutenzione degli Impianti Industriali, Angeli, Milano, 1998. L. Furlanetto, C. Mastriforti, Outsourcing e Global Service: Nuova Frontiera della Manutenzione, Angeli, Milano, 2001. L. Furlanetto, A. Arata, Organizzazione Snella, Angeli, Milano, 2002. Lyonnet, La maintenance Mathématiques et Méthodes. Technique et Documentation, Lavoisier, París, 1998. J. Figueroa, Renovación de Equipos Industriales, Editorial Hispano Europea, Barcelona, 1979. O. Vinogradov, Mechanical Reliability a Designer’s Approach, Hemisphere Publishing Corporation, Bristol PA, 1991. http://www.MES.cl

220

5. La mantención en la fábrica liviana por Luciano Furlanetto

1.

El desarrollo organizacional de la mantención

El desarrollo organizacional de la mantención se puede esquematizar en tres fases: La primera es aquella caracterizada por una fuerte mantención centralizada, que contiene una estructura de ingeniería orientada a la planificación de las operaciones y al mejoramiento de la mantención (fig. 1). Una estructura en contraposición dialéctica con la producción. Es una fase que, para el caso italiano, se sitúa temporalmente entre los años ’60 y ’70; durante ella, se produjo una profundización cultural, con aportes de distintos sectores merceológicos. Se pueden distinguir cuatro canales linfáticos fundamentales: 1.- el canal de la industria siderúrgica que, en un contexto de acentuada recuperación económica tras la Segunda Guerra Mundial, tuvo que garantizar una producción en gran escala en un tiempo técnico mínimo. La disponibilidad de las maquinarias adquirió una importancia notable, y se desarrollaron y profundizaron todas las temáticas clásicas de la mantención (técnicas de prevención – políticas de sustitución – políticas oportunistas y de emergencia – planificación y ejecución de trabajos de detención – tercerización de recursos – tecnologías de distribución y reconstrucción); 2.- el canal paralelo fue el de la industria química, que a medida que se iban descubriendo nuevas aplicaciones vinculadas a un conocimiento cada vez más profundo de la materia, se internó en todos los campos tecnológicos más intrincados: desde las altas presiones a las altas temperaturas, desde el tratamiento de substancias altamente tóxicas al de substancias extremadamente agresivas para las maquinarias. Todo ello en una evolución desde los objetivos de cantidad de producto hacia aspectos cualitativos cada vez más estrictos. Se retomaron todos los temas propios de la industria siderúrgica, profundizándolos, enriqueciendo sus temáticas, sus técnicas de diagnóstico y el estudio de los materiales;

221

222

Fig. 1. El desarrollo de la mantención.

Mantención centralizada especializada ingeniería

Outsourcing servicio global de mantención ingeniería

Mantención centarlizada gestión operativa ingeniería

Seguridad de mantención ingeniería auditoría

Producción mantención dispersa de rutina operaciones de emergencia

Producción actividad rutinaria de mantención responsabilidad de gestión de la mantención

3.- el canal de la petroquímica se vincula con el período de la abundancia. Con una tecnología del petróleo bastante repetitiva, los márgenes operativos ligados al bajo costo de la materia prima eran muy elevados. La filosofía imperante era la del “hacer” en grandes cantidades. El tipo de plantas, altamente automatizadas y con régimen predominantemente “constante”, estimuló filosofías organizacionales centradas principalmente en políticas preventivas condicionales. Se monitoreaba la planta teniendo en cuenta su estado “real”; se efectuaban operaciones con una frecuencia determinada generalmente en base a las recomendaciones del sistema de inspección. De esta forma, se iban desarrollando las tecnologías del diagnóstico técnico precoz; 4.- el canal de la industria aeronáutica, por último, permitió el despegue de las teorías de la confiabilidad. El desafío del hombre al elemento aire implicaba adquirir conocimientos muy especiales. Para llegar a la luna, hubo que perfeccionar gradualmente teorías matemáticas y físicas, y desarrollar la tecnología abriendo nuevos horizontes en disciplinas hasta entonces inexistentes (electrónica, comunicaciones telemáticas, etc.). Ésta fue para la mantención una fase de enriquecimiento cultural, siguiendo la lógica del oficio y de la especialización. La segunda fase se caracteriza por una difusión gradual de la cultura del mantenimiento y por la superación de los estrechos ámbitos de la mantención especializada. Otro elemento distintivo de esta fase es la progresiva transferencia de los recursos de mantenimiento a los departamentos de producción. Iniciada en los años ’70, esta fase se desarrolló cada vez más en el curso de los años ’80, impulsada por los principios de la fábrica liviana e integrándose con la consiguiente lógica de la gestión por proceso. Durante estos años de “fábrica liviana”, se han sucedido unos a otros la polivalencia de la conducción, los mantenedores sistémicos, la gestión directa de la mantención por parte de los encargados de producción, la evolución de la figura del jefe operativo de mantención hacia un ingeniero de mantención a cargo de una función de “garantía de mantención” que refleja la “garantía de calidad”. Los que producen tienen a su cargo la calidad y la mantención, mientras que siguen siendo externas las funciones de diseño, control y mejoramiento. La tercera fase se inicia a comienzos de los ’90, pero constituye el golpe de timón organizacional de 2000: según la lógica de la red, la empresa se concentra en el core business y entrega a terceros los servicios no estratégicos, entre los cuales se encuentra por lo general la mantención, con la finalidad de reducir la complejidad y aumentar la flexibilidad.

223

Por lo que respecta a la mantención, las consecuencias organizacionales de esta evolución se manifiestan en los siguientes planos: •

•

•

la producción hace suya completamente la cultura del mantenimiento a nivel de gestión y gerencia (el jefe de la minifábrica es, al mismo tiempo, jefe de mantención, a nivel operativo con la transferencia de la automantención al encargado de control); nacen empresas que prestan servicios globales de mantención cuyo core business es la mantención y que poseen, por consiguiente, una robusta ingeniería de mantención: es el nacimiento de la actividad empresarial en mantención; desarrollo de la ingeniería de mantención: la ingeniería de mantención permanece dentro de la empresa cliente, pero se desarrolla también una ingeniería de mantención en la empresa que contrata un global service de mantenimiento.

La integración del modelo organizacional bosquejado aquí no permite tratar separadamente, desde el punto de vista organizacional, la mantención y la producción. Por consiguiente, se tratará la fábrica liviana como premisa fundamental para el nuevo papel que desempeña la mantención, y nos referiremos a la mantención productiva (TPM) como un conjunto de técnicas, métodos y herramientas para implementar dicho papel, y a la colocación organizacional de la mantención en la fábrica liviana.

2.

La fábrica liviana

2.1 Introducción Son ya parte de la historia de la organización el viaje que efectuara Eiji Toyoda a los Estados Unidos en 1950, los viajes que Taiichi Ohno realizara luego al mismo país, considerado como la patria del automóvil, y el posterior nacimiento del “Toyota Production System”. El sistema de producción Toyota, que podemos identificar también con la fábrica liviana, condujo a la elaboración de las “técnicas productivas japonesas”: Jit, Total Quality Management, Total Productive Maintenance, High Speed Management, Concurrent Engineering, etc. Técnicas y modelos organizacionales, nuevos roles, distintas conductas y criterios de trabajo: es difícil distinguir estos elementos dentro del ámbito de la “fábrica liviana”. Lo que sí es seguro es que la “fábrica liviana” ha hecho

224

cambiar el mundo industrial, y hasta podríamos decir que lo ha revolucionado, como ha revolucionado la mantención. Generalmente, se considera el TPM o mantención productiva como una serie de técnicas, e incluso hay quienes lo identifican con las 5 S: un enfoque japonés para la limpieza de las máquinas y la eliminación de las anomalías de primer nivel. Las 5 S son, por cierto, un paso previo indispensable para planificar correctamente las inspecciones y llevar a cabo una buena mantención, pero la mantención productiva no se reduce a estas técnicas. Lo que ha hecho cambiar o está haciendo cambiar profundamente la mantención es una serie de modificaciones organizacionales que provienen de la mantención productiva, de la fábrica liviana, pero que en el fondo ya se encontraban en la lógica evolutiva de la mantención en todo el mundo industrial desde antes que llegara a Occidente la buena nueva japonesa de la fábrica liviana. 2.2 La fábrica liviana El desarrollo de la tecnología informática permitió que durante los años ’70 se consolidaran sistemas basados en la automatización flexible. Durante el mismo período, el apreciable aumento de los costos del personal y los conflictos sindicales, que originaban fenómenos de marcado ausentismo, llevaban al mundo industrial la cultura de las máquinas y la automatización como alternativa al trabajo humano. Nació el mito de la “fábrica sin luces” que privilegiaría al máximo la cultura del mantenimiento y la profesionalización en el sentido de los oficios y del enfoque sistémico: el mecatrónico, el mantenedor de sistemas, entre otros. El CIM (Computer Integrated Manufacturing) tendría que haber sido capaz de prevenir las derivas e intervenir en casos de emergencia para corregir las variaciones. En realidad, dichos sistemas resultaron ser demasiado complejos y fundamentalmente poco confiables; se demostró además que la creatividad del ser humano, especialmente si se potencian al máximo sus capacidades y su motivación, es irreemplazable. Como conclusión de esta fase del desarrollo organizacional, se tiene la siguiente receta para el éxito: menos inversión en recursos tecnológicos, más participación y valorización de los recursos invisibles, es decir, los recursos intelectuales de los operadores; en otras palabras, menos automatización y más “inteligencia” a bordo de la máquina, delegando más funciones al operador.

225

Por ello se ha dicho que los mensajes japoneses acerca del sistema productivo llegaron a Occidente cuando el desarrollo organizacional, tras la experiencia negativa de la automatización a ultranza, había creado las condiciones para acoger los valores de la fábrica liviana e integrada. 2.3 Conceptos básicos En el ámbito de las instalaciones, el contexto de la fábrica liviana está representado por sistemas de automatización ligeros, de bajo costo y relativamente fáciles de usar: se valora al máximo el papel desempeñado por el operador, ya sea porque puede haber funciones manuales que realizar, especialmente en caso de producirse derivas y variaciones, o porque debe sobre todo asumir funciones de supervisión y gestión de las variables críticas del proceso. Este desarrollo de los modelos productivos implica introducir cambios significativos en roles tales como la responsabilidad, las atribuciones y los comportamientos organizacionales, que inciden fuertemente en los criterios y sobre todo en la organización de la mantención. Los principios fundamentales de la fábrica liviana son: • • • • • •

gestión por proceso; estructura productiva (probablemente en dos niveles, que son los únicos esenciales); polivalencia de los roles operativos; trabajo en equipo; adopción de las técnicas productivas japonesas (TQM, TPM, JIT, PDM); y adopción del Kaizen (mejoramiento continuo difuso y sistemático).

En la base de todo ello, se encuentra la cultura de “servir al cliente” como valor que guía la acción de cada uno de los empleados de la empresa. La fábrica liviana es una estructura que se basa fundamentalmente en los procesos y no en las funciones, porque sólo asumiendo la responsabilidad por los procesos, teniendo por consiguiente en vista los inputs y outputs de un proceso, es posible alcanzar los resultados de excelencia que permiten ser competitivos. La estructura por procesos en que se basa la fábrica liviana conduce a una articulación en unidades productivas elementales que denominaremos minifábricas.

226

Minifábrica = Unidad productiva elemental Un proceso Homogeneidad tecnológica

Contigüidad geográfica de máquinas e instalaciones Producto definido Claridad de input y output

Valor agregado medible Dimensiones manejables a vista por el propietario del proceso (jefe de la minifábrica)

Fig. 2 Minifábrica

Las minifábricas son unidades organizacionales que desarrollan actividades de transformación físico-química de materiales / productos y pertenecen al eje maestro del proceso productivo; se caracterizan por un proceso de transformación homogéneo para el cual es posible definir input-output, recursos necesarios con sus costos respectivos, proveedores y clientes internos y externos a la empresa (fig. 2).

227

Para identificar las “minifábricas” dentro de una empresa o de un establecimiento, es necesario identificar una cadena de unidades productivas elementales que conforman el eje maestro del proceso productivo y constituyen el core business de la empresa (fig. 3).

Minifábrica A

Minifábrica B

Minifábrica N

Core Business

Fig. 3. Eje maestro del proceso productivo.

Evidentemente, en una minifábrica no sólo hallaremos actividades de tipo productivo, sino también actividades operativas de apoyo, como las siguientes: • • • •

actividades de mantenimiento; actividades de transporte; actividades de almacenaje; actividades de control de calidad, etc.

Estas actividades pueden caer dentro del ámbito de responsabilidad de la “minifábrica” o, de no ser esto posible por motivos organizacionales o económicos, se constituyen unidades de servicio (UdS). Éstas son unidades organizacionales que no desarrollan actividades de transformación físicoquímica, o desarrollan actividades de transformación fuera del eje maestro del proceso productivo, es decir, de apoyo. Específicamente, la parte de mantención, que no conviene llevar dentro de la minifábrica, constituye una “unidad de servicio”.

2.3.1 Lógicas de funcionamiento Las lógicas de funcionamiento de la fábrica liviana se basan en la unidad productiva elemental, que hemos denominado minifábrica. Las características de la minifábrica se enumeran a continuación:

c

la minifábrica debe istrar segmentos homogéneos de procesos pertenecientes al eje maestro del proceso productivo;

228

c c

las fronteras entre las minifábricas deben garantizar que la responsabilidad para con el cliente en términos de volúmenes, calidad y lo ofrecido sea unívoca, evitando tanto como sea posible que un mismo parámetro, objeto de especificaciones de intercambio, sea de responsabilidad compartida; se debe perseguir tanto como sea posible la linealidad de los flujos productivos, evitando la salidas/reentradas de un producto dado desde/hacia una misma entidad.

En la definición de la minifábrica, se debe considerar y manejar los elementos indicados:

: :

aspecto de instalaciones / tecnológico: ubicación de las instalaciones; dimensiones del área; complejidad de las instalaciones y de la tecnología; aspecto organizacional: volumen del personal; envergadura de los costos de transformación involucrados; envergadura y complejidad de las responsabilidades organizacionales asignadas; adecuación y profesionalismo de los recursos.

a a a a a a a

2.4 Lógicas de implementación de la fábrica liviana En este párrafo, serán entregados los criterios para proyectar las mini fábricas y las unidades de servicio que constituyen los ladrillos del edificio organizacional denominado fábrica liviana. Retomemos los conceptos ya expuestos que se emplearán para proyectar la minifábrica y la fábrica liviana: • • •

•

el proceso es una secuencia de actividades caracterizadas por especificaciones detalladas segmento de proceso o actividad: es la unidad elemental del proceso; especificaciones de intercambio: es el contrato formulado entre el cliente y el proveedor que describe en detalle los objetos, modalidades y normas de intercambio de factores productivos certificados; proveedor: entidad que suministra “factores productivos” al proceso cuyas características están supeditadas a las especificaciones de intercambio;

229

•

•

• •

• • • •

la certificación es la acreditación de los parámetros contenidos en las especificaciones de intercambio. Debe ser objetiva y contener todos y sólo aquellos parámetros referidos a las especificaciones de intercambio, explicitando las posibles modificaciones; al identificar los parámetros de certificación, es necesario verificar que la instrumentación disponible sea adecuada. Si uno o más parámetros resultaran ser no medibles, se deberá estipular parámetros alternativos; la certificación debe estar disponible para el , debe indicar quién certifica y el momento en que se llevó a cabo la certificación; quien certifica la actividad es el operario, que asume plena responsabilidad por los valores de los parámetros contenidos en las especificaciones de intercambio; la visibilidad es la posibilidad de obtener información necesaria para el proceso; el campo y la amplitud de visibilidad están ligados a un enclave de trabajo específico; el enclave de trabajo es una solución organizacional adecuada para supervisar la variable crítica que se debe certificar; variación es la desviación de los valores de los parámetros de proceso respecto de aquellos contemplados en las especificaciones de intercambio:

a a a a a

la variación detectada por el certificador se refiere a la actividad bajo su responsabilidad; las variaciones deben ser informadas con suficiente antelación para que puedan ser absorbidas; el producto que presente una variación tal que no pueda ser absorbida deberá ser retirado del proceso; para cada actividad, se deberá indicar el responsable del manejo de las variaciones, el cual es quien certifica la actividad misma; cada operador maneja las variaciones y posee visibilidad de las actividades en las cuales puede intervenir.

Para un correcto manejo de las variaciones, es necesario:

a a a

recibir de parte de los certificadores la información relativa a las variaciones; activar los mecanismos necesarios para eliminar las causas que originan las variaciones; activar los mecanismos de absorción de las variaciones dentro de aquellas actividades capaces de absorberlas;

230

a •

informar acerca de las variaciones no absorbidas a los clientes destinatarios del proceso;

de las variaciones: es la figura organizacional básica del proceso productivo; en general, es el operador de la máquina o del segmento de máquina.

Proyectar la minifábrica significa identificar los procesos según lo expuesto anteriormente. La siguiente fase es determinar los proveedores y clientes del proceso identificado y los factores productivos de entrada y de salida. Para cada factor productivo, existen uno o más proveedores y clientes. Luego se describe la transformación, que es el objeto de ese proceso y el valor agregado correspondiente. La transformación debe respetar las especificaciones de intercambio acordadas entre clientes y proveedores. La minifábrica, y más generalmente la fábrica liviana, es una organización en la cual todos los factores productivos están certificados. Los elementos más importantes que caracterizan la minifábrica y, por lo tanto, la fábrica liviana, y que permiten su proyectación son:

‹ ‹ ‹ ‹

las dimensiones de la minifábrica; las especificaciones de intercambio; la certificación de los factores; y la organización.

2.4.1 Dimensiones de la minifábrica Las dimensiones de la minifábrica están determinadas por los vínculos tecnológicos de las instalaciones y geográficos, según se ha expuesto anteriormente; sin embargo, existen elementos cuantitativos que se deben tomar en cuenta, y que están ligados a dos elementos organizacionales fundamentales. La minifábrica debe ser tendencialmente una estructura de dos niveles, y el responsable de la minifábrica (el propietario del proceso) debe poder realizar una gestión visual. Estas afirmaciones se desprenden de las siguientes consideraciones:

c c

la fábrica liviana es una realidad organizacional en la cual los operadores son totalmente independientes y autocertifican sus actividades; el propietario del proceso debe poder istrar visualmente e interactuar directamente con los operadores, sin intermediarios que hagan menos directa la gestión.

231

En la realidad industrial italiana y europea, el volumen del personal de las minifábricas va desde pocas decenas de unidades hasta 2-300 componentes, especialmente si el trabajo se efectúa por turnos. 2.4.2 Especificaciones de intercambio La definición de las especificaciones de intercambio caracteriza una gestión por procesos según la lógica del cliente-proveedor, con clientes y proveedores que, naturalmente, pueden ser internos o externos a la empresa o al establecimiento. Los pasos lógicos podrían ser los siguientes: se identifican los clientes de la unidad, ubicados en la posición de destino con respecto a la definición de la misión de la minifábrica. Una vez definidos los clientes, se definen las características cuantitativas y cualitativas de los outputs correspondientes: éstas serán las especificaciones de intercambio que deberán ser estipuladas en un acuerdo formal suscrito por las partes y que deberá incluir, además, la variable costos. Luego se procederá a evaluar el valor añadido que debe otorgar el proceso y que deberá ser objeto de actividades de mejoramiento continuo, realizado quizás con la colaboración del cliente interesado. Enseguida, se identifican los proveedores. Con los proveedores se definen igualmente las especificaciones de intercambio y las modalidades de suministro. Las especificaciones de intercambio y los costos de los inputs deben ser consistentes cuantitativa y cualitativamente con los costos de los outputs de la minifábrica: cada proceso debe “posicionarse” en el mercado y aportar su contribución a los ingresos de la empresa. Entre las armas de la competencia, figura incluso la de alternativas de compra (buy) frente a una oferta (make) antieconómica. 2.4.3 Estructura de la minifábrica Para organizar la minifábrica, es necesario identificar primero los enclaves individuales que se deberá supervisar, y luego proceder a la organización del trabajo, por cuanto la macroestructura, es decir, la identificación de las minifábricas que constituyen la actividad productiva y las unidades que prestan servicios de apoyo, ya ha sido identificada y definida. En el ámbito de las fases anteriores, relacionadas con la implementación de la minifábrica, se han identificado las actividades. Conociéndose la frecuencia y la duración de las actividades, es posible proyectar los enclaves de trabajo individuales. Esto se debe efectuar siempre que se diseñe una

232

estructura operativa de trabajo, usando herramientas tradicionales como los tiempos y los métodos de trabajo. Lo que distingue la proyectación de la fábrica liviana es la focalización en los aspectos de calidad y la autocertificación por parte de los operadores de las variables críticas. Por consiguiente, es necesario comprobar que cada actividad sea visible desde, a lo menos, un enclave de trabajo; se deberá luego identificar las certificaciones que se llevarán a cabo dentro de cada uno de los enclaves. Esto implica definir la cadena de variables críticas que influyen en la calidad del producto dentro de la minifábrica (especificaciones de intercambio) y dentro de la unidad productiva total. La fase siguiente es verificar la consistencia entre responsabilidad y certificación: en efecto, varios enclaves pueden influir sobre algunas variables críticas y, por lo tanto, sobre los parámetros que se certificarán. Entre los parámetros que se deberá certificar, hay que identificar aquellos cuya influencia sobre la satisfacción del cliente final es mayor; para éstos, es necesario prestar especial atención a la definición y a la supervisión del enclave para manejar en forma óptima las variaciones. Como conclusión de este proceso, es necesario identificar los recursos necesarios para una supervisión adecuada de los enclaves, definir el contenido de cada enclave según la lógica de la polivalencia, para proceder finalmente a la implementación de procesos de formación y capacitación, y a la selección de criterios de compensación. 2.4.4 Certificación de los factores Desde el punto de vista organizacional, el elemento más distintivo de la fábrica liviana es la certificación de los factores: la certificación es un valor difuso, en el sentido de que forma parte de los elementos que distinguen culturalmente a esta organización. Como es natural, el valor va de la mano con acciones consistentes: cada uno se autocertifica, es decir, debe ser capaz (si es necesario) de certificar su propia actividad. La organización del trabajo debe ser tal que permita que esto ocurra. Existen problemas de cultura y de delegación de funciones, pero también de instrumentos y supervisión física de los enclaves donde se produzcan variaciones que deban ser manejadas oportunamente para prevenir o limitar los perjuicios. A fin de que la minifábrica se organice de forma que se puedan certificar los factores productivos, es necesario subdividir el proceso en actividades elementales que no se puedan subdividir más allá.

233

Luego se identifican los parámetros característicos de dicha actividad o segmento de proceso. Entonces, es posible identificar los puntos de certificación y seguidamente definir: • • •

instrumentos de medición de los parámetros; instrumentos de control de los resultados; criterios e instrumentos de certificación de los parámetros. Finalmente, podemos identificar al certificador del factor y su ubicación.

2.4.5 Empowerment La fábrica liviana es el modelo productivo de la excelencia: es el único que permite salir airosos en una competencia cuyos límites cada vez más rebasan las fronteras de los mercados protegidos; en una palabra, la visión del mercado es global a nivel planetario. En algunos países, la carta de triunfo es la tradición de cultura industrial; en otros, es la creatividad, la sistematicidad del enfoque, la cultura de la transparencia y de la información, o la economicidad de algunos recursos fundamentales como la mano de obra y la energía, pero el diferencial que permite perseguir la excelencia se puede sintetizar en una palabra mágica que ya se ha difundido en la cultura industrial: empowerment. Existe ya una rica literatura acerca del empowerment. Mi propuesta para una definición es la siguiente: “valorización de todos los recursos intelectuales existentes en la empresa, a todo nivel y en el sentido del desarrollo contextual de la polivalencia y la especialización”. Se trata de un valor específico de la fábrica liviana; es más, constituye su carta de triunfo. La fábrica liviana es aquella que en cada enclave de trabajo logra: • • •

prevenir las derivas; certificar los parámetros críticos; desarrollar plenamente la “inteligencia” del mejoramiento, sacando partido de la experiencia de cada enclave de trabajo específico.

Esto es tan válido para cada operador, conductor y maquinista individual como a nivel de coordinación y gerencia. El empowerment es, por tanto, especialización e integración de competencias, y es válido tanto a nivel del individuo como a nivel de funciones.

234

Este proceso es posible por el aumento generalizado de la escolaridad, pero también porque la fábrica excelente actúa permanentemente en el ámbito de la formación y la capacitación. Todo esto tiene como premisa una fuerte motivación e identificación de cada empleado con la empresa donde se desempeña. Un gerente de empresa industrial ha resumido de esta manera la transición hacia una empresa en la cual se apliquen los principios del empowerment: “Hemos arrendado los brazos, disponemos de una cabeza gratis: usémosla”

3.

La mantención productiva

3.1 Concepto Los valores de integración, polivalencia y delegación de funciones a los puestos operativos de la fábrica liviana, dentro de los cuales debe enmarcarse la mantención, deben inducir a enfrentar los temas organizacionales vinculados, en especial la mantención productiva (TPM), que es una de las “técnicas productivas japonesas”, como parte del edificio de la fábrica liviana. Podemos considerar la mantención productiva como el enfoque de la producción según la lógica de la fábrica liviana a través del estudio y el mejoramiento de las prestaciones de los medios de producción, las máquinas y las instalaciones. También se puede ver la mantención productiva como un instrumento de integración y de superación de la dialéctica mantención / producción. Según la concepción más difundida en la actualidad, que fusiona conceptos y prácticas japonesas y elaboraciones occidentales, la mantención productiva se puede resumir en cuatro principios (fig. 4):

: : : :

prevención o ingenierización del proceso de mantención; optimización del ciclo de vida de las maquinarias o instalaciones; mejoramiento continuo difuso (Kaizen); y automantención.

235

Los objetivos de la mantención productiva se sitúan en dos planos distintos: el plano organizacional y el plano tecnológico. En el plano organizacional, el objetivo es la trasferencia hacia el interior del proceso productivo de todas las responsabilidades, incluyendo aquellas relacionadas con las prestaciones de los medios de producción y su mantención. En lo particular, la mantención productiva estimula el proceso de apropiación de la gestión de la máquina por parte del operador o conductor. En el plano tecnológico, el objetivo es el mejoramiento de la capacidad de la máquina de funcionar a niveles de calidad; se actúa, por lo tanto, sobre el mejoramiento contextual de la disponibilidad y de la calidad, con la consiguiente reducción de los rechazos. Es decir, se persigue una ingenierización de la mantención.

Prevención a través del monitoreo

Mejoramiento continuo difuso

MP Automantención

Optimización del ciclo de vida

Fig. 4. La mantención productiva.

La ingenierización del proceso de mantención consiste en el desarrollo de la planificación de las operaciones de mantenimiento o inspección utilizando, si es necesario, las técnicas de diagnóstico precoz que pueden contar con el respaldo de herramientas informáticas para evaluar la vida residual de los componentes. La planificación de la mantención conlleva una planificación de los recursos de mano de obra interna o de terceros, una gestión consistente de los repuestos a nivel de pedidos o por demanda, según cuán previsibles sean los consumos y según los costos de los materiales y de su istración.

236

La ingenierización de la mantención implica un análisis sistemático de las fallas a fin de eliminar sus causas o para ajustar o modificar los criterios de intervención. El modelo de desarrollo organizacional vislumbrado por la mantención productiva, que deberá en todo caso ser consistente con el mix de políticas adoptadas, es la descentralización de las actividades de mantenimiento, un criterio que privilegia la gestión por procesos, superando las subdivisiones funcionales en el ámbito de las unidades productivas básicas. Las actividades de mantenimiento sencillas que constituyen la mantención autónoma se transfieren directamente al operador de producción, mientras que otras actividades funcionales para la gestión directa de la unidad productiva son realizadas por mantenedores que pueden actuar en forma dispersa o integrados en el proceso productivo. Al centro quedan los especialistas con funciones de servicio, constituyendo una estructura que puede ser entregada a terceros externos. En el centro, situado transversalmente a las unidades productivas básicas, se constituye también en bastión estratégico el elemento de diseño: “la ingeniería de mantención”. Esta estructura no tiene responsabilidades operativas directas, siendo su misión la de proyectar e ingenierizar el proceso de mantención; por consiguiente, debe proveer a la mantención de las herramientas metodológicas necesarias y promover el mejoramiento sustentado por bases organizacionales sistemáticas como elemento permanente de desarrollo organizacional. La ingeniería de mantención debe perfeccionar herramientas y metodologías para lograr una real ingenierización del proceso de mantención: recordemos aquí las tecnologías del diagnóstico técnico precoz, las metodologías de identificación rápida de la criticidad (MAFEC) y los soportes de información conducentes a una gestión correcta de la mantención y a su mejoramiento continuo (ver capítulo 9, “El sistema de información”, parte III). Se debe considerar también los desarrollos del sistema de información encaminados a integrar la gestión con la capacidad de monitorear constantemente las señales provenientes de las máquinas (front end) y con la capacidad de interpretar en tiempo real estas señales, incluso elaborando un diagnóstico mediante un sistema abierto. El front end se destina a manejar las señales débiles (pequeñas anomalías y síntomas) y las señales fuertes (averías y paradas del sistema productivo), identificables en base a estándares cualitativos y cuantitativos preestablecidos. El papel que juega la ingeniería de mantención es independiente de los modelos organizacionales que se adopten; es el cerebro de la mantención, y sus labores incluyen el diseño, el control y el mejoramiento; su necesidad se

237

hace sentir incluso cuando la empresa opta por una tercerización de la mantención. 3.2 Contenidos de la mantención productiva En los proyectos de aplicación de la Mantención productiva, podemos distinguir cuatro fases, detalladas a continuación (fig. 5): •

la primera fase, condición necesaria para la aplicación del TPM, es la limpieza de la máquina (si es necesaria); • la segunda fase comprende el análisis de criticidad, del cual emergen operaciones de mejoramiento de distinta envergadura. Luego se pasa a la planificación de las operaciones de automantención que se deberán asignar al operador y las demás operaciones de mantención e inspección;

Automantención

5S

Ë

: : : : :

Ë Mejoramiento del

Ë

Ë

MAFEC

rendimiento

Planificación

: : : : : : :

Mejoramiento continuo

Limpieza Pequeñas mejoras Formulario de limpieza, lubricaciones, ajustes Pequeñas operaciones de mantención de rutina Análisis de las causas de las paradas, pérdidas y rechazos Propuestas de mejoramiento con trabajo de equipo interfuncional Programas de mantención preventiva e inspectiva Diagnóstico técnico Sistemas de información Gestión sistemática de la automantención y de la mantención preventiva e inspectiva Sistematización del mejoramiento continuo Optimización del ciclo de vida del bien

Fig. 5 – Las 4 fases de la mantención productiva (TPM)

238

•

la tercera fase la constituye la puesta a punto de los sistemas de información, de las tecnologías de diagnóstico técnico y herramientas de otro tipo conducentes a una gestión ingenierizada e integrada de la mantención; • la cuarta fase es la consolidación de la mantención productiva, o sea, una gestión de los programas de intervenciones tanto periódicas como motivadas por inspecciones y una sistematización y difusión del mejoramiento continuo orientada a la optimización del ciclo de vida del bien. La metodología MAFEC es una herramienta fundamental para la planificación de la mantención productiva (ver más adelante el párrafo 3.4). Esta metodología permite:

: : :

identificar y formalizar la automantención (limpiezas sistemáticas de la máquina, lubricaciones, ajustes, pequeñas operaciones de mantenimiento de rutina); analizar las causas de las paradas, las pérdidas de producción y los rechazos, con las respectivas propuestas de mejoramiento de diversas índoles; poner a punto los planes de mantención preventiva e inspectiva identificando las posibles operaciones de diagnóstico técnico.

3.3 La limpieza y la primera puesta a punto de la máquina (5 S) – Automantención La primera actividad es la limpieza inicial y la puesta a punto de la máquina. Es una actividad muy importante tanto por sus efectos prácticos/operativos como por su impacto sobre el comportamiento organizacional y cultural. Esta primera parte de la aplicación de la TPM coincide con las famosas 5 S de los japoneses: Seiri

eliminación (de la suciedad y las cosas inútiles);

Seiton

organización (del lugar de trabajo);

Seiso

limpieza (más minuciosa);

Seiketsu

sistematización (de las operaciones);

239

Shitsuke

disciplina (en la ejecución de las operaciones y en el mantener el orden y la limpieza).

No siempre esta primera parte es necesaria, puesto que depende de las instalaciones y de los medios de trabajo. En el caso particular de la industria de alimentos, donde la limpieza es un requisito primordial para la calidad del producto y las etapas de limpieza son parte integrante del ciclo de producción, se debe omitir esta fase; en estos casos, se recomienda comenzar por la metodología MAFEC. En caso de ser necesaria, esta fase es fundamental para la implementación de la TPM, y se puede articular en los pasos que a continuación se describen: 1er paso: limpieza inicial Consiste en una limpieza cuidadosa de las máquinas, para revelar los inconvenientes que la limpieza deja al descubierto y adoptar las correspondientes medidas correctivas. 2º paso: eliminación de las causas, de los problemas y de las zonas inaccesibles Definición de un programa de limpieza, planificar y ejecutar acciones para eliminar las causas de los inconvenientes y para eliminar barreras de inaccesibilidad en las zonas que haya que limpiar. 3er paso: procedimientos estándar de lubricación e inspección Listado de los sectores que deberán lubricarse e inspeccionarse, destacando aquellos situados en lugares poco accesibles. Eliminación de los posibles inconvenientes. Puesta a punto de los procedimientos estándar de lubricación e inspecciones de rutina realizables por el operador de la máquina.

a a a

4º paso: inspección general Revisión general de la máquina sirviéndose de un manual suministrado para tal efecto, controlando especialmente la lubricación, el ajuste de los cierres y los inconvenientes funcionales y técnicos. Activación de grupos de Kaizen para la detección de inconvenientes.

a a

Se reproduce aquí (fig. 6) un formulario típico para inspección-lubricaciónlimpieza, donde se muestra cómo se codifican meticulosamente todas las operaciones de automantención definidas tras la primera fase de la mantención.

240

PROCESO/DIVISIÓN

NOMBRE DE LA PLANTA

..........................................................................

..................................................................................

Nº

Fecha de redacción

Fecha

DIAGRAMA

Seguridad

5

Qué hacer en caso que la comparación con el estándar sea negativa

1

3 4

Dibujo de las posiciones de inspección

2 Objetivo de tiempos para lubricación, mantención, limpieza (objetivo de mejoramiento)

7 6

Anotar en secuencia de operaciones

8

No olvidar las posiciones importantes

Coincidir con nº del dibujo

Criterios y grados de evaluación

¿Dónde se debe inspeccionar?

Anotar la parte donde se realizan simultáneamente limpieza e inspección:

OBJETIVO MINUTOS/MES INTERVALO Nº

•

posición donde se puede observar a simple vista posición donde ese necesario inspeccionar con datos en mano

METODO

CRITERIO

ACCION Turno

Día

Semana

TIEMPO

2 semanas

Mes

♦

1

3 4 5 6 7 8

♦

2 LUBRICACION

Anotar la posición donde se realizan simultáneamente inspección, lubricación y engrase.

6 7

♦ ♦ ♦ ♦ ♦

INSPECCION

3 4 7 8 Reordenar tras preparación

♦

Anotar los números de operación (si se realiza de a dos personas, anotar el total)

♦

AUTORIZACION

TOTAL

(después de ejecutar la inspección, lubricación, limpieza se debe agregar

(Anotar el tiempo necesario para las actividades de preparación y limpieza en min/mes. Si un operador está encargado de más de una máquina, anotar el valor promedio)

Fig. 6. Formulario de inspección-lubricación-limpieza.

241

RESPONSA BLE

♦ ♦ ♦ ♦

5

8

Anotar la posición donde se realiza sólo inspección, sin limpieza o lubricación

(Min)

♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

2

LIMPIEZA

•

POSICION

(Min)

Σ (turno, día, semana, mes) anotar el número total de operación en unidades min/mes. Mejorar la situación de modo que se cumplan los objetivos de la operación.

Además, se contempla una recopilación de datos sobre los tiempos correspondientes a cada operación, con el fin de ir corrigiendo y ajustando los procedimientos estándar señalados. Para concluir, cabe hacer notar que, más allá de las operaciones de inspección, lubricación y limpieza, durante esta primera fase de la mantención productiva, el procedimiento estándar contempla la participación activa del operador para formular propuestas de mejoramiento tendientes a eliminar, cuando sea posible, las causas mismas de las operaciones de mantenimiento y a modificar según sea necesario la frecuencia de dichas operaciones. Por lo tanto, el formulario es también una herramienta Kaizen. La fase de las 5 S es, por cierto, un momento de gran trascendencia en el plano operativo, pero no se debe olvidar que esta fase tiene también un efecto de motivación muy acentuado, dada que involucra a todos los niveles de la fábrica. Desde el gerente de la planta en su totalidad hasta los encargados de producción y mantención, desde los mantenedores hasta los operarios de producción, deben trabajar codo a codo para conservar en buen estado las máquinas y las instalaciones, y de allí surgen centenares de propuestas de mejoramiento. Las 5 S inducen un momento de discontinuidad en la gestión de la fábrica y un estado de difusa democracia industrial orientada al logro de un objetivo primordial: una relación personalizada con la máquina. Después de las 5 S, la fábrica ya no es la misma. Los top managers deben estar conscientes de la necesidad de que este valor sea asumido por todos y debe apoyar esta actividad con la mayor determinación. Fracasar en esta primera etapa o no lograr mantener sus resultados en el tiempo significa no volver a hablar de mantención productiva durante varios años. 3.4 Mejoras del rendimiento y planificación de la mantención (MAFEC) Una vez completadas las 5 S, el camino de la mantención productiva apenas ha comenzado y no terminado como han hecho creer algunos enfoques dentro de la industria italiana. La experiencia japonesa, a través de una literatura acreditada con el respaldo de aplicaciones prácticas, nos enseña que éste es el primer paso, un paso importante por ser el primero y porque darlo significa vencer el roce estático que frena la implementación de la TPM.

242

La literatura norteamericana interpreta la mantención productiva como una metodología para el mejoramiento del rendimiento (performance) de las máquinas e instalaciones, minimizando la importancia del impacto organizacional y cultural. Remitimos al lector a la fig. 5: la mantención productiva o TPM consiste en las cuatro fases descritas, que son: la automantención, el mejoramiento del rendimiento, la planificación de la mantención y el mejoramiento continuo o fase de consolidación. Si no se presta la debida atención a las cuatro fases con los contenidos señalados, no habrá un cambio real de la mantención según la lógica de la fábrica liviana, no habrá ingenierización del proceso de mantención y no habrá una integración completa de éste en la unidad productiva básica. Otro aspecto organizacional determinante es la integración de la gestión del bien con el diseño y la construcción, es decir, la optimización del ciclo de vida del bien o life cycle cost, integración que es propia de la 4ª fase de la mantención productiva. El mejoramiento del rendimiento y la planificación de la mantención son propios de la fase de aplicación del MAFEC. La metodología es una herramienta irremplazable para la implementación de la mantención productiva; la fig. 7 muestra propuestas de mejoramiento formuladas por un equipo interfuncional que ha utilizado la metodología MAFEC. Las metodologías de aplicación de la mantención productiva son fundamentales, el ritual de las 5 S es sugestivo; sin embargo, una cosa es el contenido de la TPM y otra, el gran impacto organizacional de la integración de la mantención con la unidad productiva, la automantención y todas las actividades vinculadas a las cuatro fases: es necesario mantener siempre en planos separados los contenidos y las metodologías de aplicación para poder alcanzar los objetivos de la mantención productiva. Recordemos nuevamente que las 5 S son una metodología inscrita en el ámbito de las actividades sencillas que se realizan en la automantención y un enfoque cultural a la limpieza de la máquina, que es en muchos casos una fase superflua. En estos casos, se puede comenzar directamente por la MAFEC; en todo caso, con la MAFEC ingresamos al dominio del proceso de mantención propiamente tal. La fase de primer mejoramiento del rendimiento (decimos primero por cuanto en la fase de mejoramiento continuo o de consolidación se actuará en forma sistemática para mejorar también el rendimiento de los medios de

243

producción) supone un análisis sistemático de los puntos críticos y una elaboración de propuestas de mejoramiento que permitan establecer una discontinuidad con el pasado, accediéndose a una fase fisiológica de funcionamiento. Esta actividad se lleva a cabo mediante la acción de equipos interfuncionales que utilizarán todas las informaciones y los conocimientos existentes en la fábrica, y sienta las bases para la puesta a punto de la planificación de las operaciones de mantenimiento e inspección con la identificación de los soportes diagnósticos sucesivos. Durante esta fase, surgen las necesidades de información para istrar un sistema de mantención ingenierizado. Esta tercera fase de la mantención productiva es indudablemente de importancia fundamental para el proyecto: es la que permite pasar a una mantención que se anticipa al comportamiento de las máquinas, que es el problema central de la mantención.

Costos de adquisición (diseño, desarrollo, construcción)

Costos de instalación

Costos operacionales utilities conducción materiales de consumo

Costo de mantenimiento (mano de obra, materiales, equipamiento)

Costos de puesta en marcha

Capacitación y documentación técnica

Costos de inventario Costos de cesión

Fig. 8 – El iceberg de los costos globales de posesión

244

3.5 Mejoramiento continuo Es la fase de consolidación en la cual la automantención se convierte en una praxis consolidada y se aplican los planes desarrollados durante la tercera fase. El comportamiento de las máquinas está bajo control y se encuentra disponible un sistema de información para monitorear el sistema: todos los recursos de conocimientos se dirigen hacia un mejoramiento continuo sistematizado. La unidad productiva básica se encuentra en un estado de permanente tendencia a la eliminación de toda causa de derroche: el dueño del proceso, el personal y los operadores de producción luchan día tras día por lograr la excelencia, una meta que está siempre a mano, pero es movediza e inalcanzable. Es propio de esta fase un importante objetivo que denominamos optimización del ciclo de vida del bien (life cycle cost). Decisiones de nuevas plantas Vínculos funcionales Flujo de informaciones

FORMACIÓN Y CONCIENCIA DE MANTENCIÓN

Diseño y planificación

Reemplazo de maquinarias

Instalación de maquinarias

Pruebas y puesta en marcha

Experiencias para nuevas plantas

Puesta a punto de la planta

Operación técnica de la planta

Diseño y planificación

Mantenimiento

Modificaciones y mejoras

Control gastos de gestión

Informaciones

Banco de datos

Fig. 9. Vínculos funcionales del sistema de gestión técnica de las plantas.

245

Existen dos aspectos relacionados con el “lcc”: el aspecto organizacional y el aspecto técnico. El primero se refiere a una integración organizacional real entre las unidades productivas básicas (con mantención operativa integral), la ingeniería de mantención y las funciones de diseño y construcción de nuevas instalaciones. En la fase de selección de una nueva máquina, se evalúan los costos de adquisición, pero la opción adoptada determina la mayor parte de los costos de gestión de la máquina misma, como se muestra en la fig. 8. El segundo aspecto es el flujo de información y los vínculos entre las varias funciones involucradas en estas decisiones, que se muestran en la fig. 9. Las soluciones organizacionales pueden ser múltiples: lo que es en todo caso indiscutible, más allá de las distintas soluciones organizacionales, es que la participación de la mantención en la fase de diseño de la nueva máquina influye en el rendimiento con una eficacia muy superior a las actividades de mejoramiento continuo cuando la máquina está ya instalada. Por lo tanto, uno de los objetivos fundamentales de la mantención productiva (TPM) es, como ya se ha señalado, la optimización del ciclo de vida del bien que será objeto de mantención.

246

113 – BALANZA SELECCIONADORA 114 – Correa transportadora de la balanza al frigorífico 02 – Conjunto correa

17

El cambio de formato y los atascamientos requieren intervenciones frecuentes en la balanza, la cual se encuentra lejos de la zona de trabajo y separada del “SAS”, lo que hace más lentas las intervenciones y acarrea controles largos y engorrosos.

Se propone: 1. Colocar la balanza detrás del muro interno en la zona de peladores, protegiéndola adecuadamente para las operaciones de lavado de los operadores EPSU.

Errores de lectura de las fotoceldas y algunas cubetas inclinadas en la huincha causan atascamientos y las correspondientes interrupciones del ciclo. Además la ubicación de la balanza, distante del lugar de trabajo como se señala en la propuesta anterior, acarrea atrasos en la reiniciación.

Se propone: Alargar la cuchilla de bloqueo de modo que pueda abarcar cuatro cubetas. Añadir también una segunda fotocelda en la zona a fin de garantizar la coherencia de las lecturas. Eliminar la mampara actual de detención de las cubetas reemplazándola con una guillotina móvil sincronizada con el empujador.

Disponibilidad rec. pronosticada

Sí

27

27

No

43

35

2. Como alternativa, correr la pared actual de separación de la zona de peladores hasta la balanza, de forma que se haga más accesible al control

TOTAL Prioridad: 1 Urgente (antes de un mes)

Disponibilidad perdida horas/año

Detención de la máquina x realización

er

1 control de realización

Período de realización

Costo presup.

Modificaciones – mejoras propuestas

Criticidades surgidas

Código de referencia

Propuesta Número

Pioridad

16

2 A corto plazo (antes de 6 meses)

3 A mediano plazo (antes de un año)

Fig. 7 Propuestas de mejoramiento MAFEC de un equipo interfuncional

247

390.5

347.5 89%

3.6 La gestión del proyecto de mantención productiva 3.6.1 El desarrollo de las actividades El proyecto MP es una articulación de actividades según la tabla que se muestra en la fig. 10 y que ya hemos descrito en los párrafos anteriores. La finalidad del proyecto es crear una estructura productiva integrada con la mantención, y desarrollar y difundir de la cultura de la mantención a través de la formación de operadores de producción polivalentes que lleven a cabo la automantención y la activación de una fuerte ingeniería de mantención. El objetivo fundamental es mejorar el rendimiento del sistema productivo actuando sobre el mejoramiento de las prestaciones a niveles de calidad de los medios de trabajo. La matriz de la tabla permite apreciar la secuencia de objetivos temporales:

‹ ‹ ‹ ‹

eliminación del deterioro; eliminación de las averías; eliminación de las anomalías; incremento de la productividad.

y las tipologías de actividad: • • • • •

mejoramiento de la eficiencia de las máquinas; planificación de la mantención; automantención; prevención de la mantención; formación y capacitación.

Sin entrar a comentar en detalle el contenido de cada una de las actividades indicadas en la matriz, cuyo contenido ya hemos tratado, podemos identificar en ella la lógica del desarrollo de un proyecto TPM, que en todo caso deberá ser objeto de modificaciones según las circunstancias específicas.

248

249 Mejoramiento de los flujos de información entre Planta, Tecnología y Proveedores

Actualización y perfeccionamiento continuo de todo el personal involucrado en las técnicas de mantención y gestión

Fig. 10. Desarrollo de las actividades. Mejorar las condiciones para facilitar la automantención de las maquinarias Gestión autónoma

Conocimiento de la relación entre maquinaria y calidad realización de la inspección autónoma organización y gestión del taller

Conocimiento del funcionamiento y de la estructura de las maquinarias estandarización de las actividades de limpieza desarrollo de los estándares de inspección general

Detección y corrección de las anomalías de las máquinas: Limpieza inicial Eliminación de las causas de la suciedad y mejoramiento de las zonas de difícil limpieza

Automantención

Consolidación y mejoramiento de los planes de Mantención Productiva

Enfoque a la prevención de todos los defectos de calidad causados por la maquinaria mediante la aplicación de actividades de automantención y mantención especializada

Elaboración de un plan de mantención productiva en base a las actividades desarrolladas por el equipo y a la automantención Racionalización de las actividades de mantención

Planificación de la mantención

Mejoramiento continuo de la eficiencia del proceso manteniendo las condiciones de “cero defectos”

Logro de la idoneidad del proceso productivo (condiciones de “cero defectos”

Progresiva eliminación de todas las averías mediante el análisis MAFEC

Eliminación de las pérdidas crónicas y de los cuellos de botella

Mejoramiento de la eficiencia de las máquinas

Eliminación de las anomalías

7.

Intercambio de informaciones entre Tecnología y Planta acerca de las actividades5. TPM para implementar la 6. base de datos

4.

Racionalización de los conjuntos y componentes de las máquinas para mejorar su mantenibilidad 3.

2.

1.

Prevención de la mantención

Eliminación de las averías

Extensión del adiestramiento on the job al personal involucrado Cursos orientados a la investigación y el análisis de los fenómenos que causan defectos

Cursos acerca del funcionamiento de las plantas y las máquinas Cursos orientados a la investigación y el análisis de las causas de las averías Extensión del adiestramiento on the job al personal involucrado

Formación del personal en la lógica del TPM y de la Automantención Adiestramiento on the job de los técnicos de mantención del personal encargado de operar y manejar las maquinarias

Formación y capacitación

Eliminación del deterioro Incremento de la productividad

3.6.2 Método de trabajo La mantención productiva involucra de varias formas a toda la fábrica: el proyecto MP significa contar con un conjunto de equipos interfuncionales que actúan con método. La MP representa, bajo el punto de vista organizacional, un proceso top/down, es decir, un proceso deseado e impuesto por el top management con el fin de lograr objetivos específicos de mejoramiento. Se habla de commitment como creación de prerrequisitos organizacionales y culturales necesarios para el desarrollo de la MP, proyecto que, por más que exista una fuerte voluntad en tal sentido de parte del top management, no se puede llevar a la práctica si no cuenta con el apoyo decidido de todos los mandos medios, hasta el nivel de operario. En efecto, son los mandos medios de la fábrica a quienes se asignan tareas de planificación operativa y gestión de las actividades; sólo si los mandos medios actúan con un elevado grado de convicción, podrán identificar los tiempos y los recursos necesarios para hacer MP sin comprometer los programas de producción; de lo contrario, siempre habrá motivos para postergar y volver a la cómoda rutina. Por otra parte, tampoco se puede esperar que los operarios, que son objeto de atención especial por parte de la MP, desarrollen actitudes de mayor responsabilidad y participación en el mantenimiento si perciben un escaso interés de parte de sus superiores. Crear commitment significa entonces no sólo crear la estructura organizacional que permita el flujo de directivas top/down y de informaciones bottom/up, lo que es relativamente sencillo, sino sobre todo crear la sensibilización difusa, la visión común sobre las oportunidades que puede abrir el proyecto de MP. Esta segunda parte es, por cierto, la más problemática, y la experiencia muestra que las empresas que desean desarrollar la MP normalmente subestiman su importancia y sus dificultades; la mayoría de las veces, esto se debe a una cierta rudeza del enfoque (“los otros hacen lo que les decimos que hagan”) que no toma debidamente en cuenta el peso de las “culturas” existentes. En las experiencias exitosas, el proceso de sensibilización se realiza “hacia abajo” con instancias de comunicación (reuniones, talleres) sistemáticas y repetidas que involucran a todas las estructuras organizacionales y duran varios meses. El establecimiento debe convertirse en una articulación de equipos. El equipo de los operarios y jefes de cuadrilla, auxiliados por los mantenedores, debe llevar adelante la automantención; los jefes y técnicos del personal deben llevar adelante las otras partes de la TPM que requieren conocimientos técnicos más profundos. Trabajar junto por un objetivo común multiplica la motivación de las personas, porque las hace sentir parte de un cuerpo social y 250

crea las condiciones para el aprendizaje organizacional: también esto es hacer TPM. A continuación, reproducimos un ejemplo de programa de capacitación sobre las 5 S (fig. 11). La actividad se desarrolla en un taller significativo de algún departamento o de toda la fábrica, dependiendo de su tamaño. El programa se articula en cuatro jornadas de trabajo: por la mañana en la sala de clases, por la tarde en terreno, realizándose una reunión final de los equipos. La quinta jornada se dedica a informar sobre los resultados y a la discusión final. El MAFEC es un trabajo de equipos interfuncionales fuertemente focalizado en el conocimiento de la máquina y de sus anomalías. Se lo puede considerar como articulado en dos fases. En la primera fase, la composición de los grupos contempla la presencia de operadores y mantenedores con conocimientos específicos de la máquina, tecnólogos y responsables del control de calidad. La finalidad formativa de esta fase es incrementar el conocimiento de la máquina; en ella, el operador transmite al mantenedor su experiencia funcional, mientras que el mantenedor le transmite su conocimiento tecnológico. Durante la segunda fase, el grupo interfuncional hace extensivo el conocimiento adquirido acerca de la máquina y sus puntos críticos a todos los operadores de producción involucrados, con especial énfasis en la capacitación para la automantención. Reproducimos más adelante (fig. 12) un programa de trabajo correspondiente a una máquina de mediana / alta complejidad. 3.7 Conclusiones El éxito de la mantención está ligado a una alta disponibilidad técnica de las maquinarias y al bajo costo global en términos de materiales, mano de obra propia y de terceros, costos inducidos por pérdida de producción o deterioros cualitativos. La mantención productiva no sólo se ocupa de la problemática del mantenimiento, sino que, como se desprende de la metodología MAFEC, enfrenta todas las fuentes de despilfarro según la lógica organizacional del enfoque integrado. Mantención productiva significa tomar como referencia la productividad del sistema, es decir, el conjunto de los factores de éxito: producción, calidad, costos, cumplimiento de las entregas, seguridad y clima empresarial, partiendo desde el microcosmos empresarial formado por el operador y “su” máquina, pero involucrando a todas las estructuras de la empresa.

251

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"e modo que se analizan las averías, los ajustes y seteos, los atascos y microparadas, los tiempos de ciclo y modos errados, rechazos y enmiendas, y pérdidas ocasionadas por reinicios, creando consenso y participación a través del trabajo en grupos. La mantención productiva nace por voluntad de la gerencia de la empresa, seg#n un proceso top$do%n, para generar mecanismos de incorporación y participación difusa, pero con el tiempo estos mecanismos se autosustentan por iniciativa autónoma de todos los sujetos organizacionales involucrados, seg#n una lógica bottom$up donde la gerencia controla el proceso global, pero donde están involucradas todas las funciones empresariales referidas a la fábrica, como se muestra en la tabla (fig. 1!). Para resumir, el valor primario de la mantención productiva es de tipo cultural. Al concluir este proceso, el operador de máquina, habiendo asumido la responsabilidad por la automantención, ve incrementado su conocimiento tecnológico y juega un papel más autónomo en la gestión de la máquina$ paralelamente, el mantenedor crece en cuanto a su conocimiento funcional de la máquina y pasa a desempeñar un papel con un mayor contenido de profesionalización técnica de mantención. La mantención productiva genera, por consiguiente, mecanismos de crecimiento profesional, de incorporación y participación. 25!

El personal operativo, a través de los grupos de mejoramiento, descubre las satisfacciones que otorga la creatividad y la satisfacción de trabajar juntos 3URFHVR 7HFQRO

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X = Involucramiento secundario

Figura 13

por objetivos comunes, descubre la satisfacción de acceder a un conocimiento profundo de tecnologías y procesos, descubre la satisfacción de asumir su responsabilidad y de ver ampliados sus espacios profesionales, es decir, de la polifuncionalidad. Entre las técnicas productivas japonesas que caracterizan a la fábrica liviana, la TPM, siguiendo lógicas que fusionan la matriz japonesa con las experiencias occidentales, es la que tiene un efecto más marcado en cuanto a liberar los recursos invisibles presentes en la realidad de la fábrica; es una de las más eficaces estrategias de desarrollo organizacional centradas en la persona, especialmente en el operador de la máquina. Durante las últimas décadas, la valorización de estos recursos ha sido, y lo será cada vez más en el futuro, el diferencial para buscar la excelencia.

4.

Las funciones, los roles y la estructura de la mantención

4.1 Objetivos de la mantención y funciones n ecesarias para lograrlos

4.1.1 Objetivos La introducción de las nuevas tecnologías en los procesos de producción y el desarrollo de los criterios organizacionales propios de la mantención productiva han conducido a definir un nuevo rol para la mantención en la fábrica liviana, cuyas características distintivas se manifiestan en el seguimiento de los siguientes objetivos.

254

4.1.1.1 Atención permanente a la conservación del patrimonio instalado La conservación del patrimonio instalado es uno de los objetivos más importantes; para lograrlo, se debe ejecutar acciones oportunas según se presente la necesidad. Este tema constituye también uno de puntos de discordia tradicionales entre el personal de producción, que desearía nunca tener que parar las máquinas y plantas, y los mantenedores, que a menudo ven rechazadas incluso sus tímidas y limitadas iniciativas de prevención de averías. El supuesto beneficio que se puede lograr al no detener una planta cuyas condiciones así lo requieren, es totalmente ilusorio. Casi siempre esto trae como consecuencia un deterioro cualitativo creciente de la producción y averías que requerirán una detención más prolongada y más difícil de programar. Igualmente errado es efectuar operaciones de mantenimiento limitadas y superficiales. A menudo, la prisa o la falta de equipamiento adecuado llevan al mantenedor a considerar suficiente una reparación aproximada. Nada más errado que esta actitud, a menos que se trate de una intervención de “parche” provisoria. Dicha opción tendrá como consecuencia un deterioro paulatino de las instalaciones de la planta, con el consiguiente deterioro cualitativo de la producción. Al desempeñarse en un contexto semejante, el mantenedor está hasta cierto punto obligado a proponer la ejecución de obras extraordinarias cuyo costo es generalmente muy elevado, y que no siempre reciben la debida atención por parte de la gerencia por el solo hecho de tener que manejarse fuera del presupuesto ordinario. Es necesario, por lo tanto, insistir en que el camino correcto, aquel que conduce a los mejores resultados en términos de calidad y cantidad de producción y de costos de mantención, es siempre el camino de las acciones planificadas y adecuadas a las necesidades existentes. 4.1.1.2 El mejoramiento de las prestaciones La conservación del patrimonio instalado debe buscarse dentro de una perspectiva de mejoramiento y adecuación permanente de la planta a exigencias cualitativas y cuantitativas que varían constantemente. Ello significa que la mantención debe concebir su rol en un sentido dinámico. No pretendemos aquí plantear un uso distorsionado de la mantención enfocado más hacia las modificaciones que hacia las restauraciones. Por el contrario, queremos dejar en claro que la mantención, que en muchos casos es el único brazo operativo, debe favorecer la realización de todas las pequeñas modificaciones y mejoras derivadas de la experiencia y compatibles con el presupuesto.

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Se debe destacar también que si bien una actitud del tipo “la mantención restaura” se debe considerar demasiado rígida y, a fin de cuentas, contraproducente, también es cierto que una actitud demasiado condescendiente hacia las innovaciones y las modificaciones de la planta puede acarrear graves problemas. Es bien sabido que los mayores desastres en las plantas (ver Flixborough, 1974) han sido causados por modificaciones aparentemente leves que, sin embargo, habían alterado significativamente las condiciones de seguridad contempladas en el proyecto original. Pero aún dejando los desastres aparte, quien tenga experiencia en mantención sabe cuánto se dificulta su labor cuando debe actuar sobre plantas o máquinas que han sido sujetas a modificaciones y estas modificaciones no han sido suficientemente evaluadas ni incorporadas en los planos y diseños. Por lo tanto, el servicio de mantención, que por un lado debe colaborar con los continuos esfuerzos para mejorar las prestaciones de la planta, debe también garantizar que dichas mejoras no se lleven a cabo sobre la base de acuerdos informales entre Producción y Mantención, sino a través de un conducto regular que contemple la participación de las funciones técnicas de Mantención y de Producción (Ingeniería de mantención, Ingeniería de los factores productivos, Tecnología) y de Seguridad. 4.1.1.3 Aumento de la disponibilidad Se define como disponibilidad la razón entre las horas de funcionamiento productivo de una máquina o planta, respetando los estándares cualitativos y cuantitativos, y el tiempo de funcionamiento programado y esperado. Este parámetro entrega una medida de la eficacia de las operaciones de mantenimiento. Proyectar la mantención significa justamente determinar el mix de políticas de mantención que maximiza este resultado en un marco de contención de los costos globales. Escoger las políticas de mantención más convenientes no es tarea fácil. Habrá que estudiar cuidadosamente el sistema y, basándose en la experiencia y en el análisis de confiabilidad de sus componentes, escoger las opciones adecuadas, que pueden consistir en esperar que se produzca la falla o prevenir su ocurrencia, y en este último caso determinar si es más conveniente proceder a efectuar operaciones de inspección a intervalos definidos o en base a una evaluación progresiva de las condiciones.

256

4.1.1.4 Reducción de los costos de mantención La reducción de los costos no puede producirse en forma artificial ni debe estar vinculada a dificultades económicas contingentes. Ya hemos demostrado que pretender ahorrar limitando el alcance de las operaciones de mantención conduce casi siempre a un aumento de los costos globales. El camino correcto para reducir los costos es el que pasa por la aplicación cada vez amplia de la mantención condicional y del mejoramiento continuo. Éste es el camino que reduce las fallas a la categoría de eventos marginales, que hace posible la programación y la preparación de los trabajos y que conduce a una configuración organizacional liviana y funcional del servicio de mantención. Para los fines de reducción de los costos, puede ser igualmente importante tender a tercerizar algunas actividades de mantención. Al respecto, existen confusiones e interrogantes sobre las cuales me parece oportuno hacer algunas aclaraciones. En muchas realidades, sobrevive una enraizada mentalidad de tipo make, legado de los tiempos en que las fábricas eran microcosmos cerrados sobre sí mismos y el territorio ofrecía pocas e inseguras alternativas de tipo buy. Los tiempos han cambiado: muchas plantas de producción se desempeñan en contextos territoriales dotados de servicios de mantención que, gracias a su capacidad de implementar economías de escala, están en condiciones de ofrecer una alternativa conveniente en términos de eficiencia y eficacia. La oferta puede involucrar oficios marginales para la producción (carpinteros, herreros, mueblistas, instaladores de cañerías, obreros de construcción, etc.) o servicios profesionales de mayor nivel (expertos en aparatos electrónicos, analizadores de procesos, etc.) o puede comprender especialidades bastante delicadas para la actividad productiva (carros transportadores y medios autotransportados en general, instalaciones elevadoras, etc.) Nuestra opinión, una opinión basada en la observación de múltiples experiencias, es que los procesos de tercerización deben ser promovidos al máximo, comenzando por las actividades de mantenimiento de importancia más marginal para la producción hasta las actividades que involucran los servicios y aquellas de mayor especialización en los talleres. En general, creemos que el Servicio de mantención de la empresa:

c c

debe concentrar sus esfuerzos directos sobre las máquinas y las plantas de producción, y principalmente sobre la ejecución de las actividades de inspección especializada de su responsabilidad. La fragilidad y la vulnerabilidad de los procesos productivos conducen a inclinarse por esta solución, la que, sin embargo, no puede considerarse como regla general; debe estructurarse para cubrir un amplio espectro de exigencias corrientes de complejidad media/alta. Es conveniente que las exigencias circunstanciales especializadas (rebobinado de motores, operaciones sobre aparatos electrónicos, sobre tableros de control numérico, etc.) sean 257

satisfechas por el entorno territorial (talleres externos especializados, especialistas contratados por el proveedor, etc.) y no por la planta productiva. Recurrir a la tercerización genera una flexibilidad en el uso de los recursos humanos, que es generalmente superior a la que ofrece el personal social, que en las condiciones actuales puede contar con una mayor protección y garantías sindicales. Recurrir a la tercerización sólo podrá resultar verdaderamente conveniente si previa o simultáneamente se lleva a cabo una preparación adecuada; de lo contrario, puede causar un impacto negativo tanto sobre los costos de la mantención como sobre la eficacia de la misma. Por preparación se entiende:

‹ preparar los estándares de las operaciones; ‹ preparar los precios de las operaciones. El costo de cada operación debe estar definido: a cuerpo a medida

‹ ‹

En un contexto semejante, la organización de la empresa puede desarrollar de mejor forma sus tareas de planificación y control técnico. Se debe evitar en lo posible recurrir a terceros bajo modalidades de “economía” o “constatación”, formas que en la práctica conducen a la mantención a ejercer un control sobre los trabajos que puede adoptar características de injerencia indebida en los asuntos organizacionales de las empresas licitadoras. Se ha ido consolidando la tendencia a recurrir cada vez más a la tercerización, y entre las distintas modalidades gana cada vez más terreno el global service.

4.1.2 Funciones de la minifábrica 4.1.2.1 El manejo de la máquina Ya hemos hablado bastante acerca de esta función en los capítulos anteriores. La filosofía que se debe adoptar queda vigorosamente de manifiesto en la afirmación de un operario de la Harley-Davidson:

258

La máquina es mía, y si algo no funciona me siento responsable; no puedo echarle la culpa al servicio de mantención. No basta que la mantenga bien lubricada; debo también mantenerla limpia, sacudiéndola varias veces al día, de manera que si hay una fuga de aceite no termine todo en una poza, sino que me pueda dar cuenta de inmediato. Entonces tendré que revisar las empaquetaduras y otros puntos críticos antes que la máquina se atasque. 4.1.2.2 El diagnóstico Es la tecnología maestra de la mantención; consiste en efectuar inspecciones con la ayuda de instrumentos, a veces muy sofisticados, capaces de detectar y medir señales cuya interpretación puede no ser en absoluto sencilla. Un conocimiento acabado del instrumento, la experiencia y la familiaridad con los problemas técnicos de las plantas son los elementos que hacen irreemplazable esta función. Combinando las informaciones cualitativas recopiladas por la producción y la información provenientes del diagnóstico, es posible entregar al mantenedor y al de la mantención de la planta datos numéricos precisos sobre los valores de los parámetros inspeccionados, sobre sus tendencias y sobre sus umbrales de aceptabilidad. Se trata de una función eminentemente transversal a las minifábricas, entre otras razones por la complejidad de la instrumentación empleada. 4.1.2.3 La istración de la mantención Esta función, incorporada orgánicamente a la unidad productiva o jerárquicamente dependiente del servicio de mantención, tiene por misión istrar el precario equilibrio entre las exigencias de maximizar la disponibilidad de las instalaciones mediante el resorte de la mantención y las de minimizar los costos de producción. Analicemos sus contenidos principales:

‹

Preparación de las actividades asignadas al operador e interpretación de los datos obtenidos durante la inspección; se refiere principalmente a las actividades de inspección, de lubricación y de micromantención contempladas en los planes de automantención. La istración de la mantención deberá transmitir a los equipos de producción los respectivos programas semanales y diarios indicando la modalidad operativa (por ejemplo, cantidad y tipo de lubricantes); además, deberá posteriormente analizar e interpretar las informaciones de retorno, incluyendo aquellas referidas a la acción de emergencia efectuada, de modo tal que se pueda recomendar a los encargados de las unidades productivas las operaciones de mantención condicional más idóneas. 259

‹

La preparación de las tareas de mantención programadas. Se trata de una actividad fundamental para el buen éxito de las operaciones. Las tareas por efectuar deben estar:

a a a a

bien definidas en sus contenidos técnicos; bien definidas respecto de los recursos humanos y materiales requeridos; evaluadas en razón de los costos esperados; ajustadas a un cronograma.

Las actividades descritas deben discutirse y acordarse con los encargados de producción, que son los responsables de las decisiones adoptadas. La istración de la mantención responde por los contenidos técnicos.

‹

Aprovisionamiento de materiales. Dicha función comprende el aprovisionamiento de materiales, repuestos específicos, genéricos y material de consumo identificados durante la fase de preparación de los trabajos. Las fuentes de suministro del de la mantención son:

a a

los proveedores externos; la bodega central.

En los últimos años, se ha ido difundiendo cada vez más el recurso a las existencias de proveedores externos, especialmente en lo que se refiere a materiales de consumo y materiales técnicos con índice de rotación normal (IRN). Es aconsejable que estos suministros estén regulados por acuerdos apropiados o por órdenes de compra convenidas entre los proveedores y los Departamentos de Compras con el fin de permitir que el de la mantención cuente con un expedito a las existencias acordadas siguiendo procedimientos istrativos y conductos regulares sencillos. En este caso, el de la mantención emitirá órdenes de compra indicando la cantidad solicitada, el monto y el centro de costos de destino. En el caso de los materiales estratégicos, específicos e IRN que presentan dificultades de abastecimiento, no es posible prescindir de la istración por inventario de bodega. Será especialmente la ingeniería de mantención la encargada de definir para cada código los niveles óptimos de inventario. El de la mantención, en relación a estas reposiciones, presentará en bodega un vale por el retiro de materiales, indicando las cantidades y el centro de costos de destino.

260

4.1.2.4 La istración de las empresas Recurrir a los servicios de terceros, opción que se difunde cada vez más entre las empresas, requiere para ser económicamente viable de instrumentos operativos precisos (formularios, listas de precios, órdenes de compra) y un control cuidadoso. La istración tiene por tarea: •

planificar los trabajos ejecutados por terceros de manera que sus intervenciones sean tan uniformes como sea posible; • enmarcar su posible utilización dentro de los estándares de las listas de precios; • evitar en lo posible las contrataciones de servicios por jornada (constatación). En todo caso, las tareas asignadas a terceros deben cumplir con los requisitos siguientes: • • •

estar bien identificados y delimitados; estar bien descritos bajo el aspecto técnico y de los riegos que implican; haber sido aceptados por las empresas licitantes al máximo nivel de responsabilidad.

Además, se debe evitar, por obvias razones de seguridad, mezclar el personal propio con el de terceros. En el ámbito de cada establecimiento productivo individual, el recurso ordinario o extraordinario a empresas externas puede ser regulado por el Departamento de suministros mediante la emisión de órdenes de compra a plazo fijo y por montos limitados, lo que permite que el adopte procedimientos simplificados, o a través de órdenes específicas definidas en base a las solicitudes individuales de prestaciones de terceros. El control técnico de las actividades desarrolladas por terceros debe estar a cargo de los responsables operativos de la mantención, los que deberán visar, una vez finalizadas las obras, las planillas de trabajo señalando las cantidades (libretas de medición). En este momento, el de la mantención deberá preparar el documento que autoriza el pago por las prestaciones, es decir, la planilla de prestaciones de terceros, indicando las cantidades y las razones de las posibles diferencias entre lo presupuestado y lo efectivo.

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4.1.2.5 El control de los costos El conocimiento de los costos de mantención es indispensable para evaluar en qué medida inciden sobre los costos de producción y para tomar, en consecuencia, las decisiones más acertadas. Será tarea de la istración ofrecer a todos los s (mantención, producción e ingeniería de mantención) un amplio espectro de informaciones acerca de la composición de los costos, y en especial:

‹ costos por operación (encargo) como suma de los costos del personal social, de las prestaciones de terceros, de los materiales varios y de los repuestos; ‹ costos por cada centro (desglosados de igual forma); ‹ costos totales (desglosados de igual forma). 4.1.2.6 La ingeniería de mantención Es la función fundamental de la nueva mantención, aun cuando no tiene poder de decisión ni responsabilidad operativa. Sus tareas pueden sintetizarse en los siguientes puntos: • • •

planificar la mantención; promover el mejoramiento continuo y la capacitación; auditar la ejecución de la mantención.

Planificar la mantención quiere decir, sobre todo, elegir los enfoques más convenientes para la mantención de las máquinas, teniendo en cuenta los objetivos de disponibilidad y de contención de los costos de mantención globales. En otras palabras, quiere decir determinar para cada componente, en razón del impacto que su avería representa para el sistema total, de su tasa de averías, de su mantenibilidad y de su operabilidad diagnóstica, si es más conveniente esperar a que se produzca la falla, efectuar operaciones de mantención en tiempos predeterminados o efectuar revisiones periódicas. Quiere decir también planificar los instrumentos operativos de la mantención, principalmente:

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los programas básicos de mantención, con aplicación de metodologías correctas (MAFEC); los formularios de las operaciones y las listas de precios para las empresas; el sistema de información de la mantención; la istración de los repuestos. 262

Quiere decir, por último, planificar una organización de mantenimiento consistente con los objetivos y los instrumentos operativos. Promover el mejoramiento continuo y la capacitación es una tarea que no se puede llevar a cabo según esquemas preestablecidos. La ingeniería de mantención, a la vez que se esfuerza por optimizar el presente, debe tender contextualmente a su superación. Por ello, deberá analizar cuidadosamente los datos de gestión y poseer una sensibilidad de apertura y curiosidad por todas las ideas innovativas con el fin de elaborar y proponer acciones de mejoramiento de la eficiencia y la eficacia de la mantención. Auditar la mantención significa verificar, con la debida autoridad, que los recursos empleados sean consistentes con el programa aprobado en términos de eficiencia y eficacia. Quiere decir comprobar que la conservación del patrimonio instalado esté asegurada durante todo el ciclo de vida contemplado para cada bien. La ingeniería de mantención constituye la referencia “cultural” de la organización, y como tal debe promover la capacitación y la sensibilización respecto de las problemáticas de la mantención. 4.1.2.7 Los talleres de mantención Se trata de funciones profesionalmente “maduras”, en el sentido de que las lógicas de desarrollo organizacional de la mantención tienden a proyectar fuera de los lugares de producción los oficios especializados y, a la vez, a favorecer la adquisición de conocimientos especializados por parte de la producción. Dicha tendencia debe ser estimulada, sobre todo porque reduce el grado de dependencia de la producción de recursos externos. En todo caso, habrá que distinguir entre los especialistas de sistemas, que poseen el know-how estratégico de la empresa y que son fundamentales para diagnosticar rápidamente las averías, y el resto. Hoy, no existen motivos para mantener talleres de rebobinado de motores o para las revisiones genéricas de las máquinas rotatorias. Salvo situaciones especiales, siempre es más conveniente tercerizar. Distinto es el caso, por ejemplo, de los instrumentistas electrónicos que, además de efectuar las reparaciones de los equipos electrónicos en los bancos del taller, son los únicos capaces de diagnosticar las causas de las averías y realizar controles funcionales en los sistemas complejos. Emerge, por lo tanto, un rol renovado para la especialización de los talleres:

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un poco menos reparaciones, porque cada vez se tenderá más a efectuar las reparaciones en talleres externos; un poco más integración con el equipo de producción, en cuanto enclave altamente calificado de la mantención sobre las tecnologías de punta empleadas en los procesos, con funciones de transferencia del know-how 263

especializado hacia la producción y de mejoramiento de la capacidad de respuesta ante averías complejas. 4.2 La estructura organizacional y los principales roles Hemos hablado de fábrica liviana y de mantención productiva y, dentro de ella, de los nuevos escenarios de la mantención y de los nuevos roles emergentes. Podemos entonces diseñar una estructura organizacional consistente con los procesos anteriormente descritos. A continuación, se presenta un bosquejo de estructura tipo de roles y responsabilidades para una realidad productiva de dimensiones medianas a grandes.

4.2.1 La estructura organizacional Dentro del esquema organizacional de la minifábrica, el responsable es secundado por dos equipos de personal cuyas tareas son, respectivamente: • •

el control de los factores productivos; y la istración de la mantención.

La constitución de un nivel gerencial inmediatamente por sobre el nivel de los jefes de turno operativo de la planta, implica capacitar personal que actuará como instrumento del responsable de la minifábrica en el control de los costos y de la calidad, y en el empleo de instrumentos externos a la organización propia. Los jefes de turno pueden ser reemplazados por “jefes de equipo” según el principio del primus inter pares. En el caso de las faenas por jornada, la estructura debe ser de dos niveles responsables de la minifábrica/operadores: en este caso, también los equipos de operadores deben tener “jefes de equipo”. La labor del “controller” es, fundamentalmente, estudiar las problemáticas de proceso con el fin de minimizar los costos y de mejorar la calidad de la producción. La labor de la “istración de la mantención” es desarrollar la automantención y la actividad de inspección, y posteriormente promover las acciones de mantención programada o de emergencia, conservando siempre la minifábrica el poder de decisión sobre las opciones técnicas y programáticas. Emerge, por consiguiente, un rol principalmente operativo de las estructuras de servicios externas, la mantención programada o de emergencia, que se convierten en los “brazos armados” de la mantención desempeñando tareas de coordinación y racionalización de los recursos operativos de la empresa y externos.

264

El sistema de mantención en su totalidad es atravesado entonces por la ingeniería de mantención, cuya tarea es, en síntesis, adecuar permanentemente el proyecto de mantención global. A continuación, señalamos las principales responsabilidades y actividades de las funciones que operan dentro de la minifábrica y de los servicios de mantención externos, con el fin de que se entienda mejor el carácter de la arquitectura en su conjunto (fig. 14-15).

Jefe minifábrica

Encargado de mantención

Controller

Perseguir políticas de mantención orientadas a optimizar los costos y la utilización de las instalaciones en una óptica de prevención

Definir el uso óptimo de los factores productivos, controlar sus resultados

Jefe de turno / Jefe de equipo por jornada / Líder de equipo

Conductor / equipo

Realizar los objetivos técnicos y económicos contemplados en la dinámica presupuestaria (costos, calidad, promesa, confiabilidad de las plantas

Realizar los objetivos de producción, calidad y mantención en la gestión de los recursos y los medios asignados al turno

Efectuar la transformación del producto según las modalidades y plazos fijados. Tener bajo control la calidad del producto y la funcionalidad de las instalaciones, efectuando en el momento oportuno las acciones correctivas previendo las desviaciones; efectuar las actividades de automantención

Fig. 14 – Objetivos y roles dentro de la minifábrica

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Gerencia de la Planta

Tutela de la calidad

Logística

Minifábrica 1

Minifábrica 2

Minifábrica 3

Ingeniería Mantención

Mantenc. Programada

Talleres

Nuevas Plantas

Fig. 15 – Esquema en términos generales de la estructura de la planta

4.2.2 Los principales roles, responsabilidades y actividades

4.2.2.1 Responsable de la minifábrica Las responsabilidades Alcanzar los rendimientos (calidad, cantidad, promesas contempladas en • las planificaciones de la empresa para las plantas involucradas). Adecuar el nivel profesional de los recursos externos. • Perseguir el mejoramiento continuo de las prestaciones de los medios de • producción en términos de confiabilidad y utilización. Mejorar la flexibilidad y la capacidad de prevención y de reacción de la • minifábrica frente a las variaciones y los acontecimientos perturbadores. Asegurar la adecuación y la correcta aplicación de las prescripciones y de • los instrumentos operativos, así como de las normas sobre seguridad y sobre el medio ambiente.

266

•

Optimizar los costos de transformación del producto a través de la dinámica de la gestión de presupuestos.

Las actividades Preparar, discutir y definir con la estructura superior el presupuesto de costos, la planificación de la producción, el plan de mejoramiento y modificaciones de las plantas y el rendimiento de la propia minifábrica; presentar periódicamente los elementos de verificación de la marcha, discutiendo las desviaciones y definiendo posibles reducciones en el presupuesto. • Definir con otras minifábricas, con la mantención programada, con la ingeniería de mantención y con la función de planificación el plan anual de paradas programadas de las plantas y las faenas de mantención correspondientes, supervisando su programación mensual. • Ejercer un control permanente sobre la marcha de la gestión, a través de indicadores de eficiencia, de costos, de confiabilidad de las plantas y de calidad, istrados por el personal de “istración de la mantención” y “Controller”, y a través de informes diarios de los jefes de turno, promoviendo las acciones necesarias para alcanzar los objetivos. • Identificar las configuraciones productivas óptimas frente a variaciones de la carga de trabajo con especto a lo planificado, disponiendo las adecuaciones oportunas de los factores productivos. • Desarrollar las capacidades de prevención, de reacción y de flexibilidad del sistema productivo a través del afinamiento de los instrumentos técnicos, organizacionales y istrativos, así como del mejoramiento de las premisas culturales y de comportamiento. • Promover y coordinar las iniciativas para el mejoramiento continuo de las instalaciones y del proceso, y para la racionalización de las actividades de la minifábrica, sirviéndose del personal propio y solicitando la intervención de las competencias especializadas externas que sean necesarias. • Relacionarse con las funciones externas a la minifábrica con el fin de acordar modalidades para el suministro de soportes y servicios. • Supervisar las actividades de los jefes de turno mediante el control de los balances del turno en lo que se refiere a valores de producción, cualitativos, de promise y a las medidas adoptadas para contrarrestar las eventualidades emergentes, e interviniendo para corregir las posibles anomalías detectadas en la gestión. • Comprobar que las prácticas operativas sean adecuadas, completas y respetadas, y que sean actualizadas en relación a los objetivos de la planificación de la empresa y a las necesidades de operación correcta de las instalaciones. •

267

•

•

Conocer y evaluar sistemáticamente las capacidades profesionales y las prestaciones del personal dependiente con el fin de definir exigencias de formación y capacitación, y de permitir una correcta aplicación de las políticas de remuneraciones de la empresa. Verificar la adecuación de los soportes de información para las necesidades de la gestión.

Las tareas descritas, aunque parciales, ponen de manifiesto el nuevo rol del responsable de la minifábrica, al que la empresa entrega no sólo la conducción de los medios de producción, sino también el poder de adoptar en forma rápida, y sin necesidad de otros consensos, todas las decisiones necesarias para lograr el éxito, incluyendo la istración de la mantención, convirtiéndose de hecho en su único responsable operativo. 4.2.2.2 Controller Las responsabilidades Definir los índices de eficiencia del producto / proceso. Lograr un mejoramiento continuo de las prestaciones de los medios de producción y de los recursos. Proporcionar prescripciones operativas a los equipos y verificar que sean • observadas en la práctica. • •

Las actividades Elaborar con el responsable de la minifábrica los presupuestos mensuales, anuales y plurianuales referidos a los costos, los niveles de producción, los parámetros técnicos-económicos, la calidad de los productos, los estándares técnicos. Definir, de común acuerdo con el responsable de la minifábrica, el sistema • de control de los factores técnicos productivos que intervienen en la formación del presupuesto de la minifábrica y efectuar sistemáticamente las elaboraciones y actualizaciones respectivas. Controlar en fase la marcha de los parámetros técnicos de medición del • rendimiento cualitativo, cuantitativo y tecnológico, determinando sus líneas de tendencia y analizando las causas de las posibles desviaciones. Emitir informes periódicos dirigidos al responsable de la minifábrica, • señalando las desviaciones de los objetivos planificados y las tendencias previsibles. •

268

•

• •

•

• • • •

Investigar y proponer al responsable de la minifábrica, con el aporte de la “istración de la mantención” en lo que se refiere a los problemas de la planta, las acciones necesarias para corregir las anomalías de la producción y hacer un seguimiento de su implementación. Realizar estudios y/o colaborar en proyectos para el mejoramiento continuo y la actualización del sistema productivo. Elaborar, emitir y gestionar, sirviéndose de las competencias necesarias, las prácticas operativas de conducción de la planta, así como las normas y procedimientos de seguridad, y verificar su correcta aplicación. Participar junto a la “istración de la mantención” en las pruebas de las instalaciones nuevas y/o sometidas a mantención y comprobar que se ajusten a las especificaciones técnicas estipuladas. Estudiar y adecuar los modelos organizacionales de trabajo. Desempeñar, en calidad de apoyo al responsable de la minifábrica, tareas vinculadas a exigencias específicas propias del área de pertenencia. Interactuar con el Servicio central de calidad para todos los aspectos cualitativos que requieran de profundización y análisis especializados. Participar en el manejo de las controversias con los clientes.

4.2.2.3 istración de la mantención Las responsabilidades Mejorar la confiabilidad de las instalaciones en una perspectiva de prevención. • Optimizar la eficiencia y la eficacia de las acciones de mantención. •

Las actividades Preparar y proporcionar al responsable de la minifábrica y al “controller” el cuadro de los requerimientos y de las previsiones para fines de elaboración del presupuesto de mantención. Recopilar, analizar y sintetizar todos los elementos necesarios para una • correcta istración de los costos y de los parámetros de control de la mantención, señalando las desviaciones con respecto al presupuesto y proponiendo acciones de mejoramiento. Participar, en conjunto con la ingeniería de mantención, en la preparación • de los formularios, los programas de mantención (intervenciones cíclicas, inspecciones, lubricaciones) y la adquisición de repuestos. Actualizar, en conjunto con la ingeniería de mantención, los formularios y • los programas de mantención en base a las estadísticas de averías y faenas realizadas. •

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•

•

•

•

•

•

•

• • •

• • •

•

Ejecutar o solicitar la ejecución por parte de los Servicios centrales las inspecciones especializadas necesarias para una profundización de las problemáticas especiales o complejas. Analizar los informes de inspección y de acciones de emergencia transmitidos por el jefe de turno, y determinar las acciones correctivas y las prioridades. En base a las estadísticas de averías, el historial de las inspecciones y de las acciones de mantenimiento, investigar, formular e implementar propuestas para el mejoramiento de las instalaciones, involucrando al Controller, a la ingeniería de mantención y a las áreas operativas. Definir y formalizar las prácticas operativas para las operaciones de mantención de manera que mejore su eficacia y eficiencia, respetando las normas de seguridad en el trabajo. Establecer os oportunos con el Controller y con las estructuras productivas a fin de garantizar, al momento de formular las prácticas operativas de ejercicio, un uso correcto de las instalaciones y máquinas. Apoyar al responsable de la minifábrica en la definición, en conjunto con la Mantención Programada, del plan anual de mantención programada, de las paradas y del uso de los recursos respectivos (propios y externos). Definir, en conjunto con la Mantención Programada y en el contexto del plan anual, los programas mensuales de las faenas (modalidades, recursos, materiales). Emitir para los Servicios de mantenimiento las solicitudes de trabajo incluyendo los formularios y los contenidos técnicos. Verificar la disponibilidad de los insumos y de los repuestos técnicos necesarios para la automantención. Hacer un seguimiento, en forma directa y a través de los jefes de turno, de los trabajos de mantención, proporcionando cuando sea necesario el apoyo especializado correspondiente, con el fin de garantizar una correcta ejecución y controlar la calidad del resultado. Analizar los balances técnicos de los trabajos ejecutados por los servicios centrales de mantenimiento, dando el visto bueno para su cancelación. Efectuar pruebas de las instalaciones nuevas y de aquellas que hayan sido objeto de mantención. Definir, en conjunto con la ingeniería de mantención, los parámetros de gestión de los repuestos específicos, proporcionando al técnico encargado los elementos necesarios para una correcta istración (nivel de riesgo, reservas, etc.) Atender, junto a la ingeniería de mantención, la actualización de los archivos técnicos de la minifábrica.

270

•

Entregar capacitación y formación al personal operativo de los equipos en los aspectos de inspección y mantención.

Las tareas descritas definen, en síntesis, la función “istración de la mantención” como la instancia donde se reconocen y analizan las exigencias de mantención, y donde se toman decisiones acerca de las faenas por efectuar. 4.2.2.4 Jefe de turno de producción / jefe de equipo / team leader Las responsabilidades Implementar los programas productivos del turno y alcanzar los objetivos de calidad y costo. • Garantizar el uso correcto y el mantenimiento de los medios que le son confiados. • Perseguir un uso óptimo de los recursos y de las capacidades profesionales. • Garantizar la aplicación de las normas de seguridad. •

Las actividades istrar el personal de los equipos a su cargo. Asegurar al comienzo y durante el transcurso del turno la cobertura de los enclaves tecnológicos efectuando las modificaciones necesarias en la configuración del personal en función de los objetivos contemplados en el programa o de las variaciones que puedan producirse. Proporcionar al equipo las directrices y las informaciones necesarias para • desarrollar la actividad productiva del turno. Identificar, en conjunto con las entidades involucradas, las acciones • necesarias para hacer frente a variaciones del proceso que exijan modificar el programa de producción. Tener bajo control permanente la marcha de la producción y asegurar la • regularidad del funcionamiento de las instalaciones y de los niveles cualitativos del producto efectuando, ante la presencia de señales premonitorias de deterioro o de averías, faenas de prevención o de emergencia utilizando los recursos del equipo y, si es necesario, de la istración de la mantención y/o de los servicios centrales de mantenimiento, con el fin de dar una solución rápida a los problemas. Detectar eventuales estados de no-conformidad del producto, tomando • decisiones acerca de la prosecución de la actividad productiva y el consiguiente uso del producto o, si es necesario, delegando la decisión al responsable de la minifábrica y/o a las estructuras especializadas en calidad. Evaluar en conjunto con la istración de la mantención el estado de • las instalaciones, con el apoyo de los informes de las acciones de emergencia y de los resultados de las inspecciones con el fin de identificar • •

271

• •

•

•

•

•

• •

•

•

•

•

las intervenciones de mantención programada y las prioridades respectivas. Preparar las instalaciones para ejecutar en ellas las faenas de mantención programada y velar por la seguridad. Efectuar un seguimiento de los trabajos de mantención programada realizados por los servicios centrales de mantenimiento y por terceros, comprobando su correcta ejecución y verificando junto a la istración de la mantención el buen funcionamiento de las instalaciones una vez terminadas las faenas, incluso para fines de entregar el visto bueno a la cancelación correspondiente. Proporcionar apoyo a los operadores cuando las condiciones operativas requieran una supervisión técnica o asistencia para manejar peaks de trabajo. Capacitar a los conductores para mejorar permanentemente sus capacidades profesionales, especialmente en los que respecta a la mantención. Participar junto al de la mantención y al Controller en la identificación de puntos críticos en las plantas y en los procesos, y en la investigación de mejoramientos y modificaciones. Coordinar las actividades de inspección que competen al equipo, recogiendo y transmitiendo sus resultados a la istración de la mantención. Asegurarse de que las disposiciones de seguridad en su conjunto sean adecuadas y efectivas, y que sean respetadas por el personal. Controlar el respeto de las prácticas operativas por parte de los conductores, señalando las posibles deficiencias y proponiendo al Controller las mejoras por realizar. Efectuar, ya sea a través del personal propio o en forma directa, la alimentación correcta y oportuna de los datos requeridos por los sistemas de información presentes en el área. Identificar y señalar al Responsable de la minifábrica la necesidad de emprender acciones de capacitación y formación del personal con el fin de garantizar la necesaria flexibilidad de funcionamiento. Durante la transferencia del mando al comienzo y al final de cada turno, entregar informaciones exhaustivas sobre la marcha de la producción y sobre la existencia de variaciones, problemas y anomalías. Informar al responsable de la minifábrica acerca de la marcha durante el turno de producción, acerca de la calidad, de las paradas y del personal.

Como se desprende de las tareas que le son confiadas, ésta es la figura central de la organización de la producción, dotada de poderes para tener bajo control en tiempo real las prestaciones de las plantas. Toda la organización gira en torno a esta figura situada en el frente de producción y le da el apoyo 272

necesario, consciente del fuerte impacto, negativo o positivo, que objetivamente ejercen las decisiones adoptadas en dicho frente. 4.2.2.5 Conductor Las responsabilidades Llevar a cabo el programa de producción asignado en la forma y plazos • establecidos. Respetar los estándares de calidad del producto. • Manejar oportunamente las variaciones. • Ejecutar correctamente y oportunamente las faenas de mantenimiento de • su competencia. Las actividades Manejar la planta y las maquinarias del segmento de proceso de su competencia respetando las normas de seguridad, siguiendo las prácticas operativas vigentes, utilizando instrumentos informativos cuando sea el caso y ejecutando acciones orientadas a asegurar la calidad del producto y las condiciones de funcionamiento establecidas. Efectuar el reemplazo, la puesta a punto y el ajuste de los equipos, además • del movimiento de materiales. Efectuar los ajustes de los parámetros de las máquinas dentro de los • rangos contemplados por las prácticas operativas y en función de los materiales trabajados, de las condiciones de la planta y de los resultados cualitativos obtenidos. Ejercer una vigilancia continua sobre partes de la planta o fases del • proceso a través de los controles de rutina o de las actividades de inspección o de micromantención establecidas, con el fin de revelar y prevenir los posibles fenómenos de deterioro funcional y cualitativo. Realizar, en forma autónoma o por indicación del jefe de turno, las • acciones de mantención referidas a ajustes, restauración y emergencias, comprobando el buen funcionamiento de la planta una vez finalizadas las faenas. Alimentar en forma adecuada los sistemas istrativos-operativos • (automatizados o no) de su competencia. Al principio y al final del turno supervisar la transferencia del mando y la • continuidad operativa. •

También esta figura profesional sale completamente renovada de la descripción de las tareas desarrolladas; no ya un mero operador de la fábrica, sino conductor polifuncional de la planta, de quien se espera un manejo de procesos y máquinas con una capacidad profesional más calificada y, sobre todo, con una conciencia más elevada de su responsabilidad. 273

4.2.2.6 Mantención programada y talleres Las responsabilidades Programar de acuerdo a las prioridades y llevar a cabo las acciones de • mantención preventiva y las modificaciones de las instalaciones que la minifábrica requiera, definiendo de común acuerdo con esta última las modalidades técnicas-organizacionales y optimizando los recursos disponibles dentro y fuera de la empresa. Ser instrumento de actualización permanente de las capacidades • profesionales referidas a la mantención que se desempeñan en la organización y en la minifábrica. Las actividades Acordar con las minifábricas y con la función de planificación de la producción el programa de acciones individuales de mantención preventiva, armonizando las prioridades y las exigencias productivas de cada minifábrica. • Acordar con la Ingeniería de mantención y con las demás funciones involucradas el calendario anual de paradas mayores. • Planificar, de común acuerdo con la minifábrica, con los talleres y con Suministros, el uso de los recursos empresariales y externos y definir con la minifábrica los tiempos, los costos y las modalidades de las intervenciones. • Proporcionar a las minifábricas las informaciones de su competencia para elaborar presupuestos de mantención de las minifábricas mismas. • Acordar con las minifábricas los flujos de suministro de insumos y repuestos específicos. • Preparar y ejecutar con personal propio y/o de terceros las operaciones solicitadas por la minifábrica, respetando los tiempos y modalidades establecidas en el programa, y participando en las pruebas funcionales al término de las faenas. • Asegurar el respeto de las normas de seguridad por parte del personal propio y de terceros bajo supervisión. • Proporcionar, a pedido de las minifábricas, recursos adicionales para la ejecución de operaciones de emergencia especialmente complejas y delicadas. • Proponer a la Ingeniería de mantención y a la istración de la mantención proyectos y actividades de mejoramiento continuo dirigidos a incrementar la confiabilidad y la disponibilidad de las instalaciones. • Efectuar las modificaciones aprobadas en las instalaciones. • Perseguir, junto a la Ingeniería de mantención, mejoramientos organizacionales para aumentar la eficiencia y la eficacia de su propio trabajo (por ejemplo, la revisión de las prácticas operativas y la adquisición de instrumental). •

274

• •

Rendir cuenta de los tiempos y costos de las operaciones. Favorecer la transferencia permanente de know-how especializado hacia la minifábrica, con el fin de aumentar cada vez más su capacidad de tomar medidas en forma autónoma.

Los servicios centrales de mantención se configuran esencialmente como instrumentos operativos subalternos a las decisiones de las minifábricas. Por ello, se dificulta la aceptación del nuevo modelo organizacional por parte de los mantenedores acostumbrados a valorar su importancia en función de la capacidad de imponer sus propias decisiones al servicio de producción. Por lo tanto, debemos insistir en que la condición subalterna de los servicios centrales de mantención con respecto a las decisiones de la minifábrica no sólo implica una definición precisa de sus responsabilidades recíprocas, sino que puede ofrecer a los mantenedores la oportunidad de perfeccionar profesionalmente su servicio, orientándolo a un enriquecimiento de los contenidos técnicos y al ahorro de recursos. 4.2.2.7 Ingeniería de mantención Las responsabilidades Constituirse en punto de referencia “cultural” de toda la organización • dedicada a la mantención. Definir y promover, involucrando a los responsables tanto de la • producción como de la mantención y con el apoyo de metodologías científicas (MAFEC), las políticas y las técnicas de mantenimiento más adecuadas para la situación productiva, tomando en cuenta también las tendencias evolutivas del mundo externo. Promover la estandarización de los sistemas de gestión e información. • Promover constantemente el mejoramiento continuo. • Las actividades Monitorear constantemente el sistema de mantención para identificar sus puntos críticos y proponer formas de superarlos. • Apoyar a las minifábricas en la acción de promoción, desarrollo e implementación de modificaciones a las instalaciones que permitan eliminar los puntos críticos existentes. • Verificar los resultados de las modificaciones planificadas para las instalaciones. • Promover la difusión de metodologías y medios capaces de aumentar la eficiencia y la eficacia de las operaciones de mantención. • istrar el sistema de información de la mantención, preocupándose de su desarrollo. •

275

•

• •

•

•

•

Colaborar con el diseño de nuevas instalaciones, poniendo de manifiesto los problemas relacionados con la mantenibilidad y la estandarización de componentes. Estudiar y promover la estandarización de los repuestos utilizados y de las especificaciones técnicas para su adquisición. Definir los parámetros de gestión de los repuestos istrados en forma centralizada y proporcionar las informaciones necesarias para las minifábricas, para la Mantención programada, para las oficinas centrales y para Suministros. Contribuir a optimizar el recurso de prestaciones de terceros en el desarrollo de actividades de mantención, evaluando alternativas de make o buy y participando en la redacción de las especificaciones técnicas para los contratos junto a la istración de la mantención, a la Mantención programada y a las Oficinas centrales. Coordinar en conjunto con la función Personal el desarrollo de capacidades profesionales y la carrera funcionaria de los recursos de mantención. Establecer enlaces con la función Seguridad para considerar en plenitud los aspectos de seguridad en el trabajo, de higiene ambiental y de protección ecológica contemplados en la legislación vigente y ligados a la actividad manufacturera.

Vemos que la Ingeniería de mantención se configura como la función de control y mejoramiento continuo del sistema de mantención, el referente cultural de la organización, esto es, sin tareas operativas y encargada de conceptualizar las experiencias operativas. 4.3 Conclusiones La estructura organizacional de la minifábrica, así como la hemos descrito, está orientada a remitir todas las actividades de producción a unidades de toma de decisiones, de responsabilidades y de operatividad. De esta forma, las líneas jerárquicas tienen recorridos breves, y los flujos de decisión e información se hacen más expeditos. Se valoriza el nuevo modo de funcionamiento en la organización, un modo que privilegia los vínculos funcionales enfocados a asegurar la continuidad de los procesos que atraviesan la organización.

276

Bibliografía A. Baldin, L. Furlanetto, A. Roversi, F. Turco, Manuale della manutenzione degli impianti industriali, Franco Angeli, Milano, 1988. F. Bianchi, Affidabilità e manutenibilità, Itaca, Milano, 1992. H. P. Block, F. K. Greitner, An Introduction to Machinery Reliability Assessment, Van Nostrand Reinhold, New York, 1990. L. Furlanetto, M. Cattaneo, Manutenzione a costo zero, Ipsoa, Milano, 1986. L. Furlanetto, M. Cattaneo, C. Mastriforti, Manutenzione produttiva, Isedi, Torino, 1991. Alberto Grando, Produzione e logistica, en Enciclopedia dell’impresa, Utet, Torino, 1996. R. M. Hayes, S.C. Wheelwright, S. C. Clark, Innovare per competere, Ipsoa, Milano, 1991. J. A. Lavy, Systems Engineering Management, McGraw-Hill, New York, 1992. Seiichi Nakajima, TPM Introduction to TPM. Total Productive Maintenance, Productivity Press, Cambridge, Mass.-Nowalk, Conn., 1ª ed. 1988. Seiichi Nakajima (ed.), TPM Development Program. Implementing Total Productive Maintenance, Productivity Press, Cambridge, Mass.-Nowalk, Conn, 1989. D. Joseph Patton Jr., Maintenability and Maintenance Management, Instrument Society of America Research, Triangle Park, 1988. C. Piccardo, Empowerment, Cortina, Milano, 1995. Kiyoshi Suzaki, Reinventer l’unité de travail, Dunod, Paris, 1993. J. P. Womack, D. T. Jones, D. Roos, La macchina che ha cambiato il mondo, Rizzoli, Milano, 1991.

277

278

6. Competencias laborales en la gestión del mantenimiento por Adolfo Arata y Rodrigo Madrid 1. Introducción El actual escenario de la economía mundial, caracterizado por la globalización y la constitución de grandes bloques regionales, plantea fuertes desafíos a los representantes del sector productivo, los cuales han debido asumir nuevas actitudes para adaptarse a las exigencias del nuevo entorno, caracterizado, entre otros aspectos, por: S S S S S S S

El predominio de una sociedad basada en el conocimiento; la necesidad de exportar bienes con un valor agregado a mercados internacionales marcados por una fuerte competitividad; la alta rotación de tecnologías; la incorporación de nuevas tecnologías de información, comunicación y sus vertiginosos avances; renovados esquemas de organización con estructuras planas y flexibles, con énfasis en el trabajo de equipo y requerimientos de destrezas múltiples; las urgentes demandas por una mejor calidad de vida; y el alto incremento en la sofisticación de la demanda de productos en general.

Estas circunstancias involucran cambios constantes en las formas de producción, a la vez que renovadas necesidades de recursos humanos para enfrentar con éxito el estándar de competitividad y de excelencia a escala mundial. De lo anterior, surge la urgente necesidad de asegurar la adopción veloz y generalizada de sistemas de entrenamiento acordes a las necesidades económicas de la sociedad industrial moderna, y disponer de estándares objetivos sobre la base de los cuales juzgar las calificaciones. En este marco general, los equipos de mantención como unidades que prestan servicios a la función producción, deben asumir un papel proactivo en la adquisición y el empoderamiento de tecnologías de gestión que les permitan enfrentar exitosamente las actuales circunstancias del entorno.

279

El siguiente capítulo describe la aplicación al ámbito de la Gestión del Mantenimiento de una tecnología de gestión conocida como Gestión por Competencias, la cual permite manejar de manera eficiente y eficaz los procesos que tienen relación con la istración del Recurso Humano, en especial, en lo referente a los sistemas de Formación y Capacitación continua del Recurso Humano dentro de la organización. 2.

Competencias laborales y su aplicación en la gestión del recurso humano

Las Competencias Laborales pueden ser definidas como el conjunto de conocimientos, habilidades y cualidades profesionales que permiten a una persona desempeñar las actividades que componen una determinada función laboral bajo los estándares de calidad esperados por una organización o sector productivo.

Trilogía de Competencias Conocimientos

C

HyD

C.P.

Habilidades y Destrezas

Cualidades Personales

Figura Nº 1: Trilogía de Competencias

280

Su aplicación como concepto en el ámbito de la Gestión del Recurso Humano se traduce en la factibilidad de investigar y determinar el conjunto de Competencias Laborales requeridas por una determinada organización, lo que se conoce como Catálogo de Competencias. Este producto permite materializar de manera concreta la demanda laboral de una empresa en términos de los requerimientos técnicos (conocimientos, habilidades y destrezas) y las cualidades profesionales necesarias para el logro de los objetivos y metas que se plantea como organización productiva. El Catálogo de Competencias, a manera de una carta de navegación, orienta de manera eficiente y eficaz las decisiones relacionadas con la istración del Recurso Humano, lo que permite: S S

S

S

S

Establecer la estructura organizacional y la definición de sus cargos de acuerdo a las necesidades reales de la organización; establecer procesos de Reclutamiento y Selección del personal acordes a la demanda de competencias que requiere la organización para un determinado cargo, disminuyendo de esta manera los costos asociados a dichos procesos; por medio de la evaluación individual de las Competencias Laborales, es posible determinar las brechas que se generan entre el Perfil de Competencias requerido por la organización y el que posee cada trabajador, permitiendo enfocar de manera personal planes de Formación y Capacitación para la adquisición y superación de dichas brechas; la implementación de planes de formación y capacitación basados en las competencias laborales, aumenta de manera continua la movilidad laboral tanto horizontal como vertical del Recurso Humano dentro de la organización, permitiendo un proceso de Desarrollo de Carrera en el cual los ascensos y promociones se muestran transparentes para el personal involucrado, pues éstos pueden acceder a la información de las competencias requeridas por la organización y evaluar cuánto de esto ellos poseen; la evaluación continua de las competencias de cada individuo en particular y su asociación a la medición del logro de metas y objetivos organizacionales, permite establecer un sistema coherente de evaluación del desempeño, el cual se muestra transparente para los s del sistema, al conocer éstos todas las variables de su medición.

281

A continuación, como aplicación del modelo de competencias en el ámbito del mantenimiento, se establecerá el Catálogo de Competencias fundamentales requeridas para una Gestión del Mantenimiento moderna, describiendo las etapas necesarias para el levantamiento de las competencias y los aspectos dentro de los cuales deben enmarcarse dichas etapas. Además, se entregará un ejemplo de cómo implementar un sistema de formación y capacitación a partir del Catálogo de Competencias para la Gestión de la Mantención. 3. Competencias laborales en el ámbito de la gestión de la mantención El proceso de levantamiento de competencias laborales dentro de una empresa o de un sector productivo tiene como principal condición la de ser extraídas desde la organización mediante un proceso altamente participativo. En efecto, cualquier levantamiento de competencias se basa en el supuesto de que las personas que presentan mayor experticia en lo referente a procedimientos, procesos y prácticas de trabajo, sean los mismos integrantes de la organización involucrados en la ejecución de las funciones laborales. En general, el desarrollo de actividades de levantamiento de competencias debe poseer las siguientes características:

¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Debe existir un proceso inicial de recopilación de información pertinente al levantamiento de información que se va a efectuar. Los análisis de levantamiento deben ser realizados de manera conjunta entre un grupo de trabajadores y supervisores (entre 5 y 12 personas), con experiencia en la ocupación que se investiga. La realización de cada sesión de trabajo grupal no debe tener una duración superior a dos días de trabajo y debe ser conducido por un facilitador que conozca la metodología y tenga experiencia en la conducción de grupos. Se debe privilegiar mecanismos tales como la Lluvia de ideas para determinar las funciones y actividades que se desprenden de los resultados esperados por la organización. Se debe realizar validaciones generales, donde se aclaran expresiones y enunciados que no queden claros, se realizan sugerencias alternativas y se ratifique los resultados obtenidos.

Esta metodología, además de permitir un análisis en forma rápida y de bajo costo, amplía las fuentes a través de las cuales se obtiene información y al mismo tiempo facilita la confrontación de las diferentes ideas y posiciones respecto de un mismo tema. Lo anterior permite no sólo tener más y diferentes 282

puntos de vista, sino también establecer las diferencias frente a un tema y llegar a consensos considerando la participación de todas las personas involucradas. A continuación, se describen las etapas involucradas en el levantamiento de competencias aplicadas a la Gestión del Mantenimiento.

3.1 Elaboración del mapa funcional de los procesos involucrados en la gestión de la mantención Esta etapa tiene por objetivo la identificación de los procesos, subprocesos, funciones y subfunciones requeridas en el ámbito de la Gestión de la Mantención para cumplir los objetivos del negocio en términos de calidad y productividad. Para lograr dicho objetivo, se debe realizar los siguientes pasos:

¾

¾ ¾ ¾ ¾

Recopilación de información pertinente a los procesos, subprocesos, funciones y subfunciones que se ejecutan en la organización, a saber: S Mapas de los procesos productivos de la organización. S Manuales de procedimientos. S Manuales de operación de equipos e instalaciones. S Actividades de Mantención asociadas a dichos procesos. S Estructura Organizacional de la empresa. S Estructura Organizacional del Servicio de Mantención. S Plan Estratégico de la Superintendencia Concentradora. Determinar los principales procesos que se desprenden de los lineamientos estratégicos trazados para la organización. Levantamiento de información primaria de los subprocesos, funciones y subfunciones que se desprenden de los procesos identificados. Elaboración del Mapa Funcional (conjunto ordenado de procesos, funciones y subfunciones) que se desprenden del propósito principal del negocio. Validación del Mapa Funcional en conjunto con profesionales y operadores involucrados en el desarrollo de las funciones.

El resultado se expresa a través de un Mapa Funcional (ver figura N° 2), el cual, a partir del proceso definido como istrar Mantención en Equipos e Instalaciones, llega a definir cuáles son sus subprocesos y las funciones y subfunciones asociadas a cada una de ellos.

283



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Ingeniería de Mantención

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Figura N°2: Mapa Funcional de la gestión de la Mantención hasta la determinación de las Funciones Principales.

284

3.2 Elaboración del catálogo de competencias de gestión de la mantención Esta etapa tiene como objetivo definir las Competencias Laborales que debe poseer el personal que gestione Mantención de Instalaciones, equipos y componentes. La definición de las Competencias Laborales corresponde a agrupaciones de funciones y subfunciones entregadas en el Mapa Funcional. Cada una de estas agrupaciones debe representar en su conjunto una función tangible, la que se denomina como competencia. De manera posterior a la definición de las competencias con sus correspondientes elementos, se debe asociar estándares de desempeño, procedimientos de trabajo, conductas y conocimientos que la definan en su totalidad. Los pasos que se deben realizar para la determinación de las competencias laborales en el ámbito de la Gestión del Mantenimiento son los siguientes:

¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Agrupación de las funciones y subfunciones extraídas del Mapa Funcional en términos de conjuntos de necesarias y suficientes para desempeñar una función laboral. El resultado que se obtiene es el conjunto de competencias con sus respectivos elementos conformantes. Asociación de los estándares de desempeño por cada uno de los elementos de competencia bajo el criterio de responder a la pregunta qué debo lograr para realizar dicho elemento de competencia. Asociación de los procedimientos de trabajo, las actitudes y los conocimientos relacionados con los estándares de desempeño. Elaboración del Catálogo de Competencias Laborales asociados a la Gestión de la Mantención. Validación del Catálogo de Competencias en conjunto con los profesionales y operadores involucrados en el desarrollo de la función.

El resultado final de esta etapa es el Catálogo de Competencias, el cual representa la demanda de Competencias requeridas en istración de la Mantención. A modo de resumen, la fig. N° 3 muestra las Competencias Laborales en istración de la Mantención con sus respectivos elementos asociados a cada una de ellas, sin incluir los criterios de desempeño asociados a cada uno de los Elementos de Competencia.

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¾ ¾

286

3.3 Diagnóstico de la oferta actual y determinación de brechas individuales de competencias El objetivo de esta fase es determinar de manera individual la brecha de competencias que actualmente poseen los profesionales que ejecutan Gestión de Mantención con respecto al Catálogo de Competencias levantado, lo que debe ser determinado a través de mecanismos objetivos de evaluación de competencias. Los pasos por seguir para la determinación de las brechas de competencias por cada uno de los integrantes de la organización, se señalan a continuación:

¾ ¾ ¾

• • • • •

Asignar las competencias a evaluar a cada uno de los integrantes de la organización de acuerdo a las funciones laborales que desempeñan en la estructura organizacional del equipo de mantención. Seleccionar un evaluador de competencias que haya demostrado experiencia y buen desempeño en el ejercicio de la función laboral. Este evaluador puede ser interno o externo de acuerdo al grado de madurez que exista en la organización. Efectuar la evaluación de competencias a través de la generación de un Portafolio de Evidencias por cada individuo de la organización. Dicho portafolio debe contener un conjunto de pruebas, productos y testimonios que justifiquen de manera suficiente el buen desempeño de la función laboral y, por lo tanto, de la competencia que se está evaluando. Entre los instrumentos de medición de competencias que conforman el portafolio, se puede señalar: Documentos que certifiquen la aprobación de los módulos de formación relacionados con la adquisición de competencias. Pruebas o Entrevistas de conocimientos sobre tópicos relacionados con la o las competencias por evaluar. Simulaciones aplicadas en el área de trabajo para evaluar las habilidades y destrezas relacionadas con la competencia por evaluar. Evaluación a través de ejercicios de aplicación de conocimientos enfocados a problemas en el área de trabajo. Evaluación mediante análisis de casos aplicados al área de trabajo y que tengan relación con el ejercicio de la competencia por evaluar. S Productos que surjan del quehacer laboral y que tengan relación con una competencia determinada. S Entrevistas con el superior a cargo del candidato. S Observaciones en terreno sólo para evaluar criterios de desempeño que solamente pueden ser vistos en el quehacer laboral. 287

• • •

Socialización de los resultados obtenidos por el evaluador con el evaluado de manera transversal a la ejecución del proceso de evaluación. Determinación de la brecha de competencia con relación a cada uno de los criterios de desempeño que conforman la competencia por evaluar. Determinación de la oferta de Competencias por cada uno de los integrantes de la organización.

El resultado final de esta etapa es la determinación específica de la brecha de competencias de cada integrante de la organización por cada uno de los criterios de desempeño que conforman la unidad de competencia laboral. Dicho resultado permite establecer las necesidades de capacitación tanto individuales como organizacionales de manera clara y precisa. 3.4 Generación plan de capacitación para superación de la brecha de competencias Una vez conocida la brecha de competencias para cada profesional involucrado en los procesos de Gestión de Mantención, se implementa la cuarta y última etapa, cuyo objetivo es elaborar, a partir del Catálogo de Competencias, mallas curriculares que permitan superar las brechas de competencias detectadas en la tercera etapa e implementarlas a través de un Plan de Formación y Capacitación para la adquisición de Competencias. Los pasos por seguir para el desarrollo de esta etapa se especifican a continuación:

¾ ¾ ¾ ¾

Determinación de las tareas críticas asociadas por cada elemento de competencia (ver figura N° 4, donde especifica uno de los cuatro elementos de la Competencia Planificación de la Mantención). Elaboración de un Mapa DACUM (ver figura N° 5), conteniendo las tareas, conocimientos, habilidades, actitudes, aspectos de seguridad, equipos, materiales y herramientas asociados a la ejecución de la competencia. Ordenar el conjunto de información contenido en el Mapa DACUM bajo la forma de Módulos de Aprendizaje por cada elemento de Competencia. Desarrollar guías de aprendizaje para la implementación de los Módulos de Aprendizaje basadas en Capacitación.

288

: PLANIFICACIÓN NOMBRE DE LA COMPETENCIA (OHPHQWRV GH &RPSHWHQFLD &ULWHULRV GH 'HVHPSHxRDE LA MANTENCIÓN.

/D &ULWLFLGDG GH HTXLSRV \ FRPSRQHQWHV HV GHWHUPLQDGD HQ IXQFLyQ GH XQ DQiOLVLV HFRQyPLFR TXH FRQVLGHUD ORV FRVWRV JOREDOHV GH PDQWHQFLyQ FRVWRV SRU RSHUDFLRQHV GH PDQWHQLPLHQWR PiV FRVWRV SRU IDOWD GH SURGXFFLyQ \ IUHFXHQFLD GH IDOOD SDUD XQ SHUtRGR GH WLHPSR HVWDEOHFLGR /DV (VWUDWHJLDV GH PDQWHQFLyQ HQ HTXLSRV \ FRPSRQHQWHV VRQ GHWHUPLQDGDV DQXDOPHQWH VREUH OD EDVH GH &ULWLFLGDG GH HTXLSRV \ FRPSRQHQWHV (O FRPSRUWDPLHQWR GH OD WDVD GH IDOOD &DUDFWHUtVWLFDV GH GLVHxR GH ORV HTXLSRV \ FRPSRQHQWHV (YDOXDFLyQ HFRQyPLFD HQWUH FRVWRV GH UHSDUDFLyQ HQ XQD HPHUJHQFLD YHUVXV FRVWRV GH UHSDUDFLyQ GH WLSR SUHYHQWLYR R VLQWRPiWLFR HQ HTXLSRV R FRPSRQHQWHV



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Figura Nº 4. Extracto de la Unidad de Competencia Laboral Planificación de la Mantención, elemento “Determinar Estrategias de Mantención en equipos y componentes”.

289

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Título del Elemento

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Implementar acciones de capacitación coordinadas entre el Jefe del Servicio de Mantención y el responsable de implementar acciones de Capacitación dentro de la organización. Medir la superación de brechas a través de los procesos de Evaluación de Competencias.

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¾

Objetivos Habilitantes

Tarea 1 Criterio de Desempeño 1

Tarea N Tareas futuras Tarea 1

Criterio de Desempeño 2

Tarea N Tareas futuras Tarea 1

Criterio de Desempeño N

Tarea N Tareas futuras

El producto final de la aplicación del modelo de competencias laborales en el ámbito de la Gestión de Mantención para enfocar acciones de Formación y Capacitación dentro de la organización, es la implementación de un programa de formación continuo con base en las competencias laborales levantadas. 4.

Consideraciones generales sobre la utilización de mecanismos de formación y capacitación basados en modelos de competencias laborales

La formación basada en competencias permite un enfoque centrado en el participante como eje del aprendizaje, se orienta al desarrollo de sus saberes y su capacidad de movilizarlos en situaciones reales de trabajo, transformando de esta manera el espacio de trabajo en un laboratorio de aprendizaje donde los trabajadores toman conciencia de lo que realizan permanentemente. La formación basada en competencias privilegia técnicas de adiestramiento en el ejercicio de la función, valorizando los problemas operacionales, como oportunidad de profundización del aprendizaje, dando importancia a la problematización de acuerdo a los principios de la formación en alternancia. 290

Como último punto, conviene destacar que la Formación por Competencias apunta a la Pedagogía de la Disfunción, la cual otorga especial importancia a la sistematización de los imprevistos en los espacios laborales, donde el tutorformador acompañará al trabajador promoviendo la reflexión, de tal manera que el aprendiz identifique cuáles son los conocimientos que aplicó y/o requería aplicar, y el contexto en que lo vivió, transformando así estas situaciones en oportunidades de aprendizaje y de desarrollo laboral.

Bibliografía Vargas, F.; Casanova, F.; Montanaro, L. El enfoque de competencia laboral: manual de formación. Bunk, G. P. La transmisión de las competencias en la formación y el perfeccionamiento de profesionales en la RFA. Formación Profesional, Berlín, CEDEFOP, n. 1, 1994. Gallart, María Antonia; Bertoncello, Roberto. Cuestiones actuales de la formación. Montevideo: Cinterfor/OIT, 1997. Levy-Leboyer, Claude. Gestión de competencias: cómo analizarlas, cómo evaluarlas, cómo desarrollarlas. Gestión 2000, 1997. Mertens, Leonard. Competencia laboral: sistemas, surgimiento y modelos. Montevideo: Cinterfor/OIT, 1996. Mertens, Leonard. DACUM (Desarrollo de un currículum) y sus variantes SCID y AMOD. 1997. Novick, Marta. et. al. Nuevos puestos de trabajo y competencias laborales. Montevideo: Cinterfor/OIT, 1998. Vargas, Fernando. Las cuarenta preguntas más frecuentes sobre competencia laboral. Montevideo: Cinterfor/OIT, 1999. Guy le boterf. Ingeniería de las competencias. 1ª edición, 2001.

291

292

7. Mejoramiento continuo por Adolfo Arata y Edward Johns 1.

El mejoramiento continuo en la mantención

Los costos asociados a una mala gestión de mantención se deben a problemas tanto esporádicos como crónicos. Se habla de problema esporádico cuando ocurre un cambio adverso repentino en el proceso, que requiere un remedio mediante la restauración del mismo. A su vez, un problema crónico es una situación adversa constante (tan estable que incluso puede pasar “desapercibida”), que requiere remedio mediante el cambio del proceso. El mejoramiento continuo pretende alcanzar niveles cada vez mejores de desempeño (problemas crónicos), tomando medidas correctivas sobre problemas periódicos (problemas esporádicos) y reduciendo la variación alrededor del valor meta (refinación de procesos). Es común que las empresas asignen un presupuesto fijo a la mantención y no una estrategia basada en costos globales, lo que obliga a tratar sólo los problemas esporádicos, dado su carácter de urgencia, y dejar de lado aquellos problemas que, sin ser urgentes, representan importantes fuentes de ahorro y aumento potencial de la productividad. Éste es precisamente el aporte del mejoramiento continuo al negocio. E l Negocio del M ejoram iento

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1 LYHO +LVWyULFR &RVWRV *OREDOHV

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7LHPSR Fig. 1 – El negocio del mejoramiento

293

2.

Qué es mejoramiento continuo

El mejoramiento continuo es una filosofía de la dirección que considera que el reto de la mejora de productos y procesos es un procedimiento de pequeños logros que no tiene final, buscando mejorar continuamente la maquinaria, materiales, utilización del personal y métodos de producción, a través de sugerencias e ideas de los integrantes de los equipos. Hay dos características esenciales que distinguen a los sistemas de mejoramiento continuo de los tradicionales: •

La perspectiva que tiene la gerencia de los estándares de rendimiento de la organización, considerándolo como algo que hay que enfrentar y aumentar continuamente.

•

La manera en que la gerencia considera la contribución y el papel de sus empleados, considerándolos como la clave para las mejoras, caracterizándose por sus equipos de trabajo multifuncionales, dirección participativa, orientación hacia grupos y toma descentralizada de decisiones, por medio de un empoderamiento de sus .

En conjunto con estas características del sistema, se requiere que la dirección cumpla con ciertas exigencias, que permitirán implementar un sistema de mejoramiento continuo con éxito: a) Las mejoras requieren un período de aprendizaje antes de que generen beneficios. b) El personal y la gerencia deben tener confianza mutua para generar el flujo libre de ideas que dirigen el esfuerzo de mejora continua. c) Un sistema de recompensas debe promover la cooperación entre departamentos. d) El mejoramiento continuo debe ir a la par con la capacitación continua, tanto en métodos de resolución de problemas como en nuevos procedimientos para poner en operación las mejoras. e) El mejoramiento continuo requiere un sistema eficiente para manejar las ideas de mejora y istrar el proceso de recompensas. Bajo este escenario, es posible implementar un sistema de mejoramiento continuo para la mantención, convirtiéndose en uno de los pilares de la Mantención Productiva Total, que involucrará a todos los niveles de la organización fomentando la gestión participativa como un proceso coordinado por el Departamento de Ingeniería de Mantención.

294

3.

istración del mejoramiento continuo

En forma simultánea a las actividades de planificación y control del mantenimiento, se requiere definir un proceso de gestión de las actividades de mejoramiento continuo, de manera de implementar adecuadamente las medidas pertinentes, obtenidas como resultado del desarrollo de los proyectos orientados a disminuir las pérdidas de carácter principalmente crónico. Con el fin de procurar un flujo libre de ideas, se debe promover la confianza mutua entre el personal y la gerencia, para lo cual es imprescindible la autogestión y el empoderamiento en los procesos, coordinado por una Unidad de Staff, integrada por Ingeniería de Mantención, que sirva como referencia cultural a toda la organización y que coordine las actividades de mantención. 3.1 Rol de ingeniería de mantención Es fundamental que Ingeniería de Mantención tenga un rol coordinador, tanto de la planificación y control de mantenimiento como de la evaluación y desarrollo de los proyectos de mejoramiento continuo. Este proceso en el largo plazo debe convertirse en una actividad de tipo rutinaria, conformando parte importante de los objetivos de Ingeniería de Mantención. Las actividades de mejoramiento continuo que deben ser desarrollados por Ingeniería de Mantención se resumen en: • • • • • • •

Tener la capacidad de tomar decisiones respecto de un proyecto de mejoramiento continuo. Desarrollar y consolidar planes anuales de mejoramiento continuo. Fomentar un alto nivel de sugerencias. Priorizar proyectos. Proporcionar recursos. Formar equipos de trabajo. Hacer un seguimiento a los proyectos desarrollados.

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Fig. Nº 2.

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295

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3

4.

Proceso de mejoramiento continuo

La secuencia de pasos que se da a continuación sirve tanto para establecer el enfoque de proyectos como para ejecutar los proyectos individuales: 4.1 Probar la necesidad de mejoramiento Los problemas crónicos como cualquier problema requieren tiempo y recursos para investigación, de ahí que la necesidad requiera justificarse. Por tanto, este paso consiste en convencer a la dirección de que el asunto de la mantención es lo suficientemente importante como para adoptar una cultura de mejoramiento. Si se desea la aprobación de la dirección para un nuevo enfoque en la mantención es necesario: a) Recolectar información de los hechos que muestre la dimensión del problema de mantención. El resultado de estudios sobre costos y posición competitiva en el mercado (benchmarking) son métodos más convenientes. b) Mostrar los beneficios posibles de un programa de mejoramiento continuo. Esto puede presentarse en forma de porcentaje de ingreso sobre la inversión, tiempo requerido para la recuperación de la inversión, mediante las ganancias u otra medida. Aun cuando exista un acuerdo sobre la importancia del problema, es útil cuantificar el tamaño de la pérdida y los ahorros potenciales, que pueden justificar una inversión importante para resolver los problemas. Para establecer una prueba de la necesidad, pueden requerirse “lenguajes” distintos para los diferentes niveles, como, por ejemplo, porcentaje de ventas, porcentaje de costos, aumento de la capacidad, disminución del personal asignado a corregir errores, etc. Estos lenguajes se pueden clasificar de la siguiente manera:

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'LUHFFLyQ

/HQJXDMH GH OD PiTXLQD

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2SHUDWLYR

296

Fig. Nº 3.

4.2 Generación de sugerencias Las sugerencias pueden provenir de distintas fuentes pertenecientes a la organización, tales como operacionales, mantención, sistemas de información, fallas catastróficas, etc. Para generar un flujo libre de ideas que ayuden al mejoramiento, se debe procurar que no existan limitaciones jerárquicas en la organización. Si se tiene esta dificultad, es conveniente crear un sistema transparente de generación de sugerencias y un compromiso por parte de la dirección para evaluarlas. De no ser así, se corre el gran riesgo de bajar el nivel de motivación de los trabajadores. La principal fuente para la generación de sugerencias son las observaciones entregadas por los operadores, de manera informal, a los supervisores. Por tanto, para conocer el lenguaje de las máquinas, se debe procurar la existencia de un procedimiento formal para la recepción de sugerencias, de manera que la organización asegure que éstas tendrán una instancia de análisis y evaluación. Sin embargo, el paso de una sugerencia a un proyecto debe contar necesariamente con la participación de personal especializado y con la coordinación de Ingeniería de Mantención, ya que ellos poseen las herramientas necesarias para llevarlo a cabo. 4.3 Selección de proyectos El proyecto propuesto debe describir el área en que será desarrollado, el problema que se percibe (síntomas y /o causas), el alcance (enfoques y objetivos), los responsables (jefe de proyecto, recursos humanos), costos (de estudio e implementación), infraestructura y resultados esperados (tangibles e intangibles) en términos de aumento de la productividad y reducción de costos o factores asociados con la seguridad. Una propuesta ampliamente usada en la proposición de proyectos es la descrita en la fig. 4. Esta proposición es altamente recomendable debido a su difusión, capacidad de síntesis y a su capacidad de establecer un procedimiento explícito. La evaluación y selección de los proyectos de mejoramiento estará condicionada a un procedimiento, a cargo de Ingeniería de Mantención, que arrojará el orden jerárquico de prioridad de éstos. Esta selección debe hacerse en función de: el costo de su análisis, el tiempo necesario para su desarrollo, el beneficio potencial de sus resultados, los costos asociados al problema y factores de orden cualitativo tales como entorno de trabajo, seguridad y riesgo (probabilidad de éxito). 297

Los indicadores económicos como VAN, TIR. Los resultados de la revisión de proyectos por parte de Ingeniería de Mantención deben ser una lista recomendada de proyectos, los cuales serán finalmente aprobados o rechazados (con una justificación) por parte de la Unidad de Negocio correspondiente. 4.4 Organización de los equipos de proyectos Para programas especiales, fuera de rutina, casi siempre es necesario crear nuevas formas organizacionales. Estas nuevas formas se llaman “organizaciones paralelas”, ya que existen además de y al mismo tiempo que la línea normal de organización. Algunos ejemplos de organizaciones paralelas para lograr cambios son los equipos de proyectos de mejoramiento, círculos de calidad, consejos de calidad y equipos de procesos de negocios. De éstos, los enfocados a resolver problemas en los procesos son los círculos de calidad y los equipos de proyectos de mejoramiento. Los círculos de calidad son equipos permanentes, de carácter voluntario y compuestos por los empleados del departamento que presenta problemas (6-12 personas). Los equipos de proyectos de mejoramiento, que se enmarcan dentro del enfoque de “proyecto por proyecto”, se caracterizan por ser equipos multidisciplinarios (generalmente compuestos por cuatro a ocho personas), sin restricciones jerárquicas, de participación obligatoria en el proyecto y que se desintegran el final de éste. El enfoque más efectivo para el mejoramiento de procesos que atraviesan los dominios de un departamento es el de “proyecto por proyecto”, donde un proyecto será una aproximación sistemática (plazos, actividades, recursos financieros, recursos humanos, metodología, etc.) de un problema crónico relacionado con la mantención que se escogerá para darle solución Trabajar mediante equipos de mejoramiento evita frustraciones, al crear un ambiente de proactividad, no de culpabilidad, pudiéndose distribuir claramente responsabilidades dentro del grupo (líder o secretario). Los resultados obtenidos se atribuyen al equipo completo y no a alguien en particular, es decir, a la “Unidad de Negocio”. Además, dado su carácter multidisciplinario, se fomentará una cultura de prevención en la organización.

298

PROPOSICION PROYECTO DE MEJORAMIENTO CONTINUO N° Título del Proyecto: .................................................................................................................................. Síntomas: Causas Posibles: Objetivos Generales Enfoque/Técnica propuesta: Jefe de Proyecto propuesto: Recursos requeridos

Estudio

Implementación

Monto Tiempo RRHH Aumento de productividad: Aumento seguridad funcionamiento: Reducción de costos: Impacto económico: Probabilidad de éxito: Estimación ($, VAN, Tiempo pago)

ahorros

Fig. 4

.

299

netos

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Fig. 5.

El éxito de un proyecto de mejoramiento en el ámbito de la mantención está fuertemente condicionado a la participación de aquellos que impactan o son afectados por un activo fijo de producción. 4.5 Verificar la necesidad y misión del proyecto Si el proyecto fue seleccionado, es porque fue considerado “importante”, sin embargo, es útil verificar en números el tamaño del problema. Esto tiene dos propósitos: •

Asegurar que el tiempo que los equipos dediquen al proyecto esté justificado. • Ayudar a vencer la resistencia a aceptar e implementar el remedio. Para verificar la necesidad del proyecto individual, es factible utilizar el mismo tipo de información que se requiere para probar la necesidad de un cambio. Por otra parte, es de suma importancia que se revise el alcance del proyecto, para asegurar que la misión que se le asigna al equipo se pueda lograr en un tiempo corto, seis meses más o menos, o para dividirlo en varios proyectos si esto no es posible. Hay más probabilidades de fracaso si un proyecto se alarga excesivamente.

300

4.6 Diagnosticar las causas El diagnóstico consiste en estudiar los síntomas de un problema y determinar sus causas. El comienzo del diagnóstico es la recolección de datos sobre los síntomas, el final es el acuerdo sobre las causas. Muchas veces, se tiende a creer que la mayoría de las causas radica en errores cometidos con los trabajadores. Aunque los hechos muy pocas veces apoyan esto, la creencia persiste. Para manejar estas arraigadas creencias, puede ser útil llevar a cabo estudios para separar los problemas en categorías de responsabilidad, que proporcionarán una guía importante para el mejoramiento. Se requiere dos cambios para el mejoramiento de la mantención: • •

El cambio de diagnóstico del síntoma a la causa. El cambio por seguir de la causa al remedio.

Esta distinción es crítica, ya que si se pasa por alto una de estas etapas, se puede llegar a soluciones erróneas. El cambio de diagnóstico consiste en: •

Estudiar los síntomas que rodean a los problemas en los equipos para que sirvan como base para las teorías sobre las causas. Proponer teorías sobre las causas de estos síntomas. • Recolectar y analizar datos para probar las teorías y determinar así las • causas. Se dispone de muchas técnicas y herramientas de análisis para ayudar en estos tres pasos, que entregarán como resultado la evidencia de problemas de mantención y errores. 4.6.1 Herramientas de diagnóstico para el mejoramiento continuo Haciendo una analogía con las herramientas de Control Estadístico de Procesos, se tiene que para el mejoramiento continuo existen herramientas que se orientan hacia las situaciones de dirección donde no están disponibles todos los datos: • •

Diagrama de Flujo. Gráficas de Control.

301

• • • • •

Histogramas. Diagrama de Pareto. Diagrama de Causa y Efecto. Gráfica de Dispersión. Hojas de Revisión.

Estas herramientas serán de mucha utilidad para comprender la situación actual, seleccionar y analizar los distintos temas, confirmar el efecto de las medidas preventivas tomadas, evaluar el procedimiento realizado e identificar los problemas restantes. Cabe destacar que, en un proyecto de mejoramiento continuo, puede que no se utilicen todas las herramientas. 4.6.2 Descripción y cuantificación de los síntomas A menudo, se bloquea el entendimiento de los síntomas porque una palabra o frase clave tiene varios significados. Una manera de salir de tales confusiones semánticas es pensar, a través del significado de las palabras usadas, llegar a un acuerdo y registrarlo en la forma de un glosario de manera que se simplifiquen los análisis consecuentes. La frecuencia e intensidad de los síntomas es de gran importancia, pues señala la dirección del análisis. El principio de Pareto tendrá gran aplicación en esta fase, ayudando a encontrar las pocas causas vitales de un síntoma.. 4.6.3 Formulación de teorías Consiste de tres etapas: generación de teorías, orden de las teorías y elección de las teorías que se probarán. 4.6.3.1 Generación de teorías Una forma sistemática de generar teorías es la técnica de tormenta de ideas (brainstorming). Las personas que son contribuyentes de ideas (trabajadores, supervisores de línea, personal de mantención, etc.) se reúnen con el fin de generar teorías. No se permite criticar o discutir sobre las ideas, registrándose todas ellas. El resultado final será una lista de teorías que serán revisadas en forma crítica.

302

4.6.3.2 Orden de las teorías Lo normal es que la lista de teoría sea extensa, de veinte o más. Por tanto, conforme la lista crece, es esencial crear un arreglo ordenado. Este orden ayudará a entender las interrelaciones entre las teorías y planear las pruebas. Existen principalmente dos métodos para ordenar las teorías: un arreglo ordenado, que consiste en la tabulación de éstas, agrupadas bajo algún criterio, y el diagrama de causa y efecto, que presenta la información en la forma de una espina de pescado, agrupando por causas y subcausas. 4.6.3.3 Selección de teorías que se van a probar Después de ordenar las teorías, debe establecerse prioridades para probarlas. En la práctica, el equipo de mejoramiento llega a un consenso respecto de la teoría más probable para probarla. La decisión de cuántas teorías serán probadas a la vez requiere un juicio basado en la experiencia y creatividad del equipo. Se han creado numerosos métodos de diagnóstico para probar las teorías, de acuerdo a la responsabilidad de éstas: a) Prueba de teorías istración: • • • • • •

sobre

los

problemas

controlables

por

la

Disección del proceso. Diagrama de flujo. Análisis de la capacidad del proceso. Análisis de un período a otro. Mediante la recolección de nuevos datos. A través de experimentos.

b) Prueba de teorías sobre problemas controlables por el trabajador: • Errores inadvertidos. • Errores de técnica. • Errores concientes.

4.7 Proporcionar un remedio y probar su efectividad El diagnóstico puede conducir a una gran variedad de causas dominantes de los síntomas. El paso siguiente es encontrar un remedio a esas causas. Debe 303

evaluarse, para cada remedio alternativo, su factibilidad de acuerdo a su impacto sobre los costos y calidad de los procesos. Se debe procurar un remedio tal que dé como resultado el perfeccionamiento, es decir, que agregue valor sin agregar costo, Antes de adoptar definitivamente un remedio, se debe probar su efectividad. Esto incluye dos cosas: a) Evaluación preliminar del remedio bajo condiciones que simulen la situación real o, mejor dicho, ideal, considerando algunas suposiciones que nunca se cumplen por completo. Por ejemplo, una corrida de prueba en una planta piloto, nunca estará operando a un 100% de su capacidad. b) Una evaluación final en condiciones reales. No existe un sustituto para la prueba de los remedios en el mundo real. Si el remedio es un cambio en el proceso de mantenimiento, debe demostrarse su efectividad en el medio ambiente real con personal representativo de los niveles de habilidad. Un remedio ya probado puede ser aplicable a problemas similares en alguna otra parte de la organización, por lo tanto, es útil comunicarlo a otros que puedan enfrentarse a problemas similares y a los responsables de planear procesos futuros, formando una especie de base de datos que pueda examinarse con facilidad mediante palabras clave. 4.7.1 Resistencia al cambio Hay un aspecto que debe mencionarse respecto de los remedios: la resistencia al cambio que pueden mostrar las personas involucradas. Con frecuencia, se tiene objeciones a los cambios tecnológicos, aunque la verdadera razón sea el efecto social. Para lograr el cambio, se debe estar conciente de que se trata de un patrón de hábitos, creencias y tradiciones humanos que puede diferir de los nuestros; se debe descubrir cuál será el efecto social de los cambios tecnológicos propuestos. Dado lo anterior, se deben seguir ciertas reglas para introducir los cambios: • •

propiciar la participación (para evitar el resentimiento); establecer la necesidad del cambio (en términos que sean entendibles por las personas involucradas);

304

•

• • • •

dar suficiente tiempo (para las personas afectadas evalúen el impacto del cambio y lo defiendan); para esto es mejor iniciar en pequeño. Evitar las sorpresas, elegir el momento correcto; mantener las propuestas en forma sencilla; tratar a las personas con dignidad; invertir los papeles (para ponerse en el lugar de la otra persona); manejarlo en forma directa, mediante un programa de persuasión, ofreciendo algo a cambio, cambiando el clima social para que el cambio sea aceptable u olvidarse del cambio.

4.8 Seguimiento de los proyectos El paso final en el proceso de mejoramiento es hacer un seguimiento a los remedios implementados, de manera de corroborar que los beneficios del cambio sean sostenibles en el tiempo. Tres pasos son esenciales: • • •

5.

proporcionar a la fuerza de trabajo un proceso capaz; establecer procedimientos de operación y entrenamiento para que los operadores usen el nuevo proceso y cumplan con los estándares; proporcionar un proceso de control sistemático, a través de un ciclo de retroalimentación: medida del desempeño real, comparación con el estándar de desempeño y acciones pertinentes cuando hay diferencia.

Ciclo de vida del equipo de proyecto

En la realización de un proyecto de mejoramiento continuo, el equipo pasa por varias etapas, de acuerdo a las distintas actividades que realizará. 5.1 Etapa de preparación En esta etapa, se prepara tanto el equipo como a las personas involucradas en el proyecto, de manera de establecer un clima de cooperación y comunicación, que es fundamental para la realización del proyecto. Los objetivos de esta etapa son: •

presentar a los integrantes del equipo a la dirección y a los responsables de área;

305

•

•

• • • • • •

integrar a los del equipo, permitiendo, a través de dinámicas de grupo, que los se conozcan y se establezca un espíritu de equipo; explicar las funciones de cada integrante del equipo: Líder: persona con experiencia en equipos de mejoramiento, que orientará los esfuerzos de los integrantes y será responsable por las acciones y resultados del equipo. Realizará las mismas actividades que el resto del equipo, pero en menor escala, ya que debe preocuparse de liderar y guiar a los del equipo. Facilitador: Es la persona encargada de proveer el soporte necesario para que el resto del equipo cumpla su función. Entre sus actividades, se encuentra identificar a los responsables de área y obtener la información básica que el equipo requiera. Staff: Está compuesto por el resto del equipo y tendrá como misión identificar las áreas de oportunidad de mejora, cuantificarlas, analizarlas y presentarlas a la dirección bajo la forma de proyectos. Además, deberán formar y liderar equipos de mejora con los trabajadores directamente relacionados con cada uno de los procesos y decidir si se aprueban o rechazan los proyectos que les hayan sido presentados. mostrar y dar a conocer las instalaciones donde el equipo desarrollará el proyecto; nivelar a los integrantes del equipo en cuanto al uso de las herramientas de mejoramiento continuo; recolectar la información requerida, como presupuestos de producción, presupuestos de mantención, estadísticas de fallas de los equipos, etc.; entrevistar brevemente al personal clave de cada área (definidos por el líder del equipo) para hacer un brainstorming; presentar al equipo la literatura disponible, como Handbook u otros; y preparar el programa de etapa de análisis.

5.2 Etapa de análisis En esta etapa, se evalúan las distintas ideas aportadas por los responsables de área, traduciéndolos a proyectos con objetivos específicos. Debido a la gran cantidad de información que se ha recopilado, se debe evaluar económicamente cada proyecto y visualizar la factibilidad técnica de realizarlo. Esto, con el objeto de comparar y priorizar los proyectos bajo un mismo criterio para implantarlos durante la etapa de operaciones. Los objetivos de esta etapa son:

306

• • • • •

identificar todas las áreas con potencial de mejora, de acuerdo a las entrevistas realizadas a los responsables de áreas; comprender, en términos generales, la operación de la fábrica; establecer los equipos de trabajo para implantar las mejoras potenciales; revisar la orientación del proyecto y los avances parciales más importantes o conflictivos con la alta gerencia; y estimar, con la mayor exactitud posible, los ahorros y costos potenciales.

Antes de comenzar la etapa de análisis, es conveniente revisar algunos temas junto al equipo, como: reiterar las metas del proyecto y sus objetivos, repasar las actividades realizadas hasta el momento, revisar las expectativas de la Gerencia, asegurarse de la comprensión plena de las expectativas de los estudios por realizar, clasificar la información confidencial. Además, se debe enfatizar los factores de éxito: Participación, Trabajo en Equipo, Integridad y Conocimiento, Profesionalismo. Por último, se debe establecer una política de comunicación tanto dentro del equipo como con la fábrica: reuniones de repaso de los estudios, fechas, duración y participantes. Una vez traducidas a proyectos, las áreas de oportunidades de mejora, es necesario confeccionar una carta Gantt con cada proyecto y su duración, la que será modificada a medida que transcurre la etapa de análisis, pero que es necesario establecer para el logro de todos los estudios definidos al inicio de la etapa de análisis. Los posibles estudios durante esta etapa pueden ser numerosos, pudiéndose agrupar en: estudios sobre el personal, estudios sobre las materias primas e insumos, estudios sobre los procesos presupuestos, capacidades de almacenamiento, etc. Cada estudio tiene, a su vez, un ciclo de vida, como sigue: •

•

•

El líder del equipo define cada estudio por realizar, con su respectivo plazo de entrega, y lo propone a un miembro del equipo, que será el responsable de llevarlo a cabo. Se debe discutir con el resto del equipo para lograr un consenso. El responsable del proyecto se a con el encargado del proceso, para discutir los objetivos y la metodología de trabajo, así como la necesidad de contar con la colaboración de contar con la colaboración de los del departamento para el buen logro de la evaluación. Además, se conoce el proceso. El estudio debe realizarse basándose en las condiciones actuales de operación.

307

•

El resumen del estudio es presentado al líder del equipo y, en caso de que lo ameriten, estudios más profundos sobre el tema pueden ser llevados a cabo, redefiniendo la carta Gantt original.

La evaluación, al nivel de perfil, se considera terminada cuando sus conclusiones son discutidas con el responsable del proceso en cuestión. Si éste no está de acuerdo, debe exponer sus razones, las que serán analizadas por el líder del equipo y la persona encargada del proyecto. Si después de este análisis, el equipo considera que las conclusiones son correctas, el proyecto se presenta igual a la alta gerencia, la que tiene como misión priorizar, desechar o congelar los proyectos propuestos. 5.3 Etapa de operaciones En esta etapa, la de mayor duración en el proyecto de mejoramiento, se llevan a cabo todos los proyectos seleccionados, priorizados de acuerdo a la evaluación hecha en el período de análisis. Los objetivos de esta etapa son: • • • •

analizar, discutir, proponer y facilitar la implantación de los cambios en pro de la mejora de la productividad global en cada unidad funcional; lograr el involucramiento y compromiso de los responsables de la implantación de los cambios (encargados de los procesos); implantar las mejoras de manera que sean sostenibles en el tiempo, haciendo el sistema de mejora autosustentable; desarrollar un ambiente de “pensamiento productivo” en la fábrica, incentivando a que aporten con sus ideas, demostrando que es posible introducir cambios que alivien la carga de los trabajadores sin perjudicar sus puestos de trabajo.

La etapa de operaciones se puede dividir en tres sub-etapas: 5.3.1 Fase de análisis detallado En esta fase, las áreas de mejora deben ser definidas y evaluadas en detalle, con la profundidad necesaria para cada proyecto, adaptando a cada uno de los sistemas de análisis y recopilación de información, observaciones y opiniones. La duración de esta etapa varía entre tres y seis semanas, dependiendo de la complejidad de los estudios.

308

5.3.2 Fase de desarrollo Durante esta fase, los propósitos de las mejoras son desarrollados, discutidos, modificados y puestos a punto para la fase de implementación. La duración de esta fase varía entre una y tres semanas. 5.3.3 Fase de implantación En esta fase, los cambios propuestos son probados, modificados e implantados si las pruebas y ensayos son positivos. Sin embargo, a algunos cambios no es posible realizarles pruebas, por lo que deben aplicarse directamente, como los cambios de estructura dentro de la fábrica. Existen cambios que no pueden implementarse durante el desarrollo de proyecto, por lo que deben prepararse equipos de la fábrica que los ejecutarán más tarde. Para llevar esto a cabo correctamente, se deben realizar modificaciones técnicas, entrenamientos al personal. etc. La duración de cada una de estas fases depende del proyecto con el que está relacionada y no necesariamente debe ir en conjunto con las de otros proyectos, es decir, la implementación puede estarse llevando a cabo en un área mientras que en otra recién se está en el análisis. En esta etapa, son muy comunes las reuniones frecuentes de tipo formal e informal con los distintos departamentos y con la gerencia, las que serán cruciales para el éxito de la etapa de operaciones. 5.4 Etapa de seguimiento Comienza después de la reunión final con la gerencia, donde se han expuesto los proyectos realizados y los logros alcanzados. Esta etapa dura entre dos y seis meses, y son responsables de ella uno o dos del equipo de proyecto. El objetivo de esta etapa es ayudar a la planta en la implantación de los proyectos sugeridos por el equipo, lo que se logra a través de: •

•

el seguimiento de los planes de acción establecidos para introducir los cambios en la planta. Se revisan los reportes sobre las medidas de desempeño de los sistemas donde se introdujeron los cambios y se comparan con los valores documentados en el estudio del proyecto. Se toman acciones correctivas y otras medidas de acercamiento para lograr el óptimo desempeño, en conjunto con el personal de la fábrica; finalizando los estudios, discutiendo propósitos para las áreas que no fueron finalizadas durante la etapa de operaciones; 309

• •

preparando reportes con toda la información clave y la documentación recogida durante el proyecto; y entrenando y asesorando al personal de fábrica en el mejoramiento continuo de la productividad, preparando a los trabajadores para que continúen con el proceso de cambio iniciado con el proyecto. En la etapa de seguimiento, se deberán realizar las siguientes actividades:

Por cada miembro del equipo: organizar el Libro de Proyectos por Área que deberá contener todo el material de referencia (sin información redundante o incompleta), e incluir un disquete con todos los archivos de todos los proyectos; establecer el estado de avance de cada proyecto, en conjunto con el líder • del equipo y el responsable del proceso; y actualizar todos los planes de acción. • •

Por el miembro del equipo que continuará en la etapa de seguimiento: preparar una carta Gantt con las áreas por realizar durante la fase de seguimiento; discutir cada proyecto con el miembro del equipo a cargo y recoger toda • la información necesaria para continuarlo en la etapa de seguimiento (información básica del tema, propuesta, puntos importantes para una implantación exitosa, cálculo de los ahorros, etc.) Por el líder del equipo de proyectos: preparar todos los detalles domésticos para el responsable de la etapa de • seguimiento pueda continuar sin sobresalto su área. Esto incluye oficina, computador y centro de costo para operaciones; asegurarse de que cada miembro del equipo haya discutido debidamente • sus temas con el responsable de la etapa de seguimiento. •

Al finalizar la etapa de seguimiento, el responsable deberá confeccionar un informe que contenga un resumen con el estado actualizado de las implantaciones y los mayores cambios con respecto al informe final presentado al finalizar la etapa de operaciones, el estado actualizado con los ahorros y los puntos importantes por revisar durante la visita de inspección. Este informe deberá ser distribuido en la fábrica a la alta gerencia y a los encargados de cada área.

310

6. Caso: mejoramiento continuo aplicado a una línea de producción de chocolate La línea de producción de chocolate presenta costos de indisponibilidad del orden de los $250.000.000* al año, causados por paradas accidentales durante el proceso de producción. Dichos costos se pueden atribuir principalmente a una formación profesional deficiente del personal, a una mala gestión de los suministros de materias primas, a la mala calidad de las materias primas y/o a la mala gestión de la mantención. Para disminuir estos costos, se puso en marcha un proyecto de mejoramiento continuo que, durante la fase de análisis del problema, condujo a establecer, al descomponer la línea en sus componentes, que el 60% de los costos de indisponibilidad podían atribuirse a una mala gestión de la mantención. Se estableció asimismo la existencia de otros problemas, lo que condujo a definir los proyectos que se listan en la fig. 7. Sobre la base de las indicaciones de la fig. 7, esto es, de la comparación entre los costos de realización y los retornos económicos, se seleccionaron los proyectos siguientes: 1. 2.

desarrollo de un programa de mantención; aumento de la velocidad de la línea.

Proyecto

Costo de realización Retorno económico ($) anual ($)

Desarrollo de un programa de 5.000.000 mantención

74.364.000

Aumento de la velocidad de la 25.800.000 línea

50.000.000

Aumento de la velocidad de 26.360.000 los hornos

25.250.000

Automatización del envasado 28.500.000 75.280.000 * El retorno económico anual determinado en base a la tasa de descuento de la empresa, equivalente a un 20% anual. Fig. 7 – Proyectos definidos *

1 $ ≈ 4 liras 311

No se activó el proyecto de aumento de la velocidad de los hornos, por el hecho de que la razón entre el retorno económico anual y el costo de realización era menor que uno. El proyecto de automatización del empaque fue descartado, en cambio, por una consideración “cualitativa”, es decir, por la dificultad de comprender cómo habría percibido el consumidor un cambio de envase, puesto que la automatización habría implicado modificaciones de la forma y del material. A continuación, nos referiremos en detalle a uno de los dos proyectos seleccionados, a saber, el que dice relación con el desarrollo de un programa de mantención. Dicho proyecto presenta las siguientes ventajas: • no es percibido por el consumidor, que suele ser muy sensible a los cambios “estéticos” del producto; • tiene un impacto a corto y largo plazo, genera ahorros en el tiempo.

6.1 Estado actual de la empresa La empresa Y está compuesta por varias fábricas X, ubicadas en distintos puntos estratégicos en todo el país. Con respecto a la mantención de las máquinas, cada fábrica goza de autonomía en términos de planes y políticas de mantención de las líneas de producción. Los respectivos departamentos técnicos de cada fábrica tienen como única limitación tener que ajustarse al presupuesto asignado por las Oficinas Centrales, presupuesto que se determina en base a la evolución histórica de los costos anuales de mantención. Esto hace que a veces sea necesario, en los últimos meses del año, solicitar un incremento del presupuesto, y que otras veces, por el contrario, se tienda a gastar todo el presupuesto en el último mes a fin de no tener que sufrir recortes al año siguiente. Por otra parte, la disponibilidad de las máquinas es calculada por el departamento de Ingeniería Industrial, pero los valores calculados son el resultado conjunto de varios factores, tales como la gestión de la mantención, la capacitación de la mano de obra, la gestión de las paradas programadas, las variaciones imprevistas del programa de producción, la calidad de las materias primas, etc., lo cual no permite evaluar la eficacia de la gestión de la mantención. Con respecto a la mantención preventiva, se observa que no existen tiempos estandarizados para ninguna de las actividades específicas de mantención de rutina y que, por lo tanto, para una misma avería se da una gran variabilidad en los tiempos de reparación.

312

6.2 El escenario en la fábrica En la actualidad, cada fábrica cuenta con su propio Departamento Técnico, coordinado por la Ingeniería de Mantención de las Oficinas Centrales. La misión del Departamento Técnico en la fábrica se articula en tres puntos: 1. asegurar la continuidad de la producción (disponibilidad de las máquinas); 2. evaluar la factibilidad técnica de las modificaciones a los procesos de fabricación; 3. y definir e implementar los planes de mantención de cada una de las líneas de producción. 6.3 La oportunidad para el mejoramiento La forma en que hoy se determina el presupuesto genera una permanente discusión entre la Ingeniería de las Oficinas Centrales y el Departamento Técnico de la fábrica, pues aquél tiende a reducir el presupuesto mientras que éste tiende, por el contrario, a aumentarlo, y esta negociación determina el presupuesto para el año siguiente. A partir de este momento, se tiene una medición absolutamente local de la gestión de la mantención, sin tomar en cuenta los costos de indisponibilidad y sin que se identifiquen, entre las distintas causas de las pérdidas que perjudican la disponibilidad de las máquinas, las pérdidas técnicas imputables a la responsabilidad directa de la mantención. Por último, el escenario actual no permite una planificación de la mantención ni siquiera a mediano plazo, puesto que el Departamento Técnico se ha visto reducido a “apagar incendios” realizando operaciones de mera restauración. A partir de estas premisas, definir un proyecto de mejoramiento para la gestión de la mantención podría acarrear las siguientes ventajas: 1.

2.

adoptar un indicador global para la gestión de la mantención. El indicador global de mantención está dado por el costo global de la mantención (costo de indisponibilidad + costo directo de mantención + costos de puesta en marcha de la planta); elaborar una metodología científica para la determinación del presupuesto de mantención. Hoy se puede establecer el presupuesto sobre la base de la cuantificación de los costos directos de mantención (materiales técnicos + horas-hombre) correspondientes a los nuevos

313

3.

4.

5.

6.

planes de mantención implementados a través de un análisis “causa/efecto” de las averías de las máquinas críticas. Este presupuesto puede aumentar o disminuir en virtud de los balances históricos. Lo importante es que el gasto global disminuya (o, en el peor de los casos, que se mantenga constante); efectuar una mejor planificación de las faenas de mantención. Hoy, al no existir indicadores de criticidad específicos para cada máquina, se da la misma importancia a todas: si una máquina falla, se intenta repararla lo antes posible, pues de este modo la mantención hace gala de pericia. Aun cuando exista un plan anual de mantención de una máquina, éste se basa en las especificaciones del fabricante y puede que no sea coherente con el contexto de la línea, donde cada una de las máquinas posee una criticidad distinta en relación con los impactos que ocasiona sobre la línea en su conjunto. Poniendo en práctica un planteamiento más racional, esto es, concentrando los esfuerzos en las máquinas críticas, se liberan recursos del departamento que pueden ser utilizados en el marco de una planificación de más largo aliento en comparación con la situación actual; adaptar el mejoramiento continuo a la gestión de la mantención. El primer plan de mantención que se prepare seguramente no será el mejor desde el punto de vista de los costos globales. Pero el monitoreo de los indicadores definidos, junto con la participación de los mantenedores de línea y de los operarios dedicados a identificar y eliminar las causas y los efectos de las averías de las máquinas, permitirán efectuar continuos ajustes del plan de mantención hasta alcanzar un valor cercano al costo mínimo; establecer la criticidad de las máquinas de una forma más científica. En la actualidad, el único indicador de criticidad de las máquinas está dado por la experiencia de los mantenedores de línea en relación con aquellas máquinas que más frecuentemente presentan fallas o que son más difíciles y costosas de reparar. Tal indicador no sólo es inadecuado (no refleja los costos de indisponibilidad), sino que es además engañoso, por cuanto depende de la apreciación personal de cada mantenedor. Con el proyecto de mejoramiento, el nuevo indicador estará dado por el producto entre la indisponibilidad de cada máquina y el respectivo costo global de falla (que incluye el costo de indisponibilidad, el costo de reparación y el costo de puesta en marcha de la máquina), lo cual permite clasificar las máquinas en orden de criticidad creciente; adoptar el concepto de costo de indisponibilidad de una manera directa. El monitoreo del indicador de criticidad se hace posible en

314

7.

forma automática gracias a los actuales sistemas informáticos de mantención, los que hoy se utilizan principalmente como acumuladores de datos más que para la gestión de la mantención, puesto que en la mayoría de los casos las mismas fallas, y en las mismas máquinas, se repiten en el tiempo sin que ello conlleve una evolución hacia la resolución de los problemas. Con el proyecto de mejoramiento, se tiene la oportunidad de hacer crecer la gestión con los recursos disponibles en la actualidad, simplemente potenciando el procesamiento de datos en la empresa; reducir la variabilidad de los tiempos de mantención preventiva. Es necesario establecer tiempos estándar para la mantención preventiva, de modo que se reduzca la variabilidad de los tiempos de las faenas, normalizando los métodos para algunas tareas repetitivas y ejerciendo un control más estricto sobre los mantenedores.

6.4 Problemas encontrados Sobre el tema de la mantención, existe una serie de enfoques metodológicos y de herramientas que se sitúan en distintos niveles de la organización: Mantención productiva total (TPM), Mantención orientada al resultado (CDM), Mantención basada en la confiabilidad (RCM), etc., cada uno de ellos con una misma orientación esencial: lograr una gestión sustentable en el tiempo que minimice los costos globales de mantención. Acerca de cada una de estas metodologías, se han escrito manuales, procedimientos, instrucciones, etc. que explican sus modalidades de implementación. La empresa no es ajena a dichas herramientas, y ha hecho imprimir un manual para lograr una mejor gestión de la mantención en sus fábricas. El primer intento de aplicación del manual presentó algunos aspectos críticos: en efecto, se siguieron las indicaciones al pie de la letra, sin que estuviera clara la relación entre los conceptos generales y las herramientas por aplicar en cada fase del proyecto de mejoramiento. Por ejemplo, la evaluación de los costos de indisponibilidad resultó ser un concepto difícil de asimilar en la fábrica. Aunque todos estaban en principio de acuerdo, llegado el momento de indicar los valores, algunos consideraron que las reservas daban garantías suficientes para no incurrir en pérdidas; otros prefirieron calcular la incidencia de los costos de amortización, y hubo también quienes calcularon los costos de la mano de obra ociosa durante la avería de la línea. De este modo, la discusión se extendió a consideraciones cada vez más académicas que acabaron por fastidiar al grupo de trabajo,

315

causando una pérdida de tiempo y generando dudas acerca de la posibilidad de aplicación real de los principios propuestos. Otro punto crítico es la carencia en algunas fábricas de una base de datos históricos sobre el comportamiento de las máquinas. ¿Cómo calcular su criticidad si se desconoce la disponibilidad de los componentes? Cada uno de estos problemas se plantea de maneras específicas para cada fábrica, y tampoco es posible llevar a cabo una generalización de las técnicas, pues cada realidad presenta rasgos peculiares. Se constituyó entonces un equipo de mejoramiento que, tras varias entrevistas con las personas involucradas en cada proyecto, decidió que debía preparar un proyecto de mejoramiento en la fábrica con las siguientes características: • acuerdo total por parte del equipo constituido con respecto a las directrices del proyecto de implementación; • beneficios obtenibles a corto plazo que justificaran las decisiones a los ojos del personal de línea; • sólido (esto es, poco susceptible a cambios en los parámetros, a fin de ser sustentable en el tiempo); • máxima utilización de las informaciones provenientes de los sistemas informáticos de la empresa; • procedimientos sencillos para el cálculo de la confiabilidad (tomando en cuenta el nivel de preparación de mantenedores y operarios); • participación de la Gerencia de la fábrica y de la Ingeniería de la empresa durante la implementación; • y estandarización de los métodos para las faenas de mantención preventiva, a fin de conseguir que los tiempos no dependieran de los mantenedores que las llevan a cabo.

6.5 El plan de acción El equipo del proyecto de mejoramiento en la fábrica se enfrascó en un esfuerzo por adaptar las teorías disponibles en materia de mantención a sus propias convicciones, generando así el siguiente plan de acción en diez fases: 1. 2. 3. 4.

selección de una línea de producción; descomposición de la línea en sus componentes; obtención de datos históricos acerca de las paradas y los impactos productivos de cada máquina; cálculo del costo de indisponibilidad de cada máquina;

316

5. 6. 7. 8. 9. 10.

diagrama “causa/efecto” para las paradas más comunes de cada máquina; elaboración de un plan de mantención para cada máquina; cálculo del costo de mantención que involucra el plan elaborado; comparación económica entre el plan anterior y el nuevo plan; monitoreo y mejoramiento continuo del plan de mantención; y extensión de la metodología a las demás líneas.

Se formó un equipo compuesto por dos mantenedores de línea, un jefe de turno, un operador, un instrumentista y un técnico externo de las Oficinas centrales. El desarrollo de cada fase fue el siguiente: 1. la selección de la línea fue efectuada por el jefe del departamento técnico, quien consideró que la línea “C” ofrecía condiciones favorables para el ensayo, puesto que, al estar subutilizada, permitía realizar paradas planificadas según fuese necesario; era de un nivel limitado de complejidad, por lo que resultaba fácil descomponer las máquinas; y contaba, además, con un registro detallado de las paradas efectuadas durante los últimos tres años; 2. para clasificar las máquinas en orden de criticidad, fue necesario reconstruir el diagrama de flujo del proceso de la línea, que comprendía 53 máquinas: de éstas, 46 estaban en serie, 5 en paralelo y 2 en stand-by. El cálculo del índice de criticidad de cada una de las máquinas se llevó a cabo utilizando el siguiente algoritmo (para un período de análisis de diez meses): Índice de criticidad = (∑ costos de parada) Œ

Para cada parada, se calculó el costo como:

Costo de parada = Costo de reparación + Costo de indisponibilidad Donde: Costo de reparación = Costo de los repuestos + Horas de mano de obra de mantención Costo de indisponibilidad = Pérdida de producto + Costos de puesta en marcha

317

Œ

La Pérdida de Producto se valorizó del siguiente modo:

(Velocidad de la línea) × (Facturación del producto – Costos variables) × (Tiempo) Œ

Los costos de puesta en marcha se valorizaron como:

(Cantidad de descartes del producto terminado) × (Costo de producción unitario) + (Cantidad de envases perdidos por puesta en marcha de la línea) × (Costo unitario de los envases)

En forma análoga, la disponibilidad de la máquina se calculó como:

Disponibilidad de la máquina =

Tiempo productivo real Tiempo productivo teórico

El objetivo del índice de criticidad es permitir una comparación, siguiendo un criterio lógico, entre las máquinas que implican los mayores costos globales para la línea. El valor en sí es de escasa relevancia, y no tiene sentido la discusión teórica respecto de cuál es el criterio correcto para determinar el costo de indisponibilidad. En realidad, lo que importa es contar con una escala de valores que establezca las prioridades, es decir, las criticidades en orden creciente. Sobre la base de dicho análisis, comienza a cobrar forma el nuevo plan de mantención y el presupuesto de mantención para el año siguiente. Se obtuvo cada uno de los valores a partir de la base de datos del sistema “ FAMA”, que registra todas las órdenes de trabajo generadas por la línea “C”, con sus respectivos tiempos de reparación, costo de los repuestos y número de mantenedores ocupados en cada faena. La base de datos inicialmente se hallaba codificada en lenguaje Cobol, de modo que se elaboró una interfaz para traspasar los datos a una planilla Excel. Los valores de los descartes debidos a la puesta en marcha, los datos acerca de la velocidad de la línea y del número de operadores de turno fueron obtenidos a partir del sistema “ ARMAC”, que recopila las informaciones acerca de la producción efectiva y teórica para el cálculo del rendimiento de la línea. Esta base de datos se hallaba codificada en lenguaje DBase, lo cual permitió su traspaso directo a una planilla Excel.

318

La clasificación de Pareto para las máquinas más costosas en términos globales se muestra en la fig. 8.

25000000

100,0 90,0 80,0 70,0

15000000

60,0 50,0

10000000

40,0 30,0

5000000

% costo acumulado

Costo global de avería ($)

20000000

20,0 10,0

Otros

Detector de metales

Transporte chocolate

Calentador

Perforadora

Recipiente tapones

Raspador

Calculadora

Fricción

Empaquetado

Recipiente cajitas

Túnel principal

0,0 Estanque relleno

0

Máquina de la línea de producción

Fig. 8 – Diagrama de Pareto de los componentes de la línea “C”

A su vez, el análisis de Pareto del Estanque de Relleno presenta la configuración que se muestra en la fig. 9.

319

30000000

100,0 90,0

25000000

70,0

20000000

60,0 15000000

50,0 40,0

10000000

% costo acumulado

Costo global de avería ($)

80,0

30,0 20,0

5000000

10,0 0

0,0 Estanque

Pistones

Horquillas

Válvulas

Piezas de bronce

Reserva

Dosificador

Fig. 9 – Diagrama de Pareto de los componentes del estanque de relleno

Una vez identificadas las máquinas críticas y construido el diagrama de Pareto de sus componentes, el equipo de mejoramiento se reunió en un plenario para llevar a cabo, a través de un brainstorming, un análisis de las causas de avería de los componentes, utilizando el diagrama de Ishikawa. El resultado para cada una de las máquinas críticas adoptó la forma que se muestra en la fig. 10. A partir de este diagrama “causa/efecto” para cada máquina crítica surgieron los planes de mantención clasificados en la tabla de la fig. 11. Por último, se enfrentó el problema de la variabilidad del tiempo de mantención. Se vio, por ejemplo, que los tiempos de set-up para cambiar los dispositivos de empaque presentaban una variación en el tiempo como la que se muestra en la fig. 12. Se consideró que las causas podían ser principalmente: • la falta de un desarrollo adecuado de la mantención preventiva; • carencias en la formación del personal encargado; • y deficiencias en el control de los operadores en el proceso de mantención.

320

Fig. 10. Diagrama de Ishikawa.

321 1

Preventivo

Correctivo

De rutina

Preventivo

Sintomático

Averías

Limpieza Servicios

Inspecciones Monitoreos

Modificaciones Reparaciones menores

Reparaciones accidentales

No planificado Planificado

Fig. 11 – Generación de los planes de mantención de las máquinas

Se constató que efectivamente no existía un método estándar para dicha faena y que no se controlaba adecuadamente a los operadores involucrados. Por lo tanto, se procedió a estandarizar algunas actividades, obteniéndose así un tiempo más uniforme y, curiosamente, más reducido. El diagrama de la fig. 12 indica que realmente existía un problema de control de los operadores y de método de trabajo.

322

3

2,5

Duración (h)

2

1,5

1

0,5

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

Número de operaciones en el último período

Fig. 12 – Duración del cambio de empaque

En este momento, el equipo del proyecto de mejoramiento está preparando los planes de mantención de todas las máquinas, con el propósito de reducir la mantención no planificada. Los próximos pasos consistirán en cuantificar los costos anuales de dichos planes de mantención (costos de los repuestos y costos de la mano de obra de mantención) y en compararlos con el presupuesto actual de la mantención de la línea. A través de la macro programada en Excel, el monitoreo de los indicadores se obtiene en forma automática. Actualmente, el equipo se reúne una vez por semana para verificar cómo se están aplicando las soluciones indicadas. Se considera que a futuro habrá de mantenerse esta frecuencia de las reuniones para revisar los planes de mantención en función de los indicadores de criticidad. En teoría, si los planes de mantención resultaran ser adecuados, los equipos deberían comenzar a preparar los planes para las máquinas contenidas en el conjunto “B” del análisis de Pareto (máquinas menos críticas que aquellas del grupo “A”). Todos los del equipo del proyecto de mejoramiento conocen todas las fases de la implementación en la fábrica del proyecto mismo.

323

La extensión a las restantes líneas se logra con facilidad, reuniendo a las personas ya involucradas anteriormente. Los del equipo de proyecto a estas alturas ya han aclarado sus dudas y han programado la macro de Excel que realiza automáticamente los cálculos más complicados y tediosos. El encargado de Mantención de las Oficinas Centrales, que estuvo presente en las distintas fases de desarrollo del proyecto de mejoramiento, desempeñó también un papel de referente cultural y avaló la supervisión que permitió transferir la experiencia a las otras realidades involucradas. En resumen, ya antes de haberse completado el desarrollo del proyecto de mejoramiento, se ha comprendido que será posible perseguir los objetivos planteados, rompiendo la inercia que había surgido al comienzo de la actividad.

Y Y

Se consiguió dar una orientación a las reacciones de los participantes: se garantizaron la referencias culturales; se construyeron los mecanismos de coordinación.

De esta forma, se estructuró en el área de mantención un sistema de mejoramiento continuo robusto y capaz de crecer en forma autónoma.

Bibliografía J. Juran, F. Gryna, Analisi e pianificazione della qualità, McGraw-Hill, 1993. H. Kume, Statistical Methods For Quality Improvement, AOTS, 1985. J. Juran, F. Gryna, Juran’s Quality Control Handbook, McGraw-Hill, 1998. S. Nakajima, TPM Development Program, Originally published by the Japan Institute of Plant Maintenance, 1989. “Continuous Improvement. The key to Future Success”, Quality Progress, giugno, 1997. “How to Measure Continuous Improvement”, Quality Progress, dicembre 1996. “The Four Re’s of Total Improvement”, Quality Progress, gennaio 1997. M. Shigeru, Management for Quality Improvement, Productivity Press, 1988.

324

Tercera Parte

La Planificación de la Mantención

325

326

1. La planificación de la mantención por Biagio De Marzo

1. La planificación entre la “Proyectación de la mantención” y la “Ejecución” La planificación es un proceso que se sitúa a horcajadas entre la fase de proyectación de la mantención y la fase de ejecución. La planificación se articula en tres sectores fundamentales: Plan Maestro (PM), estandarización y planificación propiamente tal; sectores estrechamente ligados entre sí y que a la vez cruzan la mantención en su conjunto. El concepto se representa gráficamente en la fig. 1, que muestra una flecha de varias secciones (el proceso de planificación) que atraviesa un cubo (la mantención como el conjunto de los seis elementos que la componen).

(VWDQGDUL]DFLyQ

3ODQLILFDFLyQ

&RQWURO GH ,QVWDODFLyQ

5HFXUVRV DGLHVWUDPLHQWR IRUPDFLyQ (VWUXFWXUD RUJDQL]DWLYD

Fig. 1 El proceso de planificación y las seis fases de la mantención

327

3URJUDPDFLyQ \ SUHSDUDFLyQ ODERUDO

3ODQ 0DHVWUR

(MHFXFLyQ ODERUDO

3UHVXSXHVWR \ FRQWURO 'H FRVWRV

2. El plan maestro del sistema integrado de mantención 2.1. La necesidad del plan maestro: fases, esquema lógico y output La gestión eficaz de la mantención, sobre todo en empresas de medianas y grandes dimensiones, necesita un sistema integrado que se ocupe tanto de los aspectos propios de la mantención como de aquellos vinculados con las demás funciones, y que desarrolle a la vez las actividades técnicas, operativas y istrativas. Cuando no existe un sistema semejante y la mantención anda mal, la conciencia de que sólo es posible obtener un mejoramiento si se actúa simultáneamente sobre todos los aspectos induce a poner en la orden del día el “Plan Maestro del sistema integrado de mantención”. Antes de entrar en materia debemos hacer presente que mientras en sentido estricto Plan Maestro significa solamente plan regulador del proyecto, se ha difundido una acepción que extiende su significado hasta comprender todo el proyecto, incluyendo la puesta en marcha. Según esta acepción, el “Plan Maestro del sistema integrado de mantención” se ocupa de estructuras organizacionales, de aspectos técnicos de los métodos de trabajo, de contenidos profesionales y de la interrelación con las demás funciones de la planta, y se manifiesta en un plan operativo claro y concreto y en su realización. El plan se desarrolla en cuatro fases: 1ª fase: Plan Maestro (propiamente tal) – Plan regulador 2ª fase: Detail Design – Proyecto de detalle 3ª fase: Switching over – Conmutación entre lo viejo y lo nuevo 4ª fase: Implementation – Implementación o puesta en marcha Su significado se refleja en el ejemplo de la secuencia de operaciones involucrada en la refacción de un alto horno. El primer paso para la refacción de la planta es aquél donde se elaboran las especificaciones básicas conformes a las directrices de largo plazo (programa de producción, mix de productos, costo de producción, productividad del factor trabajo, etc.). Con estas directrices y con una evaluación del estado de la tecnología, se determina si basta con refaccionar el alto horno o si hace falta algo más, por ejemplo nuevas tecnologías o nuevas instalaciones auxiliares.: se analizan las ventajas y desventajas en función de las condiciones operativas, de las posibilidades de mantención y de la viabilidad económica. En otras palabras, se efectúan estudios acabados para la 328

introducción programada de nuevas instalaciones y dispositivos para lograr un mejor control del funcionamiento, una mejor adaptación a las condiciones ambientales, un ahorro de trabajo y una mayor confiabilidad. Una vez realizados estos estudios, exámenes e indicaciones, se establecen las especificaciones básicas de la refacción. Todo ello en su conjunto constituye el Plan Maestro (sólo en el sentido de plan regulador). En la fase siguiente la empresa encargada de efectuar la refacción de la planta desarrolla las especificaciones básicas, diseña, construye y somete a pruebas las nuevas instalaciones: Detail Design. La fase siguiente va desde el montaje de la planta hasta los tests de prueba e incluye la capacitación y la instrucción del personal: Switching over. La última fase es la que va desde el momento de la puesta en marcha para la producción hasta el momento en que, tras un aumento paulatino y corrigiendo las imperfecciones que surjan, se alcanza la plena capacidad productiva del alto horno refaccionado: Implementation. La fig. 2 muestra la secuencia del esquema lógico para la preparación del Plan Maestro: definición de las políticas de la empresa, desarrollo del Plan Maestro y elaboración del programa de las fases posteriores al Plan Maestro. El desarrollo del Plan Maestro (PM) requiere la participación a tiempo completo y por un período bastante largo de un número suficiente de ingenieros de proyecto y recursos de la planta. El output del MP se subdivide en tres partes:

c c c

la primera parte comprende la metodología y los criterios básicos del nuevo sistema, la estructura organizacional general, los elementos esenciales de los nuevos métodos de trabajo, la evaluación cualitativa de los beneficios inducidos y la proyectación en líneas generales de los subsistemas en que se divide el sistema de mantención; la segunda parte se refiere al plan de implementación de los prerrequisitos, el plan de implementación de los subsistemas y la organización necesaria para la implementación; la tercera parte está compuesta por los “manuales operativos” que contienen los proyectos de detalle y las aplicaciones de los subsistemas proyectados en líneas generales en la primera parte.

En las páginas siguientes se describe una modalidad de implementación del MP específica para una realidad industrial compleja, pero que puede aplicarse a situaciones menos complejas introduciendo las simplificaciones adecuadas.

329

Fig. 2. Esquema lógico para el Plan Maestro.

330

'HVDUUROOR GHO 3ODQ 0DHVWUR

$QiOLVLV GH OD VLWXDFLyQ $FWXDO &XHVWLRQDULR 5HHODERUDFLyQ HQ WHUUHQR

3UR\HFFLyQ GHO GHWDOOH

3URJUDPDFLyQ GH SURJUDPDV GH HMHFXFLyQ

EDVH GHL VXEVLVWHPD

3URJHWWD]LRQH

,QGLYLGXDOL]DFLyQ GHO SUREOHPD

3ROtWLFD GH GLUHFFLyQ

5HDOL]DFLyQ 6ZLWFKLQJ RYHU LPSOHPHQWDWLRQ

&RQVHQVR

3UHSDUDFLyQ GH OD DOWHUQDWLYD

3UHSDUDFLyQ GH OD HVWUXFWXUD JHQHUDO

3RQHU HQ HMHUFLFLR HO QXHYR VLVWHPD

2EMHWLYR

3ODQ 0DHVWUR

2.2

Cómo se prepara el plan maestro

El primer paso del MP consiste en determinar y analizar los eventos más significativos de las actividades de mantención, tanto a nivel de la planta como de las áreas individuales, y de las relaciones entre el sistema de mantención y los demás sistemas de la planta (por ejemplo, el sistema de planificación de la producción). Los instrumentos principales para efectuar la “radiografía” de la planta son el “cuestionario” y las “inspecciones en terreno”. El cuestionario sirve para conocer la historia y el estado de la planta, y considera: características de las instalaciones, programas y resultados de producción • del último trienio; organización de la mantención: modificaciones organizacionales durante • el último trienio, problemas de movilidad del personal; personal de mantención: propio y de terceros; • marcha durante el último trienio de los costos de mantención, de la • utilización de las instalaciones, de los talleres, de las existencias de materiales y repuestos; programa de paradas de la planta principal, planes de mantención a largo • plazo, programas de mantención mensuales y diarios, estándares de mantención, programas de inspección; mantención de emergencia, micromantención, actividades de mantención • de los operadores; sistema e índices de control técnico de la mantención, reuniones, • informes; presupuesto, sistema, índices de control de los costos de mantención, • materiales y repuestos, participación de terceros; problemas del personal: reglamentos vigentes, ausentismo, sistema de • niveles de remuneraciones, problemas de naturaleza sindical, sistemas de reclutamiento y capacitación del personal de mantención, sistemas de control del personal; medidas destinadas a mejorar la confiabilidad y disminuir los costos de las • instalaciones; nivel industrial del territorio. • Las inspecciones en terreno, experiencias directas acompañando en forma aleatoria a técnicos de la planta, complementan las informaciones obtenidas a través del cuestionario. En líneas generales, consisten en:

‹

observar en terreno las áreas de la fábrica;

331

‹ ‹ ‹ ‹

establecer o con las funciones de la fábrica y de las oficinas centrales; examinar los principales documentos emitidos por las varias funciones; conocer los proyectos anteriores; determinar los datos y parámetros principales que conforman la “radiografía” de la mantención.

De las respuestas al cuestionario y de las inspecciones en terreno se desprenden los problemas existentes y las líneas de acción para adoptar medidas. Éstas se seleccionan y agrupan en función de los key factors o elementos determinantes, tales como la clasificación técnica de los repuestos, el sistema de información computarizada, la gestión de los repuestos y el sistema de adquisiciones, el control y verificación de las faenas, el control de los costos, el modelo de planificación, el sistema de capacitación y formación, etc. De aquí surge el documento “Problemas emergentes y medidas a adoptar” (cuyo facsímil se muestra en la fig. 3). Problemas y medidas se subdividen en “comunes”, es decir presentes en toda la planta, y “específicos” para cada área. Dentro de estas dos tipologías los problemas se agrupan en función de los subsistemas (por ejemplo Control de costos, Control técnico, etc.) que conforman el sistema de mantención, y se clasifican en sistémicos, de gestión, técnicos y conductuales para señalar que se derivan de asuntos técnicos, de conductas inapropiadas, de lagunas sistémicas o de gestión. Frente a cada problema se esboza la solución y sus efectos (beneficios esperados, recursos necesarios, obstáculos que superar y prioridad de implementación). Es el documento con que culmina la fase de análisis y que conduce a diseñar el nuevo sistema. Se utilizará también, una vez realizado e implementado el proyecto, para verificar que efectivamente se hayan resuelto esos problemas. Una vez completado el análisis, antes de proceder a redactar las soluciones efectivas, se requiere la confirmación definitiva por parte de la Gerencia de la empresa acerca de qué se desea obtener, para qué fines y sujetos a cuáles condiciones. Habiéndose obtenido la confirmación, se llega al último paso del MP: se discuten y comparten los problemas emergentes en relación a cada uno de los factores claves, las causas de dichos problemas y las alternativas de solución; se escogen los temas más significativos e importantes, se eligen las soluciones y los prerrequisitos que corresponda y se trazan los subsistemas.

332

Fig. 3

333

Factor dominan te

Descripción

Fecha de referencia

6LVWHPD Ing. MAN Person

Causa

Problemas en la actividad de mantenimiento

Sistemas Contenido

EL PROBLEMA PRINCIPAL EMERGIÓ DEL ANÁLISIS Y DE LA SOLUCIÓN

Contenido Contenido

Solución1 Nota

Area……

2.3.

Los prerrequisitos

Además de estar basado en la solución de las cuestiones surgidas dentro del sistema, dividido en subsistemas, el desarrollo y la implementación del sistema integrado de mantención se basa también en la identificación y realización de los “prerrequisitos”, es decir de las condiciones externas a la mantención que influyen en el diseño mismo del sistema, en sus posibilidades de realización y en sus efectos. La diferencia entre subsistemas y prerrequisitos es más bien de tipo metodológico: ambos requieren de un compromiso efectivo para llevar a cabo las soluciones especificadas. Normalmente los prerrequisitos se refieren a problemas del personal, sistema de bodegaje y adquisiciones, gaps técnicos y estandarización; algunos se realizan antes de la fase de proyecto de detalle y otros antes de la puesta en marcha del nuevo sistema. Prerrequisitos para el proyecto de detalle Se trata de condiciones muy significativas y que se consideran muy probable en el momento en que se usará el sistema; se las toma como referencia para identificar las soluciones técnicas-organizacionales del sistema. Prerrequisitos de este tipo son: • • • • • • •

la fecha de puesta en funcionamiento del nuevo sistema; el nivel de producción de referencia; el layout y la ubicación de las instalaciones; las condiciones del entorno del establecimiento (nivel de industrialización local, condiciones del tráfico y de los transportes públicos, etc.); la posibilidad de contratar nuevo personal; las directrices de desarrollo en la organización del trabajo; la movilidad del personal.

Prerrequisitos para la realización y puesta a punto del sistema Se trata de condiciones, sistemas y métodos de trabajo externos al sistema de mantención, pero que afectan sus posibilidades de implementación o alteran los efectos del sistema sobre él, ya sea potenciándolos o debilitándolos. Se dividen en dos categorías: •

prerrequisitos indispensables, sin los cuales es imposible poner en práctica el sistema de mantención; por ejemplo, estándares básicos de mantención, algunos problemas del personal, adecuación a las exigencias de mantención del Sistema de control de costos;

334

•

prerrequisitos cuya realización adecuada puede potenciar los beneficios del sistema; por ejemplo, condiciones técnicas y de las instalaciones, cooperación entre operación y mantención, adecuación del Sistema de Adquisición de materiales y gestión de bodega.

Una buena comprensión de la naturaleza de cada prerrequisito sirve también para determinar la escala temporal de su puesta en práctica en relación con la implementación del sistema propiamente tal.

2.4 Los subsistemas El sistema de mantención se divide en subsistemas comunes y subsistemas específicos de cada área; en los subsistemas comunes se fijan las normas generales válidas para todos; en los subsistemas específicos se aplican dichas normas generales, adaptándolas e integrándolas en función de las características específicas de cada área. Los subsistemas comunes son:

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control técnico de las prestaciones: índices de control y valores planificados, análisis técnico de las averías, control técnico y reuniones: control económico de los resultados: centros de costos, costos de mantención, plan rector, presupuesto de mantención, asignación de costos, informes y formularios; gestión coordinada de los planes, programas y faenas: modelo de paradas de la planta, clasificación técnica de las faenas, planes de mantención mensuales, trimestrales, anuales y plurianuales, métodos de distribución de las faenas, solicitudes de trabajos, preparación de las faenas, coordinación de las paradas programadas, ejecución y rendición de cuentas de los trabajos, gestión técnica de los trabajos ejecutados por terceros; gestión de las actividades técnicas – ingeniería de mantención: estándares, análisis técnicos y de los resultados de la mantención, estudios preliminares para mejorar las máquinas, recolección y divulgación de informaciones técnicas, vínculos con encargados de mantención por área, vínculos con organismos especializados y del personal, autoridad y responsabilidades de la ingeniería de mantención; materiales y repuestos: clasificación técnica de los materiales, preparación del plan rector y del presupuesto, control de inventario, parámetros estándar de la istración de materiales, actualización de los datos,

335

c

solicitudes de materiales, control de órdenes, recepción, descarga de materiales, etc.; gestión, capacitación y formación del personal. Los subsistemas específicos del área son:

• • • • • • •

mantenciones periféricas (su número dependerá de las áreas productivas); servicios auxiliares; talleres mecánicos; talleres eléctricos; automatización e instrumentación; servicios técnicos; servicios generales.

Además de reflejar las directrices de mejoramiento, en los subsistemas se identifican las actividades que habrá que desarrollar en las fases posteriores y que deberán quedar registradas en los manuales operativos, verdaderos libros guía para la gente de mantención.

2.5 Las fases de proyecto de detalle y de implementación de los subsistemas Durante la fase de proyecto de detalle (Detail Design), en base a las directrices contenidas en los subsistemas, se definen con precisión las tablas de responsabilidades, los organigramas, los funcionogramas, los flujos de trabajo, los procedimientos, los métodos, los documentos, los vínculos con otras funciones, los formularios, los datos, etc. Los niveles de detalle y definición serán tales que permitan la implementación del nuevo sistema. En esta fase se plantea como objetivo la puesta en marcha del sistema y se identifican las exigencias de capacitación, de formación, de información, de reubicación del personal, de actividades de promoción y estímulo, estableciendo los respectivos programas de realización. La fase de conmutación (Switching over), es decir el paso del sistema antiguo al nuevo, es aquélla en que se satisfacen dichas exigencias y se somete a pruebas el nuevo sistema. La fase de puesta en marcha (Implementation) es aquélla en que se aplica paulatinamente el nuevo sistema hasta culminar en su puesta en marcha definitiva. En esta fase, si es necesario, se llevan a cabo ajustes y calibraciones menores.

336

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Fig. 4. El ciclo de Deming PDCA.

2.5 Aspectos metodológicos y motivacionales El proyecto del nuevo sistema de mantención conlleva inevitablemente profundos cambios en el aspecto técnico que tienen también efectos sociales y son la causa de la “resistencia al cambio”: los cambios son vistos como una forma de amenaza al status, a las costumbres y a las creencias de las personas involucradas, cuya reacción instintiva es el rechazo. Esto ocurre también porque persiste la convicción de hallarse frente a proyectos externos “que vienen de arriba” según un modelo preestablecido, inadecuado para la realidad propia, aun cuando las formas de implementación del Plan Maestro sean tales que garanticen que el proyecto, por el contrario, “nazca desde abajo”, con fundamentos bien asentados en la realidad. Para hacer frente a dicha resistencia se deberán observar algunas normas indispensables:

‹

asegurar la participación activa de las personas involucradas ya desde la fase de proyecto del cambio; ‹ dar un margen de tiempo suficiente para que se pueda asumir una nueva mentalidad, escoger el momento adecuado, comenzar lentamente y mantener un ritmo de trabajo parejo; ‹ eliminar todo el bagaje técnico-cultural que no sea estrictamente necesario para introducir el cambio; ‹ tratar a las personas con dignidad; ‹ reducir el impacto de los cambios incorporándolos en un modelo ya existente de comportamiento más abierto, o haciéndolos pasar sobre los hombros de otro cambio que resulte seguramente aceptable. En este contexto se sitúa la metodología que impregna el “Sistema integrado de mantención”, metodología que se basa en la suposición de que

337

cualquier actividad se puede regir por el ciclo de Deming, también conocido como metodología PDCA, que se muestra en la figura 4. Se trata de preparar el programa de las cosas por hacer (plan), llevarlo a cabo (do), verificar los resultados (check), efectuar las modificaciones necesarias para su mejoramiento (action), y luego volver a planificar, ejecutar, verificar, mejorar y así sucesivamente, consolidando los resultados obtenidos e introduciendo cada vez nuevas mejoras. Toda actividad, desde la más elemental a la más compleja, para que sea verdaderamente eficaz y eficiente debe estar regida por la metodología PDCA, cuyos componentes deben desarrollarse en forma equilibrada. No importa cuán grande sea un sistema, sus mecanismos deberían ser tan simples como sea posible. Por lo tanto, cada mecanismo habrá de ser estudiado en primer lugar para conseguir simplicidad y eficiencia; en una segunda etapa se buscará mejorar la calidad. Igual atención habrá que prestar a la calidad de los elementos (personal, materiales e instalaciones) para determinar si tienen un nivel adecuado para sostener el mecanismo del sistema. Es válido aquí el ejemplo clásico: «Un niño no puede conducir un automóvil, del mismo modo que un adulto no puede dar muestra de su habilidad conduciendo el triciclo de un niño». El mecanismo exitoso es el que hace buen uso de lo que hay, procediendo por aproximaciones sucesivas y mejorando continuamente. Este método, junto a la responsabilización directa del personal involucrado, permite apreciar en forma inmediata y palpable los beneficios logrados y estimula la confianza en el nuevo enfoque. En el contexto de la estrategia de pequeños pasos, no es recomendable introducir el nuevo sistema en toda la planta a la vez. Es preferible proceder en forma gradual en una o más áreas, donde los prerrequisitos hayan sido satisfechos en buena medida y donde exista menos resistencia al cambio. Los resultados positivos conseguidos en estas áreas facilitarán la implementación en otras áreas.

3. La estandarización en la mantención 3.1 Conceptos generales y metodología “Estándar” es la forma preestablecida de llevar a cabo una actividad dada. Estandarizar la actividad es el requisito básico para poder analizarla y mejorarla mediante el análisis de resultados. Sin la referencia de los estándares los resultados no son comparables y el análisis se complica en demasía.

338

Además, los estándares constituyen una guía para quienes se aprestan a realizar por primera vez la actividad en cuestión. Los estándares se dividen en estándares técnicos y estándares organizacionales o reglas. En relación al tiempo los estándares pueden ser: • •

definidos, es decir consolidados, que se aplican como leyes; en evolución, es decir que se perfeccionan con el tiempo.

En relación al campo de aplicación, se dividen en empresariales, de planta y de área. Es imposible redactar los estándares en forma perfecta desde un comienzo; habrá que trazarlos lo mejor posible e ir mejorándolos en función de los progresos. Para ello es conveniente utilizar los estándares ya existentes, independientemente del método, los formularios o la calidad inicial. A modo de ejemplo, en la fig. 5 se muestra el diagrama de flujo para la preparación de un estándar. El esquema hace referencia a instancias y figuras profesionales pertenecientes a una realidad determinada: el método será el mismo para todos los estándares y se puede utilizar donde sea efectuando las necesarias adaptaciones. En líneas generales, los protagonistas de la elaboración del estándar son el técnico de operaciones y el técnico de ingeniería de mantención.

3.2

Los estándares operativos de mantención

El corazón de la actividad de mantención es el control de la planta, es decir la revisión cuidadosa y la observación diligente de las condiciones y de la marcha de la planta, con el fin de entregar información técnica cuantificada acerca del estado de las máquinas. La validez y la eficacia del control de planta se basan principalmente en la detección y significancia de los parámetros bajo control y en la confiabilidad de los datos obtenidos en forma homogénea y objetiva. Estos conceptos encuentran su aplicación en los estándares fundamentales de la mantención, que son: a) estándar general de la máquina; b) estándar de los trabajos y de las revisiones periódicas; c) estándar del control técnico-económico.

339

340

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Control de los resultados

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Jefe de Sección

Conocimiento

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Conocimiento

Tomar medidas

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Informa

Conocimiento Conocimiento

Jefe de Turno

Técnico Planta

ÁREA OPERATIVA

Fig.5. Diagrama de flujo para la preparación de un estándar.

6 Modificar los formularios

5 Modificar o anular el estándar

4 Examinar los resultados

3 Redactar el estándar

1 Conocimiento del método 2 Estándares especiales

CONTENIDO

A petición

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TALLERES CENTRALES

FORMULACIÓN DEL ESTÁNDAR GENERAL DE LA MÁQUINA

estándar

Reemplazo tipo de modificación

Controla

$SR\R WpFQLFR

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ING. MAN.

En casos especiales

Archivo de ingeniería para una numeración progresiva

4 Cuando se debe cambiar el formulario del estándar

5

3

@

Método base para e Efectuar el STD -punto de isp -Valores -Método -Frecuencia Límite -Cómo proceder máquina nueva 2. Son STD que se efectúan para: -Máquinas nuevas -Máquinas especiales -Máquinas complejas -Máquinas con nuevas tecnologías

1

NOTAS

3.2.1 Estándar general de la máquina – Datos “permanentes”, inspecciones, lubricación El estándar general de la máquina no es nunca un único documento repleto de datos e informaciones, sino un conjunto de documentos que contienen las indicaciones necesarias para poder llevar a cabo la actividad de control de la planta. Su utilidad radica por una parte en poder tener a mano el resumen de datos y características técnicas sin tener que recurrir al archivo, y por otra en disponer de un cuadro general de las necesidades de la máquina. El estándar general (ver fig. 6) está compuesto por: • • • •

especificaciones de los datos “permanentes” y del control general; estándar de inspección rutinaria (máquina en marcha); estándar de lubricación; estándar de revisión periódica (máquina detenida).

Especificación de los datos permanentes y del control general Contiene:

‹

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informaciones técnicas de carácter “permanente” tales como: denominación y número de serie; informaciones acerca de la adquisición (orden, fecha, costo, etc.); características principales; indicaciones acerca de esquemas y catálogos; funciones de la máquina y recomendaciones del fabricante para su mantención; piezas que se deben revisar y parámetros que se deben controlar; valores límites aceptables de los parámetros que se deben medir; frecuencia de revisiones y mediciones; instrumentos y equipos que se deben emplear; señales débiles (ruido, temperatura, etc.).

Estándar de inspección rutinaria Es el documento derivado del anterior que especifica con precisión las piezas y puntos que se deben revisar diariamente o incluso varias veces al día, los parámetros que se deben medir, los métodos de inspección y las medidas a adoptar. Normalmente se trata de controlar el apriete de pernos, de limpieza e inspecciones sensoriales, realizadas principalmente con la máquina en marcha

341

y utilizando instrumentos simples y los cinco sentidos (vista, oído, tacto, olfato y gusto). (VWiQGDU JHQHUDO GH OD PiTXLQD

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Estándar de lubricación El estándar define las piezas que se deben lubricar y los procedimientos de lubricación. Para cada máquina contiene:

‹ ‹ ‹ ‹ ‹

puntos de lubricación; procedimientos de lubricación; tipo, calidad y cantidad de lubricante; frecuencia de lubricación; recursos y equipamiento necesarios.

Estándar de revisión periódica y controles Basándose en el estándar general, este estándar define las piezas que se deben inspeccionar y controlar periódicamente, la frecuencia, los puntos que se deben revisar y los parámetros que se deben medir, el método de inspección, las medidas a adoptar y los trabajos de control. Generalmente se trata de inspecciones efectuadas con la máquina detenida, cuando es necesario desmontarla para efectuar mediciones y controles, o con la máquina en marcha, cuando es necesario instalar instrumentación específica para registrar los valores de magnitudes significativas. 342

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Fig. 7. Ejemplo de estándar “tal cual”

343

La finalidad de la actividad es documentar por escrito las inspecciones periódicas y los reemplazos a efectuar, y especificar los recursos necesarios. Cada entrada debe señalar: • • • •

el vínculo entre el trabajo a efectuar y el estándar respectivo; los recursos necesarios, indicando especialización, horas-hombre, duración; la fecha de ejecución; la posibilidad de dejar constancia de las causas de las desviaciones.

En la fig. 7 se reproduce un ejemplo de estándar “tal cual” preparado por el técnico responsable: lo presentamos aquí para reafirmar que en las actividades de estandarización se empieza como se pueda y luego se va mejorando incluso en los aspectos formales. Listas de inspecciones de rutina, lubricación e inspecciones periódicas Para facilitar la tarea de los ejecutores conviene tener preparadas la “Lista de inspecciones de rutina”, la “Lista de lubricación” y la “Lista de inspecciones periódicas”, cada una de las cuales detalla las actividades a realizar por día o por semana.

3.2.2 Estándar de los trabajos periódicos y de los materiales Está formado por los estándares ejecutivos de los trabajos individuales y de los materiales. Estándar de trabajo periódico Vinculado con el estándar de inspección y control, contiene informaciones e indicaciones útiles, a veces indispensables, para la preparación y ejecución del trabajo. Específicamente, se señalan en detalle el ciclo de trabajo, los recursos en cuanto a cantidad y especialización, la duración, los materiales, los repuestos, el equipamiento especial y los vínculos de dependencia. Se da menos énfasis a los aspectos del oficio propiamente tal, que son propios del bagaje profesional del ejecutor. A él se entrega la “introducción al trabajo”, es decir todos aquellos aspectos y providencias que resultan de un conocimiento profundo de la planta y del ambiente, además de las intervenciones anteriores (por ejemplo, puntos donde colocar ganchos para

344

levantamiento, secuencia de operaciones, lugares donde situar las protecciones desmontadas, etc.). Plan estándar de materiales y repuestos El plan estándar de materiales sirve para determinar los materiales y repuestos necesarios para llevar a cabo las faenas planificadas. De los estándares de inspección periódica y de las faenas respectivas se extraen las previsiones de los reemplazos, que dan lugar a la lista de materiales que habrá que mantener en bodega. Luego se prepara el plan estándar de materiales, vinculado con los resultados de la inspección consolidados estadísticamente. Retomaremos este tema con más detalle en el capítulo dedicado específicamente a los materiales.

3.2.3 Estándar del control técnico-económico Se trata de un conjunto de estándares técnicos y organizacionales donde confluyen los elementos relativos a: • •

prestaciones de las plantas y paradas programadas (duración, trabajos realizados, desviaciones); historial de averías, costos y medidas adoptadas para mejorar.

Para el desarrollo de estos elementos remitimos al lector a la parte IV, “El control”.

3.3 El conjunto de los estándares y de los vínculos lógicos con las actividades de mantención La visión de conjunto de los estándares y de los vínculos lógicos entre ellos y las actividades de mantención se muestra en la fig. 8. Se trata de un esquema muy complejo, donde la gráfica contribuye a hacer ver que en el ámbito de la mantención todo se vincula con todo: la política de mantención, definida en función de los planes de producción y de los costos, fija el nivel de las actividades codificadas en los estándares; los estándares gatillan las actividades operativas y obtienen de ellas sugerencias de mejoramiento, y a su vez influencian la política de mantención para el período siguiente.

345

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Fig. &. 'elación entre est(ndares y actividades de mantención

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3.4 Estándares técnicos-istrativos de la clasificación de los trabajos El estándar de la “Clasificación técnica de los trabajos” es muy útil para planificar, ejecutar, presupuestar y analizar en forma racional y eficaz los trabajos. A continuación se describe una modalidad para llevar a cabo la clasificación técnica de los trabajos, específica de una realidad industrial compleja, que sin embargo se puede aplicar a situaciones de menor complejidad efectuando las simplificaciones del caso. Los trabajos de mantención se clasifican técnicamente en función de: • • •

cuándo, en qué circunstancias se ejecuta el trabajo (tiempo de ejecución); qué grupo organizado lleva a cabo el trabajo (grupo ejecutor); tipo de trabajo (contenido).

La clasificación en función del “Tiempo de ejecución” subdivide los trabajos en cuatro categorías: • • • •

trabajos de emergencia; trabajos de mantención desvinculada; trabajos durante las paradas planificadas; trabajos durante la parada anual.

Los detalles relativos al código, la denominación y la definición de tales trabajos se reproducen en la tabla de la fig. 9. La clasificación en función del “Grupo ejecutor” identifica seis agrupaciones de posibles ejecutores: • • • • • •

grupo de operaciones de emergencia; grupo de micromantención; equipo de trabajo; centros externos propios; centros externos de terceros; especialistas externos de terceros.

347

Código

Definición

1º Trabajos de Son aquellos trabajos que deben ser ejecutados de emergencia inmediato para asegurar una rápida recuperación de la planta productiva o para prevenir una detención de la producción. Se deben considerar de emergencia también los trabajos inscritos dentro de la parada planificada a fin de completar los “parches” realizados para superar una emergencia. 2º Trabajos de Son aquellos trabajos cuya ejecución no interfiere mantención directamente con la producción y permiten por desvinculada consiguiente una planificación muy elástica. 3º Trabajos durante las paradas planificadas

Son aquellos trabajos cuya ejecución interfiere directamente con la producción y se llevan a cabo durante paradas periódicas de una determinada frecuencia. Se incluyen los trabajos en instalaciones secundarias cuyas paradas no se pueden alterar ni sobreponer; estas instalaciones deben definirse detalladamente para cada área.

4º Trabajos durante la parada anual

Son aquellos trabajos cuya ejecución interfiere con la producción y cuyo tiempo de ejecución excede la duración de la parada periódica normal.

Fig. 9 – Clasificación técnica de los trabajos por “Tiempo de ejecución”

Los detalles relativos al código, denominación, ubicación organizacional, características técnicas-profesionales y campo de acción de cada agrupación se reproducen en la tabla de la fig. 10.

348

Colocación a nivel organizacional

Características técnicoprofesionales

Campo de acción

Es un grupo designado generalmente en el ámbito de cada planta operativa con una dependencia jerárquica o funcional del responsable del control de plantas. Sigue generalmente el esquema de turnos del personal operativo.

Es un grupo que posee un buen conocimiento de las piezas que conforman la máquina y del funcionamiento general técnico-operativo. Posee una habilidad especial para enfrentar en forma oportuna las diversas faenas en sus múltiples aspectos, aún cuando carezcan de una especialización sobresaliente en su oficio.

Es un grupo designado en el ámbito de cada planta operativa, dependiente jerárquicamente del responsable del control de planta, y opera generalmente en el 1º turno. La conformación y el tamaño de este grupo se determinan a nivel de cada planta.

Es un grupo que posee un conocimiento profundo de las plantas de su área y una adecuada habilidad para su mantención.

Este grupo enfrenta de manera prioritaria las faenas cuya inmediata ejecución asegura un rápido retorno del funcionamiento de la planta productiva o previene una detención de la producción o elimina condiciones de inseguridad. Realiza controles sistemáticos vinculados a la marcha de la planta, a través de prácticas operativas. Ejecuta controles puntuales por indicación del responsable del control de la planta. Cuando no se requiera su intervención por fallas, realiza trabajos no urgentes: restauraciones, mantención de los equipos y de los medios en dotación. En general, durante las detenciones programadas el grupo efectúa también labores de programa y de 2º o 3º turno, revisa los trabajos en ejecución y completa aquellos que no se han terminado por motivos imprevistos. Es responsable de velar por la seguridad de las máquinas según los procedimientos de la planta. Cuando falten otros organismos de mantención, el grupo de PA es el responsable global de las actividades de mantención desarrolladas en la planta. Realiza preferentemente trabajos de mantención independiente (actividades rutinarias de lubricación, verificaciones, ajustes, pequeñas revisiones, etc.) y sobre todo inspecciones, controles operativos y apoyo a la preparación del trabajo de otros grupos. En caso necesario interviene en auxilio del grupo de PA. Cuando surge la necesidad, ejecuta faenas en otras plantas, sean éstas programadas o imprevistas.

2.

Mantención Menor

1.

Primeros Auxilios

Código

349

Equipo de Faenas 3. Centros Externos Sociales 4. Centros Externos Terceros 5.

Es un grupo que posee suficiente capacidad en las especialidades de oficio y una buena capacidad para ejecutar trabajos ligados al conocimiento de la planta.

6.

Especialistas Externos Terceros

Realiza preferentemente trabajos de mantención independiente y programada, incluyendo la lubricación, en las plantas del área de pertenencia y, excepcionalmente, en función de PA. Cuando surge la necesidad, ejecuta faenas en plantas de otras áreas, sean éstas programadas o imprevistas. Esto se aplica también a los posibles grupos descentralizados operativamente. Son grupos que poseen una Intervienen normalmente durante las detenciones programadas alta especialización de oficio vinculada con una gran para trabajos importantes, para capacidad de intervención en trabajos periódicos y para trabajos determinados componentes, de modificación y mejora. Para respecto de los cuales responder a los picos de demanda desempeñan además una del área, intervienen también para función propositiva, al punto de realizar trabajos que normalmente convertirse en depositarios de llevan a cabo los recursos del la tecnología específica. área, incluyendo emergencias. Normalmente se trata de un Son grupos con Intervienen normalmente durante conjunto de empresas con especialización de oficio y las detenciones programadas una istración central, capacidad de intervenir en para trabajos periódicos y de componentes determinados. cuyas modalidades se modificación. Para responder a definen caso a caso. los picos de demanda del área, intervienen también para realiza trabajos que normalmente llevan a cabo los recursos internos, incluyendo emergencias. Son empresas muy Son empresas con una Opera en cualquier área de la especializadas que elevada especialización de fábrica en caso de problemas de intervienen por solicitud oficio y de tipología de faenas envergadura y muy particulares. específica de los centros en sectores determinados. sociales externos, aprobada por la gerencia. Es un grupo que se caracteriza por: centralización organizacional a nivel de área; descentralización operativa, cuando sea necesaria; distinción generalizada entre mecánicos y electricistas; esquema de turnos determinado a nivel de área. Son grupos centralizados a nivel de fábrica. Pueden desempeñar sus labores en tres turnos.

Fig. 10. Clasificación técnica de los trabajos según los “Grupos de Ejecutores”.

350

Código

Definición Son trabajos de puesta a punto y controles de corta duración, como por ejemplo: lubricación, limpieza, revisión y cambio de filtros, aseguramiento, ajustes y calibraciones sistemáticas (presiones, velocidades, etc.), reemplazo de ampolletas, trabajos de preparación de las máquinas e instalaciones para la detención, limpiezas y reacondicionamientos, mantención de los equipos, mantención menor de los medios en dotación. Son trabajos referidos a un dispositivo individual o a una familia de dispositivos (piezas iguales con la misma función) cuyo ciclo estándar es inferior a un mes consideradas como familia, pero superior a un mes consideradas como piezas individuales. Por ejemplo: reeemplazo de rodillos, cilindros, cuchillas, etc. Son trabajos cuyo ciclo estándar es superior a un mes, ya sea considerando el dispositivo individual o la familia. Estos trabajos se especifican individualmente en el presupuesto de mantención. Por ejemplo: reeemplazo de segmentos de colado continuo, reemplazo de rodillos de la jaula interior, etc. Son trabajos no previstos en los programas de trabajo estándar del control de planta y detectados durante las inspecciones. Comprenden además aquellos trabajos que, aunque figuran en el programa estándar, se llevan a cabo con una antelación considerable y tras una inspección. Son trabajos cuya inmediata ejecución asegura un rápido retorno del

A. Trabajos de rutina

B. Trabajos repetitivos

C. Trabajos periódicos

D. Trabajos de inspección

E. Trabajos de primeros auxilios*

funcionamiento de la planta productiva o previene una detención de la producción o evita complicaciones mayores. Se deben considerar también como primeros auxilios los trabajos incorporados en la detención programada para resolver en forma definitiva las situaciones provisoriamente tratadas con intervenciones anteriores de primeros auxilios.

F. Trabajos de primeros auxilios**

Son trabajos que, sin haber provocado una pérdida de producción, podrían afectarla a corto plazo; son también trabajos incorporados en la detención programada para resolver en forma definitiva las situaciones provisoriamente tratadas con intervenciones anteriores de primeros auxilios.

G. Modificaciones de MAN H. Modificaciones de ESE

Son trabajos tendientes a mejorar la confiabilidad y la economicidad de la mantención y la seguridad de la planta. Son trabajos tendientes a mejorar las potencialidades de la planta, la economicidad de las actividades de producción y la calidad del producto, la ecología, la seguridad del personal y del medio ambiente. I. Restauraciones Son trabajos de restauración y fabricación de repuestos que no forman parte y fabricación de de una fase de trabajo durante la detención, sino que se llevan a cabo en las repuestos secciones, en los talleres centrales o a través de terceros, pero en todo caso no directamente en la planta. Notas: * Detienen la producción ** No detienen la producción

Fig. 11 – Clasificación técnica de los trabajos según el “Contenido”

351

La clasificación en función del “Contenido” subdivide los trabajos en nueve tipos: • • • • • • • • •

trabajos de rutina; trabajos repetitivos; trabajos periódicos; trabajos de inspección; trabajos de emergencia que detienen la producción; trabajos de emergencia que no detienen la producción; trabajos de modificación de la mantención; trabajos de modificación de la operación o de la calidad; restauraciones en taller y construcción de repuestos.

Los detalles relativos al código, la denominación y la definición de cada tipo de trabajo se reproducen en la tabla de la fig. 11. La fig. 12 muestra en forma sintetizada la “Clasificación técnica de los trabajos” en sus tres componentes y sus interconexiones. Esta tabla resulta de utilidad para:

c c c

analizar los resultados de la mantención, seleccionar los problemas e identificar las medidas o caminos a seguir para sucesivas profundizaciones (por ejemplo: uso no óptimo de algunos grupos ejecutores, actividad de inspección insuficiente, estandarización insuficiente, cantidad excesiva de trabajos repetitivos, etc.); dar objetivos precisos y controlar analíticamente la evolución de las situaciones; evaluar el dimensionamiento de las distintas agrupaciones.

Por ejemplo, si se presupuestan muchos trabajos de rutina (código A), repetitivos (código B) y periódicos (código C) y pocos trabajos de inspección (código D) significa que el sistema de mantención se encuentra en su máximo nivel de estandarización y existe el riesgo de ejecutar trabajos innecesarios; si se presupuestan pocos trabajos de rutina (código A), repetitivos (código B) y periódicos (código C) y muchos trabajos de inspección (código D) significa que el sistema de mantención desarrolla mucho el diagnóstico y existe el riesgo de intervenir en condiciones de emergencia con costos elevados. La cantidad de trabajos efectuados por averías (códigos E y F) representa la “temperatura” de la eficiencia del sistema de mantención y de la operación de las plantas.

352

TABLA RESUMEN TIEMP O (detención de la pro ducció n) Có digo

EJECUTORES

Denominación

Có digo

CONTENIDO

Denominación

Có digo

Denominación

I

Faenas de urgencia

1

P rimeros auxilios

A

II

Faenas de mantención independiente

2

Mantención meno r

B

De rutina Repetitivo s

III

Faenas durante detenció n pro gramada

3

Equipo de trabajo del área

C

P eriódicos

IV

Faenas durante detenció n anual

4

Centro s externos sociales

D

De inspecció n

5

Centro s externos tercero s

E

De P A que detienen la producció n

6

Especialistas externos terceros

F

De P A que no detienen la pro ducció n

G

Mejo ras y mo dificaciones po r M A N

H

Mejo ras y mo dificaciones po r ESE

I

Restauració n y fabricació n de repuestos

,17(5&21(;,21(6

EJECUTORES

TIEMP O 1 I

2

3

o

II

o

o o

o

o

o

A

B

C

D

I II

A

B

C

D

I II

o

III o

o o

IV

E

F

o

o

G

H

I

o o

o

o

o

o

o

o

CONTENIDO

TIEMP O

III

6

o

III

IV

5

o

IV

CONTENIDO

TIEMP O

4

o

o

o

o

o o

o

E

F

o

o

G

H

o

o

o

o

I

Fig. 12. Clasificación técnica de los Trabajos – Cuadro resumen e interconexiones

3.5 Estándar técnico-istrativo de la clasificación de los repuestos El estándar técnico-istrativo de la “clasificación técnica de los repuestos” está dirigido a la gestión de las materias primas y repuestos, pero también facilita la identificación y la promoción de las mejoras técnicas de los mismos. La necesidad de tener el repuesto en inventario se determina en función de los siguientes criterios técnicos: • • • •

inspeccionabilidad; influencia sobre la producción; logística posibilidad de averías. 353

La inserción en inventario es el proceso, desarrollado a través de etapas sucesivas etapas, mediante el cual se decide si tener o no en inventario el material, su “clasificación técnica” y las consiguientes modalidades de gestión. •

•

•

•

•

Identificación de los materiales a insertar en inventario. Para determinar si se debe mantener el material en inventario o no, se plantean sucesivamente las siguientes preguntas: ¿Son materiales directamente vinculados al ciclo productivo? ¿Son materiales fáciles de obtener en el mercado local y de bajo consumo? ¿Son materiales para pruebas técnicas comparativas? ¿Son materiales fáciles de construir en la fase de restauro? Identificación de los materiales secundarios o de máquinas por restaurar o revisar. Para determinar si el material necesario para restaurar o revisar una máquina debe ser mantenido en inventario, se plantean sucesivamente las siguientes preguntas: ¿Se contempla el suministro por parte de las empresas contratadas para efectuar la restauración o la revisión? ¿Es factible su construcción con la tecnología de taller? ¿Son los tiempos de construcción inferiores a x horas? ¿Se encuentra el producto en bruto normalmente disponible en la planta o se lo puede obtener en un plazo de y días? Identificación de los materiales que se deberán gestionar mediante puntos de reposición. Para determinar si el abastecimiento de material se realizará a través de puntos de reposición, nos preguntaremos si el material se utiliza repetidamente en las faenas o no. Determinación de la influencia sobre la producción. La determinación de la influencia sobre la producción sirve para identificar las consecuencias de las eventuales averías del material sobre la producción, tanto en términos cualitativos como cuantitativos. Se establece en función de la respuesta a estas preguntas: ¿Existe un by- o stand-by o conjunto en bodega? ¿Es posible proceder a la restauración inmediata sin tener que reemplazar la pieza? ¿Es posible conseguir de inmediato el material en el taller o en el mercado? Determinación de la programabilidad de uso. La programabilidad del uso del material es función de las actividades de control realizables, las que permiten saber el grado de deterioro y la fecha de reemplazo prevista. Se establece en función de la respuesta a las preguntas: ¿Es posible saber mediante inspección el grado de deterioro y 354

el consiguiente reemplazo? ¿Es posible que se produzcan errores en la inspección? ¿Es posible que se produzcan errores de operación? Las respuestas a las preguntas anteriores confluyen en forma estructurada en la “Tabla decisional de la clasificación técnica y de los parámetros de gestión” que se reproduce en la fig. 13. Mediante el uso de esta tabla se concluye el recorrido decisional de la inserción en inventario, y se atribuye a cada material, además de la categoría de pertenencia, también los parámetros, las modalidades y las responsabilidades de gestión. Las categorías de los repuestos son: NCT NR

RI SI

P1-P2-P3

DE

Son repuestos No Clasificados Técnicamente, para los cuales no se aplican los criterios antedichos. Pueden ser almacenados en bodega. Son repuestos No Registrados, tienen características de escasa influencia sobre la producción, frecuencia de uso y posibilidad de averías. No deben almacenarse en bodega. Son repuestos Repetitivos, tienen características de segura movimentación. Se almacenan en bodega. Son repuestos de Seguridad, no son inspeccionables, tienen una alta influencia sobre la producción y se emplean repetidamente. Deben almacenarse en bodega. Son repuestos Programables, son inspeccionables y se puede prever su empleo, tienen una baja frecuencia de uso y posibilidad de averías. Pueden permanecer almacenados en bodega por períodos limitados. Son repuestos de Difícil Empleo, provienen de plantas en desuso. Pueden permanecer en bodega por un período limitado hasta que se formalice su desguace o venta.

Para concluir este tema hemos considerado conveniente resumir en la tabla “Definiciones y modo de empleo de la clasificación técnica”, que se reproduce en la fig. 14, los elementos principales de la clasificación técnica de los materiales y de su utilización. En ella se señalan, frente a cada una de las categorías codificadas: • • • •

las características principales; las modalidades para solicitudes de adquisición; las modalidades de permanencia en bodega; las posibles actividades de mejoramiento.

355

356

0DWHULDO SDUD DVLJQDU D UHVHUYDV

0DWHULDO VHFXQGDULR FRQVWUXLEOH

0DWHULDO FRQ UHWLURV IUHFXHQWHV

0DWHULDO DOWR LPSDFWR VREUH OD SURGXFFLyQ 0DWHULDO FRQ DGTXLVLFLRQHV SURJUDPDEOHV

Fig.13 – Tabla decisional de la clasificación técnica y de los parámetros de gestión

0DWHULDO LQVWDODGR HQ OD SODQWD

PUR

Por reservas zcon PUR

Cesión

Por imputación directa (SPOT)

PUR=0

PUR=0

Por convención

Por convención fabricado en

PUR=0

VOLUME STANDARD

Por convención

Por reservas

AMM.



MAG:

(prim.) OFF (sec.)



MAG

&/$6,),&$&,Ð1 02'$/,'$' 3$5$0(7526 (1&$5*$'2 7e&1,&$ '( *(67,21 '( *(67,21

Clasificación técnica Repetitivos

Seguridad

Código

Características princip ales

R1

Se retiran de bodega por lo menos x años de cada y

S1

Programables

P1-P2

P3

No registrados

-

Se retiran de bodega a lo más 1 año de cada y No es posible programar el período de utilización Influyen sobre la producción Se retiran de bodega a lo más 1 año de cada y Es posible programar el período de utilización Para lo s materiales P1, los pronósticos de utilización son compatibles con los tiempos de aprovisionamie nto Se pueden fabricar durante la fase de reacondicionamiento

NR

-

–

Fig. 14

No vinculados al ciclo de producción Secundarios fáciles de fabricar Fácilmente adquiribles en el mercado local

Formas de utilización Solicitud de adquis ición Permanencia en bod ega Se emite la solicitu d Son materiales siempre cuando se alcanza un presentes en bodega nivel de di sponibilidad inferior o igual al PUR

Se emite la solicitud cuando se alcanza un nivel de di sponibilidad inferior al vol umen STD

-

-

Se emite la solicitud en función de los pronósticos de utilización del (en algunos casos, para los productos P2, también según indicación de Talleres)

Son materiales siemp re presentes en bodega El stock es el volumen STD

El tiempo de permanencia en bodega es muy breve, de modo que el stock se puede considerar siempre igual a 0

Son fabricados por Talleres o por empresas contratadas para efectuar los reacond icionamientos El momento de emisión y la cantidad son decididos por Talleres o por el en función de las necesidades

-

Actividades de mejor amiento

-

Reducción de la repetitividad Para los no inspeccionable s, identificar instrumentos de control adecuados con el fin de convertirlos en programables Se deben desarrollar todas las actividades tendientes a hacer programable el mat erial

-

-

No se conservan en bodega El aprovisionami ento se ll eva a cabo con solicit udes puntuales de imput ación directa

Definición y modo de empleo de la clasificación técnica

357

Confiabilidad del pronóstico de utilización Respeto de los tiempos de aprovisionamie nto

La documentación de los repuestos se completa con las especificaciones estándar que contienen informaciones no incluidas en los dibujos, tales como:

‹ ‹ ‹ ‹

información de detalle sobre la calidad de los repuestos y las tolerancias específicas; indicaciones de detalle sobre tratamientos térmicos; modalidades de realización de pruebas; tipos de protecciones y embalajes.

Dichas especificaciones, promovidas y estudiadas por quienquiera que lo considere necesario, son el documento que acompaña las solicitudes de adquisición. Sirven: • • •

4. 4.1

al solicitante para asegurarse de que el repuesto será suministrado conforme a las necesidades; al proveedor para efectuar en mejor forma el suministro; a la bodega para “reconocer” de inmediato el repuesto a almacenar.

La planificación en la mantención Consideraciones iniciales

La planificación es el conjunto coordinado de planes, programas y faenas. Para que esté “bien preparada”:

c c c

debe tener objetivos precisos y realizables, y debe señalar las acciones necesarias para lograrlos, a partir de la situación del momento; debe ser “integral”, es decir debe ser el resultado de la consideración simultánea de todas las actividades de gestión; debe articularse en varios niveles temporales (plurianual, anual, trimestral, mensual y diario) de modo que el plan de cada nivel superior fije los objetivos que deben lograrse mediante el plan del nivel inferior.

Para lograr esto, es indispensable contar con un sistema de recolección y de análisis de datos que sea unitario y confiable, que haga referencia a parámetros técnico-económicos comunes para todas las funciones de la planta y que sean reveladores de la marcha de la gestión. Requiere además de una actividad de armonización y equilibrio de los distintos planes sectoriales

358

(producción, mantención, adquisiciones, desarrollo de recursos, etc.) capaz de convencer a los responsables individuales de que acepten limitaciones en el desarrollo de sus propios planes en función de una optimización global. En las páginas siguientes, se describe una modalidad de implementación de la planificación específica para una realidad industrial compleja, pero que puede ser adaptada a situaciones de menor complejidad con las simplificaciones del caso. 4.2 Modelo de referencia Esquema lógico de la planificación de la mantención. El punto de partida de la planificación es el “Modelo de paradas de planta para maximizar el nivel productivo” de las instalaciones (Maintenance Pattern): establece la duración y la frecuencia de las paradas programadas para cada planta y delinea el dimensionamiento y la asignación de los recursos necesarios para efectuar los trabajos. Se trata, en la práctica, de identificar el ciclo repetitivo de paradas en cuadrícula en donde se minimizan las pérdidas de producción mediante la parada simultánea de plantas distintas y los picos de empleo de personal mediante una distribución juiciosa de las actividades no involucradas. La amplitud del ciclo repetitivo (1, 2 o 3 semanas) depende obviamente de la complejidad de la planta y de la cantidad de plantas que es necesario detener en forma periódica; los requerimientos de mano de obra y la duración y frecuencia de las paradas se estiman sobre bases históricas. A modo de ejemplo, la fig. 15 muestra el “Maintenance Pattern” (Modelo de referencia) de una planta siderúrgica hipotética.

4.3 Esquema lógico de la planificación de la mantención El esquema lógico de la planificación de la en la fig. 16, sintetiza la visión de conjunto de vínculos con actividades de otras funciones de producción, istración, Adquisiciones, segmentos relativos a la ejecución de las faenas.

mantención, que se reproduce los distintos componentes, los la planta (Planificación de la etc.) y aquellos con los

En él se aprecia cómo el Plan Maestro de la empresa determina el Maintenance Pattern, los Planned Values y el plan trienal de las paradas. A su vez, el plan trienal da origen a planes de nivel inferior pero recibe input del plan de las faenas principales. Es interesante notar cómo el Maintenance Pattern utiliza el análisis de los trabajos realizados para las actualizaciones. Los estándares entregan input para el plan anual, para el plan mensual, para el

359

Patrón de Mantención Ciclo de dos semanas

Nº de personas empleadas por día Mantención independiente

IMA

IMA

PRE ACC TUB

Mantención periódica

CCO

CCO

TNA2 PRE

TNA

ACC TLA

1

COK COK

AGL

AGL

AFO

L

M M J

AFO

V S

D

,0$35(

L

M M J

3ODQWDV

V

S D

PDUtWLPDVSUHSDUDFLyQ

GH

PDWHULDV SULPDV 3DUDQ FDGD GtDV

&2.

&RNHUtDV

$*/

$JORPHUDGRV

$)2

$OWRV +RUQRV

$&&

$FHUtDV

&&2

&RODGD FRQWLQXD

71$ 3DUDQ FDGD GtDV

7UHQ GH FRUUHDV 1ž

71$

7UHQ GH FRUUHDV 1ž

78%

)iEULFD GH WXERV

7/$

7UHQHV GH OiPLQDV

Fig. 15 Patrón de mantención (modelo de referencia de las detenciones)

programa de detalle y para la ejecución de los trabajos, y reciben de la rendición de cuentas de los trabajos los elementos para la actualización. Este 360

proceso interactivo garantiza que los modelos de referencia y los estándares se mantengan siempre vigentes y actualizados. En los párrafos siguientes de este capítulo, se tratan en detalle los temas relativos a los planes, a los programas, a las modalidades y a los procedimientos para su preparación; por otra parte, los temas relacionados con la gestión (preparación, ejecución y rendición de cuentas de los trabajos) se tratan en otros capítulos. 4.4. Los planes de mantención 4.4.1

Definición y finalidad de los planes

El plan de mantención es la optimización, consistente con el plan de producción, de las principales actividades de mantención; da lugar a la programación de las adquisiciones y genera algunos índices de mantenimiento (horas de paradas programadas y accidentales). Los planes de mantención preceden a los programas de producción: su formulación correcta y oportuna permite obtener un flujo de volumen productivo lo más lineal posible. Por ello, los planes de mantención deben ser confiables, compatibilizar las actividades de mantención con las de producción y optimizar los tiempos productivos, el flujo productivo y el consumo de energía, además de las horas de mantención programada, la cantidad de materiales, etc. en función del estado de la planta (por ejemplo: desgaste, envejecimiento, modificaciones y mejoras) y del programa de producción. Los planes, finalmente, contemplan la adquisición con anticipación suficiente de los materiales programables no almacenados en bodega y necesarios para las faenas principales.

4.4.2

Tipos de planes de mantención y contenidos

Los planes de mantención se diferencian entre ellos por el lapso de tiempo durante el cual se desarrollan y por los distintos niveles de detalle de los contenidos. Normalmente se trata de: • • • •

plan de mantención plurianual; plan de mantención anual; plan de mantención trimestral; plan de mantención mensual.

361

Como es natural, estos planes se encuentran interconectados y en sucesión: el plan anual se redacta junto al plan plurianual, del cual constituye una parte; el plan mensual se redacta junto al plan trimestral, del cual constituye una parte. Los contenidos de los planes de mantención se derivan de la lista de faenas, del esquema de paradas anuales y periódicas y de la estimación de la magnitud de las averías accidentales previsibles. a. Lista de faenas principales Es el conjunto de las principales faenas de cada planta y contiene: • • •

la descripción concisa de los trabajos principales; el período durante el cual se deben realizar los trabajos y su duración; indicación para cada trabajo de los materiales necesarios de los cuales no haya existencias en bodega. De este modo, la lista de faenas contribuye a definir:

•

• •

Los programa de producción a través de la identificación y la planificación de las tareas de envergadura que requieren detener las plantas por largos períodos; el plan de adquisición de materiales para cada tarea de envergadura; el presupuesto de mantención a través de la identificación de todos los trabajos no cíclicos o con ciclos mayores que un año.

b. Esquema de las paradas anuales y periódicas Representa la planificación (duración, frecuencia y ubicación temporal) tanto de las grandes paradas anuales como de las paradas periódicas de rutina. c. Estimación de la envergadura de las averías previsibles Es la estimación, sobre bases estadísticas, de la envergadura de las averías previsibles en un lapso de tiempo. Permite evaluar el tiempo disponible para la operación de la planta. El “Esquema de vínculos entre los planes” que se muestra en la fig. 17 pone de manifiesto cómo las listas de faenas principales y periódicas influyen en el esquema de paradas anuales y periódicas, y contribuyen al plan de adquisición de materiales; los planes de producción y de mantención toman en cuenta el esquema de paradas anuales y periódicas y la estimación de averías.

362

Lista de trabajos principales

Estimación averías esperadas

Lista de trabajos períodicos

Esquema de detenciones anuales y períodicas

Planes de producciones Planes de Mantención Y presupuesto

Plan de Adquisición de materiales

Fig. 17 Esquema de la conexión entre los planos

El “Cuadro resumen de los contenidos de los planes de mantención” reproducido en la fig. 18 agrupa en una visión de conjunto los distintos elementos de la planificación e indica la evolución del nivel de detalle y de la profundización: se parte de la descripción concisa y a grandes rasgos de las faenas principales, del período, de la duración y de los materiales importantes contenida en el plan de largo plazo para llegar a la especificación detallada de la actividad, de la fecha y las horas asignadas contenida en el plan mensual. El cuadro resumen destaca visualmente las diferencias y los vínculos entre los distintos planes. 4.4.3

Plan plurianual y plan anual

La finalidad del plan plurianual es establecer en términos macroscópicos las horas anuales de parada, dato indispensable para elaborar el presupuesto. Dicho valor representa en forma sintetizada los objetivos generales de mantención a nivel de planta y, tomando en cuenta la situación del momento, define los parámetros técnico-económicos para conseguir una futura situación de equilibrio de la planta. 363

El arco temporal del plan de mantención plurianual es el de los planes económicos y financieros de la empresa (3 o más años). Normalmente el primer año del plan plurianual coincide con el plan anual, el que a su vez se subdivide en lapsos trimestrales y mensuales. Los contenidos del plan son aquellos señalados en el párrafo anterior. Una guía concreta para su formulación reside en el job-flow y las respectivas notas explicativas que se muestran en la fig. 19. En el job-flow, como hipótesis de estudio, se señalan entidades y figuras profesionales que en realidad habrá que definir en cada planta en función del mayor o menor grado de complejidad de la organización de la empresa. Dentro de esa hipótesis, las entidades/funciones que intervienen en la preparación del plan son: • •

• • • S S S

OPE, operador de área (posiblemente más de uno, en relación con las dimensiones y la organización de la planta); MNO, mantención operativa del área correspondiente a la operación. Dentro de la función MNO se contempla la figura del técnico de planta (en número proporcional a las dimensiones del área), la del programador y la del jefe de departamento que coordina todo el personal técnico de la planta; ING, ingeniería de mantención, organizacionalmente centralizada pero funcionalmente descentralizada; PCM, planificación y control de la mantención, subdividida según materiales y faenas; MAS, dirección de mantención y servicios; OFP, organización de los factores productivos; PPR, planificación de la producción; otros; bajo este rubro se incluyen algunos estamentos técnicos centrales (los talleres, los laboratorios, los servicios auxiliares, los servicios técnicos e instalaciones) y algunos estamentos centrales de gestión (control de gestión, servicios del personal).

364

Plan trienal o de largo plazo (PLP) 1. Descripción concisa de los trabajos principales: A) trabajos que tienen relación con los objetivos estratégicos (mayor producción, menos averías, ecología, seguridad, etc.) B) trabajos de larga duración 2. Período en el cual se deben realizar los trabajos (a nivel de semestre) 3. Duración de los trabajos principales 4. Materiales principales correspondientes a los trabajos principales 1. Duración total y colocación de las detenciones anuales a nivel de semestre

Plan anual (PA) 1. a) b) c) 2. a) b)

1. a) b)

1.

2.

1.

Plan trimestral (PTM)

Descripción concisa de los trabajos principales: ver PLT ver PLT trabajos no cíclicos o con ciclo superior a un año Período en el cual se deben realizar los trabajos 1º año a nivel de mes 2º año a nivel de semestre

Duración total y colocación de las detenciones anuales 1º año expresado a nivel de mes 2º año expresado a nivel de semestre

Frecuencia y duración total de las detenciones periódicas a nivel de año Duración total de las detenciones a nivel de semestre

1. 2.

Cer PLT Duración total detenciones periódicas A) 1º año expresado a nivel de mes B) 2º año expresado a nivel de semestre

Estimación del porcentaje de averías a nivel de semestre

1.

Estimación del porcentaje de averías A) 1º año a nivel de trimestre B) 2º año a nivel de semestre

Elementos 1÷4 correspondientes a los trabajos principales que caen en el trimestre en cuestión

1.

2.

1.

Plan mensual (PM) Elementos 1÷4 correspondientes a los trabajos principales que caen en el mes en cuestión

Duración de la detención a nivel de días Fecha de la detención

1. Duración de la detención a nivel de días 2. Fecha de la detención

Estimación del porcentaje de averías a nivel de semestre

1. Estimación del porcentaje de averías a nivel de semestre

1RWDV (O 3ODQ $QXDO VH GHVSUHQGH GHO SODQ WULHQDO HO SULPHU DxR GH HVWH ~OWLPR (O 3ODQ 0HQVXDO VH GHVSUHQGH GHO SODQ WULPHVWUDO HO SULPHU PHV GH HVWH ~OWLPR Fig. 18 – Cuadro resumen de los contenidos de los planes de mantención

365

366

APROBACIÓN DEL PLAN DE PARTE DE LA DIRECTIVA DE LA FÁBRICA

COORDINACIÓN DEL PLAN A NIVEL DE FÁBRICA

FORMULACIÓN AL PLAN DE MAN. RELATIVO A CONTENIDO

OBJETIVOS POLITÍCOS ACERCA DEL PLAN DE MAN. A LARGO PLAZO (P.TN.)

ACTIVIDAD

ENTE

Implementar

Implementado

EJER CICIO

Redac. lista labores principal

Objetivos

Assembl. verifica

Objetivos

Formul. Plan Man de Reparac.

Objetivos

RESP TÉCNICO PROGRAMA INSTALAC. REPARTO CION

Implementar y Trans.

Reunión p/aprobación

Objetivos

JEFE

MANTENCIÓN OPERATIVA (MNO) TÉCNICO INGEN.

ING. DE MAN

Reunión p/ Decid. Plan De la Empre.

Coordin. A nivel Emp.

CONTROL TRABAJOS

Implementar Y Trans.

CONTROL MATERIAL

PLANIFICACIÓN Y CONTROL

Implementar

Reunión de MAN

Reunión Directivos para aprobación

Reunión de Dirección

Implementar

(1) (2) (3) (4) (*)

Jefe de Servicio Jefe de Reparto Jefe de Planificación Jefe de Ing. De Man Se refiere sólo al plan de MAN anual

Input / output

Actividad

Participación en reunión

Ayuda –apoyo-consulta

LEYENDA

NOTAS

Implementado

CGE PER OFF SAU

CGE = Control de gestión PER = Personal IMP = Instalaciones SAU = Servicios Auxiliares CGE OFF = Oficina Central PER OFF SAU

CGE PER OFF SAU

OFF SAU

PE

Provee plan de trabajo para presupuesto

IMP(*)

OFF SAU

CGE PER

ORGANIZ. PROGR. FACTORES PRODUC. OTROS PRODUCT.. (PPR) DE MAN (OFP)

DIREC.

El proceso para la elaboración del plan se subdivide en cuatro fases: •

• •

•

definición de los objetivos: fijados por la Dirección de la fábrica, se transfieren y comentan a los responsables de mantencion para la elaboración de detalle; formulación del plan: se elabora por la planificación de cada área con la participación de los interesados; coordinación a nivel de fábrica: los planes de las distintas áreas se ensamblan y coordinan por parte de la planificación central con la participación de los interesados; aprobación del plan: el plan es aprobado por la Dirección de la fábrica y entra en vigencia.

4.4.4

Plan trimestral y plan mensual

El plan trimestral surge del plan anual y se expresa detalladamente hasta nivel de día. Se prepara con un mes de anticipación y se actualiza 4 veces al año. Este plan permite definir la capacidad productiva efectiva de las plantas y corregir o modificar la distribución del presupuesto de mantención durante el trimestre. El plan mensual se desprende del plan trimestral y se expresa detalladamente hasta nivel de día y nivel operativo. Se define dentro de los primeros diez días del mes y se actualiza una vez por mes. Este plan permite trazar el plan diario de producción y plantear el plan mensual y detallado de las faenas del mes. Los planes trimestral y mensual se formulan rigiéndose por y adaptando el esquema mencionado anteriormente para el plan anual.

4.4.5

Programa mensual de faenas

El programa mensual de faenas es la lista de las faenas a realizar durante el mes, indicando: contenido del trabajo, fecha, duración de la faena, materiales y recursos necesarios. Dichas faenas se planifican racionalmente, evitando interferencias con otros trabajos y limitando los efectos sobre el flujo productivo. El programa es indispensable para equilibrar los recursos (hombres, medios, materiales, equipamiento).

367

Para redactar el programa mensual de faenas se emplean: • • • • • • • • •

estándares básicos de mantención; recopilación de los resultados de las inspecciones recopilación de las faenas propuestas por los operadores y por otros estamentos; recopilación de los resultados de trabajos anteriores; plan de mejoras y modificaciones; inventario de materiales; presupuesto de mantención y balances de los meses anteriores; plan de faenas anuales; plan trimestral de paradas. Las fases para la redacción del programa mensual de faenas son:

• • • • • • • •

análisis de los documentos mencionados arriba: identifica las necesidades; listado de los trabajos identificados: proporciona una visión de conjunto del mes; evaluación de los recursos necesarios: indica el número, las especialidades, los medios, etc.; definición de prioridades: proporciona elementos para adoptar las decisiones sucesivas; verificación de la disponibilidad presupuestaria: permite mantener los costos bajo control; ubicación temporal de las varias faenas: es el primer borrador del programa; identificación de los grupos a quienes confiar las faenas: permite comprometer con anticipación a los ejecutores; coordinación de los programas a nivel de fábrica, departamento o línea de producción.

El documento adopta formas distintas en función de la organización de la fábrica. El trabajo se puede simplificar en forma notable mediante sistemas informáticos de gestión de las faenas, disponibles incluso en versiones para computadores personales; éstos se ilustran en otra sección de este manual.

368

Actividad 1 Reunión de gerencia

Finalidad Definir los objetivos de la fábrica para un lapso de varios años, detallando el primer año a nivel mensual

Participantes - OFP* - PCM, CGE, PER - Jefes ESE-MAN - DIS

2 Reunión para los planes: - plurianual - anual

Traspasar al responsable de MAN los objetivos de fábrica y poner en marcha la redacción de los planes de MAN plurianual y anual Definir los trabajos principales que se incorporarán en los planes: - plurianual - anual

- Jefe MAN* - PCM - Ing. MAN - Encargado de área

4 Redacción del plan de MAN de sección

Redactar la propuesta a nivel de sección para el plan: - plurianual - anual

- Planificación MAN de sección* - Jefe de sección - Técnicos de ingeniería - PCM - PPR

5 Reunión de MAN

Aprobar, a nivel de MAN, los planes: - plurianual - anual

- Jefe de MAN* -Técnicos de planta e ingeniería - Encargado ESE - OFP, PPR, PCM - PER - PCM* - PPR, OFF, SAU - MAN

3 Redacción lista de trabajos principales

6 Coordinación de los planes de MAN

7 Reunión de gerencia técnica 8 Reunión gerencia

Recolección de análisis, consolidación de datos a nivel de fábrica y comprobación de la compatibilidad Decidir los planes de MAN plurianual y anual

- Técnicos de planta* - Jefes de MAN yESE - Técnicos de ingeniería

-PCM* - Gerente técnico - Jefes de servicios

Contenido - OFP ilustra las propuestas de objetivos generales de la fábrica formuladas con PCM-CGE-Per en relación a: a) planes de producción y mejoras cualitativas previstas b) costos - DIS decide los objetivos: difusión a cargo de OFP y PCM _ MAN: 1) informa a los encargados de MAN acerca de los objetivos de fábrica: 2) solicita la redacción del plan plurianual y anual con: a) detenciones; b) incidencia de averías; c) obras mayores - Los técnicos de planta preparan la lista de las obras mayores teniendo presente el plan anterior y definiendo las limitantes y los tiempos de ejecución - ESE porporciona a los técnicos de planta la lista de otros trabajos y de Mejoras y Modificaciones - Los técnicos de ingeniería hacen recomendaciones a los técnicos de planta en relación a la selección de trabajos por realizar - El jefe de sección MAN revisa la lista y lo entrega a la Programación de Sección - Planificación MAN de sección: a) redacta un primer esbozo de plan con las listas provenientes de los técnicos de planta b) verifica las limitaciones y la compatibilidad con los técnicos de planta y con el jefe de sección y elimina las interferencias c) redacta la versión definitiva del esbozo de plan - técnico de ingeniería participa en la redacción del plan - PPR proporciona el plan de producción - MAN, con el apoyo de Planificación, solicita la aprobación de los planes plurianual y anual

- PCM: a) recolecta y analiza los datos de las secciones b) consolida los datos y verifica su compatibilidad c) a a MAN, OFF, SAU, PPR y OFP para examinar alternativas que resuelvan las incompatibilidades - PCM ilustra el plan de MAN y las alternativas - Gerente técnico decide

Aprobar los planes de - Como en la actividad 1 - OFP somete los planes a la aprobación de DIS y mantención difunde los planes aprobados plurianual y anual - PCM es responsable de convertir para uso de MAN los planes aprobados Notas: * Promotor

Fig. 20. Notas explicativas del job-flow para los planes de mantención.

369

370

2. La gestión de los recursos de mantención por Emilio Cuomo

1.

Generalidades

Dentro de una empresa, la mantención representa una función fundamental para el logro de los objetivos de productividad y rentabilidad. En ella, se ponen en juego una serie de “recursos” que deben ser “istrados” adecuadamente para poder materializar sus objetivos. Es necesario entonces examinar cuáles son los recursos de mantención y qué significa “istrarlos”. Los recursos empleados en mantención consisten en el conjunto de valores profesionales, bienes y servicios necesarios para el desarrollo óptimo de las tareas asignadas a dicha función. Fundamentalmente, se pueden resumir como sigue: • • •

recursos humanos; materiales técnicos; y medios.

istrar estos recursos significa utilizarlos en forma racional e implementar un proceso de mejoramiento continuo a fin de que su uso sea lo más eficiente y eficaz posible. Para cada una de las tipologías señaladas anteriormente, trataremos de poner de manifiesto los aspectos característicos que permitan identificar los criterios y modalidades de gestión eficaz. La gestión de los recursos se debe planificar adecuadamente, y el instrumento de evaluación es el presupuesto de mantención, cuyo proceso se inserta en el proceso más general del presupuesto de la empresa. Por lo tanto, el punto de partida para plantear el problema de la gestión de los recursos de mantención será precisamente la formulación del presupuesto de mantención. 2.

El presupuesto de mantención

La gestión de los recursos se origina en el presupuesto de mantención. Es precisamente allí donde cada año se preparan los planes de mantención y los correspondientes compromisos de gastos y recursos. Más allá de cómo se implemente el presupuesto de mantención, tema que se trata en otro capítulo, lo que interesa es el efecto que ejerce sobre la gestión de los recursos.

371

Los planes de mantención parten de la determinación de las políticas de mantención para luego pasar a la identificación de los bienes críticos y a la definición de las políticas de intervención. Como afirma la norma ya citada, los planes de mantención tienen por objetivo planificar en el tiempo las faenas e identificar y asignar los recursos necesarios, compatibilizando todo ello con las exigencias productivas; el presupuesto anual de mantención representa entonces la cuantificación de las exigencias formuladas por el plan. Queda claro, por consiguiente, que la gestión de los recursos comienza ya en esta fase. Si la redacción de los planes de mantención se lleva a cabo, por lo menos en lo que concierne a los bienes críticos, tomando en cuenta los resultados del análisis MAFEC, una buena parte de los recursos ya habrá sido asignada correctamente. En este caso, la gestión corriente de la mantención debería estar limitada exclusivamente a la mantención por averías, la que, por lo demás, puede preverse estadísticamente. Los conceptos que se expondrán en las páginas siguientes se aplican desde el momento mismo de la redacción del presupuesto anual de mantención, y así también los diversos criterios de optimización de recursos.

3.

La gestión de los recursos humanos

3.1 Generalidades Como ya se ha dicho, la gestión de los recursos se refiere a su uso racional y a su mejoramiento. Todo ello adquiere una importancia especial tratándose de recursos humanos. Digamos antes que, según los sistemas modernos de mantención, las empresas utilizan recursos humanos propios y de terceros; ambos requieren ser usados de la mejor forma posible y requieren también la implementación de aquellos procesos de mejoramiento que hacen más eficiente el servicio de mantención. A partir de estas premisas, las actividades de gestión referidas a los recursos humanos pueden resumirse en las siguientes acciones: • • •

la planificación de las faenas; la rendición de cuentas de las actividades; y la formación y la capacitación. Examinemos ahora cada una de estas fases.

372

3.2 La planificación de las faenas La planificación de las faenas persigue el objetivo de un uso racional de los recursos involucrados; se orienta, por lo tanto, a definir su tipología, las cantidades óptimas y la asignación temporal. En la práctica, significa utilizar los recursos humanos según criterios vinculados a la lógica de gestión de la empresa. El área de dicha actividad se ve seriamente comprometida cuando la modalidad operativa principal es la intervención de emergencia, por cuanto esta forma de operar acelera el pulso de la organización de mantención, absorbe dedicación y recursos, distorsiona los valores profesionales y la cultura de los mantenedores, que tienden a prestar más atención a la reparación de averías que al análisis de los problemas y al mejoramiento continuo. Uno de los viejos problemas que surgen en este punto es determinar si es necesario planificar todos los trabajos de mantención y, dado el elevado costo del proceso de planificación, hasta qué punto es razonable llevar esta actividad. En general, se puede afirmar que, en todo caso, la ejecución de un trabajo planificado es más eficiente que la de un trabajo no planificado, por cuanto permite una reducción considerable de los tiempos muertos. Es razonable afirmar entonces que la “conveniencia” de la planificación de los trabajos es directamente proporcional a la duración de la faena. Si consideramos que el costo de una faena está dado por el costo del trabajo propiamente tal sumado al costo de la preparación, obtenemos una situación como la que se ilustra en la fig. 1. En general, se tiende a considerar constante en el tiempo el costo de la planificación de las faenas; en realidad, esto no es así, pues la experiencia, la estandarización de las faenas y, sobre todo, el empleo de sistemas informáticos de recolección de datos permiten reducir considerablemente los tiempos y los costos de esta actividad, como veremos más adelante. Se deberá, por lo tanto, efectuar toda acción de mejoramiento que permita reducir el costo de planificación, de modo que el punto de intersección de la figura anterior se sitúe cada vez más abajo. El proceso de planificación propiamente tal, tanto en el caso de recursos de la empresa como en el de recursos de terceros, está constituido por los siguientes pasos: T T T T

planificación y elaboración del presupuesto; estándares de las faenas; asignación de recursos; y calendarización.

373

7UDEDMR QR SURJUDPDGR 7UDEDMR SURJUDPDGR

&RVWR SURJUDPDFLyQ

'XUDFLyQ GHO WUDEDMR

Fig. 1 Costo de una participación

3.2.1

La planificación y el presupuesto

Las actividades de planificación y elaboración del presupuesto, si bien claramente diferenciadas, se tratan simultáneamente porque representan el primer paso de la planificación de las faenas de mantención y porque, en su conjunto, pueden constituir los “estándares de trabajo”. Desde el punto de vista de los recursos humanos, planificar un trabajo de mantención significa determinar las diversas actividades necesarias para efectuar dicho trabajo, la duración de ellas y su serialización temporal, y asignar a cada una de ellas la tipología y la cantidad de recursos necesarios. En esta fase, es necesario además definir los materiales y medios operativos necesarios y las normas de seguridad que se deberán respetar. En la práctica, se llena un formulario como el de la fig. 2, que permite llevar a cabo este análisis. Completando los tiempos necesarios para efectuar las distintas fases, se obtiene el presupuesto en horas del trabajo. Si bien no se concibe una planificación efectuada por especialistas que abarque incluso las actividades de corta duración, como las de especialidad individual de duración inferior a ocho horas, tampoco se debe subestimar la importancia de esta fase: en ese caso, podrá ser efectuada directamente por la línea. En todo caso, la actividad, que constituye un instrumento organizacional 374

y de control, se deberá llevar a cabo igualmente, pues también allí existen ineficiencias, pero por ser cada una de ellas de escasa

'HVFULSFLyQ GH OD WDUHD 3RV

'HVFULSFLyQ GH OD

,QVWDODFLyQ 7UDEDMR

DFWLYLGDG





7RWDO

5HVXPHQ GH FRPSURPLVRV \ UHFXUVRV

1ž 5HFXUVRV

0iTXLQD 7LHPSR



7LHPSR



'HO FLFOR

7RWDO





7UDEDMR

7RWDO





Fig. 2. Módulo para la planificación del trabajo.

magnitud, se las tiende a ignorar, y se pierde de vista la ineficiencia global así generada. Como veremos al tratar de los estándares de trabajo, el costo del proceso de planificación de las pequeñas faenas es elevado sólo si se debe repetir cada vez que se presentan dichas operaciones. Lo señalado hasta ahora se aplica tanto a los recursos de la empresa como a los recursos externos contratados por hora. Si los terceros se contratan por obra, entonces habrá que completar un paso adicional, es decir, convertir las prestaciones a artículos de la lista de precios para poder emitir el documento correspondiente de asignación de trabajos.

375

3.2.2

Los estándares de trabajo

Como ya se ha señalado, el proceso de planificación de los trabajos es complejo. Requiere una gran experiencia en la aplicación y un estudio de las mejores metodologías de ejecución para que se pueda proceder a la optimización de los recursos empleados. De allí que sea fundamental tanto el uso de recursos extremadamente calificados que ejecuten este proceso como la capitalización de esta experiencia. La gestión de la mantención corriente debería comprender sólo la mantención por averías; la mantención preventiva, en cambio, se prepara, en sus elementos fundamentales, en los planes plurianuales, y se implementa anualmente mediante el presupuesto de mantención. De ello se desprende que gran parte de los trabajos son en gran parte repetitivos: este fenómeno de previsibilidad hace posible la estandarización de los trabajos de mantención, es decir, su estudio, en forma precisa y metódica, por parte de los especialistas y la capitalización de su experiencia. La formulación de los estándares de trabajo consiste entonces en la definición de los tiempos, recursos y métodos necesarios para la ejecución de un trabajo. Este estándar, una vez estudiado y verificado en terreno, se archiva, y se lo puede volver a utilizar cada vez que se deba repetir el trabajo en cuestión. Es claro que este proceso, a la larga, facilita considerablemente toda la fase de planificación de los trabajos, que sólo requerirá ajustes menores para adaptarla a las peculiaridades específicas inevitables de cada trabajo. Si bien es cierto que mientras más complejo es el trabajo, mayores son los beneficios que se obtienen de estandarizar los métodos, también es cierto que normalizar las pequeñas operaciones es un primer paso para la trasferencia de pequeñas faenas a los encargados de operación, dado que para los operadores no especializados en mantención les resultará seguramente más fácil proceder siguiendo normas específicas y ya consolidadas. Existen diferentes motivos para estandarizar las actividades de mantención; la discusión anterior puede resumirse del siguiente modo:

c c c

la eficiencia del proceso de mantención requiere que las actividades no deban “inventarse” cada vez que sea necesario ejecutarlas; la determinación de los ciclos de trabajo óptimos es, a menudo, fruto de largos años de experiencia y errores, y estas experiencias, una vez consolidadas, deben capitalizarse para beneficio de los recursos humanos incorporados más recientemente; independientemente del nivel más o menos elevado de tercerización que la empresa persiga, la estandarización de las actividades constituye el primer paso para una correcta evaluación y ejecución de las operaciones por parte de cualquier tipo de recursos.

376

La discusión acerca de los estándares de mantención no se pude conducir aisladamente, sino que se debe insertar en la discusión más general de la estandarización y normalización de la empresa. Esto significa que carece de sentido proceder a estudiar sistemáticamente las modalidades ejecutivas si dicho estudio no forma parte de un plan de estandarización a nivel de empresa: requerirá un enorme esfuerzo estandarizar las operaciones de mantención si no se procede simultáneamente a estandarizar el diseño, los repuestos, las pruebas de aceptación de las maquinarias, etc. Aquí nos concierne solamente la mantención, pero lo que hemos manifestado constituye su fundamento. Para ilustrar con más detalle el significado de los estándares de mantención, se puede subdividir nuevamente el proceso en las siguientes actividades: • • •

inspecciones; operaciones de mantención “cotidiana”; estándar de trabajo.

Inspecciones. Estandarizar las inspecciones significa, en pocas palabras, determinar cómo y cuándo medir un parámetro dado, y cómo correlacionar estas mediciones con el estado de salud de la máquina. Un ejemplo de estandarización de las inspecciones es el que se refiere a la medición de las vibraciones, como se muestra en la fig. 3. Se pueden indicar los puntos de medición, el valor esperado, el límite más allá del cual conviene profundizar el análisis, el límite de aceptación de la máquina luego de una reparación y la frecuencia de ejecución de la medición. Como dato al margen: si se considera que esta actividad de inspección es fundamental para el estado de salud de la máquina, obviamente se conservará un registro de estas mediciones, por cuanto a menudo es importante la tendencia de la medición además de su valor puntual. Operaciones de mantención “cotidiana”. La importancia de las pequeñas operaciones de mantención queda demostrada en otra sección de este texto; aquí sólo cabe señalar que incluso en este caso la determinación de métodos y recursos facilita considerablemente el proceso. En consecuencia, se deberá estandarizar las operaciones de lubricación, limpieza y configuración de las máquinas. Un ejemplo de estandarización de las operaciones de limpieza y lubricación se muestra en la fig. 4. En las empresas que poseen una organización más desarrollada, la estandarización de estas pequeñas operaciones es la premisa necesaria para la implementación de la mantención autónoma.

377

Estándar de trabajo. La estandarización de los procedimientos de trabajo incluye métodos, tiempos y recursos necesarios para las distintas actividades. Las operaciones se estandarizarán en función de los distintos bienes que sean objeto de mantención (bombas, tuberías, motores eléctricos…); definir los tiempos de ejecución de las actividades constituye, además, el primer paso para poder medir la eficiencia de los recursos de mantención, tanto propios como de terceros. Para este caso, también presentamos un procedimiento estándar de trabajo (fig. 5). A estas alturas, debería estar ya bastante claro por qué es importante estandarizar los trabajos. El problema real es que, dado que el proceso es largo, a menudo se prefiere efectuar una planificación aproximada, que por cierto es más “económica” en el corto plazo, y se pierden de este modo todas las ventajas recién mencionadas; procediendo de esta forma, cada vez que se debe realizar el trabajo se vuelve a efectuar el proceso de planificación aproximada, y así sucesivamente. ¡Es un cuento de nunca acabar! En estas condiciones, lo que hace falta es “hacer bien las cosas la primera vez”, es decir, poner en marcha un proceso de “calidad” que conduzca al estudio y a la formalización de los métodos de trabajo: evidentemente es imposible contar con estándares para todos los trabajos de la noche a la mañana, pero iniciar este proceso permitirá al planificador trabajar de mejor forma en el futuro, y recurrir a los archivos cuando se trate de efectuar trabajos repetitivos, contando así con “más tiempo” para estandarizar los trabajos nuevos. Al cabo de unos cuantos años, los trabajos principales habrán sido estandarizados, de modo que las operaciones de planificación resultarán más sencillas. Como en todo proceso de mejoramiento, las dificultades técnicas son las más obviables: lo que en verdad se requiere es una voluntad real de cambio por parte de la gerencia. Una vez implementado el estándar, no podemos decir que el proceso haya concluido. Cabe esperar que, así como la metodología actual es fruto de la experiencia, la práctica adquirida a futuro pueda servir para mejorar aun más el mismo estándar de trabajo. La estandarización es, en definitiva, una parte fundamental del proceso de mejoramiento continuo que es propio de cada actividad empresarial.

378

Fig 3

Ficha para medición de la vibración

379

F

E

D

C

B

A

6RSRUWH

$GPLQ

,QVWDODFLyQ 0iTXLQD 6LJOD ,QVSHFWRU )HFKD

XP PPV J

Valor medido *6( XP

0PV J

Valor esperado

Esquema de la máquina

Ficha de medición de Vibración

*6(

Nota

:2 22 8

J

Valor de alarma *6(

1RUPDV GH SXOLGR \ OXEULFDFLyQ 0iTXLQD 7RUQLR 7

6LVWHPDV ;;;;; (VWiQGDU

0pWRGR

$XVHQFLD GH (OLPLQDFLyQ YLUXWD FRQ HVFRED 1LYHO YLVLEOH GH (VWURSDMR DFHLWH 1LYHO GH DFHLWH GH $FHLWHUD D Fig. 4



*

¶

;



6

¶

0

;

¶

;

2ILFLR

'HVPRQWDMH GH OD ERPED \ WUDQVSRUWH HQ HO WDOOHU 6HFFLRQDPLHQWR GH OD ERPED /LPSLH]D HVSHFLDO \ UHYLVLyQ GLPHQVLRQDO (YHQWXDO LQWHUYHQFLyQ GH PiTXLQD KHUUDPLHQWD (QVDPEODMH GH OD ERPED 7UDQVSRUWH \ PRQWDMH HQ VX OXJDU

5HFXUVRV

'HVFULSFLyQ &RMLQHWH 2UHMHUD $$%%& 2UHMHUD ''(() 6RVWpQ FDUWXFKR PHFiQLFR &XxDV

6LVWHPD 6LJOD 7LHPSR FLFOR

$$$$$ %%%%% 7LHPSR WRWDO

0HFiQLFR





0HFiQLFR







0HFiQLFR







0iTXLQD +HUUDPLHQWD 0HFiQLFR 0HFiQLFR







7RWDO 5HVXPHQ GH FRPSURPLVRV \ UHFXUVRV

3RV

3HULRGLFLGDG

Ficha para operación estandarizada de aseo y lubricación.

'HVFULSFLyQ GH WUDEDMR 5HYLVLyQ SRPSD ;;; ±<<<<< 3RV 'HVFULSFLyQ DFWLYLGDG

'XUDFLyQ

)LFKD GH PDWHULDOHV \ HTXLSDPLHQWR &yGLJR 80 &DQWLGDG 1ƒ 1_ 1ƒ 1ƒ

Fig. 5

1ƒ



Ficha estándar de trabajo

380

2ILFLR 0HFiQLFR 0iT +HUUDPLHQWD 1RWD 0DUFD === 0RGHOR 111

7RWDO

3.2.3 Asignación de recursos Cuando hablamos de recursos humanos, nos referimos tanto al personal de la empresa como al de firmas externas. Por lo tanto, al asignar recursos a una actividad determinada, se debe tener presente cuál ha sido la política de la empresa en cuanto a la gestión de los recursos humanos. Por lo general, se tiende a privilegiar el know-how de alto nivel de los talleres de la empresa mediante estructuras operativas constituidas por recursos especializados de alto valor, difíciles y caros de conseguir en el mercado. Es así que las actividades de contenido tecnológico más elevado serán asignadas a recursos internos, mientras que aquellas de menos contenido profesional serán efectuadas por recursos externos. Estas elecciones no son sólo consecuencia de decisiones gerenciales, sino también del know-how disponible en el mercado: esto significa que la misma actividad puede ser considerada estratégica en una planta y menos estratégica en otra. Por lo que se refiere a ciertas competencias muy especializadas, sobre todo en el campo de la electrónica, puede no resultar conveniente mantenerlas in situ, sino recurrir al proveedor de los equipos, o en todo caso a personal extremadamente especializado. Salvaguardando el principio de la elección en base a las mejores competencias técnicas, es necesario luego saturar los recursos de la empresa y derivar a terceros los trabajos que, teniendo en cuenta su urgencia, exceden las capacidades propias. 3.2.4 La calendarización El proceso de estandarización de los trabajos facilita, a mediano y a largo plazo, la planificación y la elaboración del presupuesto para los mismos. Una vez identificadas las especialidades ejecutoras, se debe ubicar en el tiempo las distintas actividades en función de la disponibilidad de recursos respecto de los plazos solicitados. Este proceso se denomina “calendarización” de los trabajos. Es posible subdividir la calendarización de las actividades de mantención según dos criterios, a saber, un criterio temporal y un criterio de complejidad de los trabajos, dado que requieren enfoques diferentes. Aquí es necesario hacer una simplificación, subdividiendo los programas de trabajo en mantención de rutina, cuya gestión se efectúa generalmente sobre la base de su periodicidad, y grandes faenas, es decir, aquellas que involucran trabajos complejos. Evidentemente, mientras mayor sea el horizonte temporal abarcado, mayor será la intersección entre ambos modelos; ello significa que en una planificación periódica de largo plazo, típicamente la planificación anual, habrá lugar también para las paradas de mantención periódica, por lo

381

menos en sus elementos esenciales, mientras que los programas de plazo más breve, como los semanales, se limitarán a recepcionar el compromiso de recursos contemplado para estas grandes faenas, donde éstos sean concomitantes. Planteada esta premisa necesaria, y antes de adentrarnos en un examen más profundo de las dos tipologías de planificación, es menester dejar de manifiesto el vínculo entre los programas de mantención y los estándares de trabajo identificados previamente. Cuando en otro capítulo se hablaba de políticas de mantención, quedaron en evidencia las ventajas de efectuar la mantención por condición en lugar de la mantención cíclica. Esto significa preparar un plan de reconocimiento de las condiciones de las máquinas, es decir, de inspecciones, que constituyen parte esencial de la actividad de los recursos. Los resultados de tales reconocimientos y su estudio cuidadoso por parte de los ingenieros de mantención constituirán la base sobre la cual implementar los programas, tanto en el corto como en el largo plazo. El haber normalizado y fijado en los estándares el uso de recursos, personal, medios y materiales es, entonces, la base fundamental para hacer eficiente el servicio de mantención. 3.2.4.1 El programa periódico y las técnicas de planificación En esta sección, se tratarán dos problemas: el primero se refiere a los contenidos y al nivel de detalle de los programas periódicos, mientras que el segundo atañe a las técnicas empleadas para efectuar esta planificación. Hablar de planificación significa determinar las faenas, medir su “valor” y establecer prioridades. Las funciones de la mantención responden a la priorización siguiente: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

seguridad de las personas en caso de avería; efectos sobre el ambiente en caso de avería; prescripciones legales referidas a revisiones periódicas y pruebas; disponibilidad solicitada para el bien por los planes de producción; existencia de redundancia; existencia de alternativas para el flujo productivo.

Por lo tanto, al preparar los planes periódicos de mantención, especialmente los de largo plazo, habrá que tener presente estas prioridades.

382

El programa periódico Los programas periódicos se implementan fundamentalmente sobre base anual, mensual y semanal. Si el programa anual es consecuencia directa de lo contemplado en el presupuesto, los programas mensuales constituyen la gestión corriente, mientras que los semanales representan la operatividad de las actividades de mantención. El programa anual tiene por objetivo asegurar la confiabilidad de las instalaciones en el largo plazo. Se emite antes de finalizar el año anterior y contiene ante todo la lista de trabajos por desarrollar durante el curso del año siguiente. Dicha lista comprenderá los trabajos a efectuar por ley (por ejemplo, las visitas periódicas Asl e ISPESL para equipos bajo presión), aquellos por efectuar por razones ambientales y de seguridad, las inspecciones por realizar para asegurar un correcto control de los bienes, las mantenciones periódicas incluyendo las paradas contempladas y, finalmente, una cierta cantidad de trabajos, estimables mediante técnicas estadísticas, debidos a la mantención por averías. Es claro que, al irse refinando a lo largo de los años las políticas de mantención, esta última categoría de trabajos debería tender a disminuir. En este punto, teniendo en cuenta lo señalado en relación a la jerarquización de los trabajos de mantención, se deberá clasificar los trabajos en orden de prioridad y estimar, aunque sea en forma aproximada, su duración. Luego se deberá compatibilizar los planes de mantención con los de producción: partiendo de los planes de producción estipulados, de la tipología de los trabajos por efectuar con la planta en funciones o parada y de la estimación de los tiempos y recursos necesarios, se procederá a seleccionar las faenas definitivas, las que a su vez serán distribuidas en el tiempo. De esta forma, se obtiene el plan anual de mantención. Una vez aprobado el plan, incluyendo el visto bueno de los encargados de la planificación económica de la empresa, se puede comenzar el proceso de abastecimiento de los materiales y recursos necesarios para ejecutar los trabajos contemplados en el plan, incluyendo los recursos de terceros. Claramente, si se dispone de una considerable “biblioteca” de estándares de trabajo, el proceso de planificación ya desde esta etapa se ve notablemente facilitado; más aun, él mismo constituirá un patrimonio útil para los años sucesivos.

383

384

Instalación de etileno. Trabajo en el ciclo frrigorirfico.

5

Fig 6 - Ejemplo de programa anual -

Instalación de etíleno. Mantención horno

4

Central Eléctrica. Reemplazo condensador

2

Central Eléctrica. Revisión del alternador

Central Eléctrica. Revisión turbina

1

3

Nombre de la actividad

ID

abr

may

jun

sep

oct

nov

dic

jul ago

mar

ene

feb

3º trimestre 4º trimestre

1º trimestre 2º trimestre

Programa de mantención de la fábrica XXX - año 20XX

ene

La fig. 6 presenta un ejemplo de programa anual. Algunas empresas detallan, en el transcurso del año, el programa anual, subdividiéndolo en planes trimestrales o cuatrimestrales; esto se hace especialmente necesario en sectores sujetos a fuertes oscilaciones del mercado, como el sector químico, donde se debe efectuar frecuentes revisiones de los planes de producción. Otras empresas actualizan periódicamente el plan anual. Como sea que se implemente esta fase, el paso siguiente es la realización del plan mensual. El objetivo del plan mensual es desarrollar los planes de trabajo para llevar a cabo el plan anual. Con un horizonte de trabajo más breve se dispone de los resultados de las inspecciones y de las solicitudes de pequeñas modificaciones emanadas de los operadores, y así es posible calendarizar realmente el desarrollo de las actividades, integrando estas necesidades con lo contemplado en el programa anual. Para su elaboración, es necesario estimar correctamente las horas de trabajo necesarias, ahora subdivididas en las distintas especialidades, asegurar los suministros de los materiales necesarios, verificar la disponibilidad de recursos de terceros de manera que se puedan balancear las cargas de trabajo. Se debe tomar en cuenta también los recursos comprometidos, según lo contemplado para el mismo período, por paradas de la planta o por trabajos de gran envergadura. Todas las actividades se asignarán y distribuirán en el transcurso del mes, tomando en cuenta los plazos requeridos y las dependencias operativas necesarias. El programa mensual se emitirá tanto en forma sintética como por tipología de recursos, por cuanto se trata a la vez de un instrumento de gestión y de un instrumento operativo. Dado que ya desde esta etapa es necesario prever la saturación de los recursos de la empresa, dicha planificación deberá comprender, en lo posible, una cierta carga de trabajo que podrá trasladarse en el tiempo sin mayores consecuencias, a fin de dejar un margen para los inevitables trabajos de emergencia o averías repentinas. Son los así llamados “trabajos pulmón” que saturarán los recursos cuando no se registren necesidades súbitas. Después de esta fase, se llega a la planificación semanal. Una buena técnica, utilizada a menudo, es efectuar la planificación semanal con proyección mensual: sin embargo, el método es bueno siempre y cuando en esta etapa se tomen en cuenta los planes con un horizonte temporal más amplio El objetivo de la planificación semanal es hacer operativas las actividades: por lo tanto, en esta fase hallarán cabida las actividades por emergencias y averías que modificarán la secuencia contemplada para las actividades, causando en consecuencia las ineficiencias inevitables en la captación de recursos (adquisición de emergencia de materiales, horas extraordinarias por parte del personal, etc.). En este punto, el programa debe ser realmente

385

operativo, motivo por el cual se deberá contar con programas para cada tipología de recursos que istrarán, en función de la organización existente, los responsables de taller, los jefes de equipo o directamente los mismos operadores. La experiencia recomienda que se incluyan en el programa mensual o semanal, o mejor aún en el programa semanal con proyección mensual, informaciones suplementarias que podrían resultar útiles para quien deba usar el programa; en particular, para los “clientes” resultará útil indicar la conclusión de los trabajos desarrollados en la semana anterior o, por ejemplo, los trabajos contemplados pero que por alguna razón no se podrán realizar. Esta discusión conduce directamente a considerar la difusión de los programas, es decir, los destinatarios de los programas en los distintos niveles de la empresa. Partiendo del concepto que el programa no es más que la formalización de un diálogo continuo entre las funciones involucradas, es evidente que, mientras que los planes anuales de mantención son de interés para la gerencia de la planta o de la empresa, los planes de detalle constituyen un instrumento de trabajo para los recursos directamente comprometidos y para quien debe istrar diariamente las plantas de producción. Por consiguiente, la difusión de los programas será efectuada teniendo en cuenta estas consideraciones, las dimensiones y la organización de la empresa. Un ejemplo de programa semanal se muestra en la fig. 7. Las técnicas de planificación Al presentar en las páginas anteriores ejemplos de programas, se dio por sentada su facilidad de lectura. Las siguientes son unas breves notas explicativas, dada la difusión generalizada y la consolidación de estas técnicas. El instrumento de formalización usado con mayor frecuencia es la carta Gantt. Se le denomina también “diagrama de barras” y, en su forma más simple, consiste en un listado de actividades en la parte izquierda y una escala de tiempo a la derecha, donde se representa mediante barras la distribución de las actividades por realizar. Por lo general, se agregan además otras informaciones, tales como la cantidad y tipología de los recursos involucrados u otras que se consideren de utilidad para una gestión adecuada de la actividad (por ejemplo, el nombre del jefe de equipo, notas de seguridad, etc.). El instrumento es bastante simple y de comprensión inmediata, pero también adolece de limitaciones como no poner de manifiesto los vínculos entre las actividades y una cierta dificultad en la gestión de los estados de avance parciales.

386

Uso Diario

Programa Semanal para la Oficina Eléctrica - Periodo desde el 10/11 hasta el 16/11

nº 1 2 3 4 5 6

Instal Rdl AAA BBB CCC DDD EEE FFF

31542 26879 23584 12564 14785 34693

Inicio 10/05 01/10 15/09 09/09 11/11 13/10

Fin 12/11 31/10 14/11 28/11 14/11 14/11

Descripción

Rec TC 10 11 12 LU MA MI

Instalación Luminosa Cambio Plataforma Reposición Cañería Adecuación eleéctrica Revisión Motor ME23 Sustición cañeria Alim.

ELE ELE ELE MP MT MP

Resumen de Uso Diario

ELE MT MP

40 16 24 40 32 40

2

2

2

2 5

2 3

2 5 2 2

2

4

4

5

5

4 2 7

13 JU

14 VI

2

2

3 2 2

3 2

2 2 5

15 16 SA DO

3 2

2 2 3

2

2 3

Fig. 7 Ejemplo de programación semanal

Pasando a las técnicas de planificación propiamente dichas, y retomaremos este tema cuando se trate de los instrumentos informáticos de apoyo a la planificación, se puede afirmar que, desde el punto de vista de la gestión de los recursos, el objetivo consiste en su saturación. Se emplea entonces el algoritmo de “mínima pérdida”, que permite asignar temporalmente los recursos de manera que no haya “pérdida” de recursos, teniendo en cuenta todas las exigencias planteadas por los fenómenos productivos. Las empresas externas que realizan trabajos por cuenta de un comisionante deben también utilizar esta técnica, puesto que a menudo estas empresas cuentan con un listado de trabajos por realizar en un plazo preestablecido, y la asignación de recursos es una tarea que corre por su cuenta; que estas empresas también formalicen de esta forma su planificación es un índice de buena organización.

387

2

Volviendo a la técnica propiamente tal, se trata, en el caso más sencillo, de tener una carga de trabajo equivalente al total de horas disponibles y distribuir los trabajos mediante un proceso iterativo sin que se produzcan ni “boquetes” ni “picos” en el uso de los recursos. El total de horas disponibles está dado por las horas de trabajo suministradas por cada trabajador en el transcurso del período bajo consideración; es decir, si para una semana laboral de cinco días se dispone de diez operarios que trabajan ocho horas diarias, la disponibilidad total será de 400 horas. Es un procedimiento que parte de la colocación de las faenas más largas y termina saturando los recursos con aquellas más breves. No existen reglas consolidadas para definir el orden de ejecución de las faenas, sino sólo algunos modelos como el SPT (Short Processing Time) y el DD (Due Dates). El modelo Short Processing Time persigue el objetivo de minimizar el tiempo promedio de espera y contempla la ejecución en primer lugar de las tareas de menor duración. En cambio, el modelo Due Dates, o de fechas de vencimiento, tiene como objetivo minimizar el atraso en el plazo de ejecución de las tareas y contempla que se ejecuten en primer lugar las tareas con fecha de entrega más próxima. Este último es el modelo usado por lo general en mantención. Varias de las tareas no involucrarán sólo una, sino varias especialidades. Las actividades se ordenarán según una secuencia lógica que dejará de manifiesto cuáles son las actividades que preceden y siguen a las principales. Por ejemplo, un desmontaje o remontaje que haya que realizar en altura requerirá la construcción de un andamio, la revisión de una bomba requerirá una desconexión eléctrica, y así sucesivamente. Del programa principal, se desprenderá una serie de actividades rias que formarán también parte de un programa de trabajo. Es tarea de quien realiza la calendarización optimizar también este aspecto. En la práctica, lo señalado hasta ahora normalmente se lleva a cabo utilizando herramientas informáticas, incluso un simple PC; estos instrumentos facilitan especialmente la compatibilidad entre los distintos programas de especialidad. 3.2.4.2 Las grandes faenas: las técnicas reticulares Típicamente, las grandes faenas de mantención coinciden con las paradas periódicas, durante las cuales se efectúan trabajos de mantención preventiva y trabajos de mantención mejorativa. Estos trabajos deben ser enfrentados como auténticos proyectos, utilizando las diversas técnicas de project management.

388

De estas técnicas, la que se utiliza con mayor frecuencia es el Pert, acerca de cuya aplicación entregaremos a continuación algunas notas. Reseña histórica En los años ’50, la marina estadounidense comenzó a trabajar en el proyecto de realización del submarino nuclear Polaris. Pronto quedó de manifiesto que deberían enfrentar no sólo dificultades técnicas, sino problemas relacionados con el control y la coordinación de las distintas actividades. En efecto, en el proyecto participaban 250 contratistas directos y más de 9.000 subcontratistas, que representaban una infinidad de recursos y factores humanos no siempre homogéneos. La US Navy, en colaboración con las firmas Booz, Allen y Hamilton, elaboró entonces los conceptos básicos del método Pert (acrónimo de Project Evaluation and Review Technique). Desde sus inicios, el método constituyó una excelente herramienta de planificación y control de proyectos, tanto así que el resultado de la aplicación de esta nueva técnica fue el ahorro de dos años para un proyecto cuya duración contemplada era de cinco años. En forma independiente, y casi simultánea, se desarrollaban técnicas análogas de previsión y control también en Europa, reflejando la necesidad de dotar a los conceptos de proyecto y de actividades vinculadas entre sí de una herramienta científica que permitiera prever y analizar en forma rápida y económica las consecuencias que una decisión adoptada al comienzo puede tener sobre la evolución del plan en su totalidad. La mejor demostración de las expectativas generadas por la nueva técnica consiste en su inmediata difusión tras las primeras aplicaciones, a tal punto que podemos afirmar tranquilamente que todas las grandes empresas aplican esta técnica tanto en los proyectos grandes como en los pequeños. El Pert El método Pert, derivado del análisis reticular, es una herramienta de gestión muy sencilla, algo que, en sus elementos fundamentales, todos hacemos diariamente. Cuando caminamos, apoyamos un pie antes de levantar el otro y, por lo general, antes de sacar las tazas para el té ponemos el agua a hervir, porque es lo que toma más tiempo: así vemos cómo se utilizan espontáneamente las técnicas reticulares. El Pert es una técnica de diseño, planificación y control que sirve para destacar las distintas fases que componen un plan y sus influencias recíprocas, y para ubicar estas fases en el tiempo: es decir, representa una respuesta a las exigencias de coordinación de las distintas actividades de un proyecto. El

389

método no puede reemplazar las funciones de empresa designadas para estas actividades, pero permite enlazar todos los factores del problema de modo que el problema mismo se aprecie más claramente para su ejecución. El Pert se sirve de una representación gráfica en la cual se destacan las distintas “actividades”, vinculándolas entre sí con “enlaces” técnicos y lógicos. Cómo ayuda el Pert a tomar decisiones. Los problemas de gestión en una parada de mantenimiento surgen de la necesidad de desarrollar y sincronizar muchas actividades distintas, y es inevitable que alguna de las fases entre en crisis o se atrase. Este método ayuda a tomar decisiones expeditas y correctas, utilizando toda la información disponible, pues permite responder preguntas tales como: • • •

¿Cuánto dura el proyecto? ¿Cuáles son las actividades primordiales para el éxito del proyecto? Si se aumenta el personal para esta actividad, ¿en qué medida se acelera el proyecto en su totalidad, y cómo se deben reprogramar las demás actividades?

Las ventajas que se logran controlando y reduciendo la duración de una parada de mantenimiento son evidentes: la aplicación del Pert permite precisamente optimizar los recursos disponibles para ahorrar, en definitiva, tiempo y dinero. Proyecto y análisis El primer problema que hay que abordar al referirnos al análisis reticular es la definición de la palabra “proyecto”: se entiende por proyecto una serie de actividades, vinculadas entre sí, con el fin de alcanzar un objetivo. Como podemos ver, es el caso típico de la parada o de la faena de mantención de gran envergadura, que difieren de los programas periódicos en que en estos últimos las actividades no están vinculadas entre sí. Es necesario definir también el concepto de actividad: podemos afirmar que las actividades deben tener las características siguientes: • • •

ser “homogéneas”, vale decir, deben emplear los mismos recursos y referirse al mismo “trabajo”; ser “finitas en el tiempo”, es decir, tener una duración bien definida, que podrá ser actualizada en el curso de la faena; no ser “repetitivas”, puesto que la técnica no permite loops;

390

•

ser “complejas” o “elementales” según el grado de detalle con que se deba estudiar el proyecto; estar conectadas a través de vínculos temporales o lógicos.

•

La planificación de un proyecto está compuesta fundamentalmente por dos fases: la subdivisión en actividades controlables y su distribución temporal. Para implementar estas fases, es necesario establecer los siguientes elementos esenciales: • • •

subdivisión en actividades; determinación de los vínculos; determinación de las duraciones.

Las actividades y su nivel de detalle Por la palabra “actividad” se entiende un paso en la realización del proyecto. Una actividad puede ser, por ejemplo, un proceso de fabricación propiamente tal, una espera por la entrega de materiales o por la emisión de un permiso de trabajo3, o el tiempo muerto que separa dos fases. Las actividades representan la estructura soportante del proyecto. El nivel de detalle que alcanzará la planificación de las distintas actividades será más o menos fino según los resultados que se desea obtener y de las personas que posteriormente deberán utilizar tales resultados. En consecuencia, el nivel de detalle se determinará caso a caso en función del tipo de análisis que se desea llevar a cabo. El aspecto importante es que dichas actividades sean, y deban ser, controlables. Es una buena norma comenzar por un nivel de detalle no muy elevado para poder contar, en breve plazo, con indicaciones generales obtenidas mediante Pert, y luego descomponer cada actividad en un número suficiente de fases para garantizar, en la fase de control, un análisis oportuno y preciso de los puntos principales de la realización de un proyecto. La experiencia sugiere identificar como actividades aquellos pasos para los cuales no varía ni el número ni la tipología de los recursos empleados.

3

“Documento con el cual el contratante señala los riesgos específicos del ambiente en el cual deberá operar el contratista (específicamente la fábrica) y las operaciones preliminares, durante la ejecución y una vez completado el trabajo. El contratista manifiesta contextualmente la aceptación de las medidas adoptadas al respecto”. 391

Vínculos entre actividades Las actividades de un proyecto deben estar enlazadas entre sí mediante vínculos técnicos y lógicos. Se debe prestar atención especial al análisis de los vínculos, puesto que omitir alguno de ellos podría significar falsear totalmente el programa de trabajo. Es importante que en esta fase se consideren, solamente, como ya se ha dicho, los vínculos técnicos y lógicos, dejando de lado los vínculos de oportunidad o aquellos debidos al uso de recursos; dichas consideraciones intervendrán en un segundo momento. Evaluación temporal y unidades de tiempo Otro paso en el análisis de un proyecto es la estimación de la duración de las actividades: esto significa evaluar el tiempo necesario, en condiciones normales, para completar una fase determinada. En todo caso, durante la fase de actualización del programa, se podrá introducir una evaluación más precisa de dichos tiempos. Por lo que respecta al tema de la unidad de tiempo, está claro que depende del nivel de detalle de las actividades: en las paradas de mantención normalmente se adopta la hora como una unidad de tiempo adecuada para quien se encarga de controlar la ejecución del trabajo. A niveles de síntesis mayores, se puede adoptar el día como unidad de referencia. A fin de conseguir un control adecuado, algunos autores recomiendan además que se limite la duración de las actividades a menos del 5% de la duración total del proyecto, subdividiendo nuevamente las actividades que resulten ser más largas. Tipología de recursos Ya hemos hablado extensamente del uso de recursos en mantención. Quisiéramos ahora introducir una nueva distinción para los fines de la aplicación de esta técnica, como es aquella entre recursos “agotables” y recursos “reutilizables”. Los recursos agotables son aquellos que, una vez utilizados, se acaban para siempre (por ejemplo, dinero, cemento, materiales en general), mientras que los recursos reutilizables son aquellos que, una vez finalizado su uso en una actividad, pueden estar disponibles nuevamente (por ejemplo, personal o equipos).

392

10 6

Fig. 8

Representación de una actividad

Retículo de prioridades: definición y representación gráfica de los distintos elementos Para representar gráficamente un proyecto con el método Pert, se emplea la técnica de prioridades. Al emplear esta técnica, todas las situaciones que puedan darse se representan únicamente mediante dos símbolos, que son la actividad y el vínculo. Las actividades, reales todas, se representan mediante una figura geométrica, de preferencia un rectángulo con un código, generalmente de tipo numérico. En la esquina inferior izquierda, se indica la duración de la actividad en cuestión (fig. 8). Por lo que respecta a los vínculos, se deberá ser especialmente cuidadoso en su representación, puesto que se deberá distinguir los vínculos que enlazan dos o más actividades. El vínculo “normal” entre dos actividades se representa mediante una flecha que parte desde el final de la actividad anterior y llega al comienzo de la actividad siguiente (fig. 9). Este vínculo se denomina Finish-Start (F-S) o Fin-Comienzo, y significa que la actividad 20 no puede comenzar si no ha finalizado la actividad 10. Obviamente, los vínculos pueden involucrar varias actividades a la vez. El vínculo F-S es el más frecuente, pero no el único posible entre dos o más actividades: en efecto, pueden darse varios tipos de enlace entre las distintas actividades, según se ilustra en la fig. 10. En definitiva, los vínculos entre dos actividades pueden ser los siguientes: • • • •

20 no puede comenzar si 10 no ha finalizado (Finish-Start); 30 no puede comenzar si 10 no ha comenzado (Start-Start); 20 no puede finalizar si 50 no ha finalizado (Finish-Finish); 40 no puede finalizar si 30 no ha comenzado (Start-Finish).

393

10

20

Fig. 9

Vínculo entre dos actividades





$

$ $



$



Fig. 10

Vínculos posibles entre dos actividades

En este momento, conviene introducir el concepto de “atraso” relacionándolo directamente al concepto de vínculo. Imaginemos entonces un proyecto que implica la colocación de 100 metros de tuberías. Las actividades, cada una de diez días de duración, se pueden resumir grosso modo como sigue: T T T

efectuar la excavación (A); colocar la tubería (B); rellenar la excavación (C).

Evidentemente, no será efectuada la excavación completa para luego colocar la tubería y finalmente rellenar la excavación, tomando treinta días en total; pero también es evidente que no se puede comenzar a colocar la tubería 394

un instante después de haberse iniciado la excavación. Es razonable suponer que el trabajo de colocación de la tubería comenzará con tres días de atraso respecto de la excavación, y que lo mismo ocurra al rellenar la excavación; en la práctica, mientras la excavación avanza, se comienza a colocar la tubería, y mientras se está colocando la tubería se comienza a rellenar, todo ello con un cierto “atraso”. Se utiliza en ese caso un vínculo Start-Star con un atraso de tres días, que se representa como muestra la fig. 11. Para finalizar la discusión sobre el atraso, se puede decir que también puede ser negativo, en cuyo caso se denomina “deslizamiento”. Mediante las distintas tipologías de vínculos y utilizando el atraso, es posible representar cualquier tipo de enlace, ya sea técnico o lógico, entre varias actividades.







3 dd

3 dd

Fig. 11



Ejemplo de trabajo con enlace start-start

Planificación de un trabajo con la metodología Pert Planificar un trabajo mediante Pert significa fundamentalmente: • • •

analizar el trabajo, es decir, subdividirlo en actividades elementales; diseñar el diagrama reticular; y optimizar y determinar los tiempos de ejecución.

Para analizar el trabajo, se emplea una tabla como la que se muestra a continuación, ya presentada cuando habláramos de la planificación de las actividades, en la cual se anotarán todas las informaciones referentes a las actividades individuales. 395

ID

Descripción de la actividad

Recursos

N.

Duración (dd)

Ahora es necesario determinar los vínculos técnicos y lógicos entre las distintas actividades. Las preguntas que deben ser respondidas para examinar los vínculos entre las distintas actividades son:

: : :

¿Qué actividades deben efectuarse antes de la actividad en cuestión? ¿Qué actividades pueden efectuarse después? ¿Qué actividades pueden efectuarse en forma simultánea?

De esta manera, se está en condiciones de diseñar la malla del proyecto en cuestión. Se debe tener presente que, en general, y como quedará de manifiesto en lo sucesivo, el uso de programas informáticos facilita considerablemente este paso. Es importante destacar que el mero diseño de la malla no implica conocimiento ni de la disponibilidad de recursos ni de los tiempos necesarios; la gestión de estos parámetros se llevará a cabo en otro momento. Cálculo del tiempo mínimo posible y máximo permisible Una vez examinada la lógica del proyecto a través del diseño de la malla, y se haya por lo tanto optimizado la secuencia de las distintas actividades, se debe establecer “cuándo” efectuar las distintas fases del proyecto. Se define entonces: • • • •

primer comienzo (mínimo posible); primer término (mínimo posible); último comienzo (máximo permisible); último término (máximo permisible).

El primer comienzo, denominado también Early Start o ES, representa el instante más temprano en el cual puede comenzar una actividad, mientras que el primer término, denominado también Early Finish o EF, representa el instante en que finaliza una actividad si ésta ha comenzado en el instante ES y

396

si su duración es la que se había contemplado. EF, en unidades absolutas de tiempo, está dado por la suma de la duración y ES. En estos instantes, se calculan también los posibles deslizamientos entre vínculos. El último comienzo, denominado también Late Start o LS, representa el instante el momento más tardío en que puede comenzar una actividad sin comprometer los plazos del proyecto, mientras que el último término, denominado también Late Finish o LF, representa el instante en que se termina una actividad si ésta ha comenzado en el instante LS y si su duración es la que (6

()



D /6

/)

Fig 12 Representación de una actividad y del tiempo

se había contemplado. LF, en unidades absolutas de tiempo, está dado por la suma de la duración y LS. Estos instantes se indican como se muestra en la fig. 12. Un ejemplo Para aclarar mediante un ejemplo práctico los conceptos expuestos hasta ahora, consideraremos el caso de la preparación de una inspección por normativas legales a un equipo, específicamente un intercambiador de calor. La tabla correspondiente al análisis de las actividades podría ser como la que se muestra en la fig. 13. Las consideraciones que conducen al diseño de la malla son: • • •

la actividad 10 debe anteceder a la 20; las actividades 30 y 40 deben ser precedidas por la 20 y pueden llevarse a cabo en forma simultánea; la actividad 70 debe ser precedida por la 30 y la 60

397

y así sucesivamente. Introduciendo consideraciones técnicas y lógicas adicionales, y tomando en cuenta que, por razones de simplicidad, todos los vínculos son de tipo Finish-Start, se obtiene la malla de la fig. 14. Por lo que respecta a los tiempos mínimo posible y máximo permisible, se procede de la siguiente forma: • •

la actividad 10 puede comenzar en el instante 0; la actividad 20 no puede comenzar antes del 5º día; ID

Descripción actividad

Recursos

Nº

Duración (días)

10

Desmontaje cubiertas

3

5

20

Desmontaje del haz de tubos

3

3

30

Escobillado del haz de tubos

2

6

40

Limpieza coraza y cubiertas

Aseo industrial

2

2

50

Inspección con ultrasonidos

Inspectores

1

1

60

Visita completa Usl

Inspectores

1

1

70

Montaje del haz de tubos

3

3

80

Sellado de la coraza

2

1

90

Montaje retén

2

1

2

4

110 Desmontaje retén

2

1

120 Montaje cubiertas

3

5

130 Retiro sellos

2

2

100 Llenado, presurización prueba de hermeticidad

y

Fig. 13 – Tabla de análisis de las actividades

y así sucesivamente hasta llegar a la actividad 130 que comenzará, como mínimo, en el instante 28 (ES) y terminará en el instante 29 (EF); el proyecto, por consiguiente, terminará en el instante 29. Hemos calculado entonces los tiempos mínimos posibles. Para calcular los máximos permisibles, se procede de atrás adelante. Partiendo del concepto que no se permiten deslizamientos del proyecto, los tiempos máximos permisibles para la actividad 130 coincidirán con los mínimos, siendo entonces LF=29 y LS=28. Para la actividad 120, valen las mismas consideraciones, de modo que será LS=23 y LF=28. Se continúa de este modo

398

hasta llegar a las primeras actividades; el resultado de este análisis se muestra en la fig. 15. Determinación y análisis del camino crítico Observando detenidamente la fig. 15, se puede apreciar cómo en algunas actividades coinciden los instantes de primer comienzo y último término: estas actividades, que por consiguiente no permiten deslizamientos, se definen como “actividades críticas”, por cuanto su deslizamiento retrasa el término del proyecto. La secuencia de las actividades críticas a través de la malla se denomina “camino crítico”, que podemos definir como “aquel recorrido en el cual las actividades no permiten desplazamientos ni del tiempo de comienzo ni del de término”. Desde el punto de vista de la conducción del proyecto, el control de las actividades críticas reviste una importancia fundamental, puesto que su atraso comprometerá el término del proyecto. Si, como ocurre frecuentemente, en el transcurso de un trabajo de mantención de gran envergadura las fechas de ejecución están determinadas por exigencias de carácter productivo, será necesario manejar precisamente el camino crítico a fin de compatibilizar la duración con las exigencias antedichas. En la práctica, se realiza el análisis Pert sin tomar en cuenta dichas condiciones, y si éstas resultan ser incompatibles con el desarrollo normal de las faenas, entonces se maneja el camino crítico para reducir los tiempos. Para reducir el tiempo de ejecución de algunas actividades, se recurre a los medios acostumbrados, tales como el trabajo en turnos o en días feriados, o el incremento del número de recursos. Tiempos de deslizamiento Si bien para la gestión de una parada de mantenimiento el control del camino crítico es fundamental, no por ello podemos desestimar las actividades “elásticas”, es decir, aquellas que permiten deslizamientos. Por esta razón, se especifican algunos parámetros, llamados “holguras”, que permiten controlar también estas actividades.

399

Desmontaje cubiertas 1

5g

Cepillado haz de tubos

Montaje haz de tubos

Montaje retén

2

8

9

6g

3g

1g

Desmontaje haz de tubos 2 3g Inspección ultrasonidos 5 1g

Limpieza coraza y cubiertas 4 2g

con

Visita completa USL 6

1g

Fig. 14 - Pert relativo a la verificación inspectiva de un intercambiador de color

8

0

5

Desmontaje cubiertas 1 Mie12/11/97

0

5g Ma 18/11/97

5

8

Desmontaje haz tubos 2 3g

5

5

14

17

17

18

Montaje haz de tubos

Montaje retén

3

8

9

6g

Lun 24/11/97 Lun 01/12097

de

Mie 19/11/97 Vi 21/11/97

14

Cepillado haz de tubos

3g

Mar 02/12/97 Jue 04/12/97

8

14

14

17

8

10 Limpieza coraza y cubiertas 2g

10

11 Inspección con ultrasonidos 1g

8 4

5

Vi 05/12/97

1g Vi 05/12/97

13

14

11 12 Visita completa USL 6

1g

Lun 24/11/97 Mar 25/11/97

Mie 26/11/97 Mie 26/11/97

Jue 27/11/97 Jue 27/11/97

8

12

13

10

Fig. 15

400

13

14

Montaje cubiertas

Desmontaje retén

Llenado, presurización y prueba de hermeticidad 10 g

11

12

1g

Retiro sellos

5g

13

1g

Sellado coraza 7

1g

18

18

22

22

12

13

11

14

28

22

28

12 23

1g 15

401

23

29 Retiro sellos

Montaje cubiertas

1g

Sellado coraza 7

23

Desmontaje retén

Llenado, presurización y prueba de hermeticidad 10 4g 22

23

5g

13 28

28

1g 29

Refiriéndonos a la fig. 16, tenemos cuatro tipos de holguras que permiten optimizar los tiempos del proyecto: T

Holgura total (HT): es el atraso máximo que se puede conceder a una actividad sin que se vea comprometida la duración planificada para el proyecto; está dada por la diferencia entre LF y EF o, lo que es lo mismo, entre LS y ES. HT(10) = [LF(10 – EF(10)] = 4

T

Holgura libre (HL): es el deslizamiento disponible para realizar una actividad si todas las actividades anteriores han respetado sus tiempos mínimos de comienzo (ES); representa cuánto puede atrasarse una actividad sin comprometer los ES de las actividades siguientes. Está dado por: HL(10) = ES(20) – EF(10) = 2

El concepto de holgura libre es que a veces no se puede utilizar toda la holgura total disponible para una actividad, porque al hacerlo así se corre el riesgo de convertir en críticas las actividades siguientes. Desde el punto de vista de la conducción del proyecto, la holgura libre es el parámetro más interesante para el control del proyecto. T

Holgura independiente (HI): es el desplazamiento disponible para realizar una actividad si la actividad anterior ha finalizado en el tiempo máximo permisible y la actividad siguiente debe comenzar lo antes posible. En general, este desplazamiento es muy pequeño, e incluso puede ser negativo. Está dado por: HI(20) = ES(30) – D(20) – LF(10) = 1

T

Holgura programada (HP): tiene por finalidad repartir la holgura total de un camino no crítico según ciertos criterios establecidos. Es el resultado de todas las consideraciones efectuadas por quien lleva a cabo el Pert referentes a la distribución y la asignación de recursos.

402

11

16

18

19

22

15



20



22

23

Fig. 16. Ejemplo de vínculo para el cálculo del transporte.

Asignación de recursos Lo que hemos discutido hasta ahora podría denominarse time analysis, puesto que hemos considerado las actividades, sus duraciones y los vínculos entre ellas. El resultado del procedimiento en su totalidad consiste en una serie de actividades críticas para las cuales el período durante el cual se llevarán a cabo está bien definido, y una serie de actividades no críticas cuyo período de realización no ha sido definido aún. Por lo tanto, se debe determinar cuándo realizar estas actividades. La distribución temporal de estas actividades implica una asignación de recursos, es decir, la calendarización de las actividades en base a la disponibilidad de los recursos mismos. Esta actividad se puede llevar a cabo de dos formas distintas: •

con recursos fijos, es decir, sin nunca exceder la disponibilidad de recursos, lo que puede implicar, cuando los recursos sean escasos, una dilatación del tiempo más allá del máximo permisible; • con tiempos fijos, es decir, excediendo posiblemente la disponibilidad de recursos pero sin corrimientos de los tiempos de ejecución. En realidad, las paradas de mantención se gestionan mediante una técnica llamada smoothing, que impide el corrimiento de los tiempos de ejecución y busca el máximo equilibrio en el uso de recursos. En este caso, en algunos momentos se excede la disponibilidad de recursos; cuando esto suceda, será necesario tomar medidas para modificar la cantidad de recursos o la planificación del trabajo, por ejemplo, estableciendo varios turnos.

403

3.2.4.3 Uso de herramientas informáticas En el transcurso de este capítulo, nos hemos referido en varias ocasiones al uso de herramientas informáticas como apoyo indispensable para la gestión de los recursos. Señalemos además que la planificación de un elevado número de actividades sin la ayuda de algún tipo de software dedicado se presenta como una tarea demasiado gravosa. Por lo demás, el mercado ofrece excelentes herramientas a precios en verdad bastante reducidos. A menudo, las empresas cuentan con un sistema informativo de mantención del cual la parte correspondiente a la planificación constituye un elemento fundamental. Es conveniente que entreguemos aquí algunas indicaciones sobre las potencialidades de estas herramientas. Como hemos visto, los algoritmos para la planificación periódica y para el Pert son diferentes: en un caso, se busca minimizar el derroche de recursos y, en el otro, el programa se construye en torno al camino crítico con las optimizaciones necesarias. El software que se utilice debe, por lo tanto, ofrecer ambos tipos de funcionalidad. Los paquetes más difundidos permiten efectuar una planificación multiproyecto y emitir una serie de informes, clasificables según los recursos comprometidos, según la planta o por cualquier otro criterio, de manera que pueden satisfacer cualquier exigencia en cuanto al nivel de detalle deseado. Un aspecto importante es el enlace con los estándares de trabajo, que deberían ingresar automáticamente a estos programas: también ésta es una característica común de los sistemas informativos de mantención. Otra capacidad notable es la posibilidad de efectuar actualizaciones y modificaciones en línea, lo que permite efectuar un control de gran precisión. Con lo señalado hasta ahora, no pretendemos afirmar que la planificación es posible sólo si se cuenta con herramientas informáticas: también es posible llevar a cabo la planificación con pluma y papel (o, mejor dicho, con papel y… lápiz), pero la implementación de estas herramientas le facilita considerablemente las cosas al planificador y le permite realizar un trabajo más eficiente y eficaz. 3.2.5 Los trabajos realizados por los operadores Históricamente, la organización de la empresa ha situado a la mantención y a la producción en posiciones, si no antagónicas, por lo menos con objetivos diferentes. Un planteamiento de este tipo está obsoleto hoy, y se está pasando de la filosofía “yo produzco, tú reparas” a la filosofía “produzcamos juntos”. La complejidad y la competitividad de los mercados modernos, con la consiguiente búsqueda de una optimización cada vez mayor de los costos y,

404

por lo tanto, de los recursos, ha conducido a una ampliación cada vez mayor de las competencias de los operarios. Desde el punto de vista del mantenimiento se ha venido desarrollando, sobre todo en Japón y en los países del Lejano Oriente, lo que se ha definido como mantención autónoma, es decir, la serie de pequeñas operaciones que son llevadas a cabo por los mismos operarios de producción; es el primer paso para pasar de la mantención preventiva a la prevención de la mantención. Estas operaciones consisten principalmente, y en función de las distintas tipologías productivas, en actividades de lubricación, limpieza, inspección y pequeñas configuraciones de las máquinas que permiten alargar considerablemente el MTBF y, por consiguiente, la vida útil de las máquinas. El asignar estas operaciones a los operarios de producción no sólo permite reducir los costos de mantención directos, sino también evitar paradas de la planta mucho más graves mediante las actividades de prevención y anticipación de los problemas, sobre todo de calidad. Las operaciones que se asignan a los operarios de producción deberían ser semejantes a aquellas que hemos individualizado ahora, y en todo caso no deberían requerir faenas rias o procedimientos complicados de suministro de materiales. Es evidente que el procedimiento para ejecutar estas labores no puede ser la “solicitud de trabajo” corriente que es procesada por varias entidades de la empresa; de igual modo, se ve claramente que es necesario planificar estas actividades y efectuar un seguimiento de las faenas efectuadas. Para este caso, el instrumento de planificación más eficaz es, nuevamente, la especificación del estándar de trabajo que, por ejemplo en el caso de la lubricación, se referirá al tipo y a la cantidad de lubricante y a la periodicidad de la labor. Estos estándares se formalizan y asignan a los operarios como parte integrante de las actividades de producción normales; el registro de las actividades desarrolladas, especialmente las inspecciones, debe formar parte integrante de las operaciones mismas, por cuanto ellas también constituirán un elemento que habrá que profundizar cuando se produzcan desgastes o averías imprevistas. Se tratará entonces de asignar a los operarios una simple planilla donde se señalan los tiempos y las metodologías de ejecución de estas operaciones, y además de suministrarles un instrumento de registro de las actividades realizadas. Un ejemplo podría ser el que se muestra en la fig. 17.

405

199 406

3.3

La rendición de cuentas de los trabajos

Uno de los aspectos decisivos para una gestión eficiente y eficaz de los recursos es la rendición de cuentas de los trabajos. Esta fase constituye el último eslabón del proceso de gestión y, si no se lleva a cabo cuidadosamente, se corre el riesgo de invalidar todo lo que se ha desarrollado hasta ahora. Representa la fase de clausura de las actividades operativas y marca, asimismo, la fase inicial de aquellas reflexiones críticas que deben condensarse en las siguientes interrogantes: S S

¿cómo se emplearon los recursos? ¿qué se puede mejorar y cómo?

Es una fase que a menudo se desestima, pero no analizar estos feed-back significa desaprovechar el aporte de la experiencia y sostener considerables ineficiencias técnicas y económicas. Podemos afirmar que los principales beneficios que persigue la fase de rendición de cuentas son: • • • • •

permitir la actualización del programa; medir la eficiencia de los recursos empleados; verificar que los estándares de trabajo sean correctos; permitir la facturación de las prestaciones a empresas externas; permitir el análisis técnico del trabajo.

Como se puede apreciar, el trabajo de rendición de cuentas persigue objetivos distintos y está dirigido a destinatarios distintos; en su conjunto, se orienta tanto a prácticas operativas como a asuntos de optimización. La rendición de cuentas de todos los trabajos de mantención debe, por lo tanto, llevarse a cabo mediante una revisión sistemática del ritmo de trabajo y una inspección periódica del estado de avance de los trabajos. Ya se ha mencionado la conveniencia de señalar en el programa semanal también los trabajos finalizados en el transcurso de la semana anterior, e incluir comentarios referidos a los trabajos contemplados originalmente pero no realizados, cualesquiera sean las causas. La fase de rendición de cuentas puede entonces subdividirse en dos partes, a saber, la parte económica y la parte técnica, que en todo caso permanecen íntimamente vinculadas en todo momento.

407

Rendición de cuentas económica. Esta fase contempla las siguientes actividades:

: : : :

comprobación del estado de avance de las actividades individuales; actualización de los presupuestos subestimados; adeudamiento correcto a los centros beneficiarios; recolección de datos para posibles facturaciones a terceros.

Los objetivos de esta fase son, en síntesis, lograr un mejoramiento de la capacidad de previsión y de las opciones escogidas, y la creación, mediante el adeudamiento de los costos, de conciencia responsable tanto por parte del “cliente” como del “proveedor” acerca de los aspectos económicos del fenómeno mantención. Rendición de cuentas técnica. Por otra parte, esta fase se plantea como objetivo identificar todos los elementos de carácter técnico que más tarde constituirán la base de la actividad de la ingeniería de mantención para el estudio de soluciones mejorativas. Convendrá, entonces, prestar atención a: • • •

la actualización de las bitácoras de las máquinas; la actualización del uso de materiales; el registro histórico de la faena, con informaciones relacionadas con la causa de la avería, el estado del componente y la reparación realizada.

La actividad de rendición de cuentas puede ser llevada a cabo por diversos actores, en función de la organización de la empresa. En general, es conveniente que esta actividad se sitúe tan cerca como sea posible de la conducción operativa cotidiana, de manera que no se produzcan retrasos en la actualización ni se pierdan informaciones: el encargado de esta actividad será entonces el mantenedor mismo o el jefe de equipo. Si, en cambio, las actividades son ejecutadas por terceros, es conveniente que también ellos participen, de diferentes formas, en este proceso, de manera que se estimule un proceso de partnership más que de mera prestación de servicios. Todas estas informaciones servirán para revisar el estándar de trabajo o, lo que constituye una actividad importantísima, para crearlo cuando dicho estándar no exista aún. La actividad de rendición de cuentas, por cierto en forma simplificada, se deberá llevar a cabo también en el caso de los trabajos realizados por los operadores de planta, dada la importancia que revisten las pequeñas operaciones de mantención para la gestión global de los medios de producción.

408

Demás está decir que estas actividades se facilitan considerablemente si se dispone de un sistema informático, que será útil para los técnicos, para la ejecución de las actividades propiamente tales y, sobre todo, para recolectar los datos en forma estructurada. 3.4 La formación y capacitación de los recursos de mantención La aplicación de los conceptos expuestos hasta aquí es fundamental para transformar la mantención de un “mal necesario” a una “actividad económica”: está claro que todo esto no puede lograrse de la noche a la mañana, sino que forma parte de un plan general de mejoramiento de la empresa. Como en todo proceso de cambio, adquiere una importancia central la formación del personal de mantención. Aquí es conveniente distinguir qué se entiende por formación y qué se entiende por capacitación, puesto que, a menudo, se confunden estos términos. Por formación entendemos la transmisión de conceptos de carácter gestional y técnico que dependen en gran parte de la filosofía y de la cultura de la empresa, mientras que la capacitación tiene que ver principalmente con asuntos de carácter tecnológico vinculados con la operación cotidiana. En síntesis, la formación atañe al “por qué”, la capacitación al “cómo”. Hecha esta distinción, debemos identificar el justo equilibrio entre estos componentes en función de los distintos roles dentro de la empresa: un encargado de mantención recibirá principalmente “formación”, mientras que un operario recibirá principalmente “capacitación”. Podemos afirmar que, más allá de las competencias técnicas necesarias, la formación se refiere a capacidades “básicas” y capacidades “transversales”. Consideramos que las capacidades básicas necesarias en mantención podrían ser:

‹ ‹ ‹

capacidad de valorar la mantención como fenómeno “económico” y, por consiguiente, de evaluar los costos y beneficios de su actividad; conocimiento de la organización y de las estrategias de la empresa; capacidad de gestión de las relaciones interfuncionales.

Las capacidades interfuncionales requeridas, que son en todo caso propias de cada gerente, podrían ser en cambio: • • •

capacidad de problem solving; capacidad de trabajar en equipos interfuncionales; capacidad de innovar;

409

• •

capacidad de negociar; capacidad de comunicarse.

Por otra parte, en lo que se refiere a la capacitación, ésta será función del nivel profesional actual y de las competencias que serán requeridas a futuro, y tendrá que ver principalmente con elementos teóricos y prácticos del oficio. Por ejemplo, en el caso de un mecánico, se tratará de consolidar los conocimientos básicos (dibujo técnico, tolerancias, fileteados,…) para pasar luego a una capacitación más especializada (empaquetaduras, rodamientos…). Como decíamos, el entrenamiento debe ser funcional para las competencias que el rol requiere; por este motivo, por ejemplo, el entrenamiento técnico de los ingenieros de mantención será más intensivo que el de quienes istran las empresas, los cuales a su vez recibirán un mayor grado de formación en, por ejemplo, los elementos de contratación. En definitiva, existe una marcada evolución profesional de las figuras del personal de mantención, cuyos perfiles y competencias están en algunos casos aún por detallar: su formación profesional no puede menos que tomarla en cuenta. 4.

La gestión de los medios

Otro recurso que se debe tomar en cuenta son los medios de trabajo. Están constituidos por todos aquellos equipamientos que, junto al personal y a los materiales, hacen posible la ejecución de un trabajo de mantención. Los típicos medios de trabajo son las máquinas elevadoras, las plataformas móviles o los equipos específicos, a menudo construidos especialmente, de que disponen los talleres de mantención. Con la tercerización de diversas actividades de mantenimiento, es común que se licite también a terceros la gestión de dichos medios, de modo que no pertenecen al licitante sino que se arriendan según las necesidades. De ello se desprende que también estos recursos deben ser istrados adecuadamente. Desde el punto de vista de la gestión, los medios se deben considerar recursos reutilizables, motivo por el cual su uso se planificará según las mismas técnicas empleadas en el caso de la asignación de recursos humanos. Además, no se debe olvidar que los medios, en la mayoría de los casos, se utilizan con sus propios operadores; por consiguiente, se deberá también planificar el uso de estos últimos. Por lo que se refiere a su inclusión en el presupuesto, si se trata de recursos de la empresa, tendrán un costo por hora, mientras que si se trata de un arriendo contratado con empresas externas, se valorizará por faena o por istración, según la naturaleza de los contratos vigentes.

410

3. La gestión de los materiales técnicos por Carlo Mastriforti

1. Introducción Los materiales técnicos representan una porción significativa de los costos de mantención. Según estimaciones confiables (elaboraciones Aiman), en Italia solamente el gasto anual en materiales técnicos es del orden de 30.000 millones de dólares; como dato indicativo, esto constituye entre un 25 y un 30% del gasto total anual en mantención (industria y servicios), estimado en unos 100.000 millones de dólares. Observando cada empresa en forma individual, hallamos situaciones muy distintas: en general, los costos de los materiales técnicos varían entre un 15% y un 40% de los costos de mantención, y exhiben una fuerte correlación con el “espesor” tecnológico del ambiente considerado: en la parte inferior, encontramos a aquellas empresas que emplean tecnologías “livianas” (por ejemplo, líneas de montaje semiautomatizadas), mientras que en los ambientes capital intensive, la incidencia de los materiales adquiere relevancia, hasta llegar a los valores máximos en algunos sectores como la minería, la siderurgia y la industria del papel. En todos estos casos, estamos hablando de recursos económicos cuantiosos, a los cuales no siempre corresponde una sensibilidad de gestión adecuada por parte de las empresas. Aún hoy se encuentran empresas que descuidan la gestión de los materiales técnicos y el desarrollo de los recursos humanos dedicados a dicha gestión. Aún hoy se encuentran empresas que dedican una cuidadosa atención y sus mejores recursos a los sectores productivos, y consideran la bodega como poco más que un departamento limítrofe. A continuación, se describen los criterios guía para una política de gestión correcta de los materiales técnicos, criterios que han sido madurados a través de numerosas experiencias realizadas en el ámbito de la industria y que delinean una metodología con un enfoque de gestión y con características de validez general. 1.1 Objetivos de gestión Los objetivos de una correcta gestión de los materiales técnicos pueden resumirse en un solo punto: poner a disposición de la mantención los materiales necesarios en el momento en que se solicitan y en las cantidades requeridas al mínimo costo global de mantención. 411

Esta última puntualización reviste una importancia fundamental, pues subraya que no se deben considerar solamente los costos directos, es decir, los costos de mano de obra y materiales, sino también los costos por carencias, es decir, los costos cuantiosos, y por lo general ignorados, de las pérdidas de producción. El costo global de la mantención representa, por lo tanto, la unidad de medida única e irreemplazable para evaluar la gestión de los materiales, mientras que se deben considerar errados y hasta dañinos los criterios de gestión basados en la mera consideración de los aspectos “funcionales”, como sería el caso de una gestión de los materiales que se ocupe sólo de la coherencia de sus “parámetros fundamentales” (índices de rotación, inmovilizaciones, etc.), sin querer ver los problemas inducidos en la mantención. De esta manera, podemos expresar en forma más acabada los objetivos de una gestión correcta de los materiales mediante la siguiente formulación:

a a a a a a

minimización de los costos directos: costos de gestión; costos de mantenimiento; minimización de los costos inducidos: costos propios de la mantención (MTTR); costos por no disponibilidad de las plantas (causada por falta de repuestos).

1.2 Procesos y fases de la gestión de materiales La gestión de los materiales aparece como un conjunto de actividades íntimamente entrelazadas, en un cuadro conformado por situaciones efímeras y cambiantes (mejora el nivel de programabilidad de la mantención, mejora la rapidez de los aprovisionamientos, etc.) que requieren de una redefinición y optimización constantes. En el macro-proceso de la gestión de materiales, figuran fundamentalmente cuatro procesos principales (fig. 1). Si dejamos de lado el proceso de gestión operativa, que simplemente identifica las fases operativas secuencialmente, los otros tres procesos (ingeniería de materiales, control de gestión y mejoramiento) trazan el marco preciso de reglas y enfoques por los que se debe regir una correcta gestión; sin este marco, no se puede hablar propiamente de gestión de los materiales, sino de una mera istración de rutina, carente de todo ingrediente técnico.

412

Fig. 1 Proceso principal del macro-proceso de la gestión de materiales

413

MEJORAMIENTO

Análisis

Recepción de pruebas

Estandarización

Reservas

Políticas de gestión

Reducción de los tiempos de aprovisionamiento Ensanchamiento del horizonte de previsión

Índices de rotación

Adquisición

GESTIÓN OPERATIVA

CONTROL DE GESTION

Clasificación

INGENIERIA DE MATERIALES

GESTIÓN DE LOS MATERIALES TÉCNICOS

Inventarios

Retiro

Pólit. de aprov. y órdenes

En el resto del capítulo, nos referiremos a las fases de estos procesos, intentando definir los contenidos de una gestión correcta. 2.

Ingeniería de materiales

2.1 Identificación y clasificación de los materiales La gestión de los materiales implica una serie de distinciones preliminares que sirven para circunscribir las connotaciones. La primera distinción que cabe señalar es aquella entre materiales “funcionales” para el proceso productivo y materiales “funcionales” para el proceso de mantención. Estamos concientes de que el límite entre estas tipologías no siempre está bien definido; no obstante, conviene distinguirlas de modo que existan responsabilidades unívocas por parte de la producción y de la mantención, evitando las zonas de penumbra y la superposición de atribuciones. Tendremos por lo tanto:

:

a a

:

a a

materiales funcionales para el proceso de producción materiales constitutivos del producto: materias primas; productos semielaborados; componentes; materiales auxiliares: productos químicos; fluidos de proceso; catalizadores; materiales funcionales para el proceso de mantención materiales técnicos (constitutivos de las tecnologías): estratégicos; repuestos específicos; repuestos genéricos; materiales de consumo: auxiliares para el funcionamiento (aceites, escobillas, prensaestopas, etc.); auxiliares para la actividad laboral (buzos, guantes, estropajos, etc.)

Una vez delineada el área de los materiales técnicos, es conveniente introducir algunas distinciones adicionales que son necesarias para una gestión correcta. Las clasificaciones más frecuentemente adoptadas emplean como criterios de discriminación la relevancia tecnológica y la categoría industrial de pertenencia. Relevancia tecnológica •

repuestos estratégicos: partes de la planta adquiridas mediante una inversión específica (generalmente durante la fase de primera instalación);

414

•

•

•

repuestos específicos: partes de la planta o piezas de maquinaria “peculiares”, que se deben adquirir donde el proveedor de la tecnología o se deben mandar hacer “a la medida”; repuestos genéricos: partes de la planta o piezas de maquinaria “estandarizadas”, disponibles en el mercado (collarines, rodamientos, válvulas, sellos mecánicos, etc.); materiales de consumo y varios: materiales auxiliares y equipamientos menores (lubricantes, solventes, pernos y tuercas, estropajos, destornilladores, etc.)

Categoría industrial La exigencia de tener modalidades de gestión y parámetros de control diversificados sugiere la conveniencia de subdividir los materiales en “grupos de pertenencia homogéneos” o “clases”. A continuación, señalamos algunos ejemplos de división en clases: • • • • • • •

máquinas eléctricas rotatorias; máquinas mecánicas rotatorias; collarines; tuberías; rodamientos; sellos mecánicos; etc.

Es evidente que la subdivisión por categorías industriales se puede llevar a cabo de varias maneras. El problema de la ingeniería de materiales será, por lo tanto, identificar criterios racionales de agregación que expandan los espacios del control de gestión. 2.2 Codificación Para poder istrar los materiales técnicos, es necesario asignar a cada artículo su propio código representativo de su identidad. Esto es, el código identifica un artículo en base a características geométricas, mecánicas y físicoquímicas precisas y bien definidas. Es de suponer que un mismo código podrá agrupar varias piezas perfectamente idénticas. La codificación de los materiales ha constituido siempre el primer paso para la gestión. La gestión ha tenido un gran desarrollo, sobre todo con el uso de instrumentos informáticos que han permitido una enorme ampliación del área de control de gestión. La gran potencia de los computadores modernos ha

415

hecho posible adoptar codificaciones complejas compuestas por cadenas alfanuméricas capaces de contener múltiples informaciones (clase de pertenencia, destinación de uso, tipología de gestión, etc.) y de incorporar elementos descriptivos para facilitar el reconocimiento de los materiales. Por lo tanto, hablaremos de:

: : : :

codificación estructurada: o clase de pertenencia; o número de clase correlativo; glosa de codificación o elementos descriptivos (abreviados) de las características del artículo; codificación numérica: o número correlativo; codificación universal (en fase de desarrollo): o asignada por organismos internacionales.

2.3 Estandarización Significa definir las características físicas (geométricas, materiales) y técnico-funcionales fundamentales de un componente, es decir, aquellas que individualizan su utilización, de manera que se pueda agrupar bajo un código de reposición único una gama de componentes similares que difieren en algunas características no fundamentales. Se trata de una actividad de enorme importancia por la simplificación que aporta al sistema. Requiere, de parte del encargado de los repuestos, un conocimiento preciso de los componentes de una instalación (máquina o planta) y de su funcionalidad, y consecuentemente una elección responsable de las características estándar, convirtiéndose en una formidable herramienta para el crecimiento del KH. Las ventajas son las siguientes: • • • •

disminución de la variedad y cantidad de las reservas (simplificación de la gestión); disminución del capital circulante; mejores conocimientos sobre la confiabilidad; políticas de reemplazos preventivos más eficaces.

La estandarización de los materiales técnicos, por la delicadeza y complejidad del tema y por los conocimientos requeridos, implica la colaboración e integración entre muchas funciones, principalmente las siguientes:

416

: : : :

Mantención; Gestión de materiales; Diseño de plantas; Sistemas de información.

El plan de codificación debe ser elaborado de forma tal que permita identificar las semejanzas e investigar los parámetros característicos que determinan la intercambiabilidad. 2.3.1 Modularidad Una de las principales ventajas que ofrece la estandarización es el incremento de la modularidad de los componentes. Esto es, se trata de aprovechar la oportunidad de reemplazar ensamblajes completos de piezas en lugar de componentes individuales. Las ventajas que se obtienen son principalmente las siguientes: • • • • •

menores tiempos de restauración; menores costos por carencias; posibilidad de efectuar el reemplazo con personal no especializado; reparaciones en taller con personal especializado; posibilidad de tercerización.

Las ventajas de una mejor “mantenibilidad” tienen, sin embargo, su contrapartida en los mayores costos de inmovilización que acarrea. Por ello, toda hipótesis de modularidad deberá ser evaluada en términos de la razón costos/beneficios. 2.4 Políticas de gestión El problema que debe resolver la ingeniería de materiales se puede resumir en estas dos interrogantes: • •

¿qué materiales y en qué cantidad mantener en bodega? ¿cuáles deben ser las modalidades para efectuar un orden?

Hablaremos de políticas de gestión precisamente para subrayar el tipo de respuesta que se da según las distintas tipologías de materiales.

417

Distinguiremos:

: :

gestión por cantidad (en bodega): o por punto de suministro o por reservas; gestión según necesidades, que presupone: o una alta capacidad de previsión del consumo correlacionada con el tiempo de entrega; o enlaces de gestión de reservas en la bodega proveedora.

2.5 Política de gestión por punto de suministro Se aplica a todos los materiales técnicos cuyo consumo es significativo y determinado estadísticamente. En esta categoría, podemos hallar, por cierto, los lubricantes, las menudencias y también algunos repuestos genéricos tales como rodamientos, sellos mecánicos, carbones de motores, etc., cuyo consumo se mantiene bastante parejo en el tiempo. Para estas tipologías de materiales, habrá que definir: • • •

partida económica de adquisición (EOQ), es decir, cuánto ordenar; punto de emisión para la orden de la partida, es decir, cuándo ordenar; reservas de seguridad (SS), es decir, cuánto habrá que tener en promedio para enfrentar picos de demanda.

2.5.1 Partida económica de adquisición (EOQ) El costo de una partida está dado por la suma del costo de posesión y el costo de la orden. Cabe esperar lo siguiente:

: :

costo de posesión: al aumentar la partida, aumenta también la permanencia promedio en bodega, con el consiguiente aumento del costo de mantención; costo de la orden: al aumentar la partida, la orden tendrá un costo específico (por unidad) inferior.

La partida económica de adquisición EOQ se define, por lo tanto, como el punto de equilibrio entre estos dos costos.

418

Esta cantidad se puede determinar matemáticamente sólo si imaginamos en abstracto que el costo de la orden varíe según una hipérbola y el costo de posesión según una recta, como se muestra en la fig. 2. 2.5.2 Punto de emisión de la orden y reservas de seguridad En una situación donde se prevean en forma determinística los consumos y los tiempos de aprovisionamiento, siendo Ca el consumo de materiales durante el tiempo de aprovisionamiento, el nivel de EOQ podría ser simplemente: para EOQ > Ca para EOQ < Ca

D

=

Consumo anual

Co =

Constante de la orden

Cu =

Costo unitario del material

i

Tasa anual de posesión

=

Nr =

EOQ Ca

Número de componentes del lote

Fig. 2. Costo de la orden.

419

Nr

EOQ Ca

Ta

=

Tiempo de aprovisionamiento

T1

=

Tiempo de agotamiento del lote

tr

=

Punto de reorden del lote

SS

=

Stock de seguridad

EOQ

=

Lote económico de orden

Ca

=

Consumo de materiales durante aprov.

Ta SS tr

T1

t

Fig. 3 Punto de reorden

En las situaciones reales, para evitar los daños por “ruptura de reservas” cuando se enfrentan situaciones donde es difícil prever los consumos, se define el nivel de las reservas de seguridad. El concepto de reserva de seguridad debe ser siempre sometido a discusión a fin de evitar la tendencia natural a un nivel de seguridad excesivo. 2.6 Política de gestión por reposición de reservas Representa la modalidad de gestión típica de los repuestos con bajo índice de rotación (BIR), materiales de uso discontinuo e imprevisible. Para esta tipología, es conveniente proceder según las siguientes modalidades:

: :

se define, en base a los criterios de criticidad del artículo, la reserva mínima o la reserva objetivo; se repone cada vez el consumo efectuado.

En esta política de gestión, la reserva mínima, la reserva objetivo, el nivel de emisión de orden y la reserva de seguridad coinciden, mientras que el consumo efectuado define la cantidad por ordenar.

420

Los niveles de reserva se definen en base a: • • • •

la posibilidad de autoproducción; la criticidad de utilización; la dificultad de aprovisionamiento; la posibilidad de reparación.

2.7 Gestión según necesidades La gestión según necesidades implica efectuar la adquisición de los materiales técnicos necesarios sólo cuando se contemple su utilización. Las ventajas que ofrece esta modalidad de gestión son obvias y, en consecuencia, los responsables de la gestión de materiales deberían hacer todo lo posible por extenderla, sobre todo en el caso de los materiales más caros. Esta modalidad se podrá adoptar siempre que el horizonte de previsión supere el tiempo de aprovisionamiento, como en el caso de los materiales necesarios para las paradas mayores, que normalmente se programan con bastante anticipación. En los últimos años, se ha ido desarrollando la tendencia a suscribir acuerdos entre empresas y proveedores de materiales a fin de que estos últimos mantengan reservas mínimas predefinidas de repuestos genéricos y de materiales de consumo varios. Se trata de materiales de uso inmediato, principalmente necesarios para las mantenciones semanales programadas y también para las faenas de emergencia. El a estas reservas se puede llevar a cabo con procedimientos expeditos, de modo que se minimicen los tiempos de espera. Desde el punto de vista del proveedor, este sistema presenta las siguientes ventajas: • •

los acuerdos de suministro de hecho comprometen a las empresas a una relación de exclusividad; la bodega del proveedor se puede optimizar en función de la cartera de s, que puede incluir varias empresas.

Más adelante, veremos cómo se puede actuar en concreto para extender el área de la gestión según necesidades. 2.8 Políticas de emisión de órdenes Se definen como políticas de emisión de órdenes las modalidades contractuales que rigen las adquisiciones.

421

Distinguiremos:

: : :

orden cerrada: cantidades predefinidas y fijas; compromisos de entrega; término de la validez una vez efectuada la entrega; orden abierta/cerrada: cantidades predefinidas y fijas; entregas múltiples en tiempos distintos; término de la validez al alcanzar un techo máximo; orden abierta: listado de artículos istrados con lista de precios; posible compromiso de techo máximo o vencimiento anual; renegociación anual de la lista de precios.

a a a a a a a a a

Ventajas de la orden abierta

: : : :

disminución del costo de la gestión burocrática del aprovisionamiento; máxima simplificación de los procedimientos de adquisición (pueden ser llevados a cabo por el mismo ); reducción de los tiempos de aprovisionamiento; reducción de las inmovilizaciones.

2.9 Políticas de aprovisionamiento Se definen como políticas de aprovisionamiento las modalidades de aproximación a las distintas tipologías de suministro. Distinguiremos:

: :

proveedores de larga/media distancia: materiales con horizonte de previsión medio; materiales de entrega inmediata con procedimientos de urgencia; proveedores locales: materiales de entrega inmediata.

a a a

Ventajas del aprovisionamiento local Con esta modalidad, es posible traspasar las reservas del material en cuestión desde las bodegas de la empresa a las bodegas del proveedor, con los consiguientes ahorros en capital circulante (gestión según necesidades).

422

2.10 La gestión de los repuestos El papel central que juega el problema de los repuestos en la gestión de materiales exige una reflexión específicamente dirigida a esta materia. Los repuestos están compuestos por componentes elementales y por ensamblajes de componentes elementales pertenecientes a máquinas o equipamientos. Ya hemos introducido, en páginas anteriores, una primera distinción en base a la disponibilidad de los repuestos. A este respecto, hemos definido: • •

repuestos genéricos, aquellos disponibles directamente en el mercado; repuestos específicos, aquellos que se pueden obtener del fabricante de las maquinarias o equipamientos, o que se pueden fabricar a la medida.

Es evidente que la primera categoría no ofrece problema alguno, tratándose por definición de repuestos de fácil obtención y, generalmente, de precio reducido. 2.10.1 Costos por carencia Por el contrario, los repuestos de la segunda categoría constituyen un serio problema de gestión, pues se trata de materiales generalmente muy caros, caracterizados por su escasa movilidad y por elevados costos de carencia. A esta categoría pertenecen los así llamados repuestos “estratégicos”, que reciben este nombre porque su carencia conlleva costos intolerables para la empresa. Se trata por lo general de piezas completas que forman parte de maquinarias o equipamientos aprovisionados mediante financiamientos específicos por razones de seguridad (serpentines de enfriamiento, múltiples de grandes intercambiadores, estatores de motores eléctricos de alta potencia, reactores, etc.). Como se podrá apreciar, el límite entre lo estratégico y lo no estratégico es siempre lábil y difuso, y la evaluación comparativa del costo de carencia y el costo de posesión constituye siempre el criterio fundamental para la toma de decisiones de gestión en este ámbito. 2.10.2

Tipologías de averías

Los modos en que pueden producirse las averías constituyen otro importante tema de reflexión para la gestión de los repuestos. Para iniciar esta reflexión, es importante comenzar por analizar la gráfica en “tina de baño” de la tasa de averías λ de un componente cualquiera de una máquina.

423

Si observamos el comportamiento de una población de componentes iguales durante su ciclo de vida, veremos que la tasa de averías λ aumenta inicialmente a causa de la “mortalidad” de los elementos defectuosos, para luego entrar en la fase de vida útil con λ constante, y finalmente llegar a la última fase en la cual λ vuelve a aumentar. Este comportamiento de las averías también es típico de las maquinarias, es decir, de los sistemas complejos cuya tasa de averías queda expresada por la sumatoria de las tasas de averías de sus componentes. La gama de modalidades de avería es muy amplia: • • • • •

rupturas por fatiga causada por esfuerzos; desgastes; averías accidentales; averías por defectos de diseño y fabricación; etc.

La consideración de la tasa de averías puede aportar informaciones útiles para la gestión de repuestos en la medida en que se logre reconocer la avería de un componente como perteneciente a una de las tres fases que presenta la tasa de averías. Bajo el punto de vista estadístico, las modalidades de avería se pueden enmarcar en dos categorías: • •

averías de ocurrencia casual; averías de ocurrencia tendencial.

A la primera categoría pertenecen, por ejemplo, los sedimentos estructurales que se pueden remitir a imperfecciones en el proceso de fabricación, las rupturas debidas a condiciones de uso anormales e imprevistas y, en definitiva, todos los fenómenos de averías debidas a circunstancias accidentales y no vinculadas a fenómenos de desgaste o deterioro. En estas circunstancias, el que un componente se haya averiado no significa necesariamente que la avería se volverá a producir: una vez reemplazado el componente averiado, la confiabilidad del sistema vuelve a tomar el valor máximo inicial. Por lo tanto, la formación de las reservas puede depender de consideraciones de “estrategicidad”, cuando se trate de pocos componentes o de componentes individuales, o de expectativas estadísticas (tasa de averías λ) cuando se trate de poblaciones numerosas.

424

Las averías de ocurrencia tendencial son aquellas que se producen durante las fases de “infancia” y “vejez” del ciclo de vida de un componente o de una máquina. Refiriéndonos nuevamente a la muestra estadística, la experiencia indica que las fases iniciales de funcionamiento se caracterizan por numerosas fallas, debidas principalmente a defectos de fabricación ocultos que presentan una tendencia decreciente hasta llegar al nivel de estabilización de la tasa de averías. Un enfoque de mantención correcto para esta fase consiste en reemplazar solamente los componentes que fallen, teniendo presente que los reemplazos preventivos empeorarían la tasa de averías. Las fases finales de la vida de los componentes se caracterizan por tasas de averías crecientes. Este fenómeno se manifiesta especialmente en los componentes activos de una máquina, en los elementos sujetos a desgaste, es decir, en aquellos componentes cuyo ciclo de vida tiende a extinguirse en un plazo determinado. Para mejorar la tasa de averías en estos casos, puede resultar conveniente inspeccionar en forma cíclica los elementos desgastados, reemplazándolos oportunamente, o proceder a efectuar reemplazos cíclicos parciales, cuando no sea posible llevar a cabo ciclos de inspección. 2.10.3 Modalidades de consumo Otra importante reflexión acerca de los repuestos se origina a partir de las modalidades de consumo. En este contexto, es especialmente eficaz el análisis ABC que se realiza comparando el número, el valor y la representatividad de las solicitudes de repuestos (fig. 4). En general, hallamos que las solicitudes de repuestos involucran preferentemente (70-80%) el 10% de los componentes de una máquina, mientras que una pequeña fracción de las solicitudes se refiere al 90% restante de los componentes. Esto coincide perfectamente con los conocimientos que poseemos acerca de las máquinas, los que demuestran que las piezas sujetas a desgaste son generalmente limitadas.

425

Fig 4 – Análisis ABC

Más interesante aun es la distribución de las solicitudes de repuestos. De ella se desprende una fuerte concentración tanto del valor de los repuestos como del número de solicitudes para un número limitado de componentes. Subdividiendo los repuestos en razón del número de rotaciones anuales y siendo: • •

BIR (bajo índice de rotación) NIR (normal índice de rotación)

IR < 1 IR > 1

hallamos que las piezas BIR constituyen la mayor parte, tanto en número de solicitudes como en valor, y que entre las BIR, pocas solicitudes (5-10%) de valor unitario considerable constituyen más del 50% del valor global. Estas consideraciones nos permiten focalizar los repuestos BIR como la familia de repuestos que presenta mayores dificultades de gestión y mayores riesgos (de costos, de quiebre de reservas, de obsolescencia). 2.11 Conclusiones El enfoque metodológico de la ingeniería de materiales no puede, por cierto, quedar circunscrito a la discusión y a las reflexiones realizadas hasta aquí. Toda gestión de materiales debe ser planteada tomando en cuenta la situación específica. Hemos querido solamente dejar en claro que una gestión de materiales eficiente y eficaz siempre necesita ser planificada para no quedar sepultada bajo el peso de un quehacer cotidiano que no ofrece posibilidades de escrutinio y verificación. La planificación de la gestión de materiales podrá luego ser mejorada a la luz de la experiencia: es lo que veremos a continuación, con el apoyo de las herramientas de gestión a las cuales haremos referencia.

426

3.

El control de gestión

Ya hemos dejado de manifiesto cómo las opciones de gestión de materiales deben siempre considerarse provisorias, puesto que constituyen el resultado de equilibrios precarios vinculados a situaciones de conveniencia contingentes y cambiantes. Por lo tanto, es necesario interceptar, a través del control de gestión, los aspectos críticos emergentes y modificar la gestión de los materiales, sin escatimar esfuerzos que permitan reducir las inmovilizaciones, sin menoscabar la eficacia de la acción de mantenimiento. A continuación, indicaremos las acciones que se pueden realizar con provecho en el ámbito de la gestión operativa. 3.1

Valorización de los materiales

La gestión de los materiales requiere que se determine el valor económico de las partidas en juego. No es asunto sencillo determinar el valor de los materiales almacenados en bodega, no tanto de manera conceptual, sino en la práctica. Desde un punto de vista conceptual, la valorización puede parecer fácil: el valor que se atribuye en cada instante a un objeto dado se obtiene del costo de adquisición actualizado en función de los costos de inmovilización y de la fracción de costos de almacenamiento. Como se podrá apreciar, este planteamiento es de hecho irrealizable, pues habría que istrar cada elemento en forma individual. Y, además, ¿cómo tomar en cuenta las variaciones del costo de mercado que costos unitarios diferentes pueden introducir en un mismo código, incluso en breves períodos? El asunto ha sido objeto de estudio por largo tiempo, y se han propuesto soluciones orientadas a compatibilizar la máxima precisión con la máxima simplicidad. Señalaremos a continuación los principales criterios de valorización. 3.1.1 LIFO •

Los materiales retirados de bodega se valorizan como las entradas más recientes. Los materiales almacenados se valorizan como las entradas más antiguas • del año fiscal. Esta valorización permite asignar al consumo el costo de mercado y, a las inmovilizaciones, un valor inferior. Constituye el criterio de valorización más frecuentemente empleado para fines fiscales.

427

3.1.2 •

Costo medio ponderado

Promedio móvil de las entradas valorizadas.

Atribuye el mismo valor al consumo y a las inmovilizaciones. Si los costos de adquisición cambian durante el año, se obtienen valores unitarios distintos. 3.1.3

Costo medio actual

Consiste en calcular la valorización de manera análoga al criterio anterior, pero incorporando en las entradas valorizadas tanto el precio del material como los costos rios de aprovisionamiento (costo de transporte, otros costos de suministro). Se trata del criterio que más se ajusta a los valores de mercado cuando las adquisiciones son frecuentes. El cálculo depende de la obtención de información proveniente de la contabilidad general. 3.1.4 •

Costo STD

Valor de referencia fijo en el año fiscal, actualizable año a año.

De uso sencillo e inmediato, representa el criterio más interesante para la gestión del presupuesto y los adelantos de gastos mensuales, puesto que atribuye el mismo valor unitario convencional al consumo y a la inmovilización. 3.2

Velocidad de rotación

Este parámetro identifica uno de los principales motores de una buena gestión de bodega. El algoritmo que lo representa, el índice de rotación (IR), se expresa como la razón entre el consumo valorizado (C) y las existencias valorizadas (I) de artículos o clases de mercaderías durante un período determinado. Normalmente, se toma el año como período de referencia, de modo que el IR expresa el número anual de rotaciones. IR =

C I

En ocasiones, se utiliza la razón inversa, en cuyo caso adopta el significado de “años de reservas” o, multiplicándolo por 12, “meses de reserva”. Se trata de una herramienta simple y eficaz para una adecuada

428

gestión de los materiales, sobre todo para identificar las áreas críticas respecto de las cuales habrá que efectuar un análisis más detallado (como el análisis ABC al que nos referiremos en lo sucesivo). La literatura técnica señala algunas clasificaciones efectuadas en función del IR:

:

:

repuestos con índice de rotación normal (NIR): o tienen un consumo anual superior a la unidad; o comprenden normalmente: repuestos genéricos, materiales auxiliares;materiales de consumo; o generalmente se istran por “punto de emisión de orden”; repuestos con índice de rotación bajo (BIR): o tienen un consumo anual inferior a la unidad; o comprenden normalmente; repuestos genéricos; repuestos específicos; o generalmente se istran por “reposición de reservas” o “según necesidades” (en caso que el consumo se pueda planificar).

Entre los BIR, encontramos a menudo los repuestos críticos y estratégicos, que presentan las siguientes características: • •

son repuestos específicos, a menudo adquiridos junto con la máquina/planta por razones de seguridad, para hacer frente a imprevistos; tienen un consumo muy bajo, y en ocasiones ni siquiera alcanzan a consumirse durante la vida de la máquina.

Siempre conviene que esta tipología de materiales se gestione a parte en función de la criticidad específica (costos de carencia, costos de posesión) y de la seguridad. 3.3

Análisis ABC de los consumos y de las inmovilizaciones

Los análisis ABC pueden constituir una herramienta simple y eficaz para identificar los aspectos críticos de una bodega. Para facilitar la comprensión, en la fig. 5 presentamos un caso clásico, constituido por una muestra significativa de treinta artículos dispuestos en orden decreciente de valor del consumo anual. La clasificación realizada muestra que el valor se distribuye en forma variable entre los códigos istrados, y que presenta una concentración en algunos de ellos. La tabla siguiente pone de manifiesto que siete de treinta códigos constituyen un 74% del valor global y que los códigos siguientes influyen en una medida cada vez menor. Por lo tanto, podríamos distribuir la

429

muestra en tres grupos, concentrando prioritariamente las acciones de mejoramiento en la tipología A, concretamente representada por los siete códigos mencionados (figs. 6 y 7). El análisis ABC comparado de los consumos y de las inmovilizaciones, efectuado en forma periódica sobre clases individuales o sobre conjuntos de códigos, permite revelar muchos aspectos críticos de la gestión. Nº de programa

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Código

303-7 650-27 541-21 260-81 712-22 054-09 097-54 440-18 440-01 308-31 016-01 305-04 155-29 542-93 582-34 323-34 412-27 540-80 137-29 401-53 418-51 418-50 390-02 037-41 402-50 900-01 543-61 900-11 003-54 691-30

Valor unitario

Consumo anual

58,50 2,46 210,00 164,11 2,39 5,86 136,36 17,30 337,35 136,20 12,89 45,30 38,02 62,91 32,08 71,30 23,01 24,76 12,31 30,64 168,86 168,80 17,47 24,05 22,00 41,64 15,10 46,80 11,41 0,41

6000 80000 500 450 25000 10000 300 2000 100 200 2000 475 500 300 500 200 600 500 1000 400 65 65 500 200 600 100 200 50 200 5000

Fig. 5. Muestra de 30 artículos.

430

Valor del consumo anual Valor ( ) Suma acumulativa () 351000 351000 196800 547800 105000 652800 73850 726850 59750 786400 58600 845000 40908 885908 34600 920508 33735 954243 27240 981483 25740 1007263 21518 1028781 19010 1047791 18837 1066664 16040 1082704 14260 1096964 13806 1110770 12380 1123150 12310 1135460 12256 1147716 10976 1158692 10972 1169664 8735 1178399 4810 1183209 4400 1187609 4164 1191773 3020 1194793 2340 1197133 2282 1199415 2050 1201465

% del número total de noticias 23 43 34 100

% del valor total 74 21 5 100

Fig. 6 – Datos sinópticos de la tabla

95%

1,200 1,000

74% 800 600 400

A

C

B

200 0 66%

23%

(30) 100%

Fig. 7 Curva de Pareto y análisis ABC

En particular, la distribución promedio de los consumos puede revelar imperfecciones en las políticas de aprovisionamiento, mientras que la distribución de las existencias puede revelar imperfecciones en las políticas de gestión (fig. 8 y 9).

431















DUWtFXORV

YDORUHV

Fig. 8 – Distribución media del consumo de los materiales técnicos

















DUWtFXORV

YDORUHV

Fig. 9 – Distribución media de la permanencia en bodega de los materiales técnicos

432

3.4

Análisis de elementos no movilizados y obsoletos

Entre las iniciativas más eficaces para identificar y eliminar los despilfarros, se cuenta el análisis de elementos “no movilizados”. Se trata de clasificar el material técnico, el valor y el número de código según criterios de “no movilización” a lo largo de varios años. Se podrá considerar, por ejemplo, la siguiente subdivisión: • • • • • •

no movilizados desde hace 3 años; no movilizados desde hace 4 años; no movilizados desde hace 5 años; no movilizados desde hace …; no movilizados desde hace 8 años; más de 8 años.

Comúnmente, se obtienen perfiles (por valor o por número de código) del tipo que se muestra en la fig. 10. Si a medida que procedemos con el análisis a lo largo de los años halláramos que el valor de los elementos no movilizados no disminuye significativamente, tendríamos la certeza razonable de haber identificado el talud de los elementos obsoletos (si consideramos aparte los elementos estratégicos), representado en la figura mediante una recta. Los materiales obsoletos son una piedra en el zapato para la gestión, pues generan desorden y ocupan espacio útil. Es necesario tener el coraje de analizar las causas de la obsolescencia para no repetir los errores en el futuro; las causas pueden ser de varios tipos:

433

120 100 80 60 40 20 0

9DORUHV Fig. 10 - Análisis de los materiales técnicos inmovilizados

• • • •

estéticas; funcionales (daños); de incumplimiento de la normativa de seguridad; etc.

Una vez analizadas las causas, se proseguirá con la desinversión y la enajenación de los materiales obsoletos. 3.5 Inventario Incluso en la bodega más ordenada pueden ocurrir errores de cómputo durante los retiros o durante los controles de recepción, errores que pueden producir que las existencias físicas y las existencias contables no coincidan. Para evitar que esta discrepancia aumente en el tiempo, con las anomalías que es fácil imaginar, es necesario ejecutar en forma periódica un control de inventario. Podemos hablar de distintos tipos de inventario:

434

Inventario total: implica el cierre de la bodega mientras dure el proceso de inventario; • se lleva a cabo en situaciones especiales (cese de actividades, cambio de • gestión, etc.) Inventario por zonas (o por rotación): implica solamente el cierre de la zona que será objeto de inventario; • favorece el emplazamiento físico de las áreas una por una. • Inventario estadístico: se establecen el número de inventarios durante el período de referencia, el • porcentaje de artículos por inventariar y los porcentajes de pertenencia a las categorías ABC de los códigos por inventariar, en relación con los retiros y las existencias (fig. 11). En el caso representado por la tabla de la fig. 11, el planteamiento elegido establece que los códigos se seleccionen preferentemente de las categorías A y B, donde se concentra el máximo valor. El computador, en base a estas indicaciones, determinará qué códigos habrá que controlar. 3.6

Análisis de los componentes críticos

Son los componentes de una máquina o de una planta que “trabajan” y están sujetos a averías por desgaste (en sentido amplio). La identificación de Nº de inventarios anuales

50

Nº de códigos a inventariar

10%

Clase inventario A por valor de retiros anuales B por valor de retiros anuales C por valor de retiros anuales A por valor de existencias

Valores mayores que 500

%códigos buscados 20

300

20

50

10

500

20

B por valor de existencias

300

20

C por valor de existencias

-1

10

Total

100 Fig. 11 – Inventario estadístico

los componentes críticos permite establecer políticas de aprovisionamiento de dichos materiales y una definición adecuada de los niveles de reservas.

435

La identificación de los componentes críticos puede llevarse a cabo con el auxilio de metodologías apropiadas, especialmente el MAGEC (análisis de las modalidades de avería, de los puntos críticos y de sus efectos). 3.7

Análisis crítico de las reservas

La gestión de los materiales conlleva siempre, a medida que pasa el tiempo, una inadecuación progresiva de los niveles de reservas a causa de la variación de los escenarios de referencia. Por lo tanto, es necesario ser capaces de replantear la discusión acerca de:

:

:

3.8

las políticas de gestión: o materiales no movilizados para los cuales se habían previsto abundantes rotaciones, o viceversa; o componentes inicialmente no críticos y que se han vuelto tales a consecuencia de un mayor uso/saturación de las plantas, o viceversa; políticas de emisión de órdenes: o proveedores y artículos sometidos a gestión mediante “órdenes cerradas” y que sería más conveniente manejar con “órdenes abiertas”, o viceversa; o materiales que se podrían manejar de mejor forma a nivel local y que en cambio se manejan mediante “aprovisionamiento centralizado”, o viceversa. Conclusiones

Hemos presentado una visión panorámica de los principales instrumentos de gestión de los materiales. Cada encargado podrá idear otros que quizás respondan mejor a sus exigencias particulares de gestión. Los datos procesados deben ser reconocidos y estudiados inteligentemente por todas las funciones involucradas en el mejoramiento de la gestión: Materiales, Mantención, Ingeniería de Mantención, Producción. 4.

Mejoramiento

El control de gestión, si se lleva a cabo con dedicación y meticulosidad, deja continuamente de manifiesto una serie de pequeños y grandes puntos críticos que estimulan el cambio. Mencionemos, entre tantas acciones de mejoramiento que caracterizan la actividad de un encargado de gestión de materiales, dos operaciones específicas de mejoramiento:

436

• •

4.1

reducción de los tiempos de aprovisionamiento; ensanchamiento del horizonte de previsión. Reducción de los tiempos de aprovisionamiento (Ta)

Para los materiales que se manejan por punto de emisión de orden, la reducción del tiempo Ta reduce el costo de las inmovilizaciones por efecto de dos consecuencias distintas: • •

si el consumo Ca durante el tiempo Ta es mayor que el EOQ, la reducción del Ta aproxima Ca a EOQ y, por lo tanto, disminuye la partida de adquisición; la reserva de seguridad SS se dimensiona siempre en función del Ta. La fig. 12 ilustra el mecanismo de reducción de la inmovilización.

Los materiales técnicos susceptibles de mejoramiento por esta vía son principalmente los repuestos genéricos y los materiales auxiliares con las siguientes características:

: : :

alta movilidad; consumos frecuentes y previsibles; costos unitarios reducidos.

El logro del objetivo de reducción de las reservas actuando sobre los aprovisionamientos puede ser perseguido poniendo en acción las siguientes modalidades operativas: • • • •

aprovisionamiento local; acuerdos con los proveedores; órdenes abiertas; enlaces telemáticos con los proveedores.

4.2 Ensanchamiento del horizonte de previsión Este enfoque constituye en verdad el camino a seguir, y esto por dos simples motivos: •

puede generar resultados extraordinarios en términos de la reducción de las reservas, permitiendo incluso pasar de una gestión por cantidad a una gestión según necesidad;

437

•

su factibilidad depende solamente de factores internos, en primer lugar del correcto funcionamiento de la mantención y del desarrollo extendido de la mantención preventiva.

La fig. 13 ilustra eficazmente el mecanismo a través del cual se obtiene la reducción de las inmovilizaciones: para tiempos de aprovisionamiento Ta iguales, el aumento del horizonte OP permite recurrir sólo por un breve período a las reservas, período que se reduce a cero cuando OP = Ta. En estas circunstancias, las reservas pasan a ser superfluas. Los materiales técnicos susceptibles de mejoramiento por este camino son principalmente los repuestos específicos con las siguientes características: • • •

escasa movilidad; consumos no previsibles; elevado costo unitario.

Las modalidades operativas a través de las cuales es posible ensanchar el horizonte de previsión son: • • •

diagnóstico técnico precoz; modelos de previsión de averías; sistemas expertos de mantención.

438

1U

7D

7LHPSR GH DSURYHFKDPLHQWR

66

)XHQWH GH HPHUJHQFLD

/5

QLYHO GH UHRUGHQR

/5

/5 66 66

W 7D

7D

Fig. 12 Mecanismo de reducción de la inmovilización

4.3

Conclusiones

Hemos señalado enfoques, herramientas y metodologías orientadas a poner en práctica una gestión de los materiales técnicos meticulosa y capaz de promover su propio mejoramiento. Daremos ahora algunas indicaciones acerca de la estructura organizacional de la gestión de materiales. 5.

Organización

Ya hemos visto cómo la gestión de materiales técnicos añade a la gestión “física” (adquisiciones, recepción, etc.) un SW complejo que nace de la participación de varias funciones, principalmente la ingeniería de mantención. Por consiguiente, la organización de la gestión de materiales se puede representar como muestra la fig. 14.

439

%,

7LHPSR GH DSURYLVLRQDPLHQWR

!

!

7D

9

7D

Fig. 13 - Mecanismo de reducción de la movilización para iguales tiempos de aprovisionamiento

Sección de adquisiciones

Responsable de la gestión de materiales

Mantención Encargado materiales

de

Ingeniería de mantención Unidades servicios

%RGHJD 1 %RGHJD %RGHJD

D]

a

(QFDUJDGR ERGHJD

Fig. 14 - Organización de la gestión de materiales

440

productivas

o

5.1 Lógicas organizacionales y responsabilidades

:

Cualquier decisión inherente a la gestión de materiales técnicos implica la aceptación de niveles de riesgo productivo y, en consecuencia, las unidades productivas deben conocer y compartir los criterios de gestión.

: /D LQJHQLHUÀD GH PDQWHQFLÅQ HQ FRODERUDFLÅQ FRQ HO SHUVRQDO GH ERGHJD WLHQH OD PLVLÅQ GH

analizar los datos de gestión: costos; tiempo de procesamiento de las solicitudes de adquisición; rupturas de reservas; índices de rotación; alternativas de gestión (reservas/necesidades); reservas comunes para varios s; o sugerir mejoramientos; o difundir el conocimiento de los datos recopilados y de los puntos críticos observados. El departamento de adquisiciones brinda el servicio de aprovisionamiento de materiales y de contratación de proveedores, ciñéndose a las indicaciones técnicas recibidas. La gestión de materiales istra la bodega física: o movilización y almacenamiento de los materiales técnicos; o control de gestión; o codificación y estandarización. o

: :

Una correcta gestión de los materiales técnicos exige que todas las funciones que interactúan con dicho proceso operen en forma integrada.

441

5.1 Matriz de interfuncionalidad (figs. 15-16) Fase

Actividad

Función involucrada

Adquisiciones (gestión por necesidades)

Preparación de la solicitud. Solicitud oferta/contratación. Definición de la orden. Expedición

Mantención. Mantención/Adquisiciones Departamento de adquisiciones Departamento de adquisiciones/Mantención

Aceptación y prueba

Verificación de correspondencia nota de despacho/orden Prueba Registro y almacenamiento

Encargado de Bodega

Almacenamiento

Comprobar estado de conservación

Encargado de Bodega/Mantención

Retiro

Vale de retiro Gestión de la reserva y preparación Actualización de Movimientos

Mantención/unidades productivas Encargado de Bodega

Encargado de Bodega/Mantención Encargado de Bodega

Encargado de Bodega

Fig. 15. Proceso: Gestión operativa de los materiales técnicos.

Fase

Actividad

Función involucrada

Estandarización / Normalización

Análisis de los componentes

Encargado de Materiales / Ingeniería de mantención

Definición políticas de gestión

Análisis de los modos de avería y de los puntos críticos (MAGEC), análisis de las maquinarias, identificación de las partes de las máquinas sujetas a desgaste y fijación de los parámetros de gestión

Ingeniería de mantención / Unidades productivas / Encargado de Materiales

Clasificación, codificación, estandarización

Encargado de Materiales / Ingeniería de mantención

Análisis de consumos e inmovilizaciones (ABC) Análisis elementos no movilizados y obsoletos Análisis de índices de rotación

Encargado Mat. / Ing. mantención

Control de gestión

Análisis costos de gestión globales

Encargado Mat. / Ing. de mantención Responsable Gest. Mat/Encargado Mat/Ing. mantención Encargado mat. / Ing. mantención

Fig. 16. Proceso: Ingenierización y mejoramiento de la gestión

442

Encargado de materiales Surge aquí el rol fundamental de esta figura, que retoma las funciones tradicionales de la gestión de repuestos técnicos y las funciones de ingeniería de materiales. Podemos definir este nuevo rol mediante la siguiente formulación: técnico dotado de profundos conocimientos de las tecnologías de la planta y de sus componentes; experto en materiales, en sus características físico-químicas y en su elaboración; experto en procedimientos de aprovisionamiento y organización de bodegas; experto en codificación y estandarización. 5.3 Logística: dónde se deben ubicar las reservas • • •

Difícil equilibrio entre la gestión unificada: mayor control de parte del responsable de la gestión de materiales; gestión istrativa más simple y correcta; mayores MTTR/MDT; y la descentralización:

• • •

menores tiempos de espera durante las faenas de mantención; menores tiempos de detención de las máquinas; riesgos de una gestión istrativa incorrecta.

No existe un criterio riguroso para determinar el límite entre gestión centralizada y descentralizada, más allá de confiar en el sentido común y en la experiencia. En el pasado, un cierto rigor ideológico ha conducido a la eliminación de las “despensas” diseminadas por la planta. Consideramos que las despensas son de gran utilidad siempre que estén bien istradas y contengan materiales simples para uso inmediato. Un criterio adecuado podría ser el de situar en las cercanías de los medios productivos (o servicios): • • •

equipos o módulos de equipos listos para ser usados, especialmente tratándose de elementos que deben ser reemplazados con frecuencia; materiales técnicos de consumo ido auxiliares utilizados frecuentemente; herramientas e instrumentos para llevar a cabo faenas de mantención.

Es conveniente que las despensas sean istradas también siguiendo lógicas istrativas correctas:

443

• • •

adeudamiento puntual de los repuestos utilizados al centro de costo de los s; sistema único de codificación; sistema único de monitoreo (análisis ABC, índices de rotación, etc.).

444

4. El Global Service y el outsourcing en mantención por Maurizio Preziosa

1. El mercado de la mantención El mercado de la mantención constituye hoy un área que atrae mucho la atención, como demuestra la vehemencia que caracteriza las discusiones respecto de este tema. Muchas son las razones que pueden explicar este interés, pero para una de ellas en particular existe evidencia objetiva: la mantención constituye un negocio de gran envergadura. En un mercado que se caracteriza por una creciente competitividad, es indispensable prestar atención a los ítemes que concurren en la generación del costo del producto si se desea garantizar la competitividad y la continuidad de las empresas excelentes. Por ello, incluso gerentes de alto nivel han dedicado energías y recursos a la búsqueda de soluciones organizacionales capaces de racionalizar un gasto que, como veremos, no es en absoluto despreciable para la cuentas económicas de la empresa. Junto a aspectos relativos a los costos directos del sistema de mantención de la empresa, se observa además una creciente necesidad de incrementar el nivel cualitativo del servicio. Especialmente en el caso de plantas industriales de ciclo continuo, caracterizadas por un alto valor de inmovilización de los bienes de capital (capital intensive), el objetivo primordial consiste en maximizar el uso de la planta misma. Las grandes inversiones en maquinarias se deciden, financian y ejecutan en tiempos relativamente breves en comparación con el largo período durante el cual se deberán mantener dichas plantas. El mantenimiento del estado de conservación de las máquinas constituye, por lo tanto, un segundo ítem que requiere especial atención. Es cierto que los aspectos relativos a la demanda del mercado hacia el cual se orienta el productor determinan, en última instancia, la necesidad de maximizar o no el rendimiento de las máquinas, pero evidentemente este aspecto no puede caer bajo la responsabilidad de la mantención. Algunos datos referentes al monto del gasto en mantención en el mercado industrial pueden dar una idea más concreta de las dimensiones del fenómeno (figura 1).

445

















86$

$OHPDQLD

,WDOLD

)UDQFLD

&DQDGi

%pOJLFD

6XHFLD

)LQODQGLD

Fig. 1 - Gasto de mantención en el mercado industrial (datos en miles de liras)

Evidentemente el valor de la mantención está estrechamente ligado a la riqueza del país y, por consiguiente, al producto interno bruto nacional. Países similares desde el punto de vista de la producción industrial, tales como Italia, Francia y Alemania, presentan en efecto valores comparables. La evaluación de los ítemes que participan en la formación del costo de mantención se caracteriza por una continua evolución. Baste pensar en la fracción de mantención externalizada, que hoy varía entre un 10 y un 20% del gasto global en mantención, pero que hace unos pocos años no excedía el 35% (figura 2). Materiales 25% Mano de obra 50% Tercera parte 15% Costo indirecto 10%

Fig. 2 - Subdivisión del gasto de mantención

446

Queda claro que el componente predominante sigue siendo el costo del personal, pero esto no es de sorprender. Quizás sería interesante analizar las informaciones análogas de hace una década; probablemente hallaríamos una tasa nula de mantención externalizada, acompañada por una presencia más consistente de la mantención interna. En efecto, con el pasar del tiempo se ha producido una disminución de las funciones de mantención interna, con el consiguiente aumento del recurso a terceros. Hoy las organizaciones de mantención clásicas cuentan generalmente con mantenedores mecánicos, hidráulicos, electrónicos o de instrumental electrónico y nada más. Más de alguien recordará organizaciones en las cuales las especializaciones de mantención se articulaban en muchísimas subcategorías caracterizadas por un alto grado de especialización, con la consiguiente preocupación por aspectos de eficacia en desmedro de la eficiencia del sistema en su totalidad. Hoy en día, estructuras tan rígidas se verían en dificultades para hacer frente a las exigencias de flexibilidad impuestas por los mercados. Evidentemente las distintas actividades productivas necesitan distintas tipologías y esfuerzos de mantención. A medida que nos movemos desde las industrias manufactureras discretas hacia las industrias de ciclo continuo, la organización de la mantención en su totalidad adquiere un rol de importancia creciente, con el consiguiente aumento del impacto en términos de gastos (figura 3).

















7H[WLO 7HVVLOH

$OLPHQWDFLyQ

(OHWWURPHF (OHFWURPHF

4XtPLFR

3DSHO &DUWDULR

6LGHUXUJLFR

Fig. 3 - Porcentaje de gasto en mantención en la facturación

447

Fig. 4. Punto de máxima conveniencia de la mantención en una situación establecida estática.

La industria textil concentra una parte considerable de los gastos de mantención en las instalaciones de aire acondicionado que garantizan condiciones ideales de trabajo en términos de humedad y temperatura. La industria de alimentos a menudo presenta gastos concentrados en las utilities, especialmente el ciclo del frío para conservar los alimentos y el envasado. Los talleres electromecánicos efectúan en ocasiones trabajos pesados, sometiendo a los medios de trabajo a grandes exigencias, y tienen por lo tanto una mayor necesidad de mantención. Comenzando desde la industria química y procediendo hacia la industria papelera y siderúrgica, se aprecian un aumento de la incidencia de los gastos de mantención en le presupuesto de la firma. En efecto, nos referimos a empresas en las cuales típicamente el ciclo productivo continuo impone una estructura de mantención más robusta, y donde el costo asociado a una eventual falta de mantención acarrearía serios problemas para la empresa. Es precisamente el punto de máxima conveniencia entre una mantención eficaz y conveniente el que determina la variación del peso relativo de la mantención dentro de la empresa. Específicamente el gráfico de la figura 4 representa una situación de planta “estática”, donde el punto óptimo corresponde a un punto de máxima conveniencia. En las realidades dinámicas caracterizadas por un mejoramiento continuo, la búsqueda de las condiciones óptimas constituye un proceso continuo. 448

Por consiguiente, la identificación de un nivel óptimo de mantención pasa por el análisis de los costos derivados de la falta de mantención, citados más arriba como costos indirectos. Son varios los ítemes que conforman este costo, o mejor dicho pérdida, incluyendo algunos que es difícil cuantificar. Los efectos de una mantención inadecuada se pueden manifestar, en primer lugar, en mermas de la producción, pero también en la pérdida de calidad del producto, en pérdidas de energía, en atrasos en las entregas y, en definitiva, en un cliente final insatisfecho. Esto es, los costos directos e indirectos vinculados a la mantención representan respectivamente la punta y la parte sumergida de un mismo iceberg. Por lo general se tiende a considerar el costo directo de la mantención, pero no debemos olvidar el nivel de calidad de este servicio y, por consiguiente, el costo de la “no mantención”. Los procesos productivos de ciclo continuo, con plantas que tienden a estar saturadas, presentan elevados costos por pérdidas de producción; luego, la incidencia de los costos indirectos es mayor, lo que conduce a elevar el punto óptimo; lo contrario ocurre en el caso de procesos de fabricación discretos, con maquinarias no saturadas o redundantes. De manera que la mantención de plantas industriales, entendida como costo y como nivel de calidad del servicio, representa dos factores que merecen profunda atención. Como ocurre a menudo, la búsqueda de nuevas soluciones está orientada a conseguir una mantención capaz de ofrecer un mejor nivel de servicio y a la vez que resulte económicamente viable. Dos objetivos teóricamente contrapuestos que pueden compatibilizarse siguiendo el camino de la externalización de las actividades de mantención según el esquema del Global Service de mantención.

2. El fenómeno outsourcing El problema del make or buy no es por cierto una novedad en el mundo industrial; mucho se ha escrito y mucho se ha discutido en torno a este tema: costos fijos versus costos variables, competencias internas versus competencias externas, integración vertical versus desintegración vertical o descentralización productiva, éstos son los debates que han causado el derramamiento de ríos de tinta. El fenómeno outsourcing comenzó a manifestarse alrededor de los años ’70, cuando la necesidad de variabilizar algunos costos encontró una primera respuesta en esta forma organizacional. El requisito de flexibilidad impuesto por los mercados no podía ir acompañado de estructuras rígidas, de modo que los gerentes y empresarios optaron por tender hacia estructuras más livianas, 449

capaces de alcanzar el punto de equilibrio con volúmenes inferiores, en lugar de tener que confiar en alcanzar volúmenes determinados. Las empresas excelentes supieron adelantarse a los tiempos, contratando externamente algunas fases de su propio ciclo de producción caracterizadas por requerir competencias que no se consideraban privativas de sus productos o servicios. En efecto, dichas actividades recibían cada vez menos recursos y menos focalización, pues no se las consideraba como core competences, y ello acarreaba la consiguiente merma del nivel cualitativo. La empresa tendía a destinar los mejores recursos y las mayores inversiones a fortalecer las capacidades que la distinguían de sus competidores y que aseguraban su continuidad y su rentabilidad en el tiempo. Las barreras de entrada y la conservación de la participación de mercado no se disputan, por cierto, en las actividades marginales, sino en aquellas consideradas core business. Así fue como el fenómeno del outsourcing emprendió la marcha, y la organización de la empresa sufrió los cambios que de él se derivan, debiendo reestructurarse para poder manejar proveedores externos incluso dentro de su propio ciclo productivo. Probablemente no se hablaba aún de empresa red con tendencia a la integración entre distintas empresas, no se hablaba de gestión de just in time ni de herramientas como el MrP, pero se trataba ciertamente del comienzo de una larga evolución organizacional. Hoy en día la complejidad organizacional de la empresa ha experimentado cambios de gran envergadura e importancia. Es cada vez más fuerte la tendencia a externalizar aquellas actividades que no se consideran parte del core business de la empresa, pues aún se encuentran activas las fuerzas que así lo exigen: necesidad de optimizar las dimensiones de la empresa a fin de responder a las variaciones y a los ciclos del mercado, interés por mantener y aumentar las competencias específicas de la empresa, y por último –pero no en cuanto a importancia– preocupación por los ítemes que conforman el costo del producto. La opción de externalizar algunas actividades reviste por consiguiente una importancia estratégica, puesto que pasa por la identificación de las actividades en las cuales la empresa efectivamente detenta una ventaja comparativa en know-how, tarea de indudable competencia del top management de la empresa. El espectro de actividades involucradas en procesos de externalización es por cierto muy amplio y se encuentra en continua evolución. Un ejercicio semejante ha permitido la estandarización de algunos parámetros de referencia para la medición del rendimiento, la identificación de la interfaz entre contratante y contratado, y la cláusula de variabilidad y eventualidad. Existe por lo demás una serie de consideraciones específicas en virtud de las cuales cada caso de externalización debe ser enfrentado y estudiado en forma individual. La externalización de los casinos de las empresas presenta una

450

problemática distinta de la descentralización de una parte de las actividades productivas, y distintas también de la externalización de los sistemas de elaboración de datos. Aun cuando existe un denominador común que impulsa a las empresas a descentralizar algunas actividades, existen también implicaciones distintas para cada caso. Las dos caras de la medalla son el costo y la calidad del servicio o producto descentralizado. En algunos casos la decisión se adopta con miras a obtener ventajas exclusivamente económicas, mientras que en otros se persigue un nivel de especialización, y por lo tanto de calidad, difícilmente alcanzable internamente. Junto a estas dos motivaciones extremas hallamos en algunas empresas el deseo de obtener de la externalización de algunos procesos un mejor nivel de servicio a precios inferiores: este es el desafío que deben ser capaces de enfrentar las empresas proveedoras, que ven en el proceso de outsourcing una oportunidad de desarrollo. Un desafío difícil y fragoso, pero que si se lo enfrenta exitosamente permite un fuerte crecimiento. Muchos son los ejemplos conocidos, sobre todo en el ámbito de servicios como la logística, los transportes, el Edp, los centros de impresión, donde empresas de medianas dimensiones han sabido aprovechar el deseo de externalización como oportunidad para aumentar las utilidades. Claro está que no es posible enfrentar con éxito este desafío sin una preparación adecuada. Los resortes que deberá activar el contratista potencial de las actividades de terceros son el reflejo de las motivaciones que impulsan al potencial comisionante a ceder la actividad. Si lo que se persigue es la conveniencia económica será necesario exhibir economías de escala, poder adquisitivo, estructuras ya formadas y todo lo que pueda conducir a la formulación de una propuesta económica. Si en cambio se busca lograr un mayor nivel de calidad del servicio habrá que poseer estructuras, know-how y referencias que demuestren la capacidad potencial de obtener el nivel requerido. Como ya hemos mencionado, los mercados están solicitando proveedores capaces de suministrar servicios de mayor calidad a precios inferiores, y para conseguir esto es necesario saber combinar todos los elementos de mejoramiento. 3. Tipologías de prestaciones para la mantención Vemos entonces que los criterios de gestión y de realización de las actividades de mantenimiento han experimentado –y experimentan aún– grandes cambios. La participación de la mantención externalizada oscila hoy en día entre un 10 y un 20%, y muestra una tendencia a aumentar en un 7% al año. Si analizamos más en detalle las distintas modalidades para encargar una actividad de mantención externa hallaremos enfoques radicalmente distintos, aunque determinados por las mismas exigencias.

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3.1 Faenas a trato La faena a trato consiste en la prestación de mano de obra por parte de terceros que cuentan con equipamiento propio, siendo el contratante responsable por la conducción de las obras. La faena a trato se cancela en base a una tarifa por hora acordada en el presupuesto y a las horas efectivamente empleadas en la realización de los trabajos. Generalmente la prestación incluye los materiales empleados para la faena, los cuales se facturan separadamente. La faena a trato se considera la forma más simple y más difundida en la actualidad de faena, tanto de mantenimiento como de otro tipo. La simplicidad consiste en la simple preparación por parte del proveedor de presupuestos para las faenas y en la comparación de las distintas ofertas por parte del comisionante. El costo de la operación es claramente un costo variable, de modo que se logra el objetivo deseado. Como contrapartida, las desventajas tienen que ver principalmente con el aspecto operativo, pues la ausencia de técnicas de resguardo específicas obliga al comisionante a seguir de cerca los trabajos, verificando su correcta ejecución y la eficiencia de la faena en su totalidad. La extensión de la duración de las faenas implica una mayor cantidad de horas y, por lo tanto, un aumento del presupuesto inicial. Junto a los costos directos de los trabajos hay que tomar en cuenta el costo de coordinación de los trabajos, que si bien formalmente se asigna al contratista, en la práctica corre por cuenta del contratante, por los motivos antedichos. En suma, la falta de un presupuesto definitivo por las horas de trabajo, la falta de técnicas específicas, el costo indirecto por coordinación y la exclusión de los materiales del presupuesto representan circunstancias que hace que este tipo de faenas sea susceptible de mejoras en términos técnicos y económicos. 3.2 Faenas a medida Las faenas a medida consisten en las prestaciones con plena responsabilidad y con los medios propios por parte del contratista. Los trabajos se cancelan sobre la base de una lista de precios por unidad de medida acordado de antemano y que típicamente comprende la mano de obra y los materiales. En este tipo de prestaciones hallamos un parámetro de mejoramiento con respecto a la tipología precedente, determinado por la ausencia de grados de libertad concedidos al contratista. La medida objeto de las faenas puede ser verificada previamente o en el curso de los trabajos. El costo de coordinación por parte del contratante también resulta ser inferior, pues en este caso es más aceptable entregar un mayor grado de autonomía al contratista en la ejecución

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de los trabajos. Por lo demás, el recurso a este tipo de gestión se limita a algunas categorías de trabajos para los cuales es posible identificar una unidad de medida en base a la cual emitir una orden abierta o una lista de precios presupuestados. 3.3 Faenas a suma alzada o forfait Las faenas a suma alzada consisten en la prestación por parte del contratista empleando medios y equipamientos propios, con plena responsabilidad por la faena y con un precio previamente acordado que incluye mano de obra y materiales. Representa la forma más “avanzada” de prestación, por cuanto no deja al contratista grado de libertad alguno en relación con posibles modificaciones del precio acordado y porque el costo de coordinación para el contratante se reduce por lo general a la fase de prueba y certificación de los trabajos. Como contrapartida, la fase de elaboración del presupuesto implica la redacción de una propuesta en la cual se describan las especificaciones de los trabajos y en base a la cual los varios proveedores puedan elaborar un presupuesto y formular una oferta. Evidentemente, las faenas a suma alzada se cancelan al precio estipulado, a menos que hayan surgido imprevistos no presupuestados y no incluidos en la especificación de la propuesta. El recurso a faenas a suma alzada se efectúa generalmente en caso de actividades más complejas y articuladas, para las cuales se considera necesario redactar una especificación de los trabajos. En la práctica algunas empresas adoptan este enfoque como estándar para todo tipo de licitación, considerándolo en definitiva el más racional. La estratificación antedicha de las tipologías de actividades de terceros cubre hoy en día casi la totalidad del 10-20% ya señalado de mantenciones encargadas externamente. Como hemos dicho, se aprecia un mayor recurso a la externalización según tales enfoques tradicionales. Si por una parte esta evolución responde a las exigencias de variabilización y contracción de los costos de mantenimiento, por otra parte un proceso de externalización de estas características causa irremediablemente un empobrecimiento y una atomización del know-how empresarial. En efecto, la externalización de actividades hacia pequeñas cooperativas o pequeñas realidades locales con el solo fin de disminuir los costos obliga a los proveedores a reducir significativamente los gastos para poder enfrentar una competencia basada exclusivamente en el precio. En consecuencia, se reducen los gastos en formación del personal, en adquisición de equipamientos complejos, llegándose a veces incluso a recurrir a un mercado del trabajo en el límite de la legalidad.

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El comisionista observa, entonces, en la búsqueda de objetivos de variabilización y contracción de los costos de mantenimiento, un incremento de los problemas de gestión asociados con un número creciente de proveedores cuyas prestaciones no siempre son excelentes. La planificación de los trabajos, la obtención de recursos internos y externos, la gestión de los materiales que se suministran a cuenta de los trabajos a las empresas externas o que son suministrados por las mismas empresas como parte integral de la prestación, la coordinación operativa de las empresas externas, complican la organización del proceso de mantención. Prueba de ello es que algunas empresas busquen y recurran a prestaciones de “general contracting” para las actividades de mantención de terceros. 3.4 General Contracting Se define como “general contracting” la prestación de servicios de ingeniería de mantención para la gestión y la coordinación operativa de las actividades de mantención de terceros. El comisionista pasa a ser la única interfaz del cliente para las actividades de mantención realizadas por terceros. A diferencia de las tipologías de prestación citadas anteriormente, esta modalidad resulta novedosa y su implementación práctica se reduce a aquellas realidades caracterizadas por una multiplicidad de proveedores y por montos globales de gastos tales que justifiquen desde el punto de vista de su viabilidad económica una estructura encargada específicamente de su coordinación. El recurrir a un general contractor resuelve el problema de la complejidad istrativa de las empresas externas, pero no aborda el problema vinculado a la calidad del servicio obtenido; es, por lo tanto, adecuado para actividades de terceros caracterizadas por un escaso valor agregado y para las cuales el nivel de servicio puede considerarse marginal. 4.

El Global Service de mantención

La descentralización de las actividades de mantenimiento conseguida mediante la asignación de actividades monodisciplinarias a distintas realidades empresariales especializadas o no, constituye entonces una realidad habitual. Distintas empresas contemplan un proceso de outsourcing más o menos acentuado, pero conservan en su interior como característica común la planificación y gestión de la mantención. En el conjunto de actividades de mantención, los proveedores terceros juegan un papel ejecutivo, quedando su conducción y gestión en manos del comisionista.

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Más innovadora, por lo menos en nuestro país, resulta ser la externalización total de las actividades de mantención, lograda mediante la estipulación de un contrato de mantención global, de forma tal que se privilegia la gestión del contrato por sobre la gestión de las faenas. 4.1 Definición Se entiende por contrato de Global Service de mantención un contrato de servicios de mantención multidisciplinarios en el cual el contratista se compromete a planificar, istrar y proporcionar las actividades de mantención con plena responsabilidad por el logro de los objetivos fijados de común acuerdo entre las partes y claramente medibles en el tiempo. El contrato de Global Service no se aplica exclusivamente a las actividades de mantención en el ámbito industrial; muchos otros servicios pueden regirse por la misma lógica. Por consiguiente, muchas de las consideraciones propuestas en lo sucesivo son aplicables a otras actividades, aunque en el presente texto se refieran a la mantención de las instalaciones industriales. 4.2 La finalidad del servicio de mantención global El primer aspecto destacable de la definición señalada consiste en la asignación al proveedor de todos los factores istrativos, además de operativos, de la mantención en su conjunto, y en la existencia de una responsabilidad operativa del contratista por los resultados obtenidos. Es evidente la naturaleza substancialmente distinta de una configuración regida por un contrato de Global Service de mantención respecto de una externalización más o menos acentuada en sentido tradicional. En efecto, el deseo de focalización exclusiva en las actividades consideradas como core business para la empresa queda satisfecho solamente si existe un proveedor al cual entregar tanto los aspectos istrativos como operativos del proceso de mantención. Esto implica de parte del contratante solamente la gestión del contrato, desembarazándose, como se ha dicho, de los aspectos de naturaleza operativa. Si bien de define como global el espectro de actividades comprendidas por este tipo de contratos, no es unívoco definir como actividades incluidas en el contrato “lasa actividades de mantención”. Una reglamentación semejante, incluso desde el punto de vista contractual, concedería demasiados grados de libertad y atentaría contra la prosecución de la relación entre el contratante y el contratista, ya de por sí problemática.

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El aspecto más crítico de la definición de las actividades a desempeñar consiste en delimitar las actividades operativas. El contratista no puede eludir la responsabilidad de organizar, planificar y istrar las actividades de mantención, pues son componentes necesarias para un desempeño correcto y económico del servicio. Las carencias organizacionales o de planificación serían contraproducentes sobre todo para el contratista mismo. Por el contrario, algunas actividades operativas están sujetas a una definición debatible, a medio camino entre la mantención ordinaria y la mantención extraordinaria o mejorativa. De aquí nace la necesidad por parte del contratista de redactar un plan de mantención que comprenda las actividades de mantención que son de objeto de contrato. En otras palabras, se hace necesario efectuar la ingeniería de proceso, necesidad que no surge si el proceso se desarrolla en forma interna. Junto a una necesidad operativa que apunta a reglamentar la relación entre las partes (los planes de mantención son el objeto de la prestación), la ingeniería del proceso de mantención representa el primer valor agregado que el proveedor de un servicio de mantención debe ser capaz de aportar, especialmente en aquellos casos donde la mantención se encuentra fuertemente cargada hacia las opresiones de emergencia, el impulso hacia las políticas de mantención enfocadas hacia la prevención más que a la cura constituye un área en la cual el proveedor del servicio puede proporcionar importantes ventajas para el cliente, además de obtener sus propias utilidades. A pesar del impulso a la prevención y, por consiguiente, a la planificación de las actividades de mantención, existe una tasa de operaciones de emergencia que caracteriza a toda realidad de mantenimiento. La presencia de una emergencia representa una disfunción que el proveedor de la mantención debe evitar a fin de lograr los noveles de rendimiento acordados. Al mismo tiempo, la operación de emergencia entra a formar parte de las actividades que el contratista se compromete a suministrar y que por su naturaleza no es posible planificar. La reglamentación de estos incidentes puede pasar por la definición de tiempos de intervención definidos en el contrato. De esta forma, se tutela la oportunidad de la acción mientras que, por lo que respecta a la eficacia de la operación, la duración del down-time influye en el rendimiento de la planta cuya responsabilidad recae sobre el contratista. Obviamente, la definición de la finalidad del servicio de mantención pasa por la limitación del objeto del servicio de mantención, es decir el conjunto de instalaciones, estructuras, instrumental y maquinarias sobre las cuales se llevarán a cabo las operaciones de mantención. Las variaciones que se produzcan en las plantas como consecuencia de nuevas instalaciones o enajenación de las instalaciones actuales deberán estar regidas por cláusulas contractuales que contemplen la modificación del contrato, dejando lugar a

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nuevos planes de mantención en el primer caso y a la cesación de algunas actividades en el segundo. 4.3

Nivel de servicio

Otro elemento esencial del Global Service de mantención lo constituye una parametrización del proceso de mantención en función de los objetivos planteados de común acuerdo por las partes y que son susceptibles de medición en el tiempo. Podemos definir tales parámetros como la medida del nivel de servicio de mantención de la cual se hace responsable el contratista del servicio. Ello significa que el contratista no solamente debe garantizar la ejecución de lasa actividades definidas en los planes de mantención, sino que debe garantizar los resultados que se obtendrán gracias a los servicios prestados. La mayor dificultad para especificar dicho aspecto reside en la identificación de uno o más parámetros atribuibles total y exclusivamente a las operaciones de mantención. Especialmente en el ámbito industrial, los indicadores existentes en los sistemas informáticos de la empresa a menudo pueden atribuirse ya sea a aspectos de gestión como a aspectos de mantención. En numerosas realidades productivas la medida de la OEE representa el indicador del rendimiento de la planta.

Overall Equipment Effectiveness: OEE = Availability × Performance × Quality. Aun siendo innegable la importancia de un indicador de rendimiento tan completo, es evidente que es de naturaleza doble, involucrando aspectos de gestión y aspectos de mantención. La disponibilidad técnica de las máquinas (availability) si bien está estrechamente vinculada a aspectos de mantención, es igualmente influenciable por errores de gestión relativos al manejo. Maniobras erróneas efectuadas por los operadores de la máquina pueden provocar fallas y paradas que requieren la intervención de los equipos de mantención, aun cuando la parada no se pueda atribuir a carencias en el aspecto de mantención.

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Del mismo modo, una planta puede presentar ritmos productivos (performance) inferiores a los presupuestados por causas atribuibles tanto a la gestión como a la mantención. Finalmente, los descartes que puedan producirse porque la calidad del producto (quality) es inferior a la requerida pueden una vez más tener su origen en ambos ámbitos. La necesidad de identificar un parámetro pertinente a la mantención en base al cual responsabilizar al proveedor de Global Service encuentra, a veces, una respuesta en los sistemas aparentemente predispuestos para tal objetivo. A pesar de ello, la existencia de causales de imputación pertinentes exclusivamente a la mantención tales como “falla eléctrica” o “falla mecánica”, no asegura la confiabilidad de la información. Además, el historial de mantención de la máquina o planta influencia considerablemente la posibilidad de lograra o no los niveles deseados. En definitiva, si bien es posible extrapolar un parámetro de “eficacia de la mantención”, no siempre es posible remitirse a un historial de referencia utilizable para definir el nivel objetivo del servicio. Una de las soluciones que se pueden adoptar para subsanar este aspecto crítico es el recurrir a la condición de partnership de un Global Service de mantención. Desde esta perspectiva es posible definir un período de observación durante la gestión del contrato, a fin de obtener en forma confiable las informaciones que de otra forma no estarían disponibles. En todo caso, durante un período preliminar de algunos meses de duración, no sería posible para el contratista del servicio obtener un mejoramiento significativo de los resultados de la gestión, que si podría obtenerse con un horizonte temporal más amplio. En efecto, durante los primeros meses de actividad operativa, el contratista se concentra en la codificación de las causas de las fallas, en la implementación de actividades de prevención, en la redefinición de los vínculos con proveedores terceros, todas ellas condiciones necesarias para alcanzar un mejor nivel de servicio, pero cuyo efecto sólo se manifestará fisiológicamente en el tiempo. En particular, el Global enfrenta las situaciones caracterizadas por una alta incidencia de las mantenciones por falla según la lógica ilustrada en la figura 5, donde se aprecia cómo la introducción de una política de mantención preventiva obliga al contratista del servicio a redoblar inicialmente el esfuerzo de mantención a fin de poder enfrentar igualmente las situaciones de emergencia, activando en forma paulatina los planes de mantención preventiva. La reducción de las paradas por emergencias representa un efecto de las mantenciones preventivas, pero sólo podrá manifestarse tras un período de persistencia de las políticas preventivas. El riesgo empresarial del contratista del servicio consiste en proponer un contrato dimensionado a la

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situación de operación (línea de trazos), es decir, capaz de proporcionar un ahorro al contratante respecto de la situación anterior y a la vez garantizar su propio margen de utilidad. El que se logre alcanzar la situación denominada “operativa” depende de las capacidades del contratista y de la colaboración del contratante durante la fase de gestión del contrato.

Compromiso de mantención

Mantención preventiva

Mantención correctiva

Situación inicial

Situación en operación

Tiempo

Fig. 5 - Lógica adoptada por un Global Service en una situación caracterizada por una elevada incidencia de mantención por falla

Debemos añadir que en una situación caracterizada por una fuerte incidencia de la mantención correctiva, el logro de la situación operativa acarrearía para el contratante, además de un ahorro en los gastos directos de mantención, indudables ventajas derivadas del incremento en el rendimiento de las instalaciones. En términos económicos, los beneficios derivados del aumento de la disponibilidad de las máquinas son mucho mayores que la posible reducción en los costos directos de mantención, y son fácilmente cuantificables en referencia el margen de contribución relativo al producto de la planta productiva cuya disponibilidad se ha visto aumentada.

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En definitiva, una mantención más planificada y planificable facilita la tarea del contratista del servicio y gratifica al contratante. En otras palabras, nos hallamos frente a una win-win situation caracterizada por objetivos comunes para ambas partes. 4.4

Mejoramiento continuo

Una de las motivaciones por la cual numerosas empresas se encuentran en busca de proveedores de un servicio de mantención global es seguramente la necesidad de especializar una actividad de apoyo que no constituye core business, pero que es de todas formas importante para su producción. Para tal efecto, el mercado exige hoy un aporte de creatividad e innovación para el mejoramiento continuo. El contratista debe ser capaz de desarrollar nuevas formas de gestión e introducir mejoras tecnológicas capaces de facilitar el proceso de mantención y también el proceso productivo. En definitivo, se espera de un partner la atención y actualización sobre los últimos desarrollos de la mantención que la empresa por si sola no podría perseguir por motivos de focalización en su actividad principal. En realidad, aunque el contratista se vea obligado a especializarse en aspectos relativos a la mantención, se encuentra a la vez fuertemente motivado a proponer pequeñas mejoras y modificaciones técnicas, ofreciendo un valor agregado al cliente pero al mismo tiempo facilitando el proceso de mantención y, por consiguiente, ampliando los espacios a su disposición. Por otra parte el mercado, desde el punto de vista de la oferta, cuenta en este momento con proveedores potenciales de Global Service medianamente preparados desde el punto de vista de la mantención pero rara vez dotados del suficiente know-how como para poder aportar un valor agregado mediante pequeñas operaciones capaces de facilitar tanto el proceso de producción como el de mantención. En los casos en que se encuentre esta combinación de fuerzas, es decir un proveedor competente tanto en mantención como en proceso, el contratante tendrá todas las garantías relativas a la implementación de un mejoramiento continuo para sus instalaciones. 4.5 Organización del servicio Si bien no es posible generalizar la estructura organizacional de un Global Service de mantención, pues es especifica para cada realidad, existen algunas constantes que se hacen necesarias tanto de parte del contratante como del contratista. Como se ha señalado en la definición del Global Service de mantención, son áreas del contratista la planificación, la gestión y la

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prestación del servicio de mantención. Frente a estas tareas, las funciones de las cuales deberá dotarse el Global Server se pueden reducir a las siguientes: •

del local o site manager: es la figura oficialmente responsable del local de mantención dentro de la realidad del cliente. Responsable del logro de los resultados acordados desde el punto de vista económico y técnico, es la interfaz institucional que se dirige al cliente y a la cual el cliente se dirige para tratar problemas corrientes o para la conducción normal del servicio.

•

Ingeniería de mantención: caracteriza a la parte pensante de la mantención. A esta función se encargan las tareas de definición y planificación de las operaciones de mantención, pero también el registro histórico, al análisis y las posibles modificaciones de los planes de mantención mismos. La ingeniería de mantención “diseña” la mantención estudiando, para cada planta, las políticas de mantención más idóneas en relación a los objetivos específicos de rendimiento y de contención de los costos. Típicamente la ingeniería de mantención cuenta con su sistema de soporte informático para las actividades descritas que cae bajo su responsabilidad en términos de implementación y gestión. Por lo general, la política de mejoramiento continuo es implementada por la ingeniería de mantención en colaboración con el site manager.

•

Adquisiciones: esta función, si bien es siempre necesaria, no necesariamente se ubica en el cliente. Un proveedor que cuente con una estructura de aprovisionamiento centralizada puede recurrir al sitio local solamente en caso de adquisiciones urgentes en la plaza. Independientemente de la ubicación centralizada o descentralizada, la función debe encargarse de las tareas tradicionales de aprovisionamiento, tanto de materiales técnicos como de prestaciones de terceros.

•

Operaciones: finalmente, la parte operativa de la prestación del servicio tendrá una estructura que dependerá de la realidad especifica de cada caso.

Un sistema empresa caracterizado por la externalización de la mantención deberá necesariamente estructurarse en forma tal que pueda gestionar al partner que provee dicho servicio e interactuar a distintos niveles. Las

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funciones del contratante involucradas en el Global Service de mantención son las siguientes: •

Gestor del contrato: en general no es una función que se pueda atribuir a una figura especifica de la empresa. Puede coincidir con el gerente de la planta o con el gerente de producción u otras figuras. Está claro que el gestor del contrato de mantención está encargado de verificar el cumplimiento de los términos contractuales por parte del proveedor y de efectuar auditorias dirigidas para verificar la conservación del patrimonio instalado. Teóricamente debería ser la única interfaz oficial con el contratista, pero por motivos de naturaleza operativa se instauran otros canales de comunicación como los siguientes;

•

Producción: en la gestión del day by day en una realidad productiva y de mantención, la mantención debe llevar a cabo tareas de prevención, algunas de las cuales requieren que la máquina esté disponible y detenida. Estas paradas deben solicitarse a la función de producción y en algunos casos pueden coincidir con paradas ya programadas por la producción para equipamientos u otras necesidades productivas. La ingeniería de mantención, al interactuar con la planificación de la producción, estará en condiciones de planificar las operaciones con máquina detenida, minimizando así las paradas no programadas. Podemos ver que el hacer pasar estas informaciones a través de las interfaces oficiales de las partes implicaría un flujo de comunicación tan inútil como dispersivo. Otro motivo por el cual la producción debe estar involucrada en el Global Service lo constituye la puesta en marcha de un proyecto de Total Productive Maintenance en donde algunas actividades de mantención de rutina (generalmente el primer nivel) se van transfiriendo paulatinamente al personal de producción según u programa de capacitación y participación. Son obvias las implicaciones para ambas partes en la implementación de un proyecto de esta naturaleza.

•

Ingeniería de planta: como se ha señalado repetidamente, la función de ingeniería de proceso representa un know-how propio que el contratante debe conservar para sí. Se hace necesario un intercambio de informaciones con el global server en el momento en que se realicen modificaciones de las instalaciones que el mismo global server deberá encargarse de mantener en adelante. Viceversa, las pequeñas modificaciones sugeridas por el global server y que se pueden clasificar como mejoramiento continuo deberán primero ser examinadas y 462

aceptadas por el servicio de ingeniería del contratante. De allí se desprende que el mejoramiento continuo estimula tanto al contratante como al contratista a proponer nuevas soluciones capaces de mejorar los procesos productivos y de mantención, soluciones que nacen sin embargo de fuentes distintas. El contratante, conservando para sí el know-how del proceso productivo, propondrá soluciones basándose en los estudios y en los mejoramientos identificados en el proceso mismo. El contratista en cambio, estará en condiciones de proponer modificaciones y mejoramientos de las instalaciones basándose principalmente en los análisis de ingeniería de mantención relativos alas causas de fallas y a las correlaciones entre las acciones de mantención preventiva y el rendimiento de la planta. Haciendo referencia a las funciones señaladas como necesarias para el contratante y para el contratista, una estructura típica se muestra en la figura 6. 4.6 Salvaguardia del know-how Vale la pena hacer algunas consideraciones sobre un tema que, en el mercado del Global Service de mantención, a menudo se considera crítico y que alarma a algunas empresas que pretenden avanzar en esta dirección: la

Site Manager

Interfaz oficial istración de contratos audit. mantenimiento

Producción Programación de la producción

Ingeniería de Mantención

Operaciones 1

istración de adquisiciones

Operaciones 2

Ingeniería de Instalación

Operaciones 3

Fig. 6- Estructura de la interfaz entre el cliente y el contratista

salvaguardia del know-how. Claramente, la estipulación de un contrato de Global Service de mantención representa un fuerte cambio cultural dentro de la empresa, y la configuración que se irá estableciendo durante la marcha operativa verá producirse una fuerte integración entre el contratante y el 463

contratista (de la misma forma en que normalmente se da la integración entre producción y mantención). La cantidad y la calidad de los conocimientos acerca de la realidad empresarial del cliente que adquiere el Global Server constituyen causa de gran atención; es necesario, por lo tanto, precisar algunas distinciones sobre este aspecto. •

Know-how de proceso: es fundamental que el contratante preste la debida atención a la salvaguardia de esta área funcional. Los conocimientos referidos al proceso productivo especifico no pueden sino mantenerse en forma interna, pues habitualmente contribuyen a constituir el core competence de su propia actividad. Una vez aclarado este importante concepto, es natural preguntarse si un potencial contratista del servicio de mantención podría realmente llegar a adquirir esta información y hasta qué punto podría estar interesado en adquirirla. Seguramente el core business de un Global Server no está vinculado a la tecnología del proceso productivo, sino a las distintas políticas de mantención de las instalaciones del cliente. Por lo que respecta al knowhow de proceso, nos hallamos entonces en un escenario en el cual el contratante tiene gran interés en salvaguardar estos conocimientos, mientras que para el contratista no tienen mayor relevancia.

•

Know-how de planta: si bien no siempre es posible distinguir claramente el know-how de planta del know-how tecnológico, puesto que a menudo uno es el reflejo práctico del otro, vale la siguiente consideración por lo que respecta a las informaciones acerca de la configuración de las instalaciones que deberá encargarse de mantener. Si nos concentrásemos exclusivamente en los riesgos de pérdida de knowhow asociados a esta situación, nuestros reparos se agudizarían. Pero si, por el contrario, analizásemos los beneficios asociados a la focalización en los aspectos relativos a las instalaciones por parte de un proveedor de mantención global, el escenario nos aparecería bajo una perspectiva más favorable. La ingeniería de mantención asienta sus bases en el estudio de la eficacia de las diferentes políticas de mantenimiento de las instalaciones. El objetivo está constituido por el incremento de los índices de rendimiento de las máquinas junto con costos de mantención contenidos. Es más, tratándose de continuous improvement esperamos que el proveedor mismo preste atención al mejoramiento continuo de las propias instalaciones como consecuencia de una buena ingeniería de mantención. Entonces vale la pena correr el riesgo de transmitir al proveedor de Global Service de mantención conocimientos acerca de las instalaciones con el fin de permitirle cumplir plenamente con su 464

mandato y contribuir al logro de objetivos comunes. De no ser así, nos encontraríamos en la situación de un paciente deseoso de sanar pero temeroso de revelar sus síntomas al médico. •

Know-how de mantención: especialmente en los casos en que el Global Service de mantención se implementa luego de un outsourcing y surge en forma espontánea la interrogante de si no se producirá acaso una filtración de conocimientos desde el futuro contratante al contratista. La respuesta es seguramente afirmativa, pero es igualmente natural preguntarse si quien asuma el servicio no debiese necesariamente estar en condiciones de proporcionar un valor agregado suplementario al know-how ya existente. En caso contrario, ¿cómo podría estar en condiciones de ofrecer un mejor servicio con costos contenidos? Luego, también el contratista corre un riesgo significativo al poner a disposición su propio know-how (modelos organizacionales, políticas de mantención, sistemas de análisis, ingeniería de mantención, etc.), pues nada le garantiza que una vez finalizado el período contractual el contratante no reincorpore la actividad anteriormente externalizada.

Abundando más en el tema de las legítimas preocupaciones de los potenciales contratantes, podemos preguntarnos cómo es que los mismos pueden sobreponerse a tales preocupaciones al momento de externalizar los servicios de EDP, entregándole a una entidad externa todas las informaciones contables istrativas de la empresa, o cuando contratan una consultoría dando a información financiera,. De producto, de mercado, o cuando certifican su balance a través de una empresa fiscalizadora. Probablemente en los comienzos de su evolución los ejemplos citados tuvieron que enfrentar la misma desconfianza, la que ha sido superada con el tiempo al tomarse conciencia de que las ventajas derivadas de una opción de externalización o consultoría son mayores que el riesgo de pérdida de know-how asociado a ella. Desde el punto de vista legal algunos contratos avanzados se ajustan al siguiente esquema conceptual: se prohibe al contratista divulgar o utilizar en otros sitios las soluciones de instalaciones adoptadas para el cliente y que sean relevantes para el proceso productivo. Como contrapartida, los criterios, las políticas y las actividades de mantención experimentadas en cada realidad pasan a ser patrimonio del contratista y en cuanto tales pueden ser utilizadas a su discreción. A pesar de la claridad conceptual de este modelo, su aplicación puede resultar problemática derivada de la asignación objetiva del know-how al proceso de producción o al de mantención. De hecho, el resguardo del know-how no está claramente reglamentado ni siquiera en la legislación

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italiana, por las dificultades objetivas que presenta su definición, exceptuándose algunos casos especiales como proyectos o patentes. 4.7 Global Service con outsourcing La forma más común de lograr un Global Service de mantención consiste en una externalización de las actividades de mantención con transferencia del personal al contratista y la estipulación simultánea del contrato •

Outsourcing: es el proceso a través del cual una parte o la totalidad de los recursos asignados a un sector o servicio salen de la empresa para dar vida a una estructura capaz de istrar externamente, es decir como proveedor, ese sector o servicio específico.

Uno de los aspectos críticos de este paso consiste en la transferencia de personal de una empresa a otra, pues en general resulta difícil su aceptación por parte de los organismos sindicales. En realidad, en aquellos casos en que la externalización de las actividades de mantención se produce hacia una empresa única concentrada en la mantención misma, el outsourcing pasa a ser sinónimo de especialización, y por lo tanto no puede sino ser bienvenido. A su vez el personal involucrado, aun conservando su resistencia inicial al cambio, ve modificarse su rol empresarial de una función de apoyo, como lo es la mantención en una empresa productiva, a figura fundamental para una empresa que hace de la mantención su core business. La atención, la capacitación y los instrumentos que un Global Server debe suministrar a fin de proporcionar un servicio de mantención económica y cualitativamente superior hacen del proceso de outsourcing una acción positiva incluso para las partes sociales involucradas. Además estas mismas partes sociales, conscientes del hecho que el proceso de externalización ya se encuentra en marcha, pueden decidir si sufren pasivamente sus efectos o si se convierten en parte activa con el fin de acompañar la externalización, defendiendo legítimamente los derechos de las partes que representan. La tendencia que se aprecia en Italia hasta el momento parece favorecer el segundo camino, si bien aún existe un considerable escepticismo al respecto. De seguro el escenario es decididamente mejor en relación con el caso de externalización clásico hacia pequeñas realidades locales para las cuales el precio es el factor distintivo y que están obligadas, por lo tanto, a eliminar cualquier costo que no sea estrictamente necesario para poder permanecer en el mercado. Dichas situaciones se caracterizan además por una atomización y un empobrecimiento del know-how de mantención, que se dispersa entre 466

pequeñas empresas. Las tercerizaciones llevadas a cabo según este modelo, además de causar una pérdida de valor en sentido global, acarrean problemas de gestión para la empresa contratante, tanto por la calidad del servicio adquirido como por el gasto de energía necesario para coordinar las empresas terceras, que sólo cuentan con una autonomía formal en la ejecución de su trabajo. Volviendo a la fórmula del outsourcing para el logro de un Global Service de mantención, cabe esperar que el contratista del servicio preste especial atención a una organización del servicio que logre mejorar los procesos. Los ejemplos de Global Service de mantención muestran un mejoramiento de la calidad del trabajo en comparación con la externalización, gracias a una mejor planificación de las operaciones y a un desarrollo de la ingeniería de mantención. De no ser éste el caso, el contratista del servicio no sólo traicionaría las expectativas de su cliente, sino que además no hallaría los espacios para su propia sustentación ni para sus utilidades. 5.

La externalización de la mantención: criterios de elección

La definición puntual del concepto de “Global Service” debiera entregar todos los elementos necesarios para poder evaluar la factibilidad de emprender este camino. Sin embargo, son varios los aspectos importantes que pueden afectar el perfil decisional que lleva a esta opción, y entre ellos es de primordial importancia el análisis de las actividades que se pretende externalizar. Aunque algunas consideraciones pueden parecer comunes a pesar de hacer referencia a otras actividades, no es posible generalizar. En particular, uno de los elementos comunes más evidentes lo constituye la búsqueda de una solución económicamente conveniente. Específicamente, se realiza una primera distinción para aquellas actividades que pertenecen al ciclo productivo y que tienen, por lo tanto, una influencia directa sobre el proceso y sobre el producto. Para estas transformaciones intermedias las problemáticas están estrechamente ligadas al producto mismo en términos de calidad, capacidad productiva y flexibilidad del proveedor. Además, desde una perspectiva de just in time, juega un papel fundamental la sintonía del proveedor con las fases de proceso anteriores y siguientes. La situación es diferente en el caso de actividades que no pertenecen al ciclo productivo y en general para las prestaciones de servicios tales como la mantención de las instalaciones productivas, donde los parámetros decisionales giran en torno a otras temáticas de diversa índole. Por ejemplo, en la externalización de las actividades de procesamiento de datos es de importancia primordial la garantía de la privacidad de los datos e

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informaciones. Si en el momento de evaluar la factibilidad de licitar este servicio a una empresa externa pensamos en los riesgos asociados a la filtración o pérdida de datos empresariales, nos concentraremos primeramente en obtener de todas las garantía de que no se producirán estas desagradables ocurrencias. Para otros servicios como la logística o los centros de imprenta rigen en cambio otros tipos de parámetros decisionales. En esta sección del texto nos concentraremos en los criterios de elección aplicables a la externalización de las actividades de mantención según la lógica del Global Service, posiblemente haciendo referencia a criterios que se consideran importantes en otras actividades también. 5.1 Factibilidad estratégica Frente a la posibilidad de externalización de lasa actividades de mantención, el primer análisis que es necesario efectuar consiste en un análisis de factibilidad estratégica. Mediante dicho análisis el contratante define los ámbitos potenciales y, por consiguiente, los limites de la actividad objeto del Global Service. Contribuye a guiar este análisis la necesidad del contratante de mantener internas las actividades que determinan su ventaja comparativa y sus competencias especificas en el mercado. De esta afirmación se desprende inmediatamente que el responsable de la elección de externalización será el top management de la empresa. Quien tenga una visión completa de la empresa, del mercado y de los competidores estará en condiciones de definir con precisión las competencias empresariales distintivas, identificables a través del análisis de las características del producto que el cliente final percibe y premia, y adoptar todas las decisiones teniendo presente el objetivo de mantener y enriquecer dichas competencias en su interior. Como demostración de lo anterior observamos que en la cadena de valor de las empresas las actividades que aún no se han visto envueltas en procesos de externalización corresponden a las áreas de investigación y desarrollo tecnológico de los productos y a los procesos de adquisición de materias primas. Es claro que en el primer caso las empresas tienden a resguardar celosamente las actividades propias del core competence, mientras que en el segundo se resisten a entregar a manos de terceros los procesos de aprovisionamiento en los que están en juego importantes factores económicos y cualitativos. En cambio, son comúnmente objeto de externalización algunas transformaciones del producto, parte de las actividades de marketing y ventas y actividades marginales.

468

En casos extremos de externalización, vemos hoy cómo se delegan al exterior no sólo la mantención completa de las instalaciones, sino que también la gestión, es decir, la producción según modelos contractuales de operation & maintenance. En estos modelos el contratante mantiene la posesión de las instalaciones y adquiere el producto del contratista, pagándole según la cantidad producida. Surge de inmediato preguntarse en qué consiste el core business cuando tanto la gestión como la mantención han sido delegadas a terceros. Con algo de extremismo y de intención provocatoria, alguien ha respondido a esta pregunta afirmando que “es posible externalizarlo todo, excepto el control”. Lo importante es que los límites de la actividad que se pretende externalizar hayan sido definidos sobre la base de un análisis estratégico. El primer paso para verificar la factibilidad del Global Service de mantención consiste entonces en la definición de las partes del producto y de las fases de transformación que constituyen el factor crítico de éxito y del impacto de la mantención sobre dichos componentes. Este análisis adquiere menos relevancia para los productos maduros (commodities) donde los factores críticos de éxito empresarial se deben buscar incluso en funciones de empresas que no pertenecen al ámbito de la producción o de la mantención. Paradojalmente, existen actividades de mantención cuyo impacto sobre la productividad y sobre la calidad del producto es muy significativo pero que requieren de un know-how tecnológico muy específico que sólo poseen los mismos proveedores del producto o sistema. En estos casos, más que de idoneidad de externalización, debemos hablar de necesidad de externalización. Éstas son, en suma, las directrices sobre las cuales se basa el análisis de factibilidad estratégica de la externalización de la mantención que, como se ha dicho, conduce a la definición de las actividades potencialmente susceptibles de un Global Service con outsourcing. 5.2

Factibilidad técnico-organizacional

A través de la definición de la idoneidad estratégica de la externalización de algunas actividades de mantenimiento, la empresa puede trabajar sobre otros aspectos más operativos estando protegida de riesgos de pérdida de know-how específico. El flujo decisional continúa a través de la evaluación de la factibilidad técnica y organizacional de la externalización de las actividades que han sido definidas como estratégicamente externalizables.

469

Es necesario evaluar la factibilidad técnica de que una entidad externa ejecute las actividades de mantención, entendiéndose por ello tanto la capacidad ejecutiva de la entidad –obviable en parte a través de la externalización de los recursos asignados– como el impacto sobre el proceso de mantención. Como veremos, en la selección del proveedor más idóneo prevalece el aspecto de competencia técnica por sobre los aspectos económicos, signo de la importancia que se da a la capacidad operativa del contratista. El impacto sobre el proceso de mantención, en cambio, se enfrenta a un serio obstáculo en los casos en que dicho proceso no esté suficientemente ingenierizado. Las actividades desarrolladas que siguen programas no estructurados, sino conservados en la memoria histórica de los s, con prioridades definidas de vez en vez y que involucran por lo general a otras funciones de empresa, se topan con dificultades para la definición del objeto de la prestación. En efecto, la palabra mantención por sí sola deja demasiados grados de libertad para su interpretación, y conduciría a la generación de controversias durante la fase de gestión del contrato. En caso de surgir esta dificultad, correspondería al proveedor potencial definir las especificaciones técnicas que por una parte “ingenierizan” a un proceso poco “ingenierizado” y por otra definen la prestación del servicio. El aspecto más crítico de este paso consiste además en la evaluación del impacto organizacional de la externalización. Frente a una externalización, la configuración organizacional de la empresa sufre una doble evolución. En primer lugar, las actividades que antes desempeñaba el personal interno se transfieren al exterior junto con los recursos asignados. Frente a ello, la organización interna debe evolucionar a fin de poder gestionar la relación con un proveedor de servicios: partner, pero proveedor al fin y al cabo. La figura que se origina es la de la interfaz dentro de la empresa que debe encargarse de dialogar con el proveedor, verificar la calidad de los servicios prestados mediante auditorías selectivas y establecer los os entre el proveedor y las demás funciones de empresa, sobre todo la producción. A menudo contribuye a complicar este análisis la ausencia de una distinción precisa de las actividades de mantención y las de producción; en vista de una externalización de las actividades de mantención solamente, es necesario proceder a efectuar esta definición y evaluar los impactos sobre el sistema empresa en su conjunto. Siempre desde el punto de vista organizacional, en vista de una externalización del servicio de mantenimiento, surge la necesidad de identificar un parámetro de medición del rendimiento del proveedor. Como ya se ha mostrado cuando se hablaba de la calidad del servicio, la definición de un parámetro que involucre solamente aspectos relativos a la mantención no es cosa trivial; por lo tanto, esta problemática debe ser enfrentada y resuelta

470

durante la fase de análisis de factibilidad de la iniciativa en su conjunto. Una vez identificadas las métricas de medición del parámetro, es necesario definir su valor objetivo (target) por el cual se responsabilizará al proveedor. No siempre es posible en esta etapa llegar a definir el target de responsabilidad, sobre todo tratándose de un parámetro innovador respecto de las unidades de medición anteriores. Finalmente, dentro del análisis técnico-organizacional cabe señalar la revisión de los compromisos jurídicos referentes a aspectos de seguridad en el trabajo y de las responsabilidades jurídicas del contratista del servicio. 5.3

Factibilidad económica

La definición de Global Service como matrimonio entre un contratante y un contratista probablemente no gozará del consenso de las funciones de empresa generalmente involucradas en el proceso de adquisición, pues ven en dicho “matrimonio” una pérdida de su autonomía decisional. En realidad la naturaleza misma de un contrato de Global Service de mantención con outsourcing obliga a elegir un proveedor con el cual se pueda establecer un partnership a largo plazo, y por lo tanto no puede someterse a la lógica tradicional de aprovisionamiento. Evidentemente se llega a una evaluación de la factibilidad económica de la externalización solamente después de haber su factibilidad estratégica, es decir después de haber definido los ámbitos y la factibilidad técnico-organizacional, o sea la factibilidad operativa del proyecto. No se presenta el problema de evaluar la conveniencia económica de un proyecto estratégicamente u operativamente impracticable. En particular, en la evaluación de la factibilidad económica del proyecto de externalización, distinguiremos aspectos de economicidad de la oferta con criterios de selección del proveedor más adecuado. 5.3.1

Economicidad de la oferta

Junto a razones de carácter estratégico, es indudable que se reconoce como parámetro de evaluación el precio de las prestaciones de terceros en comparación con el costo anterior de la actividad interna. Una oferta más económica aparece, por lo menos a corto plazo, como más tentadora. Antes de pasar a la evaluación de otros factores que influyen en la evaluación de la factibilidad económica del proyecto, es necesario aclarar qué “precio” es el que se debe comparar con qué “costo”. Lo que típicamente se considera como costo de mantención suele ser solamente una parte del gasto total en que debe incurrir la empresa para mantener sus instalaciones. En efecto, generalmente

471

se habla sólo de los costos directos atribuibles al costo de la mano de obra, de los materiales y de los servicios de mantención externalizados. Si es éste el costo que se pretende comparar con el precio de la actividad externalizada, entonces el análisis de la conveniencia económica del proyecto acarreará probablemente alguna sorpresa desagradable. En efecto, el costo total de mantención está constituido, además de los costos directos señalados, también por un conjunto no despreciable de costos indirectos que, en caso de externalización, cesan para el contratante y emergen para el contratista. Específicamente, podemos nombrar los siguientes:

c c c

costos de gestión del personal transferido: con la fórmula del outsourcing, la planilla de mantención se transfiere al contratista junto con los respectivos costos de istración; costos de adquisición y de facturación de los materiales técnicos y de los servicios de terceros: estas actividades serán desempeñadas, para los componentes señalados, por el contratista del servicio, mientras que el contratante quedará exento de dichas tareas; desembolsos financieros de las existencias en bodega en proporción a la fracción de materiales técnicos que el contratista trasladará a sus propias bodegas, disminuyendo el capital comprometido por parte del contratista.

Si bien no existen dudas sobre la atribución de estos costos a la función de mantención, generalmente uno se topa con dos aspectos críticos: la cuantificación y el reconocimiento. Por lo que respecta a la cuantificación de los costos indirectos atribuibles a la mantención, la teoría recomendaría pasar a través de un análisis ABC (Actvity based Costing). Sin embargo, no siempre es posible seguir ese camino, sobretodo durante la fase de oferta de un Global Service. Cuando no sea posible realizar un análisis ABC, la cuantificación de los costos indirectos asociados a la mantención se efectúa mediante una estimación realista. El segundo aspecto crítico concerniente a dicho componente del costo de mantención lo constituye el reconocimiento de los mismos por parte del contratante. Si por un lado no es posible negar que los costos mencionados pertenecen al proceso de mantención, es asimismo innegable que las funciones involucradas de la empresa contratante, si bien quedan inmediatamente exentas a tales tareas, no disminuyen su costo en forma proporcional (a menos que están ya de terceros, y constituyan por lo tanto un costo variable). Con seguridad, una empresa que terceriza varias actividades y que tiende hacia un modelo de empresa en red ve disminuir su estructura directa y puede, por lo tanto, reconocer parte de dichos costos a sus contratistas, quienes, como una

472

imagen especular, verán aumentar sus actividades istrativas, los costos del personal y de adquisición en proporción al volumen generado. 5.3.2

Evaluación de las empresas proveedoras

Al evaluar las potenciales empresas proveedoras del servicio de mantención en una modalidad de Global Service, el precio no es el único elemento de juicio, ni siquiera –como veremos– es el más importante. Refiriéndonos a los resultados de la investigación que se ilustra más adelante, es evidente la importancia que se atribuye a la experiencia del potencial contratista del servicio en el sector de su especialidad. No olvidemos que, aunque estemos externalizando actividades que estratégicamente no pertenecen al core business de la empresa, aunque ya hayamos evaluado la factibilidad organizacional de la externalización de dichas actividades y la solución parezca ser contractualmente económica, el contratista deberá después, durante el day by day, estar en condiciones de prestar un mejor servicio que su predecesor interno. En realidad, la fórmula del outsourcing permite comenzar ya con un know-how específico, al cual el contratista deberá añadir valor agregado alcanzando los resultados prometidos. En cambio, lo que hace que sea muy importante que el contratista, además de poseer conocimientos de mantención, conozca el proceso del cliente, es la política del mejoramiento continuo, que sólo es practicable en estas circunstancias. Refiriéndonos sobre todo a este último requisito, podemos aseverar que no son muchas las realidades que se consideran idóneas para aspirar a un Global Service de mantención. Algunas de las empresas que hoy presentan su oferta en el mercado provienen de experiencias muy distantes de la mantención de instalaciones productivas, de modo que encuentran dificultades tratándose de proporcionar, además de las actividades de mantención, iniciativas de mejoramiento que sean bien recibidas por el cliente. Habiéndonos ya referidos al parámetro precio de las prestaciones, vale la pena dedicar unas palabras al requisito de la disposición a trabajar en partnership. Las experiencias de Global Service en especial demuestran con mayor fuerza dicha exigencia por parte del contratante, que generalmente se muestra escéptico en cuanto al significado del término. Por una u otra parte, los contratos de Global Service sólo son bien istrados y conducen resultados positivos cuando ambas partes enfrentan los problemas desde esta perspectiva. El partnership implica una confianza mutua y tendencia a lograr objetivos comunes según un modelo win-win.

473

El aspecto de flexibilidad del servicio, mencionado como factor importante para la selección del proveedor, requeriría tal vez una discusión más compleja. La externalización implementada mediante un contrato de Global Service, aun cuando acarrea un adelgazamiento de la estructura, no variabiliza los costos, puesto que el contrato por lo general establece un precio fijo. La exigencia de variabilidad de los costos podría satisfacerse mediante un contrato parametrizado según índices de producción, cuya naturaleza es diferente a la del Global Service. En efecto, en este caso el contratante que busca en el contratista una fuente de variabilidad, y por tanto un sujeto dispuesto a compartir las pérdidas en caso de caídas del mercado, debe estar dispuesto igualmente a compartir utilidades cuando el mercado sea favorable. Aquí desaparece el término de comparación con el costo anterior de la mantención interna, cambiando radicalmente la modalidad contractual que rige el servicio. Finalmente, cabe mencionar las garantías de continuidad que la empresa debe exigir al contratista potencial, respaldadas por la solidez financiera y las dimensiones de la empresa. A su vez el contratante puede contribuir a esta continuidad verificando, a lo largo de la vigencia del contrato, que el contratista se encuentre en condiciones de desempeñar su actividad, con las dificultades que normalmente conlleva el riesgo empresarial, pero sin un excesivo riesgo de quiebra. Al término de un proceso que ha pasado de la evaluación estratégica de las actividades de mantención externalizables, a la evaluación del impacto técnico y organizacional del cambio, a la consideración de la conveniencia económica del proyecto y finalmente a la selección del partner más adecuado, la empresa debe proceder a formalizar contractualmente las responsabilidades de ambas partes involucradas.

474

5. La mantención según condición y predictiva por Luciano Furlanetto El ingeniero Oliva, fundador y por muchos años presidente de la AIMAN (Asociación Italiana de Mantenimiento), escribía en 1979: “semiótica, sintomatología, semántica y diagnóstica son todas palabras para indicar aquella parte de la medicina que estudia los síntomas de las distintas enfermedades”. Y a continuación, en el mismo texto: Sin embargo, sólo recientemente se las ha empleado y se las emplea, aunque con poca frecuencia, en el ámbito industrial y especialmente en el ámbito de la mantención. Y poco a poco estos términos se van haciendo de uso frecuente, junto a otras expresiones como según condición, por inspección, monitoreo de condición, predictiva, etc. Pero ¡atención!: he dicho que se están haciendo de uso frecuente, no que se estén poniendo de moda. Y con justa razón, porque no se trata de una moda, sino simplemente del síntoma externo de la cristalización de una rama científica específica, de las convicciones que siempre ha sostenido el buen mantenedor y que lo han guiado en el desempeño de su trabajo. El buen mantenedor jamás ha aceptado como inevitable, en términos absolutos, el surgimiento de las fallas y las consiguientes fallas de operación de la planta. Siempre ha intentado, usando los medios a su alcance, lamentablemente bastante escasos hasta hace poco tiempo atrás, primero intuir y luego identificar el estado de eficiencia de las instalaciones y de las máquinas. Se trataba entonces, por lo general, de usar en forma inteligente nuestros cinco sentidos, agudizados por la práctica: en forma muy parecida a lo que ha ocurrido en medicina. ¿Acaso el buen médico antiguo no “probaba” para verificar la presencia de azúcar en los fluidos orgánicos y poder así diagnosticar la diabetes? ¿Acaso no ponía su mano en la frente para evaluar la intensidad de la fiebre? Después están los exámenes, los análisis, pero… también en nuestro ámbito técnico cuidamos de no creer ciegamente e irracionalmente en los que nos dicen los instrumentos: por fortuna el diagnóstico exacto y la consiguiente prognosis son solamente fruto de nuestro procesamiento intelectual, de nuestra intuición.

475

Los datos instrumentales que nos entregan las técnicas modernas de diagnóstico con el auxilio de equipos ultramodernos, deben ser medios que amplifiquen nuestra capacidad sensorial.

Más adelante, en el mismo texto, el ingeniero Oliva dice: Dada mi larga experiencia en mantención, seguramente he sido uno de los primeros en aplicar estos sistemas y medios, y de ello dan fe los viejos artículos de la revista oficial de la AIMAN; he querido tan sólo (quizás con algo de vehemencia, pero así es mi carácter) destacar que ni los mejores sistemas ni los mejores medios de diagnóstico bastan para hacer un “buen” mantenedor. Éste es un apasionado que desea alcanzar, aun apoyándose en las técnicas más refinadas y modernas, una especie de simbiosis con la máquina que le permita intuir su verdadero estado, la verdadera posibilidad de mantenerla funcionando sin tener que detenerla, la verdadera causa última que provoca las disfunciones. Antes que un buen operador, debe ser un buen diagnosticador.

La mantención como medicina de las máquinas, el buen mantenedor como médico de las máquinas: éste es el espíritu de la mantención según condición y predictiva. La mantención según condición es una mantención preventiva que se basa en el reemplazo de un componente cuando uno de los parámetros asociados con el deterioro del componente mismo alcanza un umbral de alarma sensorial o medible mediante algún instrumento. La mantención predictiva en una mantención preventiva basada en la medición de un parámetro asociado con el deterioro de un componente, pero además en la evaluación de la vida residual del componente en cuestión. La mantención predictiva es, por tanto, una política vinculada al uso de sistemas expertos o tendencias temporales de los parámetros monitoreados que permiten aproximarse tanto como sea posible a la ruptura del componente, anticipándose a ella. La mantención según condición y la mantención predictiva son, en todo caso, mantenciones preventivas orientadas al reemplazo de componentes individuales, cuando se encuentren sometidos a un proceso de deterioro. La ingenierización de la mantención ha coincidido, en estos últimos años, con el desarrollo de la mantención predictiva y de las tecnologías de diagnóstico asociadas a ella. Se desprende de lo señalado en el capítulo 1, parte II, “Optimización del ciclo de vida”, que la máquina compleja y reparable presenta, en relación con las fallas, un comportamiento que, representado por la curva “de tina de baño”, permite apreciar tres fases: 476

• • •

la mortalidad infantil: probabilidad de avería decreciente en el tiempo; vida útil: probabilidad de avería constante en el tiempo; y vejez o período de desgaste: probabilidad de avería creciente en el tiempo.

Durante las dos primeras fases, y en especial durante el curso de la vida útil, que es con mucho la más importante en términos de horas de funcionamiento, no interesa efectuar operaciones de prevención, puesto que, sin importar en qué momento se efectúe la operación, la probabilidad de avería para la máquina en su conjunto no disminuye, a no ser que se encuentren en curso procesos de deterioro de los componentes individuales que puedan ser identificados mediante la captación de señales débiles por parte de los operadores con el auxilio del instrumental apropiado. Las condiciones de aplicabilidad de la mantención según condición y predictiva son: T T

T

T

T

la máquina debe ser susceptible de inspección, en lo posible durante el funcionamiento normal; las condiciones de la máquina o de uno de sus componentes sólo se conocen con posterioridad a la inspección, exceptuando la condición de fuera de servicio, que se reconoce de inmediato; la máquina pasa de la condición de funcionamiento perfecto a la de fuera de servicio a través de varias etapas intermedias que se caracterizan por una disminución progresiva del rendimiento, que en algunos casos puede afectar las prestaciones funcionales; se conocen los parámetros para determinar la política de mantención según condición óptima; la función de distribución de los tiempos de avería; el costo de la inspección; el costo de las operaciones de emergencia; el costo de las operaciones programadas. Los costos se entienden como costos globales, es decir, incluyendo los costos inducidos por las paradas o por la degradación del funcionamiento, y referidos a la unidad de tiempo (generalmente un año); en el caso de la política según condición, su aplicación será correcta cuando el costo de inspección Ci, sea menor que la diferencia entre el costo de la operación de emergencia (Cg) y el costo de la operación preventiva (); además, Ci debe ser obviamente menor que ambos costos y Cg.

477

T

En símbolos, tenemos: Ci < < Cg Ci < Cg –

Esta hipótesis también se verifica generalmente en la realidad; en efecto, basta tomar en cuenta el hecho de que esta política se aplica a las máquinas más críticas de la planta, es decir, a las que se exige el mayor grado de confiabilidad; de allí se desprende que estar fuera de servicio acarree elevados costos de carencia por unidad de tiempo y, por lo tanto, un elevado valor para la diferencia (Cg – ), aun tratándose de pequeñas diferencias de tiempo de parada entre las operaciones de emergencia y las operaciones programadas. Es razonable entonces suponer que la diferencia (Cg – ) será mayor que el costo de inspección Ci, puesto que la inspección en sí no implica la parada de la máquina. Con mayor razón, tendremos que el costo de inspección será inferior al costo de las operaciones programadas o de emergencia; T

la operación programada o de emergencia restaura completamente las condiciones originales de confiabilidad de la máquina o el componente en cuestión.

Es tarea de los servicios de mantención llevar a cabo las operaciones siguientes, esenciales para lograr una definición operativa de una política según condición: •

identificar, para cada máquina (o para sus componentes), las etapas que atraviesa y la etapa correspondiente a un valor límite de tolerancia (umbral) de prestaciones, por debajo del cual se considera que la máquina no funciona perfectamente y que requiere, por lo tanto, operaciones programadas en un plazo relativamente corto; por el contrario, estando por sobre el límite de tolerancia, no se considera necesario efectuar ninguna operación programada hasta la próxima inspección; • determinar los parámetros capaces de revelar las condiciones de la máquina o del componente; • establecer los valores límites de dichos parámetros correspondientes al umbral definido más arriba; • determinar las modalidades de exploración de dichos parámetros, es decir, las modalidades técnicas de ejecución de las inspecciones y los métodos de registro y análisis de los datos.

478

En base a cuanto hemos descrito, someter la máquina a una política según condición significa realizar, en fechas preestablecidas, exploraciones que permitan evaluar si uno o más componentes de la máquina se encuentran funcionando en forma imperfecta, según la definición entregada; llevar a cabo una operación de mantención programada (reparación o reemplazo) sobre dichos componentes; llevar a cabo, en todo caso, operaciones de mantención de emergencia sobre aquellos componentes cuya avería haya puesto fuera de servicio la maquinaria. Una vez definido lo que se entiende por mantención según condición, nos queda por establecer los criterios en base a los cuales se determinará, para cada máquina o componente, los intervalos óptimos entre inspecciones. Al disminuir este intervalo y aumentar, por lo tanto, la frecuencia de las inspecciones, aumenta el nivel de control al que se encuentra sometida la máquina. En efecto, es claro que mientras mayor sea la frecuencia de control de las condiciones de funcionamiento de la máquina, mayores serán las probabilidades de detectar el surgimiento de una avería y evitar el riesgo implícito. Al aumentar la frecuencia de las inspecciones, disminuye entonces el costo debido a las fallas, puesto que disminuye el número de las fallas mismas; en efecto, aumenta la probabilidad de prever las salidas de servicio de la máquina y, por lo tanto, de poder efectuar operaciones de mantención programada, obteniendo la ventaja económica que resulta de la diferencia (positiva por hipótesis y, en todo caso, jamás negativa) entre el costo de una operación de emergencia, es decir, posterior a la avería, y el costo de una operación programada. Como contrapartida, una mayor frecuencia de inspección implica mayores costos directos de inspección. La determinación de la frecuencia óptima de inspección se puede obtener minimizando la función costo, que adopta la siguiente forma: Ci· f + Cg· p + (1 – p) donde: Ci Cg p f

= costo de la inspección; = costo de la operación posterior a la avería; = costo de la operación preventiva; = probabilidad de la avería; = promedio de inspecciones hasta producirse la avería

479

La probabilidad de avería está dada por:

p=

F (ti) − F (ti − 1) R(ti − 1)

donde: Ft Rt

= probabilidad acumulada de la avería; = confiabilidad.

Es posible identificar qué máquinas deberán ser sometidas a inspección mediante métodos cualitativos o empíricos, detectando las máquinas críticas. Se entiende por máquinas críticas aquellas cuya detención implica costos significativos de mantención o de pérdida de producción (calidad y cantidad) y riesgo para el personal. El grado de criticidad afectará la determinación de la frecuencia de revisión. Parámetros A

Producción

Clases B C

50 40 30 10

20 20 10 5

10 10 1 1

40

20

7

Materiales de mantención Mano de obra de mantención

20 10

10 5

5 1

Atrasos en entregas a clientes

15

10

5

Seguridad interna y externa

10

5

1

Importancia del proceso Pérdida de producción – tiempo de reparación Existencia de stand-by y facilidad de puesta en marcha Frecuencia de incidentes – MTBF

Calidad Costos

Fig. 1 – Clasificación según grado de criticidad

480

Para llevar a cabo esta determinación, es indispensable contar con datos históricos de las operaciones efectuadas sobre las máquinas, tanto preventivas como de reparación de emergencia o programada, y también con evaluaciones de las pérdidas de producción. De no existir estos datos, habrá que recurrir a la experiencia y al sentido común de los técnicos de mantención y producción. En lo que respecta a las máquinas no críticas, se aplicará la política accidental. En términos muy generales, en la determinación de las máquinas que serán sometidas a MSC, se asignará prioridad a: 1. máquinas que causen elevadas pérdidas de producción, es decir, aquellas: a. en procesos continuos; b. insertas en una línea de proceso única; c. con un número reducido de unidades stand-by; d. con stocks intermedios reducidos; e. implicadas en la transferencia de productos críticos; Clase

A

Puntaje

225-155

% del total de máquinas instaladas

Inspecciones

Mantención

18%

Diarias. Personal de mantención. Semanales o mensuales

Preventiva

B

154-101

22%

Personal de mantención

Preventiva

C

100-51

60%

La producción requiere operaciones después del incidente o si es incipiente.

Incidental

Fig. 2 – Determinación de la frecuencia de inspección y de la política de mantención más idónea según la clasificación de la maquinaria

2. máquinas cuyo costo directo por avería sea elevado, es decir, aquellas que: a. operen a alta presión, temperatura, voltaje; b. manejen fluidos peligrosos; c. contengan componentes de alta inercia o alta velocidad; d. se incluyan en un layout muy compacto. Un ejemplo de clasificación de las maquinarias según su nivel de criticidad se muestra en la Fig. 1, donde se examina cada máquina bajo los siguientes aspectos: producción, calidad, costos, seguridad e incidencia sobre las fechas 481

de entrega. Para cada perfil, las máquinas se asignan a una de las tres clases A, B o C en base al criterio de los responsables y expertos; sumando los puntajes que la tabla asigna para cada perfil, se obtiene un valor global que indica el nivel de criticidad de la máquina. De este modo, se podrá (Fig. 2) escoger la frecuencia de inspección y la política de mantención más idónea, teniendo en cuenta también la optimización del proceso de un inspector. Por supuesto, el método descrito, que constituye un intento de racionalizar la definición de la criticidad de las máquinas, se debe confrontar con la situación real de cada unidad productiva. En forma aun más simple, se ha definido la criticidad como el porcentaje de producción perdida a causa de paradas de la máquina. En otras palabras, una máquina tendrá una criticidad de 100 si su parada causa una pérdida de producción equivalente a la capacidad total de la sección, mientras que se le asignará una criticidad de 20 a la máquina que cause una pérdida equivalente a un quinto de la producción total. Es un método aproximado, pero que permite identificar rápidamente las máquinas críticas y representa, por lo tanto, una referencia para determinar las frecuencias de inspección.

482

Fig. 3. Ficha de inspección.

483 200

Plan de inspecciones

Plan de lubricaciones

Programa

Programa

Fichas

(1)

Fichas

(2)

Controles diarios

Pequeños trabajos

Máquinas defectuosas

Operaciones diarias

Máquinas lubric.

Máquinas defectuosas

Informes operaciones

Registro Vibrómetro

no

Cronograma de reemplazos

Máquinas importantes

Actualización cronograma

sí

Analizador de vibraciones Comparación valores archivo

Archivo valores vibrométricos

Diagnóstico

Jefe de mantención Solicitud de trabajos (1) (2)

Al taller para revisión

Ruido, recalentamiento, pérdidas, etc. Bajo nivel de aceite, falta de lubricación, etc.

Fig. 4 - Flujo de la información recopilada

484

Registro nuevos valores archivo

La elección de una política según condición y predictiva implica un plan riguroso y sistemático de inspección de la maquinaria mediante fichas de inspección (fig. 3) que forman parte de un itinerario optimizado para los operadores. Las informaciones reunidas por los inspectores son sometidas a los flujos de la fig. 4 para aquellas máquinas susceptibles de medición y análisis de vibraciones. Puede ser oportuno, esto es, sinérgico y motivador para el interesado, asignar también al inspector tareas de control de la lubricación, de ajustes y mantenciones de rutina. Gran parte de estas inspecciones pueden ser asignadas al operador de la máquina siguiendo la lógica de la automantención que trataremos en el capítulo de la mantención productiva. La transferencia de mantenciones sencillas al operador crea una simbiosis inteligente entre la máquina o el segmento de planta y el operador mismo, evita costosos traslados de mantenedores e inspectores, y sienta las bases de un crecimiento profesional generalizado en la fábrica. Podemos decir que, tendencialmente, todas las inspecciones sencillas, incluso en algunos casos con el auxilio de instrumental, pueden transferirse al operador. El uso de las tecnologías complejas de diagnóstico que se describirá a continuación, con especial énfasis en la medición y el análisis de las vibraciones, dada la importancia que ha asumido en las tecnologías predictivas, puede encargarse a especialistas que pueden constituir un “service” interno o externo de la empresa según las lógicas de tercerización descritas en el capítulo 4, parte III. Nota: fragmentos substanciales de este capítulo se han tomado de: A. Baldin, L. Furlanetto, Manutenzione secondo condizione, FrancoAngeli, Milano, 1ª ed. 1979.

485

486

6. Elementos de análisis de señales y firma, monitoreo de condición y diagnóstico para la mantención predictiva de máquinas e instalaciones por Aleramo Lucifredi 1.

Generalidades

1.1 Las escalas Se llaman octavas los intervalos de frecuencia tales que la razón entre los valores extremos del intervalo sea 2. Esto es: f 2 = 2 f1 . El número de octavas xoctavas de que consta un intervalo (f’, f’’) de frecuencias es xoctavas= lb(f’’/ f’). 1

Se definen también intervalos de 1/n de octava: f 2 = 2 n f1 . Los conceptos de octava y de n-ésimos de octava se utilizan, por ejemplo, en los filtros pasabandas. Se define frecuencia central la media geométrica f c de las frecuencias de los valores extremos:

fc =

f1 f 2

Esto equivale a considerar los logaritmos y tomar el promedio o media aritmética de los logaritmos. En efecto: 1

lg f c = lg

f1 f 2 = lg( f1 f 2 ) 2 = 12 (lg f1 + lg f 2 )

Se define el ancho de banda como ∆f = f 2 − f1 .

487

Para las octavas:

f2 =2 f1 fc =

f1 f 2 =

f1 2 f1 = f1 2 = 1,414 f1 f ∆f = f 2 − f1 = 2 f1 − f1 = f1 = c = 0,707 f c 1,414 Para los tercios de octava: 1

f2 = 2 3 = 1,259 f1 fc =

f1 f 2 =

1 3

f1 2 f1 = 6 2 f1 = 1,122 f1

∆f = f 2 − f1 = 1,259 f1 − f1 = 0,259 f1 =

0,259 f c = 0,231 f c 1,122

Los anchos de banda, como se puede apreciar, no son constantes, sino que son un porcentaje de la frecuencia central. Los filtros de octava o de tercios de octava no son, por tanto, filtros de banda constante (para los cuales f 2 − f1 permanece constante al variar la frecuencia central), sino que son filtros con porcentaje de banda constante.

constante

constante

Fig. 1

488

Frecuencia (Hz)

Bandas de frecuencia

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

Octava Límite inferior de la banda

Valor central

1/3 de octava Límite superior de la banda

11

16

22

22

31.5

44

44

63

88

88

125

177

177

250

355

355

500

710

710

1000

1420

1420

2000

2840

2840

4000

5680

5680

8000

11360

11360

16000

22720

Límite inferior de la banda 8,9 11,2 14,1 17,8 22,4 28,2 35,5 44,7 56,2 70,8 89,1 112 141 178 224 282 355 447 562 708 891 1122 1413 1778 2239 2818 3548 4467 5623 7079 8913 11220 14130 17780

Valor central

Límite superior de la banda

10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000

Tabla 1 - Bandas de frecuencias estándar para octavas y tercios de octava.

489

11,2 14,1 17,8 22,4 28,2 35,5 44,7 56,2 70,8 89,1 112 141 178 224 282 355 447 562 708 891 1122 1413 1778 2239 2818 3548 4467 5623 7079 8913 11220 14130 17780 22390

Escala Lineal

Escala Logarítmica

Fig. 2.

(

f 2 − f1 = constante; el ancho de banda es respectivamente un 70,7% de la fc

frecuencia central para los filtros de octava y de un 23,1% para los filtros de tercio de octava). Véase al respecto la figura 1. La tabla 1 registra, para los filtros de octava y de tercio de octava, las frecuencias centrales y los límites superior e inferior unificados por las normas ISO (lo que es necesario para poder comparar los resultados de los distintos instrumentos de análisis que se encuentran en el comercio), además del número asignado convencionalmente a cada una de las bandas. Nótese que los valore centrales de cada octava consecutiva son el doble de los valores centrales de la octava anterior, mientras que para los valores centrales de los tercios de octava el coeficiente es 1,259. Los análisis por tercios de octava se emplean, por ejemplo, para poder comparar los datos de distintas pruebas efectuadas en vehículos motorizados: dado que no es posible mantener exactamente la misma velocidad, un análisis

490

de banda estrecha, a causa de las variaciones de frecuencia causados por la variación de velocidad, haría difícil la comparación de los datos de las distintas pruebas, mientras que en un análisis por tercios de octava las líneas de frecuencia no se desvían tanto como para salirse de la banda. Se denominan décadas los intervalos tales que la razón entre el valor de los extremos del intervalo sea 10. Las escalas de representación de las magnitudes medidas pueden ser lineales o logarítmicas (figura 2). Las escalas lineales son más intuitivas y se prestan, por ejemplo, para la medición de distancias o tiempos. Una gran ventaja de las escalas logarítmicas es su capacidad de visualizar pequeñas y grandes señales en forma simultánea: la escala logarítmica permite visualizar mucha información en poco espacio, dado que comprime las amplitudes grandes y expande las pequeñas, permitiendo así la visualización simultánea de todos los componentes. Esto es a menudo necesario en el análisis del dominio de frecuencias. Por ejemplo, si se desea visualizar simultáneamente dos señales, una de ellas 1000 veces mayor que la otra (digamos de amplitudes 1000 y 1 respectivamente), si empleásemos una escala lineal en una pantalla de 100 mm, llevando la escala a fondo la traza correspondiente al valor 1000 mediría 100 mm de altura, mientras que aquélla correspondiente al valor 1 tendría una altura de 0,1 mm, demasiado pequeña para visualizarla. En la escala logarítmica (es decir, donde se representan en una escala lineal los logaritmos de las cantidades) la escala se subdivide en décadas, intervalos iguales cuyos extremos corresponden, por ejemplo, a los valores 0,1, 1, 10, 100, 1000; por consiguiente, la amplitud 1 se visualiza mediante una traza de 1/4 de la longitud de la traza correspondiente a la amplitud 1000; en el ejemplo mencionado, la traza tendría una altura de 25 mm y sería perfectamente visible. Las escalas logarítmicas, más que el valor absoluto de la magnitud, muestran directamente la razón entre dos valores, es decir una determinada longitud en el gráfico corresponde siempre a la misma razón entre los valores. Como hemos señalado, para un espacio dado las escalas logarítmicas permiten representar muchas más décadas que las escalas lineales. Nótese que razonar sobre la base de escalas logarítmicas, o sea razones entre valores, no es después de todo tan extraño: por ejemplo, si analizamos los valores de las monedas y billetes actualmente en curso notamos que sus valores en liras son 10, 100, 1000, 100000, o 20, 200, 2000, o 50, 5000, 5000, 50000; es decir, se encuentran equidistantes en una escala logarítmica, con una razón constante de 10.

491

La capacidad para visualizar valores pequeños significa que se pueden distinguir las pequeñas señales del ruido de fondo del instrumental, y esto facilita el mejoramiento de la razón señal/ruido. 1.2 El decibel Al usar una escala logarítmica resulta útil también usar una unidad de medida relativa en vez de una unidad absoluta; una unidad de medida de uso frecuente es el decibel (dB). En primer lugar, el decibel es un submúltiplo (1/10) del Bel. El Bel es el logaritmo en base 10 de la razón entre la potencia de una señal y una señal de referencia (o entre la potencia de salida y la potencia de entrada). Por lo tanto:

xdB = 10 lg

potencia potencia de referencia

En otras palabras, así como para medir un intervalo de frecuencias en octavas se usa el logaritmo en base 2 y escribimos:

xoctavas = lb

f '' f'

para medir un intervalo de potencias en Bel (es decir en décadas) escribimos:

xB = lg

potencia potencia de referencia

Si la potencia es proporcional al cuadrado de la amplitud (por ejemplo, en el caso de la electricidad la potencia es del tipo V2/R):

xdB = 10 lg

Kx 2 K amplitud de referencia2

= 20 lg

= 10 lg

x2

amplitud amplitud de referencia

492

2

amplitud de referencia

=

Valor de referencia para las aceleraciones: 10-6 m/s2 Nótese que 40 dB significa una razón de 100:1 entre las amplitudes y de 10000:1 entre las potencias. La elección del valor de referencia es arbitraria, pero en ese caso habrá que especificarlo. Para la medición de vibraciones, los valores usados internacionalmente son: valor de referencia para las velocidades: 10-9 m/s valor de referencia para las fuerzas: 10-6 N

- dB + ← Razón de amplitud

3,162 x 10-1 10-1 3,162 x 10-2 10-2 3,162 x 10-3 10-3 3,162 x 10-4 10-4 3,162 x 10-5 10-5

Razón de potencia 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10

→ dB

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Razón de amplitud 3,162 10 3,162 x 10 102 3,162 x 102 103 3,162 x 103 104 3,162 x 104 105

Razón de potencia 10 102 103 104 105 106 107 108 109 1010

Tabla 2

Los valores de las razones de potencia y de las razones de las amplitudes correspondientes a los distintos valores de dB se registran en tablas especiales; tratándose de las razones entre magnitudes de entrada y de salida, los valores negativos de los dB indican atenuación, mientras que los valores positivos indican amplificación. Para facilitar la comprensión de los órdenes de magnitud, la tabla 2 resume algunos valores típicos. A mayor abundamiento, recordemos que relacionadas a las amplitudes se tienen las siguientes correspondencias:

493

20 dB 14 dB 10 dB 6 dB 3 dB 0 dB -3 dB

10 ~5 ~3 ~2 1,41 1 0,707

:1 :1 :1 :1 :1 :1 :1

Así, por ejemplo, 46 dB significa aproximadamente una razón de amplitud 10 10 2 + 20lg +20lg = de 200:1. En efecto, 46 dB = 20+20+6 dB = 20lg 1 1 1 200 = 20 (lg10+lg10+lg2) = 20lg(10· 10· 2) = 20lg . 1 Por lo que respecta a las potencias, -3 db significa 0,5 : 1, es decir la reducción de la potencia a la mitad. 1.3 Consideraciones para la aplicación El uso de escalas logarítmicas para el eje de las amplitudes de los componentes de una vibración es útil para diagnosticar los defectos porque: • •

•

las variaciones relativas son más visibles; a una variación de n dB en la fuente le corresponderá una variación de n dB en todos los puntos de medición, independientemente del recorrido de transmisión de la señal y del nivel de la señal; todos los criterios de evaluación de la vibración consideran que variaciones iguales en la escala logarítmica son igualmente relevantes.

El uso de escalas logarítmicas para el eje de las frecuencias es útil para diagnosticar los defectos porque: • •

se logra visualizar un amplio rango de frecuencias (3 décadas) y, por lo tanto, defectos cuyas frecuencias son muy diferentes; la compensación de velocidad se reduce a una simple traslación lateral del espectro. Si varía la velocidad de la pieza en rotación, varía la frecuencia; dado que en la escala logarítmica los productos y cuocientes corresponden a sumas y diferencias, a una determinada variación porcentual de la velocidad corresponderá una determinada traslación lateral del espectro.

494

El análisis con ancho de banda constante se lleva a cabo con una escala lineal de frecuencias, entrega una misma resolución en todo el eje de frecuencias (luego una resolución mejor en las altas frecuencias comparado con el análisis con ancho de banda porcentual constante), hace más fácil la identificación de familias de armónicas y de bandas laterales. Su limitación consiste en lo restringido del rango de frecuencias analizado (típicamente una década y media). El análisis con ancho de banda porcentual constante se lleva a cabo con una escala de frecuencias logarítmica. Gracias a ello cubre un amplio rango de frecuencias (típicamente 3 o 4 décadas) y por ello es útil para detectar defectos, pues es necesario poder analizar frecuencias muy dispares en forma simultánea. En el caso del análisis de las respuestas dinámicas de una estructura, el ancho de banda de los picos de resonancia está vinculado a la 1 , donde Q amortiguación: más precisamente, el factor de amortiguación es 2Q ∆f el ancho de banda relativo de un pico f Q n de resonancia. Cuando la amortiguación sea constante, las resonancias tendrán un Q constante; convendría entonces aplicar un análisis con Q constante. El análisis con ancho de banda porcentual constante es un análisis con Q constante. Sin embargo, dado que esta temática por lo general se trata mediante analizadores FFT, es necesario buscar un término medio: análisis con ancho de banda constante en una escala logarítmica de frecuencias.

es el factor de calidad, siendo

1

=

1.4 La representación logarítmica de los movimientos armónicos La representación de las amplitudes, de la velocidad y de la aceleración para movimientos sinusoidales en función de la frecuencia, utilizando un diagrama logarítmico en ambos ejes, es de mucha utilidad y se utiliza a menudo, por ejemplo para indicar las especificaciones, esto es las limitaciones operativas, de los rangos de funcionamiento de transductores de vibraciones o excitadores de vibraciones. Si x=xpsin2πft, al derivar se obtienen los valores pico de la velocidad y la aceleración: ap=4π2f2xp=2πfvp

vp=2πfxp

Luego, vp se puede expresar mediante las siguientes expresiones logarítmicas: 495

ln vp=ln 2πf + ln xp

ln vp= ln ap - ln 2πf

La primera, que corresponde al caso en que se mantiene fijo el desplazamiento xp, es una recta con pendiente +1 en el plano velocidadfrecuencia usando una escala logarítmica en ambos ejes. La segunda, que corresponde al caso en que se mantiene fija la aceleración ap, es una recta con pendiente -1 en el mismo plano. El nomograma de la figura 3 permite obtener los valores correspondientes del desplazamiento, la velocidad y la aceleración para movimientos sinusoidales de frecuencia conocida. 2.

Las señales y el análisis de señales

2.1 Análisis de la señal. Descriptores para el análisis de la señal en el dominio del tiempo Consideremos inicialmente funciones sinusoidales. x(t) = xp sin (2πft) Figura Nº 3 2 8



















496

+]

Siendo T = 1/f el período y f la frecuencia, el valor medio en el período es nulo. xp es el valor pico. El valor medio absoluto xm es el valor medio de la semionda positiva del ciclo: xm =

1 T 2

T 2

∫ x p sin(2πft )dt = 0

1 π 1 1π π π = x sin ft d ft x p sinθdθ =0,64 x p ( 2 ) ( 2 ) p π ∫0 T 2 ∫0 2πf

El valor eficaz xRMS es la raíz cuadrada de la media, en un ciclo, de los valores al cuadrado:

xRMS

12

1 T  2 =  ∫ x p sin(2πft ) dt  T 0 

 1 =  2π

[

 2 ∫ ( x p sinθ ) dθ  0 

2π

]

12

=

xp 2

1 = T

12

 1 2 ∫ 2πf x p sin(2πft ) d (2πft ) 0 

2π

[

]

=

= 0,71x p

o también xRMS = 0,71x p = 0,71 ⋅

xm = 1,11xm 0,64

El valor pico-pico xpp es: x pp = 2 x p

El factor de cresta Fc es: Fc =

xp xRMS

= 2

El factor de forma Ff es: x RMS = 1,11 xm La figura 4 muestra las magnitudes indicadas. Ff =

En general, pasando a considerar las señales genéricas, no necesariamente sinusoidales, los descriptores que se utilizan para analizar los segmentos de historias temporales adquiridos son:

497

• • • • •

el valor máximo; el valor mínimo; el valor extremo; la media; el valor RMS;

 valor extremo   el factor de cresta    valor RMS  • los momentos estadísticos de orden superior (varianza, skewness, kurtosis). •

A pico promedio

rms

pico-pico

Fig. 4

Se distinguen los momentos estadísticos en torno al origen y los momentos estadísticos en torno a la media (momentos centrales). Para un conjunto finito de N números reales {xi}, el n-ésimo momento en torno al origen está dado por: vn =

1 N

N

∑ xin i =1

El momento de orden 1 en torno al origen es la media x = v1 . El n-ésimo momento central está dado por µn =

1 N

N

∑ ( xi − x ) n i =1

El momento central de orden 2 es la varianza σ 2 ; la raíz cuadrada de la varianza es la desviación estándar σ .

498

σ2 =

1 N

N

∑ ( xi − x ) 2 i =1

Para las señales cuyo valor medio es nulo, la varianza es igual al valor medio de los cuadrados y la desviación estándar es el valor RMS. Para poder efectuar comparaciones valederas entre distintos conjuntos de valores conviene que los momentos estadísticos de orden superior estén normalizados mediante la potencia adecuada de la desviación estándar: µn =

1 Nσ n

N

∑ ( xi − x ) n i =1

El momento central de orden 3, normalizado, se denomina skewness o coeficiente de asimetría (vrillage, en francés) y constituye una medida de la asimetría (ver fig. 5).

skewness positiva

negativa gaussiana

Fig. 5

skewness = µ 3 =

1 N (xi − x )3 3 ∑ Nσ i =1

Si el conjunto de números tiene una distribución gaussiana, el coeficiente de asimetría es cero. Nótese, sin embargo, que otras distribuciones casuales pueden tener también una skewness nula.

499

Si la skewness es nula, entonces los valores se encuentran distribuidos por igual a ambos lados del valor medio, especialmente aquellos más lejanos. El momento central de orden 4, normalizado, se denomina kurtosis o coeficiente de apuntamiento (élargissement, en francés), y es una medida de cuán achatada es la distribución (ver fig. 6). kurtosis = µ 4 =

1 Nσ 4

N

∑ (xi − x )

4

i =1

En otras palabras, si la mayor parte de los números tienen valores cercanos a la media y sólo unos pocos se alejan de ella, la curva de la distribución presenta un pico elevado en torno a la media y baja a cero rápidamente por ambos lados. En este caso la kurtosis tiene un valor reducido y se dice que la curva de distribución es leptokúrtica. Si, por el contrario, el valor de kurtosis es elevado, la curva de distribución es achatada y se dice que es platokúrtica. La curva de la distribución normal o gaussiana tiene una kurtosis igual a 3. La tabla 3 muestra algunos valores típicos para la kurtosis. kurtosis

gaussiana leptocúrtica platocúrtica

Fig. 6

Señal

Kurtosis

Seno Onda cuadrada Onda triangular Casual Choque

1,5 1 1,75 3 >3

Tabla 3

500

Dado que la kurtosis usa la cuarta potencia de cada valor, el efecto de una pequeña cantidad de valores elevados ya es significativo. Esto puede resultar útil para detectar el surgimiento de defectos desde sus etapas iniciales. Se define el coeficiente de autocorrelación Rxx(τ) de una señal x(t) como el valor esperado del producto x(t) x(t + τ): Rxx (τ ) = E [x(t ) x (t + τ )] = lim

1 T0 →∞ T 0

T0

∫ x(t ) x(t + τ )dt 0

Se define como función de correlación mutua Rxy(τ) de x(t) e y(t) Rxy (τ ) = E [x(t ) y (t + τ )] = lim

1 T0 →∞ T 0

Para τ = 0 se tiene:

[

T0

∫ x(t ) y(t + τ )dt 0

Rxx (τ = 0) = E x 2 (t )

]

Fig. 7

Es decir, el valor que adopta la función de autocorrelación para τ = 0 es el valor cuadrático medio. Para un proceso estacionario, Rxx(τ) debe depender solamente del tiempo de separación τ y no del tiempo absoluto t, de modo que: R xx (τ ) = E [x (t ) x (t + τ )] = E [x (t − τ ) x(t + τ − τ )] = E [x (t − τ ) x(t )] = E [x (t ) x (t − τ ) ] = R xx ( −τ ) ,

es decir, Rxx(τ) es una función par de τ (figura 7): Rxx(τ) = Rxx(-τ).

501

Para una mejor comprensión de la figura 7, recuérdese que: ∞

T

1 E[x ] = ∫ x(t )dt = ∫ xp ( x )dx T 0 −∞ p(x) = densidad de probabilidad p(x)dx = fracción del tiempo total en que x(t) está comprendida entre x y 1 1 x + dx = ( dt1 + dt2 + dt3 + ...) = ∑ dt T T σ = desviación estándar de x 2 σ2 = varianza de x = E (x − E[x ])

[

]

Luego:

[

] [

] [ ]

σ 2 = E (x − E[x ]) = E x 2 − 2 xE[x ]+ (E[x ]) = E x 2 − 2 E[x ]E[x ] + (E[x ]) 2

o sea:

2

[ ]

2

σ 2 = E x 2 − (E [x])

2

varianza = (desviación estándar)2 = valor cuadrático medio - (valor medio)2 Usando la notación E[x] = m tenemos E[x2] = σ2 + m2 En el caso especial de una distribución de probabilidad normal, es decir gaussiana, el valor medio y la varianza están relacionados con la densidad de probabilidad a través de la siguiente expresión: − 1 p( x) = e 2πσ

( x−m )2 2σ 2

Siempre en el ámbito de un proceso estacionario, se tiene:

[

] [

] [

] [

]

R xy (τ ) = E x (t ) y (t + τ ) = E x (t − τ ) y ( t + τ − τ ) = E x ( t − τ ) y (t ) = E y (t ) x (t − τ ) = R yx ( −τ )

y análogamente Ryx (τ ) = Rxy ( −τ )

502

pero en general Rxy(τ) y Ryx(τ) no son iguales y, a diferencia de la autocorrelación, no son tampoco funciones pares de τ (fig. 8)

Fig. 8

2.2 Elementos de análisis de señales en el rango de frecuencias 2.2.1 La serie de Fourier Consideremos una función periódica de período T. Si se satisfacen ciertas condiciones, una función periódica puede expresarse como suma de senos y cosenos. Además de la periodicidad, para que exista la serie de Fourier se deben satisfacer las siguientes condiciones (condiciones de Dirichlet): 1.

si la función presenta discontinuidades, su número debe ser finito en cada período; 2. la función debe contener un número finito de máximos y mínimos en cada período; 3. el valor absoluto de la función debe ser integrable en cada período, es decir: T

∫ x(t ) dt < ∞ 0

503

Existen funciones que no poseen una serie de Fourier; sin embargo, en situaciones prácticas de sistemas reales, si la función es periódica siempre se cumplen las condiciones de Dirichlet. La serie de Fourier con coeficientes reales es: x (t ) =

a0 ∞  2πit 2πit  + ∑ ai cos + bi sen T T  2 i =1 

frecuencias = f i =

i T

i = 1, 2, … ∞ ak =

T 2

2 2πkt x (t ) cos dt T −∫T T

k = 0, 1, 2, … ∞

2

bk =

T 2

2 2πkt x (t ) sen dt ∫ T −T T

k = 0, 1, 2, … ∞

2

Mediante la fórmula de Euler, se pueden expresar los senos y cosenos como exponenciales complejos. Se obtiene así la serie de Fourier con coeficientes complejos.

Fig. 9

x (t ) =

∞

∑ x ( k )e

j 2πk

t T

k = −∞

T t

− j 2πk 1 2 T xk = ∫ x(t )e dt T −T

k = 0, 1, 2, … ∞

2

504

Si consideramos, por ejemplo, la onda cuadrada de la fig. 9, vemos que satisface las condiciones de Dirchlet. Su valor medio es cero, por lo tanto: T

12 2 1 a0 = x (t )dt = ∫ T 2 T −T 2

T 2

∫T x(t )dt = 0

−

2

En este caso las integrales que dan los coeficientes del seno son nulas, por lo tanto la serie contiene solamente cosenos: x(t ) =

4A  1 1 1   cos ω 0t − cos 3ω 0t + cos 5ω 0t − cos 7ω 0 t + ... π  3 5 7 

Si aproximamos la onda cuadrada mencionada anteriormente con un número finito de términos del desarrollo en serie, es obvio que la reconstrucción de la onda no será perfecta (fig. 10). A medida que aumenta el número de términos considerados, las oscilaciones en torno a la forma de onda 1ª, 2ª y 3ª armónica

La suma de las tres primeras armónicas

La suma de las primeras 25 armónicas

La suma de las diez primeras armónicas

Fig. 10

505

teórica disminuyen con mayor rapidez y tienen una frecuencia más elevada; sin embargo, Gibbs ha demostrado que la sobreelongación máxima es constante e igual a un 8,95% de la discontinuidad original de la señal. La sobreelongación permanece constante en dicho valor y no desaparece ni aun considerando infinitos términos (figura 11). El fenómeno de Gibbs consiste entonces en el hecho que cuando existen discontinuidades en la forma de onda original, la serie de Fourier entrega la forma original en todos los puntos excepto en las discontinuidades. En cada discontinuidad habrá siempre una sobreelongación, equivalente a un 8,95% de la amplitud de la discontinuidad.

Fig. 11

La figura 12 muestra los desarrollos en serie de Fourier para algunas formas de onda comunes.

506

Continúa Fig. 12

x (t ) =

4A  1 1   cos ω 0t − cos 3ω 0t − cos 7ω 0t + ... Π  3 7 

 1 1   x (t ) = A  k + 2  sin k π cos ω 0 t + sin 2 k π cos 2ω 0 t + sin n k π cos n ω 0 t + ...   n 2   π 

k = t0 / T

n +1   Π 2 2 2 2 1 + ω 0 t + cos 2ω 0 t − ω 0t + ω 0 t − ... + ( − 1) 2  cos 6 cos 4 cos A  35 15 3 2 x (t ) =  Π 2  2  cos n ω 0 t ...  n −1 

donde n es par

x(t ) =

n    +1 2 A  2 2 2 2 1 + cos 2ω 0 t − cos 4ω 0 t + cos 6ω 0 t − ... + (−1)  2  2 cos nω 0 t....  Π  3 n −1 35 15 

507

Continúa Fig. 12

donde n es par

x (t ) =

8A  1 1  cos ω 0 t + cos 3ω 0 t + cos 5ω 0 t + ... 2  9 25 Π  

x (t ) =

2A  1 1 1   sin ω 0 t − sin 2ω 0 t + sin 3ω 0 t − sin 4ω 0 t + ... Π  2 3 4 

508

2.2.2

La transformada de Fourier

Una función no periódica se considera como periódica con período infinito.

TX (k ) =

T 2

∫ x(t )e

−

− j 2πk

t T

dt

T 2

La frecuencia de las armónicas es k/T y su separación es 1/T. Para T→∞ la frecuencia tiende a convertirse en una función continua: f = lim T →∞

k T

Definiendo: X ( f ) = lim TX (k ) T →∞

se obtiene: ∞

X ( f ) = ∫ x (t )e − j 2πft dt −∞

llamada transformada directa de Fourier de x(t) o también espectro de x(t). Se le denomina también transformada integral de Fourier, y representa la señal en el dominio de las frecuencias a partir de la señal en el dominio del tiempo. X(f) existe si ∞

∫ x(t ) dt < ∞

Condición de Dirichlet

−∞

509

Para obtener la transformada inversa se multiplica y se divide por T la serie de Fourier con coeficientes complejos: x(t ) =

∞

∑

TX ( k )e

j 2πk

1 T

k = −∞

1 T

 k +1 k  1 df = lím − = T →∞ T T  T x(t ) =

∞

∫ X ( f )e

j 2πft

df

transformada inversa de Fourier

−∞

La transformada inversa expresa la señal en el dominio del tiempo a partir de la señal en el dominio de las frecuencias. Obviamente, si en lugar de la frecuencia consideramos la velocidad angular ω, tendremos: ∞

X (ω ) = ∫ x (t )e − jωt dt −∞

x(t ) =

1 2π

∞

∫ X (ω )e

jωt

dω

−∞

La transformada de Fourier es una función compleja, representable en forma polar (módulo y fase) o en forma rectangular (parte real y parte imaginaria). ∞

X ( f ) = ∫ x(t )e − j 2πft dt = Re( f ) + j Im( f ) −∞

La figura 13 muestra, como ejemplo, la transformada de Fourier de una señal rectangular que comienza en el tiempo t = 0.

510

Fig 13

Fig. 14

511

Por definición, se dice que una función del tiempo es: par (o simétrica) si x(t) = x(-t) impar (o antisimétrica) si x(t) = - x(-t) En otra palabras, la forma de onda correspondiente a los tiempos negativos se obtiene, para las funciones pares, volteando la onda en torno al eje de las ordenadas y, para las funciones impares, volteando la onda en torno al eje de las abscisas (esto es, del tiempo) y luego volteándola en torno al eje de las ordenadas (figura 14). Considerando las funciones en el dominio del tiempo como pares o impares, o como suma de funciones pares o impares, se pueden predecir algunas características de las formas de onda en el dominio de frecuencia. Una función cualquiera x(t) puede descomponerse en una parte par xp(t) y una parte impar xi(t). En efecto: x(t ) = x p (t ) + xi (t ) x( −t ) = x p (−t ) + xi ( −t ) = x p (t ) − xi (t ) 1 [x(t ) + xi (−t )] 2 1 xi (t ) = [x(t ) − x( −t )] 2

x p (t ) =

La fig. 15 muestra la transformada de Fourier de una función impar del tiempo. La parte real (es decir la parte cosinusoidal) es cero, la parte imaginaria (es decir la parte sinusoidal) es distinta de cero y es una función impar de la frecuencia; la fase tiene siempre el valor ±π/2.

512

Parte real

Parte Imaginaria

Fig. 15

513

La figura 16 muestra la transformada de Fourier de una función par del tiempo. La fase tiene siempre el valor ±π, y por lo tanto la parte imaginaria es siempre nula, mientras que la parte real es una función par de la frecuencia.

MODULO

Fig. 16

Las funciones impares en el dominio del tiempo se transforman en funciones impares e imaginarias en el dominio de la frecuencia; las funciones pares en el dominio del tiempo se transforman en funciones pares y reales en el dominio de la frecuencia. Si usamos coordenadas rectangulares en lugar de polares, podemos fácilmente hallar las transformadas de las funciones como sumas de funciones pares xp(t) e impares xi(t) del tiempo, como se muestra en la fig. 17. Procediendo analíticamente, si x(t) = xp(t) + xi(t), ∞

∞

X ( f ) = ∫ x (t )e − j 2πft dt = ∫ [ x p (t ) + xi t ][cos 2πft − j sen 2πft ]dt = −∞

−∞

∞

∞

∞

∞

−∞

−∞

−∞

−∞

= ∫ x p (t ) cos 2πftdt + ∫ xi (t ) cos 2πftdt − j ∫ x p (t ) sen 2πftdt − j ∫ xi (t ) sen 2πftdt

514

y recordando que: •

la integral de una función impar (antisimétrica) es cero;

Fig. 17.

•

el producto de dos funciones pares (simétricas) o de dos funciones impares (antisimétricas) es par (simétrico); • el producto de una función impar (antisimétrica) y de una función par (simétrica) es impar (antisimétrica); • el seno es una función impar (antisimétrica); • el coseno es una función par (simétrica).

515

La segunda y la tercera integral se anulan; luego, ∞

∞

−∞

−∞

X ( f ) = ∫ x p (t ) cos 2πftdt − j ∫ xi (t ) sen 2πftdt Si además x(t) es par, entonces xi = 0, xp(t) = x(t), de modo que la transformada de Fourier de una función par es: ∞

X ( f ) = ∫ x p (t ) cos 2πftdt −∞

Por ejemplo, la función de autocorrelación es una función par. Determinemos ahora las transformadas del seno y del coseno. La función delta de Dirac δ(t-t0) [esta notación indica el valor de la función en el tiempo t cuando se aplica el pulso en el tiempo to] es un pulso cuya amplitud tiende a infinito y cuya duración tiende a cero, con área bajo la curva igual a 1. Cuando se la emplea dentro de una integral, juega el papel de un operador que evalúa la función por integrar para un valor específico de la variable. En efecto: ∞

∫ x(t )δ (t − t 0 )dt = x(t0 )

−∞

Lo propio ocurre en el dominio de frecuencia; si la función es exponencial, tenemos: ∞

∫e

j 2πft

δ ( f − f 0 )df = e j 2πf t 0

−∞

pero el primer miembro es también la transformada inversa de Fourier de δ ( f − f 0 ) , por lo tanto ℑ−1δ ( f − f 0 ) = e j 2πf t = cos 2πf 0 t + j sen 2πf 0 t 0

Análogamente, ℑ−1δ ( f + f 0 ) = ℑ−1δ [ f − ( − f 0 )] = e − j 2πf t = cos 2πf 0 t − j sen 2πf 0t 0

516

La transformada de la suma es, por lo tanto: ℑ−1 [δ ( f − f 0 ) + δ ( f + f 0 )] = cos 2πf 0 t + j sen 2πf 0 t + cos 2πf 0t − j sen 2πf 0 t = 2 cos 2πf 0 t

luego ∞

∫

−∞

δ ( f − f 0 ) + δ ( f + f 0 ) j 2πft e df = cos 2πf 0t 2

y por lo tanto la transformada de Fourier de cos2πf0t es la suma de las funciones delta δ(f - f0) y δ(f + f0), cada una multiplicada por 1/2: ℑ cos 2πf 0 t =

δ ( f − f0 ) + δ ( f + f 0 ) 2

Nótese que se trata de una función real (coincidentemente con el hecho que el coseno es una función par). La gráfica de la función se muestra en la figura 18.

Fig. 18

517

Fig. 19

Procediendo en forma análoga se obtiene: ℑ sen 2πf 0t =

δ ( f − f0 ) − δ ( f + f 0 ) 2j

Nótese que se trata de una función imaginaria pura (coincidentemente con el hecho que el seno es una función impar). Consideremos la transformada de la función rectangular (o uniforme o  t  boxcar), que a veces se expresa con rect  ; esta función (figura 19) está  T0  dada por: u (t ) = 1 T T para − 0 ≤ t ≤ 0 2 2 para los demás valores de t u (t ) = 0 ∞   t  − j 2πft dt = ℑ[u (t ) ] = ℑrect  = U ( f ) = u (t )e − j 2πft dt = u (t )e T  0   −∞ −T 2 T0 2

∫

∫ 0

518

t T

=

=

[

1 e − j 2πft − j 2πft

]

T0 2 −T0 2

=

+ j 2πft 1  − j 2πft 2 2 e − e − j 2πft  T0

T0

 =  

T0 2 = sen πT0 − j 2πf πf

− 2 j sen 2πft

o también, siendo sinc(fT0) =

sen πfT0 πfT0

(un expresión del tipo

sen x se x

denomina sinc kernel) ℑ[u (t ) ] = T0 sinc( fT0 ) Esta función tiene su máximo para f = 0, y se puede hallar mediante la regla de L’Hôpital: d (sen πfT0 ) πT cos πfT0 sen πfT0 df = lím = lím 0 = T0 lím f →0 f →0 f →0 d πf π (πf ) df La función se anula por primera vez para

πfT0 = ±π es decir, para f0 = ±

1 T0

519

Fig. 20

Luego el ancho del lóbulo central es 2/T0; esto demuestra que el intervalo en el dominio de frecuencia es inversamente proporcional a la duración en el dominio del tiempo. Podemos considerar, con mayor generalidad, la figura 20. La figura 20a muestra que una expansión del tiempo implica una alteración, en el dominio de frecuencia, tanto de la amplitud como de la frecuencia, con un aumento de las amplitudes y una disminución de las frecuencias. Lo contrario ocurre al producirse una contracción de los tiempos. La figura 20b muestra que una expansión de las frecuencias implica una alteración tanto de la amplitud como de la duración en el dominio del tiempo, con un aumento de las amplitudes y una contracción de la duración. Lo contrario ocurre al producirse una contracción de las frecuencias. Veamos ahora la determinación de la transformada de una convolución. Utilizaremos la notación * para indicar la convolución: ∞

x(t ) * y (t ) =

∫ x(u) y(t − u)du

−∞

∞

X ( f ) *Y ( f ) =

∫ X (u)Y ( f − u)du

−∞

520

Tenemos:

ℑ[x (t ) * y (t )] = X ( f )Y ( f ) ℑ[x (t ) ⋅ y (t ) ] = X ( f ) * Y ( f )

Fig. 21

es decir, la transformada de la convolución es el producto de las transformadas, y la transformada del producto es la convolución de las transformadas. La primera relación será útil, por ejemplo, para obtener la repuesta de un sistema lineal a partir de la respuesta a un pulso; la segunda cuando, por ejemplo, se aplique algún tipo de ventana a una señal temporal. Si se lleva a cabo una traslación temporal de una señal (figura 21), evidentemente ésta influye solamente sobre la fase y no sobre la amplitud o sobre el comportamiento en función de la frecuencia de la transformada. La traslación temporal de la función permite aprovechar la simetría de la misma. ℑ[x (t − t0 )] =

∞

∫ x(t − t )e

− j 2πft

0

dt

−∞

Sustituyendo τ = t − t0 obtenemos ℑ[x (t − t0 ) ] =

∞

∫

∞

x (τ )e − j 2π (t +τ ) dτ =e − j 2πft 0

0

−∞

∫ x(τ )e

−∞

521

− j 2πτ

dτ = e − j 2πft X ( f ) 0

esto es, un atraso en el dominio de tiempo equivale a multiplicar por un exponencial complejo en el dominio de frecuencia, es decir, como se ha dicho, a una variación de la fase. Si en cambio se lleva a cabo una traslación en el dominio de frecuencia, introduciendo una nueva variable z = f − f 0 tenemos: dz = df ∞

ℑ−1δ [X ( f − f 0 ) ] =

∫

∞

∫

X ( f − f 0 )e j 2πft df = X ( z )e j 2πzt e j 2πf t dz =

−∞

0

−∞

∞

= e j 2πf t 0

∫ X ( z)e

j 2πzt

dz = e j 2πf t x(t ) 0

−∞

Análogamente,

ℑ −1 {X ( f − (− f 0 )} = ℑ −1 X ( f − f 0 ) = e j 2πf 0t x(t )

(

)

ℑ−1 [X ( f − f 0 ) + X ( f + f 0 )] = e j 2πf t + e − j 2πf t x (t ) = 0

0

cos 2πf 0 t x(t ) 2

 X ( f − f 0 ) + X ( f + f0 )  ℑ−1   = cos 2πf 0 tx(t ) 2   Éste es el caso de una modulación de amplitud. Si al espectro X(f) de una función rectangular se le aplica una traslación positiva y una negativa en el dominio de frecuencia y sumamos, esto produce una modulación de la señal constante de la función rectangular con una frecuencia igual a la traslación f0 aplicada (figura 22).

522

Fig. 22

Análogamente, podemos observar lo siguiente. Si una función x(t) se muestrea sólo durante un intervalo de tiempo finito T0, esto equivale a aplicarle una función rectangular u(t), es decir a considerar el producto x f (t ) = x (t )u (t ) Al producto de las funciones en el dominio del tiempo le corresponde la convolución de las transformadas en el dominio de la frecuencia:

[

]

∞

ℑ x f (t ) = X f ( f ) =

∫

∞

∫

X (η )U ( f − η )dη = X (η )

−∞ ∞

=

∫ X ( f − η)

−∞

−∞

sen π ( f − η )T0 dη = π ( f − η)

sen πηT0 dη πη

donde se aprovecha la propiedad conmutativa de las convoluciones: ∞

∫

−∞

∞

y (τ ) x(t − τ ) dτ =

∫ y (t − τ ) x(τ )dτ

−∞

523

En particular, si x(t) es una cosinusoide de amplitud unitaria y frecuencia f0 tenemos: X( f ) =

[

1 δ ( f − f0) + δ ( f + f 0 ) 2

]

y por lo tanto la transformada de Fourier de una función coseno muestreada durante un tiempo finito T0 es

[

∞

] ∫ 12 [δ ( f − f

ℑ x f (t ) =

0)

+ δ ( f + f0 )

−∞

]senππ((ff −−ηη))T

0

dη =

1 sen π ( f − f 0 )T0 1 sen π ( f + f 0 )T0 + = 2 π ( f − f0 ) 2 π ( f + f0 ) 1 sen π ( f − f 0 )T0 1 sen π ( f + f 0 )T0 = T0 + T0 = π ( f − f0 ) π ( f + f0 ) 2 2

=

pues, como hemos visto, la función delta dentro de una integral de convolución actúa como un operador que evalúa la función para el valor asociado de la variable.

Fig. 23

524

sen x se centran en torno a ± f 0 y el lóbulo principal x tiene una amplitud T0 y un ancho 2/T0. Si T0 es suficientemente grande, el ancho de dicho lóbulo y de los lóbulos adyacentes significativos es suficientemente pequeño para poder despreciar el efecto de la superposición sen x en los máximos de los lóbulos centrales. Dado que de las dos funciones x 1 en nuestro caso en la expresión de la transformada había también un factor , 2 podemos considerar que la amplitud de los máximos de la transformada tiene un valor igual a T0/2 (figura 23). Luego, esta figura representa la transformada de una cosinusoide de amplitud unitaria y frecuencia f0, truncada mediante un muestreo desde el tiempo −T0 / 2 hasta el tiempo T0 / 2 . Lo señalado arriba se ilustra nuevamente en la fig. 24, que se refiere a una cosinusoide de amplitud A muestreada a través de una ventana de observación rectangular desde −T0 / 2 hasta +T0 / 2 . Es interesante notar una vez más que la transformada de la función rectangular u(t) se divide en dos y se escribe como la suma de ambas mitades: Las funciones T0

Fig. 24

525

sen πfT0 sen πfT0 1 1 ℑ x f [t ] = T0 + T0 2 π ( f − f0 ) 2 π ( f + f0 )

[

]

se aprecia que la multiplicación de la señal de la función rectangular para una cosinusoide ha producido la traslación respectivamente en ± f 0 de la curva lobulada de la función rectangular. A tales traslaciones en el dominio de frecuencia les corresponde, como se ha dicho, una modulación en el dominio del tiempo, y en efecto x f (t ) = u (t ) x(t ) es la expresión de la función rectangular modulada en amplitud por la cosinusoide. Es muy importante observar otro fenómeno: la aplicación de una ventana temporal a la señal, es decir el truncamiento temporal de un muestreo, ha producido el fenómeno del leakage. Refiriéndonos a la figura 24, correspondiente a una ventana rectangular, la transformada de Fourier de la cosinusoide (constituida por dos impulsos) no que se ha ensanchado en lóbulos a consecuencia de la convolución con la coincide exactamente con la transformada de Fourier de la cosinusoide trunca, ventana temporal. La potencia en un intervalo de frecuencias se ha dispersado (leakage = dispersión, pérdida) en las regiones de frecuencia adyacentes, con la consiguiente alteración de amplitudes y frecuencias. La magnitud del

Fig. 25

leakage depende de la forma de la función de la ventana temporal, también llamada función de ponderación w(t) (weighting function), de la cual se efectúa la convolución con la señal (figura 25). Las tablas 4 y 5 resumen algunas transformadas de Fourier de utilidad. Es interesante notar que las curvas acampanadas en el dominio de tiempo dan lugar a curvas acampanadas en el dominio de frecuencia.

526

Nótese que la integral de Fourier de una función de muestreo entrega a su vez una función de muestreo, es decir otra gráfica en forma de peine. Por lo que se refiere a los símbolos, recordemos que se indica con:

f s = 1 ∆t

la frecuencia de muestreo ∞

∑ δ (t − k∆t )

comb∆t

la serie infinita de impulsos

rep fs [x ( f )]

la repetición de x(f) cada fs unidades según lo define la convolución x(f) * combfs

k =0

2.2.3

La transformada discreta de Fourier (DFT, Discrete Fourier Transform)

Si las señales, aun siendo analógicas en su origen, son adquiridas y procesadas en forma digital, se presentan bajo la forma de secuencias finitas de valores numéricos derivados del muestreo y de la digitalización efectuados por el convertidor análogo-digital. Sobre estas secuencias finitas de datos se opera mediante DFT y FFT. La Fast Fourier Transform (FFT) es simplemente un procedimiento de cálculo eficiente para evaluar la DFT. Ambas operan sobre secuencias de valores discretos equidistantes en un intervalo finito.

527

7UDQVIRUPDGD GH )RXULHU

)XQFLyQ X(t)

X(f)

ℑ −1 [X ( f )]

ℑ[X (t )]

∞

∞

−∞

−∞

y

(t)

y(f)

ax(t) + by(t)

aX(f) + bY(f)

x(t)*y(t)

X(f)Y(f)

∫ X ( f )exp( j 2πft )df

∫ X (t )exp(− j 2πft )df

∞

∫ X (τ ) y (t −τ )dt

X(f)Y(f)

−∞

X(f)*Y(f)

x(t) y(t)

∞

∫

x(t) y(t)

x(t – t0) X(t)e

–j2Œft

X (η )Y ( f −η )dη

−∞

X(f)e o

–MŒIW

o

X(f - f o)

(d / dt ) x(t )

j 2πfX ( f )

− j 2πtx (t )

(d / df ) X ( f )

t

∫ x(τ )dτ

−∞

1 X ( f ) / ( j 2πf ) + X (0)δ ( f ) 2

528

1 X ( f ) purché X (0) = 0 jω

t

∫ x(τ )dτ

−∞

1 x(t ) / (− j 2πf ) + x(0)δ (t ) 2

f

∫

X ( f )df

−∞

rect ( f / Q) Q sin c( fQ )

Q sin c(tQ) rect (t / Q) comb∆t

f s comb fs

f s rep fs [X ( f )]

comb∆ x(t ) rep T [x(t )]

( f s / T ) comb1 / T X ( f )

repT [comb∆t x(t )]

(1 / T ) comb1 / T rep fs [X ( f )]

X * (t )

X * (− f ) (relación de Parceval )

∞

∞

−∞

−∞

2 2 ∫ x (t)dt = ∫ ΙX ( f ) df

Tabla 4 - Relaciones funcionales

529

x(t)

cos 2πf 0 t

1 [δ ( f − f 0 ) + δ ( f − f 0 )] 2 1 [δ ( f − f 0 ) = δ ( f − f 0 )] 2j

sin 2πf 0 t cos (2πf 0 t ) x (t )

x (t ) =

{

X(f)

1 [X ( f + f 0 ) + X ( f − f 0 )] 2j

1 −T0 / 2 ⟨ t ⟨ T0 / 2 0 de otro mod o

sin πfT0 πf

rect (tT0 )

T0 sin c( fT0 )

T0 sin c (tT0 )

rect ( fT0 )

x (t ) = u (t ) =

{

1 t ≥0 0 t ⟨0

1 1 δ(f ) + j 2πf 2

1 δ (t ) − 1 /( j 2πt ) 2

δ (t ) x(t ) = 1 por cada t exp ( j 2πf 0 t

u( f )

X ( f ) = 1 por cada f δ(f ) δ ( f − f0 )

530

x(t)

δ / t − t0 )  − t2  exp  2   2a  2 sin 2πBt 2πt

X(f)

e − j 2πft0

2πa 2 exp x( f ) =

{

− (2πfa) 2 2

1− B≤ f ⟨ B 0 de otro mod o

Tabla 5 - Transformadas de Fourier de funciones específicas

La DFT es periódica con período N, siendo N el número de puntos, es decir de valores adquiridos. Su cálculo requiere de N2 multiplicaciones de números complejos. Si se toma un número de muestras correspondiente a una potencia de 2 (es decir, N = 2k) se puede utilizar un algoritmo (FFT) que requiere de sólo Nlog2N multiplicaciones. Por ejemplo, para N = 1024 (k = 10), las multiplicaciones necesarias son 1024· 10 en lugar de 1024· 1024, requiriéndose aproximadamente 1/100 del tiempo necesario para una DFT. Al aumentar el número de muestras (128, 512, 1024, 2048), para una misma frecuencia de muestreo se obtiene un aumento de la resolución en frecuencia.

531

Ventana rectangular

Muestreo

Fig. 26.

Las operaciones de ventana y muestreo de las señales pueden considerarse como productos de funciones temporales (fig. 26).

532

La DFT se calcula con una función temporal usando N muestras tomadas en los tiempos t = 0, ∆t,2∆t, … (N − 1) ∆t, donde ∆t es el intervalo de muestreo. Para la serie de Fourier teníamos: T

1

j 2πk 1 X (k ) = x(t )e T dt T 0

∫

siendo x(t) una función periódica de período T. La DFT opera sólo sobre una pequeña parte de la señal temporal y la trata como parte de una señal periódica. t → n∆t

dt → ∆t n = 0, 1, 2, ...( N − 1) 1 T

X (k ) =

T

∫

x(t )e

j 2πk

1 T

dt →

0

1 N∆t

N −1

∑

x (n )e

x(t ) = x (n) − j 2πk

n∆t N∆t

∆t

n =0

Restringiendo el valor de k a uno de los enteros 0, 1, 2, ... (N − 1) se obtiene la transformada discreta de Fourier: X (k ) =

1 N

N −1

∑

x ( n)e

− j 2πk

n N

k = 0, 1, 2, ... (N − 1)

n= 0

Los valores correspondientes de la frecuencia son: f =

k T

Análogamente, x(t ) =

∞

∑

X (k )e

j 2πk

t T

t → n∆t ;

T → N∆t

k = −∞

y la transformada discreta inversa de Fourier es: x( n) =

N −1

∑

X (k )e

j 2πk

n N

n = 0, 1, 2, ... (N − 1)

k =0

533

Otros autores definen la DFT y la inversa obteniéndolas no de la serie de Fourier, sino a partir de la integral de Fourier (es decir como muestreo de una función continua), pero considerando la señal periódica con un período igual a la ventana de observación, esto es reemplazando fi por valores discretos f k = k N∆t , reemplazando las integrales por sumatorias y considerando solamente los N términos de 0 a N−1. Según esta definición se tiene:

X ( k∆f ) = ∆t

N −1

∑

x( n)e

j 2πk

n N

n =0

x( n∆t ) =

1 N∆t

N −1

∑

X ( k )e

j 2πk

n N

n =0

Estas definiciones difieren de las anteriores sólo por un factor de escala dado por el coeficiente que precede a las sumatorias (y por las unidades de medición). Nótese que las dimensiones de la transformada integral de Fourier son las de la señal multiplicadas por el tiempo; es, por tanto, una densidad de distribución, expresada en unidades de ingeniería multiplicadas por un tiempo, es decir divididas por la frecuencia: EU/Hz (indicándose con EU las Engineering Units). En cambio, la serie de Fourier tiene las dimensiones de la señal x(t), es decir las unidades de medición son EU. Las dimensiones de la transformada discreta de Fourier dependen de cómo haya sido definida: utilizando la definición habitual obtenida de la serie de Fourier, las unidades de medición son EU; si se utiliza la definición obtenida de la transformada continua de Fourier, las unidades de medición son EU/Hz. La figura 27 muestra la derivación de la DFT de la transformada integral de Fourier: al muestreo y a la ventana en el dominio del tiempo les corresponden dos operaciones sucesivas de convolución en el dominio de frecuencia, al muestreo en el dominio de frecuencia le corresponde una convolución en el dominio del tiempo que da lugar a la periodicidad de la señal temporal muestreada.

534

Los coeficientes de la DFT son tales que X ( N − k ) = X * (k ) donde * indica el complejo conjugado.

En efecto: X (N − k) = =

1 N

N −1

∑

1 = N

1 N

N −1

∑

x ( n) e

− j 2π ( N −k )

n N

=

n =0

x( n)(cos 2πn − j sen 2πn)e

n =0

N −1

∑ x( n )e n =0

− j 2πk

n N

1 N

j 2πk

n N

N −1

∑

x (n)e − j 2πn e

j 2πk

n N

=

n =0

=

1 N

N −1

∑

x (n )e

j 2πk

n N

=

n =0

*

  = X * (k ) 

por lo tanto N/2 de los N valores hallados con una DFT se obtienen de los N/2 valores anteriores, es decir no corresponden a un contenido real de la señal original para la frecuencia f(N−k).

535

Fig. 27

536

N corresponden al 2 1 intervalo de frecuencias desde cero hasta la frecuencia de Nyquist F = 2∆t N ÷N (folding frequency: véase más adelante), y que aquellos en el intervalo 2 corresponden a las frecuencias negativas. k N 2 N = es f = = En efecto, la frecuencia correspondiente a k = T T 2 N 2 1 = = . N∆t 2∆t Mostraremos luego que los k en el intervalo 0 ÷

Si se evalúan los X(k) y los x(n) para valores del índice fuera del rango 0 ÷ N − 1 nos encontramos con la propiedad periódica de la DFT (circularidad o repetición de los coeficientes a intervalos dados de N (figura 28). En efecto, para i entero X ( k + iN ) =

=

1 N

1 N

N −1

∑

x ( n) e

N −1

∑ n= 0

− j 2π

n N

x ( n) e

− j 2π ( k +iN )

n N

=

1 N

N −1

∑

x( n)e

− j 2πk

n N

e

− j 2πiN

n N

=

n =0

(cos 2πin − j sen 2πin) =

n =0

1 N

N −1

∑

x (n )e

− j 2πk

n N

= X (k )

n =0

En la fig. 28 N=16 y la frecuencia de Nyquist corresponde a k = N 2 = 8 . Análogamente, x( n + iN ) = x (n)

fig. 28

537

Esto se hará evidente a continuación cuando tratemos el aliasing, puesto que los puntos desfasados N puntos entre ellos corresponden a desfases de frecuencia iguales a fs = 2F (fs = frecuencia de muestreo = sampling rate, F = frecuencia de doblez = folding frequency = frecuencia de Nyquist) y las sinusoides que difieren entre sí por fs = 2F (o múltiplos enteros de 2F) se ven como idénticas entre sí en el muestreo. Si se evalúan los X(k) para índices negativos se obtiene:

X (− p ) =

y multiplicando por e

=

1 N

N −1

∑ n =0

x ( n) e

− j 2πn

n N

− j 2π ( − p )

1 N

N −1

∑

x ( n)e

− j 2π ( − p )

n N

=

n= 0

, que vale 1, la expresión se convierte en

n N

e

− j 2πn

n N

=

1 N

N −1

∑

x (n )e

− j 2π ( N − p )

n N

= X ( N − p)

n =0

es decir, el X(N−p) genérico que corresponde a la frecuencia X(−p), que corresponde a la frecuencia negativa −

538

N−p es igual a T

p , como se había previsto. T

2.2.4 El aliasing Entregaremos inicialmente alguna consideraciones generales, para continuar luego con el tratamiento teórico detallado. El fenómeno del aliasing es el resultado de la discretización de una señal originalmente continua, muestreada con una frecuencia de muestreo demasiado baja. La digitalización de una señal de alta frecuencia produce en este caso exactamente el mismo conjunto de valores discretos que se obtienen al digitalizar una señal de baja frecuencia. Si se muestrea una sinusoide a intervalos ∆t y su frecuencia es 1 , aparece como si tuviera una frecuencia menor. mayor que 2∆t 1 = La figura 29 muestra un ejemplo: la frecuencia de muestreo es f s = ∆t = 120 Hz. 1 1 F = folding frequency = = f s = 60 Hz 2∆ t 2

Reflexión

Reflexión

Reflexión

Reflexión

Fig. 29

539

Una componente de señal a 100 Hz, es decir 40 Hz por sobre F, aparece como una señal de 20 Hz, es decir 40 Hz por debajo de F, esto es como reflejo especular con respecto a la frecuencia F. Antes de proceder al tratamiento teórico completo (indicando lo que ocurre también con señales de frecuencia superior a fs), obsérvese el ejemplo de la fig. 30 para comprender el aspecto físico del fenómeno. Si la sinusoide de la fig. 30 se muestrea, por ejemplo, con una frecuencia de 9 muestras por segundo (fs = 9 Hz), pero realiza 8 oscilaciones por segundo, es decir si f = 8 Hz, la señal muestreada aparece como una sinusoide cuya frecuencia es de 1 Hz (fig. 30a). Tenemos: fs = frecuencia de muestreo = 9 Hz F = folding frequency = frecuencia de Nyquist = fs/2 = 4,5 Hz f = frecuencia de la señal = 8 Hz La señal tiene una frecuencia que se ubica f − F = 8 − 4,5 = 3,5 Hz por sobre la frecuencia de Nyquist, por lo que se la aprecia como una señal de 3,5 Hz por debajo de ésta, es decir de una frecuencia de 4,5 − 3,5 = 1 Hz. Para analizar más detalladamente el fenómeno del aliasing es necesario recordar primeramente el teorema del muestreo de Shannon: si x(t) está definida para −∞ < t < ∞ si existe X(f), la transformada de Fourier de x(t) si X(f) es de banda limitada, es decir X(f)= 0 para f> fsup

Frecuencia de muestreo fs = 9 Hz Fig. 30

540

entonces si la frecuencia de muestreo fs es tal que fs ≥ 2fsup , x(t) puede ser reconstruida en forma unívoca mediante la secuencia de muestras x(i), con posibles discrepancias en puntos aislados. En otros términos, es necesario muestrear a una frecuencia por lo menos doble de la frecuencia más alta de la señal; es decir, la frecuencia más alta de la señal debe ser menor o igual que la frecuencia de Nyquist (folding frequency) F = fs/2. Examinemos ahora qué ocurre si existe una frecuencia superior a la frecuencia de Nyquist. Consideremos la sinusoide x(t ) = sin 2πf 0 t con f0 > F donde F=

fs 1 = 2 2∆ t

La frecuencia f0 es entonces A veces la frecuencia F, donde A es un coeficiente mayor que 1, compuesto en general por una parte entera e y una parte decimal d (<1): 1 f 0 = AF (e + d ) F = (e + d ) 2∆ t sen 2πf 0t = sen 2π = cos πen sen πdn

e+d n∆t = sen π (e + d ) n = sen πen cos πdn + cos πen sen πdn = 2∆t

dado que sen 2πen = 0 para todo n. El entero e puede ser par o impar. Si e es par cos πen = 1 por lo tanto x( n) = sen πdn

541

Si e es impar cos πen = ( −1) n en efecto, cos πen vale −1 para n impar y +1 para n par, luego x( n) = ( −1) n sen πdn Si e es par, entonces ∆t d 2 x( n) = sen πdn = sen πdn = sen 2π 0 sen πf 0' n∆t ∆t 2 2∆ t siendo f 0' =

d = d ⋅F 2∆t

la frecuencia que efectivamente surge de la señal muestreada. Así, por ejemplo, señales cuyas frecuencias sean 2,25F, 4,25F, 6,25F, etc. aparecerán todas como señales de frecuencia 0,25F. Si e es impar x( n) = (−1) n sen πdn = cos πn sen πdn = y agregando un término nulo (porque sen πn = 0) = cos πn sen πdn − sen πn cos πdn = = −(− cos πn sen πdn + sen πn cos πdn) = = − sen(πn − πdn) = − sen πn(1 − d ) = ∆t 2 = − sen πn(1 − d ) = − sen 2πf 0'' n∆t ∆t 2

542

Fig. 31

siendo f 0'' =

1− d = (1 − d ) F = d ⋅ F 2∆t

la frecuencia que efectivamente aparece en la señal muestreada. Así, por ejemplo, señales cuyas frecuencias sean 1,75F, 3,75F, 5,75F, etc. aparecerán todas como señales de frecuencia 0,25F. En efecto, F − d· F = F − 0,75F = 0,25F. En conclusión, los resultados generales obtenidos se pueden resumir como muestra la fig. 31: la escala de frecuencias está plegada como un fuelle, y la frecuencia que efectivamente aparece por efecto del aliasing se obtiene mediante reflexiones alternadas en torno al extremo F, 3F, 5F, … y en torno al extremo 0, 2F, 4F, … La figura 32 constituye otra forma que se emplea a veces para expresar los importantes contenidos de la figura 31. Para no incurrir en problemas de aliasing es necesario remover de la señal analógica de entrada todas las componentes cuya frecuencia sea mayor que la frecuencia de Nyquist, es decir antes del muestreo se debe filtrar la señal con un filtro pasabajos. Un filtro de anti-aliasing es, por lo tanto, un filtro pasabajos. En lugar de efectuar un corte neto de todas las frecuencias por sobre un valor determinado, todos los filtros atenúan las frecuencias según una curva cuya pendiente (roll-off), más o menos grande, se define habitualmente 543

en dB/octava. Así como los dB son una forma conveniente de expresar la razón entre amplitudes, la octava es una forma conveniente de expresar la razón entre frecuencias. Una octava corresponde a

)UHFXHQFLD REVHUYDGD

)UHFXHQFLD HIHFWLYD Fig. 32

un intervalo de frecuencias cuya razón es igual a dos. Idealmente, desearíamos que la transición de un filtro fuese un vértice agudo, pero en realidad es una curva de pendiente creciente. Para obtener el descenso más rápido posible de la curva del filtro, el roll-off comienza generalmente dentro de la banda pasante deseada, que en general se especifica como desplazamientos de −3 dB (o sea, 0,707 veces la entrada). Refiriéndonos a la figura 33, que ilustra tres filtros con la misma atenuación final de 24 db/octava, el filtro de Butterworth tiene la respuesta más plana dentro de la banda pasante, teniendo como contrapartida un roll-off inicial lento. El filtro de Chebyshev tiene el roll-off inicial más empinado, pero como contrapartida presenta oscilaciones de la banda pasante. Además, todos los filtros introducen siempre una alteración de la fase. El filtro de Bessell es el que posee el cambio de fase más lineal. Nótese que aun cuando las tres curvas tienen la misma pendiente final (son paralelas para frecuencias suficientemente altas), al comparar los valores de la primera octava a la derecha de la frecuencia de corte se aprecia una diferencia nada despreciable de 25 dB entre las atenuaciones del filtro de Bessell y el filtro de Chebyshev. Por consiguiente, dado que los filtros son necesariamente imperfectos y poseen una pendiente de corte finita, es necesario descartar además las medidas espectrales en el entorno de la frecuencia de Nyquist. Es por ello que una transformada de Fourier sobre un conjunto de 1024 puntos adquiridos no proporciona un espectro de 512 en la pantalla de un analizador de Fourier: sólo las primeras 250 ÷ 400 líneas están libres de contaminación a

544

consecuencia de un anti-aliasing imperfecto; un espectro de frecuencias de 400 líneas es típico para una señal muestreada con 1024 puntos.

Filtro de Bessel: la fase mejor

Suavizamiento de 3 dB

Filtro de Butterworth Respuesta muy plana Filtro de Chebyshev El rolloff inicial mayor

Cercano a 25 dB Suavizamiento final del filtro: 24 dB/octavo

)UHFXHQFLD Fig. 33.

2.2.2

El leakage

Al hablar de señales continuas ya hemos mostrado que al truncar temporalmente una señal se produce leakage. Ahora deseamos analizar cómo incide el muestreo sobre el leakage. En la figura 34 a) se muestra un caso en donde no aparece leakage, y en b) un caso con leakage evidente. El muestreo en el dominio de frecuencia produce el así llamado “efecto empalizada” (picket-fence effect). Si pensamos en la DFT como obtenida por muestreo de la integral de Fourier, comprenderemos cómo el muestreo, según cómo ubica las observaciones en relación al espectro continuo, puede en 545

a)

b)

Tiempo

Frecuencia

Fig. 34

el caso más favorable detectar solamente el máximo del lóbulo central y los ceros de los lóbulos restantes, y así no presentar el leakage presente en la fig. 35; en el caso más desfavorable puede hacer perder el máximo del lóbulo central, detectando en cambio sus costados, y detectar los máximos de los lóbulos laterales. El primer caso se presenta cuando la ventana temporal de observación contiene exactamente un número entero de períodos; el segundo cado, cuando la ventana contiene un número entero de períodos más un semiperíodo. En el caso general la ventana de observación contiene un número no entero de períodos y los muestreos quedan desfasados respecto del máximo del lóbulo central y de los ceros de los demás lóbulos. Consideremos por ejemplo la figura 36, que se refiere a una cosinusoide de frecuencia tal que la ventana de observación contenga exactamente un número entero de períodos. El muestreo en el tiempo corresponde al producto de la función por un tren de impulsos.

546

Dado que la transformada de un tren de impulsos con una separación 1 en el campo de las temporal ∆t es un tren de impulsos con una separación ∆t frecuencias, que al producto de las funciones en el dominio del tiempo le corresponde la convolución en el dominio de frecuencia, y como los intervalos

Número Entero de período en la ventana de observación

Número no entero del período en la ventana de observación (Caso en el cual se tiene un poco más de medio período)

Fig. 35

1 1 son tales que en el intervalo definido por ± F = ± (frecuencia de ∆t 2∆t Nyquist) se resiente sólo el impulso central (aquél para el cual f = 0), la transformada es nuevamente la curva lobulada segmentada. Cuando se pasa a la DFT, esta curva se ve con el efecto empalizada y las frecuencias que se k , es decir los puntos muestreados tienen abscisas 0, observan son f k = N∆t 1 2 , … y están separados entre sí por 1/T. , N∆ t N∆t

547

1 1 = , y ésta es T0 N∆t también la distancia entre el máximo y los ceros del lóbulo principal. La posición del máximo del lóbulo central está dada por 1/T. Si T0 es un múltiplo entero de T, es decir si T0 = mT (m entero) tenemos 1 1 1 =m =m , y por lo tanto los muestreos en frecuencia coinciden con T T0 n∆t el máximo del lóbulo principal, y por consiguiente también con los ceros de los demás lóbulos. Los lóbulos laterales están separados entre sí por

Fig. 36

Si por el contrario T0 no es un múltiplo entero de T se tiene un desfase entre el pico y los ceros y los muestreos, como se indica en la fig. 37 donde, conservándose T0, se tiene un T menor que en la fig. 36 (la ventana temporal tiene media cosinusoide más).

548

Fig. 37

El hecho que cuando T0 sea un múltiplo exacto de T se obtienen exactamente sólo los impulsos como en el caso de la serie de Fourier no nos debe sorprender, porque la supuesta periodicidad de la DFT hace que en realidad estemos examinando una señal cosinusoidal que continúa sin discontinuidades más allá de la ventana de muestreo (figura 38a). 549

Nº de ciclos íntegros en la ventana de observación

Ventana Nº de ciclos no íntegros o enteros en la ventana de observación

Ventana

Fig. 38

En cambio si T0 no es un múltiplo exacto de T, la DFT analiza la señal periódica que se muestra en la figura 38b, que es distinta de la original. Examinemos ahora las soluciones para el leakage. Un primer método podría ser descartar la parte final del conjunto adquirido, conservando solamente los puntos correspondientes a un número finito de ciclos (figura 39a). Pero surgen dificultades cuando el algoritmo para la FFT requiere un número específico de valores muestreados. Por ejemplo, un algoritmo que se basa en las potencias de 2 sólo puede actuar sobre records compuestos por 2, 4, 8, 16, … 2n puntos. Una solución alternativa, aunque más compleja, podría ser mantener el número de puntos requeridos por el algoritmo (512 en la figura 39b) e interpolar la gráfica correspondiente a un número finito de ciclos con un número distinto de puntos (512 en lugar de 410 en la figura 39b), empleando por ejemplo una interpolación lineal. Se puede ubicar la ventana temporal de modo que los datos comiencen y terminen al mismo nivel (figura 40); la eliminación de esta discontinuidad puede no eliminar completamente el leakage, pero por cierto contribuye a reducirlo. 550

SI DESCARTAMOS EL PUNTO Punto

SEÑAL ORIGINAL

Punto

SE INTERPOLA Punto

Fig. 39

POSICIONAMIENTO DE LA VENTANA TEMPORAL DE MODO QUE EL PRIMER Y ÚLTIMO DATO TENGAN EL MISMO VALOR

Fig. 40

551

reducir las discontinuidades en los extremos de la ventana y reducir el leakage se pueden usar ventanas temporales (weghting functions) no rectangulares, de modo que se atenúen las partes inicial y final de la adquisición temporal (figura 41). Las ventanas temporales definen la amplitud en el intervalo 0 ≤ t ≤ T0, fuera del cual la amplitud es nula. La ventana de Hanning es del tipo coseno α  1 cuadrado, pues cos 2   = (1 + cos α ) . En efecto, si se desplaza el origen de 2 2 tiempo al instante t = T0 2 para definir el intervalo de tiempo entre − T0 2 y T0 2 en vez de 0 y T0, y si llamamos τ al nuevo tiempo, tenemos −T0 T ≤τ ≤ 0 2 2

t =τ +

T0 2

T   2π τ + 0   2π  2πt 2πτ 2 = cos  = cos + π  = − cos cos T0 T0 T T0  0 

de donde 1 2πt  1  2πτ 1 − cos  = 1 + cos T0  2  T0 2

 2πτ  = cos 2 2T0 

La ventana de Hanning es un coseno cuadrado con pedestal, es decir elevada. La ventana flat-top se usa por ejemplo para las señales sinusoidales puras utilizadas para efectuar calibraciones; en este caso interesa sobre todo la determinación de la amplitud y no tanto la de la frecuencia. La mayor precisión en la medición de la amplitud tiene como contrapartida una considerable pérdida de resolución en frecuencia, puesto que, como podemos ver, el lóbulo central en frecuencia es muy dilatado. Cuando se aplica una ventana temporal se altera la amplitud y la energía de la señal. La fig. 41 muestra el factor de corrección de la amplitud wa y el factor de corrección de la energía we, calculados para cada ventana individual. A veces es importante tener una estimación precisa de la amplitud de la señal; en otros casos, como en el caso del análisis de banda ancha, no es importante tener una estimación de alta calidad de la amplitud de cada línea espectral, sino más bien obtener una buena estimación de la energía de la señal.

552

VENTANA RECTANGULAR

Muestra temporal

Muestra en frecuencia

VENTANA DE HANNING

Muestra temporal

Muestra en frecuencia

VENTANA DE HAMMING

Muestra temporal

Muestra en frecuencia

Fig. 41.

553

VENTANA DE KAISER-BESSEL

Muestra temporal Muestra en frecuencia VENTANA FLAT-FLOP

Muestra temporal

Muestra en frecuencia

Fig. 41 (continuación)

Si se comparan, por ejemplo, una ventana rectangular y una ventana de Hanning (figura 42), no sólo el lóbulo lateral o, una ventana rectangular y una ventana de Hanning (figura 42), no sólo el lóbulo lateral más alto es aproximadamente 20dB más bajo en la ventana de Hanning, sino que además la pendiente de atenuación de los lóbulos laterales es mucho mayor. Es interesante comparar el efecto de una ventana rectangular y de una ventana de Hanning aplicadas a una sinusoide (figura 43). La figura 43a corresponde a una duración de la adquisición igual a un múltiplo entero del período; no se manifiesta leakage. La figura 43b corresponde a un número impar de semiperíodos; la señal comienza y termina en el mismo nivel pero la duración de la adquisición no es

554

un múltiplo entero del período: aparece leakage, que por lo demás es mucho menor con la ventana de Hanning.

HANNING RECTAN.

ATENUACIÓN

FRECUENCIA

VENTANA RECTANGULAR VENTANA DE HANNING

Fig. 42

Nótese también la presencia de un componente DC, es decir de frecuencia cero, a consecuencia de un valor medio no nulo. Las amplitudes en las altas frecuencias son bajas. La figura 43c corresponde a la misma señal de la figura 43b, pero con distinta fase; se tiene un número impar de semiperíodos, pero también la máxima discontinuidad en los extremos, que están a niveles diferentes (uno máximo, el otro mínimo). El leakage es aún mucho menor con la ventana de Hanning. No se tiene componente DC, siendo el valor medio nulo. La discontinuidad en los extremos produce un elevado contenido de altas frecuencias.

555

Si se analiza continuamente una sinusoide sin que hay sincronización alguna entre la señal y las adquisiciones sucesivas, con una ventana rectangular un analizador de Fourier entrega un espectro que fluctúa entre las situaciones límite de las figuras 43b y 43c. Señal temporal

Ventana rectangular

Tiempo

Frecuencia

Ventana de Hanning

Frecuencia

Fig. 43

La ventana de Hanning puede en ocasiones ser perjudicial, si la señal analizada es un transitorio, puesto que aplica diferentes pesos al transitorio mismo dentro de la ventana temporal. En la figura 44a la señal transitoria está situada al comienzo de la ventana temporal y se ve substancialmente alterada por la ventana de Hanning en comparación con la figura 44b, donde la señal transitoria se encuentra situada al centro de la ventana. En la figura 44b la forma de onda dada por la ventana de Hanning, que es bastante plana en la zona central, es similar a aquélla dada por la ventana rectangular; el valor más elevado se debe a que a menudo se adopta un valor de 2 para la amplitud pico de la ventana de Hanning, es decir, en el centro. En resumen: la ventana de Hanning se usa para señales continuas largas, la ventana rectangular para transitorios breves.

556

Se utilizan ventanas exponenciales (decrecientes) para transitorios en los cuales la mayor parte de la información importante se halla concentrada en la parte inicial del registro temporal (y se desea, por ejemplo, neutralizar el ruido de fondo que se manifiesta en la parte final de la adquisición cuando la señal principal tiende a cero). Más específicamente, consideremos por ejemplo Señal temporal

Tiempo

Ventana rectangular

Frecuencia

Ventana de Hanning

Frecuencia

Fig. 44

las pruebas efectuadas con un martillo instrumentado (por ejemplo para análisis modal): la señal de entrada es la señal impulsiva de la fuerza medida por un acelerómetro y compuesta por las combinaciones de sinusoides cuya amplitud decae con el tiempo. Si la estructura tiene poca amortiguación, o si la duración de la adquisición es relativamente breve, la respuesta aún no habrá llegado a cero al final de la ventana de medición, con las consiguientes discontinuidades y leakage. Multiplicando la respuesta por una función exponencial, se lleva prácticamente a cero la respuesta al final de la adquisición; esto equivale a agregar una cantidad conocida de atenuación al sistema. Si por el contrario la estructura tiene mucha amortiguación, nuevamente puede resultar útil una ventana exponencial; sin ella la señal, 557

después de haber llegado a cero con relativa rapidez, se contaminaría en los tiempos posteriores con el ruido de digitalización existente alrededor del cero. Por lo que respecta a la señal de excitación, dado que el impulso es de breve duración, cualquier ruido durante el tiempo restante de adquisición de la fuerza es indeseable. Una solución para este problema de ruido la constituye la Fuerza

Tiempo s

Tiempo s Ventana exponencial

Ventana de la fuerza

Tiempo s

Tiempo s Fig. 45

aplicación de una ventana que sea unitaria durante el impulso y luego caiga a cero, manteniéndose así hasta el final de la adquisición. La figura 45 muestra gráficas típicas de la excitación impulsiva y de la respuesta a ella y las correspondientes ventanas de la fuerza (normalmente denominada force window) y exponencial. Resumiendo, podemos decir que la elección de la ventana depende tanto de la finalidad del análisis como del tipo de señal. Mientras más ancho sea el lóbulo central peor será la resolución en frecuencia, porque se hace difícil distinguir frecuencias adyacentes de amplitud semejante. Por otra parte la selectividad, es decir la capacidad de revelar un componente pequeño junto a otro grande, aumenta al aumentar la pendiente de caída de los lóbulos laterales. La ventana rectangular se emplea cuando el leakage no sea problema, esto es cuando se tengan señales periódicas o en el caso de impulsos o transitorios donde la función, por su misma naturaleza, es nula al comienzo y al final del período de adquisición. La ventana de Hanning es la más usada para fines generales, pero tiene una baja capacidad para distinguir

558

Fig. 46

frecuencias cercanas de amplitud semejante, y por ello no es adecuada para efectuar mediciones precisas de señales pequeñas. La ventana de Hanning difiere de la anterior en la altura de los lóbulos laterales y por una menor pendiente de caída de los lóbulos laterales. La ventana de Kaiser-Bessel es adecuada para distinguir señales compuestas por tonos múltiples de niveles muy distintos; puede causar más leakage que la ventana de Hanning al 559

usarla para una señal aleatoria. La ventana flat-top es útil para mediciones precisas de amplitud de señales con una sola frecuencia (tonos puros). Señal con ruido

Modulo FFT

Señal después de 200 medias

Módulo FFT

Tiempo

Frecuencia Fig. 47

La ventana de fuerza se usa en pruebas de impacto, definiendo el porcentaje del blocksize durante el cual debe tener un valor unitario. La ventana exponencial se aplica a señales transitorias para hacerlas decaer dentro del tiempo de adquisición, definiendo como parámetro de la ventana el nivel porcentual del valor final respecto del valor inicial. 2.2.6 Los promedios En las aplicaciones de procesamiento de señales a menudo se encuentra presente una cantidad significativa de ruido en las mediciones. La técnica estadística estándar para mejorar la estimación de un valor consiste en extraer promedios. Las medias se pueden calcular en el dominio del tiempo o en el

560

dominio de la frecuencia. Cuando la señal es repetitiva y el ruido es casual, si se dispone de una señal de sincronización (señal de trigger) para unificar el

MEDIA SECUENCIAL

MEDIA CON SUPERPOSICIÓN

VENTANA YUXTAPUESTA

VENTANA SOBREPUESTA AL 50%

Fig. 48.

instante de inicio de los distintos registros, esto es de las distintas historias temporales (time histories) que deben ser promediadas, los promedios se pueden efectuar en el dominio del tiempo (el procedimiento se denomina comúnmente linear averaging). Dado que el ruido de la medición tiende a ser casual y a tener un valor medio nulo, la contribución del ruido al promedio es reducida; además, la naturaleza repetitiva de la señal que nos interesa refuerza su contribución al promedio (figura 46). Los efectos son tanto más marcados cuanto mayor sea el número de promedios. 561

La figura 47 muestra un notable mejoramiento de la razón señal/ruido. En ocasiones, operando en el dominio de las frecuencias, se lleva a

Tiempo de recolección de los datos Sin superposición

Superposición del 90%

Error relativo Fig. 49.

cabo en cambio un promedio entre los correspondientes componentes del espectro (procedimiento denominado comúnmente RMS averaging o power averaging) determinando la amplitud media del espectro e ignorando las diferencias de fase que puedan existir entre los espectros. Hasta aquí hemos considerado adquisiciones de señales con muestras mutuamente excluyentes, como se aprecia en la figura 48a. Dado que los analizadores actuales son capaces de calcular la DFT en un tiempo muy breve, inferior al ciclo de muestreo, se puede comenzar una nueva evaluación de la DFT en cuanto haya finalizado la anterior, utilizando cada vez los últimos N valores adquiridos, aunque algunos de ellos ya hayan sido utilizados para la transformada anterior (fig. 48b). El resultado de estos promedios con superposición (overlap averaging) son espectros mejor encaminados respecto que los que se obtendrían usando una sola vez cada dato de la muestra. Las razones para efectuar promedios con superposición son:

562

• • •

hacer mejor uso de un conjunto de datos ya adquiridos, calculando una mayor cantidad de promedios; reducir el tiempo necesario para adquirir un nuevo conjunto de datos, manteniendo el nivel requerido de significancia estadística; considerando la presencia de una ventana de ponderación (por ejemplo, una ventana de Hanning), hacer, mediante una superposición elevada (por ejemplo del 50%), un mejor uso de los datos, permitiendo que todos los valores (a excepción de los primeros y los últimos puntos del registro de datos global) participen de igual forma en la determinación de los promedios finales.

En general, no se excede el 75% de superposición porque la correlación entre los espectros contiguos se hace tan elevada que no es posible obtener más incrementos de la significancia del promedio. La duración total de la adquisición To correspondiente al conjunto de los n registros necesarios para efectuar n promedios (es decir aquél que posteriormente se dividirá en n registros para calcular los promedios), en el caso del procesamiento secuencial es: T0 = b∆tn donde: b = número de puntos adquiridos por registro (blocksize) ∆t = intervalo de muestreo mientras que en el caso del procesamiento con superposición es: T0 = b∆{1 + [1 − ( p / 100)](n − 1)} donde: p = porcentaje de superposición. Se podría demostrar que la gráfica del tiempo de adquisición de los datos versus el error relativo es del tipo que se muestra en la figura 49; la mayor pendiente de la curva en la zona en que el error relativo está próximo a cero nos permite concluir que los mayores mejoramientos en el tiempo de adquisición de datos se obtienen cuando se requiere una elevada precisión. Muchas formas de onda tienen un valor medio no nulo, es decir poseen una componente DC. La supresión del valor medio de la señal en el dominio del tiempo a menudo mejora la resolución en el dominio de las frecuencias, removiendo el pico correspondiente al valor medio en el dominio de las frecuencias, cuya elevada amplitud podría comprimir la visualización de las demás frecuencias componentes cuyas amplitudes son menores. 563

Si se examinan los efectos de la conversión análoga-digital, el ruido generado por el convertidos A/D puede ser prácticamente eliminado mediante procedimientos de diseño adecuados; sin embargo, existen dos causas principales de ruido que están más ligadas al proceso que al hardware: éstas son el “time jitter” y el ruido de cuantización. El time jitter se manifiesta, por ejemplo, cuando una forma de onda analógica activa un trigger que habilita la puerta de adquisición. Por varios motivos, entre los cuales se encuentra la presencia de ruido en la señal analógica, el instante en el cual se alcanza el nivel de trigger puede ser ligeramente distinto en ventanas sucesivas de la misma forma de onda (un problema semejante, aunque ligado al hardware más que al proceso, podría deberse a inestabilidad del reloj del convertidor).

SEÑAL CON JITTER

SEÑAL CON JITTER DE MUSTREO Y DIGITALIZACIÓN

RESULTADO DE LA MEDIA

Fig. 50

Las amplitudes de la variación debida al time jitter están ligadas a la pendiente dx/dt de la señal en la cercanía del instante de trigger; si estas variaciones de pendiente se deben a la presencia de ruido y, como cabe esperar, este ruido tiene un valor medio nulo, el efectuar promedios atenúa los efectos del time jitter (figura 50).

564

Pasando a examinar el error de cuantización, éste es, en principio, inherente a la longitud de palabra del convertidor A/D, y no es de tipo aleatorio. Por ejemplo, considerando la digitalización de las dos rampas temporales de la figura 51, mientras la rampa superior no se ve alterada por el muestreo, la inferior, como ocurre en general, está sujeta a leves errores respecto de la gráfica punteada a consecuencia del hecho que los niveles que puede adoptar la salida del convertidor son finitos, si bien su número es elevado. La señal analógica, intrínsecamente continuo, se codifica digitalmente con números binarios de N bits, esto es, se cuantiza en 2N niveles. Obviamente, las escalas de la figura 51 sólo son indicativas, por razones de claridad, pues en realidad un convertidor A/D típico podría tener, por ejemplo, 512 puntos en la ventana temporal (abscisas) y tener una palabra de 10 bits, capaz de expresar 210 = 1024 niveles digitales (ordenadas). La cuantización

1LYHO 'LJLWDO

3DVR GH FXDQWL]DFLyQ

Fig. 51

introduce un error aditivo inversamente proporcional al número de bits empleados para la codificación. Obviamente, un convertidor de 16 bits cuesta más caro, pero produce un error de cuantización menor que un convertidor de 10 bits, siempre y cuando se utilice en forma correcta, ajustando adecuadamente la ganancia del preamplificador de la señal que se encuentra antes del convertidor, de modo que entregue una señal lo suficientemente intensa para utilizar gran parte de los bits disponibles (y no dejarlos sin uso después de haber pagado por ellos). En la práctica, en ciertos casos puede ser igualmente útil calcular promedios. Por ejemplo, si nos encontramos simultáneamente ante la presencia de jitter, si este jitter es aleatorio (random) entonces el error de cuantización también tiende a adquirir un carácter 565

aleatorio (como se comprende si se piensa en atribuir un jitter casual a la rampa mencionada anteriormente). El éxito de las técnicas de promedio depende, sin embargo, de que se cumplan dos condiciones: 1) que haya suficiente ruido adicional (ruido o jitter) para imprimirle una cierta aleatoriedad al error de cuantización y para llevar el nivel de ruido total por sobre 2 o 3 niveles digitales; 2) que el promedio de la señal se determine mediante un dispositivo de cálculo que posea una resolución mayor (error de cuantización menor) que el convertidor A/D (por ejemplo un computador con palabra de 16 bits para promediar los datos de un convertidor A/D con palabra de 10 bits). 2.2.7 Las técnicas zoom Otro problema que puede presentarse al efectuar una DFT es el de una resolución en frecuencia insuficiente (por ejemplo, al estudiar vibraciones de estructuras con poca amortiguación, y por consiguiente con picos muy agudos en la función de respuesta en frecuencia), especialmente en el extremo de baja frecuencia del espectro de frecuencias (donde la distancia entre líneas espectrales representa un mayor valor porcentual de las frecuencias en estudio). Este problema se podría resolver calculando una DFT con un número mayor de puntos, pero esto es más lento y no en todos los analizadores es posible hacerlo. La solución más común es llevar a cabo una DFT zoom en el intervalo de frecuencias que nos interesa; ello consiste en concentrar las líneas espectrales (256, o 400, etc.) en una banda estrecha entre fmín y fmáx, en vez de entre f0 y fmáx. Existen varios métodos para hacerlo; uno de ellos se basa en la producción de un aliasing controlado. Refiriéndonos a la figura 52, si se desea hacer un zoom en el intervalo comprendido entre f1 y f2, se aplica un filtro pasabanda como muestra la fig. 52b, se muestrea la señal de entrada con una frecuencia baja, tal que se produzca el aliasing señalado en la figura 53 y se lleva a cabo una DFT entre cero y f2 − f1. De esta forma los componentes de frecuencia inicialmente presentes entre f1 y f2 quedarán desplazados especularmente entre 0 y f2 − f1 (fig. 53) pero la DFT tendrá una mayor resolución, puesto que ahora el mismo número de líneas espectrales ocupa el intervalo 0 ÷ f2 − f1, que es menor que el intervalo original 0 ÷ f2. Otra forma de efectuar una DFT zoom consiste en desplazar las frecuencias del espectro multiplicando la time history original por cos ω1t y en eliminar

566

con un filtro la componente más elevada de las dos que se obtienen de este modo. Por ejemplo, si la señal es: X (Y) a) f 0

f1

f2

f1

f2

b)

0

f

Fig. 52

Fig. 53

x(t ) = A sen ωt el producto por cos ω1t nos da

x' (t ) = Asenωt cos ω1t =

A [sen(ω − ω1 )t + sen(ω + ω1 )t ] 2

Filtrando la componente de mayor frecuencia nos queda es decir, excepto por el factor

A sen(ω − ω1 )t , 2

1 , la señal de partida desplazada en ω1 hacia 2

las bajas frecuencias.

567

Es decir, a una señal de velocidad angular ω 2 se le hace corresponder una señal de pulsación ω 2 − ω1 . En otros términos, se ha hecho un zoom en el rango de frecuencias f1 ÷ f 2 , llevándolo a 0 ÷ f 2 − f1 ; luego, si se lleva a cabo la DFT, el rango anterior 0 ÷ f 2 se ha convertido en un intervalo más estrecho 0 ÷ f 2 − f1 que, para una cantidad igual de líneas espectrales, entrega una mayor resolución. 2.2.8

Las densidades espectrales de potencia y de energía y el autoespectro

Consideremos una señal continua y definamos Sxx(f) como la transformada de Fourier de la función de autocorrelación ∞

S xx ( f ) =

∫R

xx

(τ )e − j 2πfτ dτ

−∞ ∞

∫

Rxx (τ ) = S xx ( f )e j 2πfτ df −∞ ∞

∫

Para τ = 0 Rxx (τ = 0) = S xx ( f ) df −∞

pero siendo

[ ]

Rxx (τ = 0) = E x 2 se tiene ∞

[ ] ∫S

E x2 =

xx

( f ) df

−∞

donde se puede apreciar que S xx ( f ) es una densidad de distribución (el valor medio de los cuadrados de los valores de la función x(t) es el área bajo la curva de Sxx(f) y recibe por ello el nombre de densidad espectral de potencia (PSD = power spectral density o autopower spectral density); se expresa en (EU2/HZ). Es la densidad de distribución del promedio de los cuadrados de x. Los gráficos de la PSD en función de la frecuencia se denominan espectros de potencia.

568

La PSD puede expresarse en función de la transformada de Fourier de la señal x(t). Se puede demostrar que, dada una señal aleatoria, habiendo extraído del registro global un registro temporal k-ésimo xk(t) de duración finita T se tiene: 2 1  1 S xx ( f ) = lím  X k ( f )  = lím E  X k * ( f ) 2 X k ( f ) T →∞ T T →∞  T  

Esto se desprende de la relación de Parseval: ∞

energía total =

∞

∫ x (t )dt = ∫ X ( f ) 2

−∞

2

df

−∞

de donde potencia total =

energía total 1 = T T

∞

∫

∞

x 2 (t ) dt =

−∞

2 1 X ( f ) df T −∞

∫

y de esta última integral se aprecia que X(f ) T

2

= densidad de potencia = S xx ( f )

Las operaciones de límite y de valor esperado se derivan del hecho que la señal es aleatoria. Sería necesario, por lo tanto, tener una duración de adquisición de datos infinita y promediar sobre un conjunto total de registros infinito; a pesar de ello, se puede obtener una estimación Sˆ xx ( f ) de la densidad espectral de potencia tomando un número finito de adquisiciones de duración finita y promediando sus resultados. Se usa un tiempo total de adquisición Tt y se divide en M segmentos de duración T cada uno. La aproximación empleada para estimar la PSD es: 1 Sˆ xx ( f ) = M

M

∑T X 1

M

(f)

2

m =1

Es decir, se usan M conjuntos de datos y se evalúa el “períodograma” asociado a cada uno de ellos. 569

En el caso de la transformada discreta de Fourier, si se adopta como definición de X aquélla que se obtiene de la transformada continua, son válidas las mismas fórmulas: 1 Sˆ xx ( r∆f ) = M =

1 M

M

∑ m =1

M

∑T X 1

2

M

(r∆f ) =

m =1

N −1

1 ∆t x ( n ) e N∆t n=0

∑

n − j 2πr N

2

=

1 M

M

1 M

∑ N∆t X

M

N −1 − j 2πr 1 N x( n)e ( ∆t ) 2 N∆t n =0

∑ m =1

1

2

M

(r∆f ) =

m =1

n

∑

2

En cambio, si se emplea la definición obtenida de la serie de Fourier, que difiere en un factor 1/N en lugar del coeficiente ∆t, será necesario introducir un factor de corrección N∆t = T frente a las X obtenidas de la serie para obtener las X obtenidas de la transformada continua: 1 Sˆ xx ( r∆f ) = M 1 = M

M

1 N∆t N m =1

∑

M

∑ m =1

1 1 N∆t N∆t N

N −1

∑

x (n )e

− j 2πr

n N

n= 0

N −1

∑ x (n )e

− j 2πr

n N

2

=

n =0

2

=

1 M

M

∑T X

M

( r∆f )

2

m=1

2

Se define como autoespectro el producto X * ( f ) X ( f ) = X ( f ) . En el caso de señales muestreadas, la definición habitual de DFT tiene dimensiones de EU, de modo que las dimensiones del autoespectro son EU2, 2

es decir X * (i ) X (i ) = X (i ) es la potencia asociada al i-ésimo valor de frecuencia. En el caso de señales continuas, la transformada integral tiene dimensiones de EU/Hz = EU s, de modo que las dimensiones del autoespectro EU 2 s potencia tiempo = = densidad espectral de energía = son EU 2 s 2 = Hz Hz ESD = Energy Spectral Density. Dividiendo por el tiempo T se obtiene, como EU 2 s 2 EU 2 = EU 2 s = . Multiplicando la PSD por el hemos visto, la PSD, en s Hz ancho del intervalo en frecuencia (es decir, dividiendo nuevamente por el EU 2 Hz = EU 2 , es decir, se obtiene la potencia de la tiempo) se obtienen Hz señal.

570

Para las señales transitorias, dada su breve duración, no tiene sentido la medición de la potencia, y deberemos recurrir a la medición de la energía. Más EU 2 s precisamente, se mide la densidad espectral de energía (ESD), en . Hz En forma análoga a la definición de la Sxx(f), se define Sxy(f) como la transformada de Fourier de la función de correlación mutua ∞

S xy ( f ) =

∫R

xy

(τ )e − j 2πfτ dτ

−∞

Y análogamente: 1  S xy ( f ) = lím E  X k * ( f )Yk ( f )  T →∞ T  La Sxy(f) se denomina densidad espectral mutua (o cruzada) de potencia (cross spectral density). De las propiedades de simetría de las funciones de autocorrelación y correlación cruzada, y de las consiguientes propiedades de la transformada de Fourier se desprende que S xx ( − f ) = S xx ( f ) S xy ( − f ) = S xy * ( f ) = S yx ( f ) Las funciones Sxx y Sxy están definidas en el intervalo (−∞, +∞), de modo que son bilaterales. Puede resultar cómodo definir densidades espectrales de potencia Gxx(f) y Gxy(f) que sean monolaterales, es decir no nulas solamente para frecuencias positivas:

571

Gxx(f)=

Gxy(f)=

2 Sxx(f)

f>0

Sxx(f)

f=0

0

f<0

2 Sxy(f)

f>0

Sxy(f)

f=0

0

f<0

aprovechando el hecho que las frecuencias negativas aportan información que ya está contenida en la parte de las frecuencias positivas, doblando los valores para f > 0 y anulando los valores correspondientes a f < 0. Nótese que mientras que Sxx(f) y Gxx(f) son reales, Sxy(f) y Gxy(f) son funciones complejas. La parte real Cxy(f) y la parte imaginaria Qxy(f) de la Gxy(f) se denominan respectivamente función de densidad espectral en coincidencia (o coespectro) y función de densidad espectral en cuadratura (o quad-spectrum). Gxy ( f ) = C xy ( f ) − jQxy ( f ) 2.2.9

La respuesta de los sistemas lineales

Consideremos ahora la respuesta de un sistema lineal. Refiriéndonos a la figura 54 y llamando h(t) a la respuesta al impulso, tenemos: y (t ) = h(t ) * x(t ) Y( f ) = H( f )X ( f ) En la práctica, sin embargo, se usan métodos alternativos para medir H(f), con el fin de reducir el ruido no correlacionado, mediante promedios.

Si se multiplica por X*(f) se tiene: 572

X * ( f )Y ( f ) = H ( f ) X * ( f ) X ( f )

x(t) X(f)

h(t) H(f)

y(t) Y(f)

Fig. 54

es decir S xy ( f ) = H ( f ) S xx ( f ) luego H( f ) =

S xy ( f ) S xx ( f )

=

Gxy ( f ) Gxx ( f )

= H1 ( f )

Se puede obtener otra expresión para H(f) si se multiplica por Y*(f) en lugar de por X*(f): Y * ( f )Y ( f ) = H ( f )Y * ( f ) X ( f ) de donde S yy ( f ) = H ( f ) S yx ( f ) luego H( f ) =

S yy ( f ) S yx ( f )

=

G yy ( f ) G yx ( f )

= H2( f )

A menudo los analizadores de Fourier pueden entregar a voluntad ya sea la H1 o la H2. Existe un tercer modo de expresar la función de respuesta en frecuencia, calculando el cuadrado de la expresión inicial: Y( f ) = H( f )X ( f ) Y * ( f )Y ( f ) = H * ( f ) H ( f ) X * ( f ) X ( f ) 573

es decir 2

S yy ( f ) = H ( f ) S xx ( f )

luego 2

H( f ) =

S yy ( f ) S xx ( f )

=

Gyy ( f ) Gxx ( f )

= Ha ( f )

2

Nótese, sin embargo, que a diferencia de H1 y H2, que contienen información sobre la amplitud y la fase, Ha es real, de modo que contiene solamente información sobre la amplitud y no sobre la fase. Se define la función de coherencia γ 2 ( f ) como

γ (f)=

S xy ( f )

2

2

S xx ( f ) S yy ( f )

=

Gxy ( f )

2

Gxx ( f )Gyy ( f )

puesto que, para un sistema lineal, 2

G yy ( f ) = H ( f ) Gxx ( f ) Gxy ( f ) = H ( f ) Gxx ( f ) para un sistema lineal se tiene 2

γ (f)= 2

H ( f ) G 2 xx ( f ) 2

Gxx ( f ) H ( f ) Gxx ( f )

=1

Si no existe correlación alguna entre x(t) e y(t), H ( f ) = 0 , de modo que

γ ( f ) = 0 . Tenemos entonces que la coherencia γ 2 ( f ) de las señales x(t) e y(t) es una función que, en una escala de 0 a 1, mide el grado de relación lineal a una frecuencia determinada f. Si la función coherencia es mayor que cero y menor que uno, esto indica que se ha verificado una de las tres posibles situaciones siguientes: 2

1. presencia de ruido en las mediciones; 2. no linealidad del sistema que vincula y(t) y x(t); 574

3. la salida y(t) no depende solamente de la entrada x(t), sino también de otra u otras entradas. Nótese que : 2

* S xy ( f ) H1 ( f ) S xy ( f ) S yx ( f ) S xy ( f ) S xy ( f ) = = = = γ 2( f ) * H 2 ( f ) S xx ( f ) S yy ( f ) S xx ( f ) S yy ( f ) S xx ( f ) S yy ( f )

En condiciones ideales, H1(f) = H2(f) = H(f) y además H a ( f ) = H ( f ) . En condiciones reales, la expresión que se decida adoptar dependerá de las condiciones mismas. •

•

• • •

•

Se puede demostrar que: si la señal de entrada está sujeta a ruido, se debe usar H2(f) puesto que es insensible al ruido de entrada, de modo que entrega exactamente H(f) (excepto por un error aleatorio debido a un número insuficiente de promedios) H2 = Gyy(f)/Gyx(f). Podría ser el caso de un sistema excitado mediante un shaker, donde en condiciones de resonancia la fuerza de excitación (entrada), dada la alta movilidad en resonancia de la estructura, se hace tan pequeña que se confunde con el ruido. Si la señal de salida está sujeta a ruido, se debe usar H1(f) H1 = Gxy(f)/Gxx(f) Si hay otras entradas no medidas al sistema, además de x(t), se debe usar H1(f) Si tanto la señal de entrada como la señal de salida están sujetas a ruido, se tiene: H1 ( f ) ≤ H ( f ) ≤ H 2 ( f ) En este caso, la mejor estimación de H ( f ) se obtiene (si es que está disponible) con el estimador Hv (que opera minimizando simultáneamente los errores tanto a la entrada como a la salida, en el sentido de los cuadrados mínimos; requiere, sin embargo, un mayor tiempo de cálculo). Si se tienen problemas de resolución causados por el leakage en los picos de resonancia, Hv proporciona los mejores resultados tanto en las resonancias como en las antiresonancias. Si Hv no se encuentra disponible y solamente se tiene a la mano H1 y H2, H2 es mejor en las resonancias, H1 en las antiresonancias. 575

Consideremos ahora la respuesta y(t) del sistema lineal en el caso en que éste tenga varias entradas aleatorias simultáneas xi(t). Por lo que respecta al valor medio, se puede demostrar que: E[y ] = ∑i E [xi ]H1(0) es decir, los valores medios de las señales estacionarias aleatorias se transmiten de la misma forma que las señales constantes no aleatorias. Por lo que respecta a las densidades autoespectrales de potencia: N

S yy ( f ) =

N

∑∑ H ( f ) H ( f ) S * r

s

xr xs

r =1 s =1

Luego, por ejemplo en el caso de dos entradas: S yy ( f ) = H1* ( f ) H 1 ( f ) S x1x1 ( f ) + H 1* ( f ) H 2( f )S x1x2 ( f ) + H 2* ( f ) H 1 ( f )S x2 x1 ( f ) + H 2* ( f ) H 2 ( f )S x2 x2

En el caso de una sola entrada: 2

S yy ( f ) = H ( f ) S xx ( f ) En el caso de entradas no correlacionadas (espectros cruzados nulos): N

S yy ( f ) = ∑ H r ( f ) S x r x r ( f ) 2

r =1

Una vez calculada la PSD de la respuesta, se puede calcular la respuesta cuadrática media:

[ ]

∞

E y 2 = ∫ S yy ( f )df −∞

Cuando se tiene una sola entrada, esta expresión se convierte en:

[ ]

E y2 =

∞

∫ H( f )

2

S xx ( f )df

−∞

y para varias entradas no correlacionadas:

[ ]

N

E y2 = ∑

∞

∫ Hr ( f ) r =1

2

−∞

S xr xr ( f ) df

Sin embargo, en general las entradas están correlacionadas, y se deben usar las expresiones generales de Syy(f) y de E y 2 . En el caso más general, donde se tengan varias entradas (N) y varias salidas (M) se tiene:

[ ]

576

 H11 H12 ...H1N    H {X ( f )} {Y ( f )}= [H ]{X ( f )}=  21  ...     H M 1 y por lo tanto, en términos de autoespectros y espectros cruzados, siendo i el subíndice de la línea: N

N

S yyi ( f ) = ∑∑ H ir* H is S xr xs ( f )

i = 1, 2, ... M

r =1 s =1

En el caso de entradas no correlacionadas (espectros cruzados nulos): N

S yyi ( f ) = ∑ H ir ( f ) S xr xs ( f ) 2

i = 1, 2, ... M

r =1

2.2.10 Los métodos paramétricos Los enfoques clásicos para la estimación espectral son el método directo o del períodograma (que actúa directamente sobre el conjunto de datos y obtiene la PSD a partir de los cuadrados de la transformada de Fourier, efectuando los promedios que se requiera) y el método indirecto o del correlograma (que, a partir de los datos, obtiene primero las estimaciones de la correlación efectuando los promedios necesarios y luego, mediante transformadas de Fourier de dicha estimación, obtiene la estimación de la PSD). Una razón para preferir el uso de modelos paramétricos de procesos aleatorios es que tienden a proporcionar mejores estimadores de la PSD que los estimadores espectrales clásicos basados en el periodograma o en el correlograma. Con los métodos del períodograma o del correlograma las estimaciones de la PSD se obtienen aplicando una ventana a los datos, asumiendo implícitamente que los valores fuera de la ventana son nulos, lo que puede no ser realista. En cambio, si estamos en condiciones de construir un modelo que aproxime el proceso que genera la historia temporal observada, se puede eliminar la necesidad de una función ventana y el efecto de distorsión que acarrea; esto es, se puede tomar en cuenta el hecho que los datos fuera de la ventana podrían ser no nulos. El enfoque es entonces construir un modelo que genere una señal estadísticamente similar a la observada (mínimo error cuadrático medio)

577

cuando se le estimula a la entrada con ruido blanco (es decir, una señal con PSD constante para todas las frecuencias). Una vez que se ha determinado el modelo, se calcula su respuesta en frecuencia y se obtiene finalmente la PSD de la señal de salida. Nótese que mediante este procedimiento se consigue también una elevada disminución de los datos, puesto que basta con los parámetros del modelo que determinan las características de frecuencia de una señal arbitraria. Los métodos paramétricos son asimismo muy convenientes cuando sólo se dispone de una cantidad limitada de datos. Es cierto que con los métodos clásicos se podría en teoría conseguir cualquier nivel deseado de resolución, siempre que se contara con una cantidad ilimitada de datos, pero en general estos datos no están disponibles y el método paramétrico proporciona a menudo mejores resultados. La resolución es mejor. Debería adoptarse este método cuando los intervalos de observación disponibles son demasiado breves. El esfuerzo computacional es, en general, comparable con aquél de los métodos clásicos de Fourier. Finalmente, cabe destacar que los métodos paramétricos proporcionan un modelo; el análisis espectral es un subproducto de dicho modelo, pero este último puede usarse, incluso en forma simultánea, para otros fines, como la clasificación o la identificación, o para adquirir información acerca de la física del sistema. El teorema de Wold es el fundamento de los métodos paramétricos; el teorema sostiene que todo proceso estocástico estacionario xi puede expresarse como la suma de dos procesos estacionaros y no correlacionados entre sí, un xi1 no determinístico ∞

xi1 = ∑ bk ui −k k =0

siendo u = ruido blanco (señal con PSD constante para todas las frecuencias) y un xi2 determinístico, que se puede expresar en base a sus valores anteriores: xi = xi1 + xi2 Los modelos paramétricos pueden ser ARMA (Auto-Regressive Moving Average), AR (Auto-Regressive) o MA (Moving Average). El modelo ARMA es:

578

q

p

p

q

k =1

k =1

k =1

k =1

xi = ∑ bk ui−k + b0 ui −∑ ak xi−k = ∑ ak xi −k + ∑ bk ui −k

El modelo MA es: q

xi = ∑ bk ui−k k =1

es decir, considera solamente la parte no determinística. Se puede interpretar xi como la salida y u como la entrada (un ruido blanco). El modelo AR es: p

xi = ∑ ak xi−k + ui k =1

es decir, la salida xi es una combinación lineal de las salidas anteriores xi-k más la entrada actual ui. La salida es el resultado de una regresión de x sobre sí misma (de aquí la denominación de modelo autoregresivo), de la cual ui es el término residual. Desde otro punto de vista se puede considerar la relación como una predicción lineal basada en los valores anteriores, siendo u el error de predicción. Dado un modelo AR, MA o ARMA con un número finito de parámetros, es posible expresar dicho modelo en términos de los otros dos. Esto es importante, pues se puede escoger cualquiera de los tres modelos y obtener una aproximación razonable siempre que el orden del modelo (el número de términos de la sumatoria) sea lo suficientemente grande. Un proceso AR o ARMA se puede representar mediante un modelo MA de orden infinito; un proceso MA o ARMA se puede representar mediante un modelo AR de orden infinito. Puede resultar ventajoso desde el punto de vista de los algoritmos estimar los parámetros de un modelo a partir de los datos y luego calcular los parámetros de otro modelo a partir de los parámetros del primero. En particular, se han desarrollado muchos algoritmos eficientes para el modelo AR. Es difícil modelar mediante AR los ceros del espectro, y en ese caso se requiere un orden de modelo mucho mayor que en el caso de un modelo ARMA. Los modelos AR son adecuados si el espectro tiene picos agudos pero no tiene valles profundos; los modelos MA son adecuados en el caso inverso, cuando el espectro tiene valles profundos pero no picos agudos; los modelos 579

ARMA pueden, en general, representar adecuadamente ambos tipos de extremos. En todo caso, si los distintos modelos proporcionan una aproximación razonable del espectro, probablemente debería escogerse aquel que requiera el menor número de parámetros. Una razón para preferir el uso de un modelo ARMA en vez de modelos AR o MA por separado es que a menudo requiere una cantidad mucho menor de parámetros. Por lo demás, se debe tener presente que la carga de cómputo para estimar los parámetros del modelo AR es con frecuencia mucho menor que en los modelos MA o ARMA. Las estimaciones de los parámetros de los modelos AR se obtienen a partir de la solución de ecuaciones lineales; las estimaciones de los parámetros MA y ARMA requieren la resolución de ecuaciones no lineales. Otro enfoque paramétrico, ideado por Borg, que conduce a una solución demostrablemente equivalente a un modelo AR es el método de la máxima entropía (Maximum entropy Method, MEM), también llamado Maximum Entropy Spectral Analysis (MESA). El análisis espectral es un método de descripción de una señal que implica una reducción de los datos. Un principio que concierne a la reducción de datos es que el resultado de cada transformación efectuada sobre los datos experimentales debe incorporar y respetar todos los datos relevantes, y debe ser –en la mayor medida posible– independiente de los datos no disponibles. Desde este punto de vista, el método clásico basado en la autocorrelación (o períodograma) transgrede este principio fundamental, puesto que supone que la autocorrelación es nula para atrasos mayores que el intervalo de observación, e impone una ventana sobre la autocorrelación de los datos observados. Para respetar el principio señalado más arriba se debería hallar la distribución de probabilidad con el máximo desorden, es decir con la menor cantidad de información, sujeta a condiciones que representan toda la información de que disponemos acerca de la serie temporal. Dado que la entropía es una medida de la falta de información, esto es equivalente a decir que la entropía debe ser máxima. En otras palabras, lo que hemos señalado es consecuencia del principio de la máxima entropía (verificado, por ejemplo, por todos los resultados de la mecánica estadística) que sostiene: cuando se extraen inferencias sobre la base de informaciones incompletas, éstas deben basarse en la distribución de probabilidad que tenga la máxima entropía permitida por la información que se posee. Estamos buscando, entonces, una señal con el máximo desorden (de modo que se minimicen los supuestos fuera del intervalo de observación) cuya función de autocorrelación corresponda a aquélla de la señal observada dentro del intervalo de observación. Se puede demostrar que los métodos MEM y AR son equivalentes, y por lo tanto también lo son sus propiedades.

580

Con el método MEM se puede obtener, con respecto al análisis clásico del espectro, una mayor resolución en frecuencia para una misma longitud de datos; en otras palabras, se puede obtener la misma resolución con intervalos de observación más breves, de modo que se pueden utilizar incluso tratándose de señales de muy corta duración. En el análisis espectral clásico el truncamiento de la autocorrelación origina un límite superior para la resolución de la PSD; el MEM permite alcanzar una mayor resolución pues no presenta este truncamiento. El modelo descrito arriba es adecuado para datos aleatorios. Tratándose de datos transitorios y determinísticos, un posible enfoque sería el de la descomposición de Prony, que representa una serie temporal como una suma de funciones exponenciales complejas: m

xi = ∑ Ak e sk ti + ei k =1

siendo ei los términos residuales s = σ + j 2πf . La técnica de Prony consiste en estimar los Ak y los sk minimizando los términos residuales ei. Para este enfoque también son válidas las principales propiedades de los métodos paramétricos: la reducción de los datos y la marcha de los espectros. En todos los métodos paramétricos, dado que los datos observados se aproximan por la salida del modelo, la selección del orden del modelo es uno de los aspectos más críticos. La experiencia demuestra que un modelo de orden demasiado bajo conduce a estimaciones espectrales de resolución insuficiente, mientras que uno de orden demasiado alto produce picos espúreos.

581

2.2.11 Otros métodos de estimación espectral A Capon se debe el estimador espectral de mínima varianza (MV), posteriormente reformulado por Lacoss bajo el nombre de maximum likelihood method (MLM). Su resolución espectral es mayor que la de los estimadores espectrales clásicos, aunque es menor que la del estimador AR. El estimador minimiza la varianza de la salida de un filtro de banda estrecha que se adapta al contenido espectral del proceso de entrada para cada frecuencia de interés. El área bajo la curva de estimador MV no representa la potencia total de la señal, de modo que la estimación proporcionada por el estimador MV no constituye una verdadera PSD, y su transformada inversa de Fourier no entrega la autocorrelación. Sin embargo, el estimador MV entrega picos cuyas alturas son linealmente proporcionales a la potencia de las sinusoides presentes en la señal. La descomposición armónica de Pisarenko (PHD) y el algoritmo MUSIC (Multiple Signal Classification) son en cambio métodos basados en el análisis de los autovalores de una matriz de autocorrelación o de una matriz de datos. Tampoco estos métodos proporcionan una verdadera estimación de la PSD, puesto que no conservan la potencia de la señal y la transformada inversa de Fourier de la estimación es diferente de la autocorrelación; sin embargo, entregan picos agudos coincidentes con los componentes espectrales. La característica fundamental de tales métodos es la separación de la información presente en las matrices antedichas en dos subespacios vectoriales, un subespacio de la señal y un subespacio del ruido.

2.2.12 Los análisis combinados tiempo/frecuencia (y tiempo/escala) El análisis de Fourier tiene un serio inconveniente: en la transformación al dominio de frecuencia se pierde la información de tiempo: es imposible decir cuándo tuvo lugar un evento determinado. Así, por ejemplo, tanto la señal de la figura 55, compuesta por la suma de cuatro sinusoides presentes durante toda la ventana de adquisición, como la señal de la figura 56, donde las mismas sinusoides se suceden unas a otras, dan origen a la misma magnitud de la transformada de Fourier.

582

Amplitud

(s)

Tiempo

(s)

Amplitud

Amplitud (Hz)

Tiempo

Frecuencia

(Hz)

Fig. 55

En forma análoga, las dos señales presentes en la figura 57, correspondientes respectivamente a la respuesta de un sistema lineal a una excitación estacionaria constituida por ruido blanco y a la respuesta al impulso del mismo sistema, tienen la misma densidad espectral de potencia. Si la señal no varía mucho en el tiempo (señal estacionaria) este inconveniente no es tan grave. Sin embargo, la mayoría de las señales que nos interesan contienen características no estacionarias, es decir transitorias: deriva, tendencia, cambios bruscos, inicio y fin de eventos. Estas características son a menudo la parte más importante de la señal, y el análisis de Fourier no es capaz de detectarlas. Para este fin se ha desarrollado el Análisis Tiempo-Frecuencia (TFA) o Análisis Tiempo-Escala (TSA). Estos análisis no estacionarios han concitado bastante interés recientemente para el

583

Amplitud Amplitud (Hz)

Tiempo

(s)

(s)

Amplitud

Tiempo

Frecuencia (Hz)

Fig. 56

Fig. 57

584

Fig. 58

monitoreo de las condiciones de la maquinaria, en primer lugar porque los síntomas de averías incipientes en las piezas de las máquinas son, en general transitorios, en segundo lugar, porque las características del movimiento de algunas máquinas (motores, robots, etc.) son no estacionarias; y finalmente porque en las máquinas rotatorias las fases de run up y de coast down son una fuente primordial de información. Los análisis de tiempo-frecuencia o tiempoescala se clasifican en técnicas lineales (Short Term Fourier Transform, Transformada de Gabor, Wavelets) y técnicas cuadráticas (Distribución de Wigner-Ville, Distribución de Choi-Williams); las técnicas cuadráticas pueden crear picos ficticios en los espectros a causa de los términos mixtos de las expresiones cuadráticas. La Short Time Fourier Transform (STFT) aplica una ventana a la señal, analizando de esta forma sólo una pequeña porción de la señal a la vez (figura 58). La STFT lleva a cabo un mapeo de la señal en una función bidimensional del tiempo y de la frecuencia (figuras 59 y 60). La STFT en el tiempo τ y a una frecuencia f de una señal muestreada x(t) se define como ∞

STFT (τ , f ) = ∫ w(t − τ ) x(t )e − j 2πft dt −∞

585

Frecuencia

(Hz)

Tiempo (s)

Fig. 59

Frecuencia

(Hz)

STFT de la señal no estacionaria Nw = 128, Nfft = 256, overlap = 75%

Tiempo

Fig. 60

586

(s)

es decir, la STFT entrega informaciones espectrales en el entorno del tiempo τ mediante la transformada de Fourier de la porción de señal ponderada por la ventana w(t). Las porciones de señal generalmente no se toman en forma disjunta, sino que se sobreponen parcialmente en su longitud (porcentaje de sobreposición o de overlap). En la representación de Gabor para la ventana w(t) se escoge la función de Gauss π  σ 2

1 − 2  t  w(t ) = e σ La representación de Gabor proporciona demás un sencillo procedimiento de síntesis, es decir de reconstrucción de la señal x(t) a partir de su representación tiempo-frecuencia. La expansión de Gabor de una señal continua x(t) está dada por: x(t ) = ∑ ∑ Cm,n w(t − mT )e jnΩt m

con m, n = 0, ±1, ±2, …

n

donde Cm,n son los coeficientes de Gabor (esto es, una matriz de coeficientes complejos que proporcionan la representación tiempo/frecuencia) los que, por la forma en que se obtienen, están estrechamente ligados a las características de la señal x(t), y donde w(t − mT )e jnΩt representa la ventana de Gauss w(t) (que es autofunción de la transformada de Fourier, es decir permanece inalterada en el paso del dominio del tiempo al dominio de las frecuencias) trasladada a lo largo del eje del tiempo (la cantidad t − mT es una traslación temporal) y a lo largo del eje de frecuencias (la exponencial compleja e jnΩt traslada el espectro de la ventana de Gauss a lo largo del eje de las frecuencias y el producto nΩ representa dicha traslación siendo Ω = 2πf el intervalo de muestreo en frecuencia). En síntesis, la expansión de Gabor aproxima la señal x(t) mediante coeficientes apropiados, cada uno de los cuales se multiplica por una ventana gaussiana que se traslada a lo largo del eje del tiempo y de la frecuencia hasta cubrir todo el dominio del tiempo y de la frecuencia de la señal. A diferencia de la STFT, donde el procedimiento para llegar a la representación tiempo/frecuencia tiene un significado físico preciso (una sucesión de FFT a lo largo de todo el eje del tiempo), en la representación de Gabor los coeficientes se obtienen de una forma totalmente distinta, como soluciones de sistemas lineales. La ventaja principal de la representación de Gabor con respecto a la STFT reside en el procedimiento de síntesis, esto es en la reconstrucción de la señal x(t) a partir de su representación tiempo/frecuencia.

587

Frecuencia (Hz)

Tiempo

(s)

Fig. 61

Las figuras 61 y 62 muestran la aplicación de la representación de Gabor al análisis de una señal que es la suma de dos señales chirp, es decir de dos señales sinusoidales, una con frecuencia instantánea linealmente creciente, la otra con frecuencia instantánea linealmente decreciente. La información obtenida con estos métodos de tipo STFT tiene una precisión limitada, y esta precisión está determinada por las dimensiones de la ventana. Además, una vez que se ha escogido un tamaño determinado de la ventana temporal, la ventana es la misma para todas las frecuencias. El análisis mediante wavelets constituye el siguiente paso lógico: consiste en una técnica para aplicar ventanas con regiones de dimensiones variables, es decir largos intervalos temporales donde se requiere una información más precisa en las bajas frecuencias y regiones más breves donde se desea obtener información en las altas frecuencias. Es posible obtener en la misma transformación una información más localizada en frecuencia (en la región de las bajas frecuencias) y más localizada en el tiempo (en la región de las altas frecuencias).

588

230

220

Frecuencia (Hz)

210

200

190

180

Tiempo (s) Fig. 62

Un wavelet es una forma de onda de duración limitada cuyo valor medio es cero. El análisis de Fourier consiste en subdividir una señal en ondas sinusoidales de varias frecuencias. En forma análoga, el análisis mediante wavelets subdivide una señal en versiones trasladadas y escaladas del wavelet original (mother wavelet). Es claro que las señales con variaciones bruscas se podrán analizar mejor con un wavelet irregular, en lugar de una sinusoide suave. Las características locales se describen mejor con wavelets, pues éstos tienen una extensión local. La Transformada Wavelet WT(a,τ) en el tiempo τ y con un factor de escala a de una señal x(t) está dada por ∞  t −τ  WT( a,τ ) = ∫ x (t ) w *  dt  a  −∞

siendo w(t) un wavelet complejo y w*(t) su complejo conjugado. Por ejemplo, el wavelet de Morlet está definido por w(t ) = e

j 2πf 0t −

589

t2 2

El exponencial complejo e j 2πf0t puede descomponerse mediante las fórmulas de Euler en componentes sinusoidales reales e imaginarios que decrecen por efecto del término e

−

t2 2

. La transformada de Fourier de x(t) es ∞

X (ω ) = ∫ x (t )e − jωt dt −∞

Los componentes sinusoidales aportados por e − jωt no decaen; sólo si varía ω, es decir la escala. En la transformada de Morlet los componentes sinusoidales decaen (es decir, son locales); éstos se multiplican por x(t) como en la transformada de Fourier, pero se escalan y trasladan. ∞

WT(escala, posición) = ∫ x(t ) ⋅ (función de escala y posición )dt −∞

Elevar la escala significa dilatar el wavelet; mientras más dilatado el wavelet, más larga es la porción de señal con la cual se compara, y por consiguiente menos detalladas son las características de la señal que miden los coeficientes del wavelet. En definitiva, escala elevada significa wavelet dilatado, o sea baja frecuencia, y detalles que varían con lentitud, o sea poco definidos. Una escala pequeña significa un wavelet comprimido, o sea alta frecuencia y detalles que varían con rapidez. Hay muchos tipos de wavelets. Los wavelets de Haar tienen la forma de una función escalonada. Ingrid Daubechies inventó la familia de wavelets ortonormales (db2, db3, db4, …). Los simlets son wavelets cuasisimétricos propuestos por Daubechies por solicitud de R. Coifman. Los wavelets de Meyer se definen en el dominio de frecuencia. Los wavelets de Morlet se definen mediante una fórmula explícita (en vez de obtenerse a partir de una forma de onda mediante iteraciones). Y así sucesivamente. Cabe recordar además la Transformadas Wavelet Discretas (DWT). En efecto, el cálculo de los coeficientes de los wavelets usando las Transformadas Wavelet Continuas requiere de una elevada carga de trabajo y genera una gran cantidad de datos; ante ello, las DWT permiten reducir esta carga de trabajo. Las escalas y las posiciones se determinan sobre la base de las potencias de dos (escalas y posiciones diádicas), lo que hace el análisis más eficiente. Mallat introdujo un algoritmo eficiente para efectuar las DWT, reduciendo la DWT a un conjunto de filtros pasa altos y pasa bajos. Los usos de la WT son múltiples: para detectar discontinuidades, cambios de frecuencia, la evolución a largo plazo (tendencia), para limpiar la señal de ruido, para identificar frecuencias naturales y amortiguamiento, etc.

590

escala

Amplitud

La figura 63 muestra el efecto de la escala para un wavelet de Morlet: con intervalos de escala grandes se obtiene una buena representación global de

Tiempo (s)

escala

escala

escala

escala

Amplitud

Fig. 63

Fig. 64

Tiempo (s)

591

Fig. 65

592

los contenidos en frecuencia; con intervalos pequeños se destacan bien los cambios de frecuencia. La figura 64, correspondiente a una señal de planta de una central eléctrica, muestra el análisis realizado respectivamente con los wavelets de Morlet, db3, de Meyer y de Haar; según el caso se distinguen mejor las periodicidades o los instantes de discontinuidad de la señal. Pasando a examinar las técnicas de análisis tiempo-frecuencia de tipo cuadrático, la figura 65, que se refiere al análisis de una señal constituida por la suma de seis componentes de frecuencias 0,3 Hz, 1 Hz, 2 Hz, 3 Hz, 4 Hz y 5 Hz siempre presentes en forma simultánea, muestra cómo la distribución de Wigner-Ville indica en el zoom una frecuencia ficticia de 1,5 Hz originada en los términos mixtos típicos de los análisis cuadráticos. La representación de Choi-Williams de la misma señal, disponiéndose de un parámetro de control σ, proporciona prácticamente los mismos resultados del análisis de Wigner-Ville para σ = 100, mientras que para σ = 0,1 logra eliminar la frecuencia ficticia, aunque en desmedro de las frecuencias más elevadas (figura 66). 2.3 El cepstrum Se distinguen fundamentalmente dos tipos de cepstrum: el cepstrum de potencia y el cepstrum complejo. 2.3.1 El cepstrum de potencia Originalmente se lo definió como el espectro de potencia del logaritmo del espectro de potencia de la señal. Dado que es una especie de “espectro de un espectro”, recibió el nombre de CEPStrum, de SPECtrum. Hoy el cepstrum de potencia se define como la transformada inversa de Fourier del logaritmo del espectro de potencia de la señal: x p (t ) =

1 2π

∞

∫ ln X (ω )

2

e jωt dω

−∞

(ver figura 67) Nótese que el cepstrum de potencia pierde la información contenida en la fase de la transformada de Fourier.

593

La variable independiente t del cepstrum xp(t) tiene dimensiones de tiempo, y se le denomina frecuencia. En lugar llamar filtering al filtrado se le denomina liftering. En lugar de hablar de armónicas se habla de armónicas.

Fig. 66

594

X(t)

Cuadrado del módulo

Trans. de Fourier

Trans. Inversa de Xp(t) Fourier

Logaritmo natural

Fig. 67

S(t)

a s (t-to)

t to Fig. 68

Recordando que la función de autocorrelación es la transformada inversa de Fourier de la PSD, se deduce que la verdadera característica del cepstrum es la conversión logarítmica del espectro. Consideremos, por ejemplo, una señal x(t) compuesta por una breve forma de onda s(t) (wavelet) y por un eco as(t − t0) (fig. 68): x(t) = s(t) + as(t − t0). Dependiendo del caso, el objetivo práctico podría ser estimar el tiempo de llegada del eco, o determinar la forma del wavelet, o establecer las características de transferencia de los recorridos de transmisión. La transformada de Fourier de s(t − t0) es S (ω )e − jωt0 . Por consiguiente, la transformada de Fourier de x(t) = s(t) + as(t − t0) es X (ω ) = S (ω ) + aS (ω )e − jωt0 . Luego

[

][

]

X (ω ) = X * (ω )X (ω ) = S (ω ) + aS (ω )e − jωt 0 S * (ω ) + aS * (ω )e jωt0 = 2

= S (ω ) + a S (ω ) e − jωt0 + a S (ω ) e jωt0 + a 2 S (ω ) e − jωt0 e jωt 0 = 2

2

2

(

2

)

= S (ω ) + a S (ω ) e − jωt0 + e jωt0 + a 2 S (ω ) = 2

2

2

= S (ω ) + a S (ω ) 2(cos ωt 0 ) + a 2 S (ω ) = 2

2

(

= S (ω ) 1 + a 2 + 2 a cos ωt 0 2

donde hemos aprovechado el hecho que

(

2

)

e − jωt0 + e jωt0 = cos ωt0 . 2

ln X (ω ) = ln S (ω ) + ln 1 + a 2 + 2a cos ωt 0 2

2

595

)

Esta relación muestra que la información sobre los wavelets y la información sobre el eco se combinan aditivamente por efecto del logaritmo. Si por simplicidad de comprensión del ejemplo recordamos el desarrollo en serie x 2 x3 + − ... − 1 ≤ x ≤ 1 2 3

ln (1 + x ) = x −

y suponemos que a es lo suficientemente pequeño para poder despreciar todas las potencias de a con exponente mayor que 1, tenemos ln X (ω ) ≈ ln S (ω ) + 2a cosωt 0 2

2

[

]

[

]

x p (t ) = ℑ−1 ln X (ω ) = ℑ−1 S (ω ) + a[δ (t − t 0 ) + δ (t + t 0 )] 2

2

En el cepstrum aparecen, entonces, dos picos en las frecuencias −t0 y +t0. La frecuencia del pico es, por lo tanto, igual al tiempo t0 entre la señal y el eco. Si luego consideramos la respuesta de un sistema lineal a una excitación (figura 69), la respuesta es la convolución de la excitación con la respuesta al impulso. x(t ) = s(t )* h(t )

X (ω ) = S (ω )H (ω ) X (ω )X * (ω ) = S (ω )H (ω )S * (ω )H * (ω ) X (ω ) = S (ω ) H (ω ) 2

2

2

ln X (ω ) = ln S (ω ) + ln H (ω ) 2

2

2

x p = ℑ −1 ln X (ω ) = ℑ −1 ln S (ω ) + ℑ −1 ln H (ω ) 2

2

2

Por lo tanto, en el cepstrum los dos efectos de la fuente y de las vías de transmisión se suman, de manera que cuando los dominios de los componentes espectrales de la función de respuesta en frecuencia H(ω) y de la transformada de Fourier de la señal de entrada son distintos, se tiene una separación de los efectos de la fuente y de las vías de transmisión. Los componentes de la señal de entrada son fáciles de identificar, y en consecuencia su variación puede ser indicadora de un defecto.

596

h(t)

s(t)

x(t)

H(ω) X(ω)

S(ω)

Fig. 69

Con respecto a la autocorrelación, en el cepstrum el logaritmo permite evidenciar componentes de amplitudes débiles. El cepstrum se presta para facilitar el reconocimiento de estructuras periódicas en un espectro. La modulación de la amplitud o de la frecuencia de una señal puede crear dificultades al tratar de discernir los componentes en el caso de que estén presentes muchas líneas o varias familias de modulaciones; pequeñas separaciones entre las líneas de los espectros pueden corresponder a distancias significativas entre las ramónicas o las familias de ramónicas del cepstrum. A veces puede resultar útil efectuar un “liftering”, es decir un filtrado en el dominio de la frecuencia. En general se habla de long- lifters (que dejan pasar las altas frecuencias, análogos de los filtros pasa altos), de short- lifters (que dejan pasar las bajas frecuencias), de comb lifters (también llamados notch lifters, que tienen una estructura en peine, alternando un “ band” y un “stop band”). En el caso que se deba remover un pico de un cepstrum continuo se puede usar un “notch” (aunque introduce una discontinuidad) o se puede reemplazar el pico con el promedio del cepstrum en las frecuencias del entorno, para seguir la línea encaminada. 2.3.2

El cepstrum complejo

El cepstrum complejo es la transformada inversa de Fourier del logaritmo de la transformada de Fourier de la señal:

xˆ (t ) = ℑ −1 ln X (ω ) (ver figura 70a) Nótese que X(ω) es una cantidad compleja dotada de módulo y fase. Esto hace que el cepstrum complejo sea más general que el cepstrum de potencia, permitiendo efectuar operaciones inversas para reconstruir la señal original (ver figura 70b).

597

a)

x(t)

b)

^ x(t)

TRANS. DE FOURIER

X(ω)

In X(ω)

LOGARITMO NATURAL

TRANS. DE FOURIER

TRANS. INVERSA DE FOURIER

TRANS. INVERSA DE FOURIER

exponencial

Fig. 70

Expresando la función compleja X(ω) en forma polar X (ω ) = A(ω )e iϕ (ω )

ln X (ω ) = ln A(ω ) + ln e iϕ (ω ) = ln A(ω ) + iϕ (ω ) xˆ (t ) = ℑ −1 [ln A(ω ) + iϕ (ω )]

En el caso del cepstrum de potencia teníamos

x p (t ) = ℑ −1 en forma análoga a la expresión del cepstrum complejo con fase cero. Volviendo al ejemplo del wavelet más eco

x(t ) = s (t ) + as (t − t 0 )

[

X (ω ) = S (ω ) + aS (ω )e − jωt0 = S (ω )1 + ae − jωt 0

(

]

)

a 2 −2 jωt 0 a 3 −3 jωt 0 + e − ... e 2 3 x (t ) = ℑ −1 [ln X (ω )] = ℑ −1 ln S (ω ) + ln 1 + ae − jωt0 =

ln 1 + ae − jωt 0 = ae − jωt0 −

[

(

598

)]

^ x(t)

x(t)

y recordando el desarrollo en serie de ln(1 + x) señalado anteriormente, n ∞ n +1 a δ (t − nt 0 ) = s (t ) + ∑ (− 1) n n =1

x(t)

TRANS. DE FOURIER

LOGARITMO NATURAL

TRANS. INVERSA DE FOURIER

^ x(t)

CEPSTRUM COMPLEJO

LIFTERING

^ x(t)

TRANS.DE FOURIER

EXPONENCIAL

TRANS. INVERSA DE FOURIER

x(t)

CEPSTRUM iNVERSO

Fig. 71.

es decir, el eco de manifiesta bajo la forma de una serie de picos. Se puede reconstruir el wavelet sin eco si se utiliza liftering para remover la serie de picos y luego se llevan a cabo las operaciones inversas (cepstrum inverso) (figura 71). El inconveniente puede residir en la dificultad de identificar los picos causados por el eco si el cepstrum sˆ del wavelet por sí solo no tiene una marcha lo suficientemente encaminada. Además, la posible presencia de ruido en la señal x(t) puede hacer difíciles de distinguir los picos causados por el eco. Para el cálculo del cepstrum complejo debemos recordar la dificultad del cálculo de la fase, puesto que asume múltiples valores, es decir no es única. No podemos asumir por defecto el “valor principal”, o sea el valor en el intervalo (0, 2π): la fase debe ser una función continua, y no puede efectuar saltos de 2π. Esto se consigue calculando la fase como integral de la derivada de la fase. 599

2.4 Las señales moduladas 2.4.1 Modulación de amplitud, de frecuencia y de fase Las señales moduladas en amplitud se producen espontáneamente en los sistemas mecánicos; por ejemplo, en el caso de ruedas dentadas (engranajes comunes o planetarios), rodamientos, etc., por efecto de la excentricidad, de defectos superficiales u otras causas, de estructuras radiadas (rigidez radial no uniforme circunferencialmente, sino que varía en forma periódica), de os localizados mediante rodillos o esferas o ruedas dentadas en los extremos de los brazos portatrenes de los trenes planetarios, del espaciado entre los pernos de anclaje, etc. Las señales moduladas en frecuencia pueden surgir en los engranajes por variaciones de la velocidad de rotación a causa de la deformación normal de los dientes, de posibles defectos, de variaciones del torque transmitido. En general, una señal modulada puede corresponder a una modulación en amplitud, en frecuencia o en fase. A continuación efectuaremos un análisis preliminar de estos fenómenos en su forma más simple, para luego retomar algunos aspectos con mayor generalidad. MODULACIÓN DE AMPLITUD Amplitud Tiempo

Fig. 72

Diferentes tipos de modulación

En su forma más simple, una onda modulada se describe mediante la expresión s (t ) = A sen(ω1t + ϕ ) donde la amplitud A, la frecuencia ω1 y la fase ϕ pueden variar en el tiempo. Si hacemos variar solamente la amplitud A de la onda original, (o portadora) hablamos de modulación en amplitud; si se hace variar solamente la frecuencia ω1 de la portadora hablamos de modulación en frecuencia; si se hace variar solamente la fase ϕ de la portadora hablamos de modulación en fase.

600

Fig. 73.

En el caso más simple de modulación en amplitud, la amplitud de la portadora se modula según la siguiente ley sinusoidal:

s (t ) = A0 (1 + γ sin ω 2 t )sin (ω 1t + ϕ ) donde γ = factor de modulación (o tasa de modulación). De la trigonometría sabemos que

sin α

sin β =

1 1 cos (α − β ) − cos (α + β ) 2 2

Por lo tanto, para α = ω1t + ϕ y β = ω 2t

s (t ) = A0 sin (ω 1t + ϕ ) +

γ A0 γ A0 cos [(ω 1 − ω 2 )t + ϕ ]− cos [(ω 1 + ω 2 )t + ϕ ] 2 2

El espectro de una señal sinusoidal modulada en amplitud está constituido por 3 frecuencias: la de la portadora ω1 y las de las dos bandas laterales ω1 − ω2 (banda lateral inferior) y ω1 + ω2 (banda lateral superior) (figura 73). Análogamente, en caso de ley cosinusoidal

s (t ) = A0 (1 + γ cos ω 2 t )sin (ω 1t + ϕ )

601

recordando que

sin α cos β =

1 1 sin (α − β ) + sin (α + β ) 2 2

se tiene

s (t ) = A0 sin (ω 1t + ϕ ) +

γ A0 γ A0 sin[(ω 1 − ω 2 )t + ϕ ] + sin[(ω 1 + ω 2 )t + ϕ ] 2 2

Análogamente, en el caso que

s (t ) = A0 (1 + γ cos ω 2 t )cos(ω 1t + ϕ ) recordando que

cos α cos β =

1 1 cos(α − β ) + cos(α + β ) 2 2

se tiene s (t ) = A0 cos(ω 1t + ϕ ) +

γ A0 γ A0 cos[(ω 1 − ω 2 )t + ϕ ] + cos[(ω 1 + ω 2 )t + ϕ ] 2 2

Análogamente, en el caso que

s (t ) = A0 (1 + γ sin ω 2 t )cos(ω 1t + ϕ ) recordando que

cos α sin β =

1 1 sin (α + β ) − sin (α − β ) 2 2

602

se tiene

s (t ) = A0 cos(ω 1t + ϕ ) −

γ A0 γ A0 sin[(ω 1 − ω 2 )t + ϕ ] + sin[(ω 1 + ω 2 )t + ϕ ] 2 2

En cada caso las amplitudes de las bandas laterales dependen de la tasa de modulación, pero no de la frecuencia de modulación. El ancho de banda de las oscilaciones moduladas en amplitud es

(ω1 + ω 2 ) − (ω1 − ω 2 ) = 2ω 2 En el caso de modulación de frecuencia y de modulación de fase se tiene s (t ) = A sin α (t ) MODULACIÓN DE FRECUENCIA Amplitud Tiempo

Diferentes tipos de modulación

Fig. 74

En el caso de modulación de frecuencia

ω=

dα (t ) dt

α (t ) = ∫ ω dt = ∫ [ω 1 + (∆ω ) f (t )]dt = ω 1t + ∆ω ∫ f (t )dt siendo ∆ω la máxima variación de la frecuencia de la portadora ω, y f(t) la ley de variación de la frecuencia; si esta última sigue una ley armónica ∆ω el índice de modulación se tiene: f (t ) = cos ω 2t , siendo γ = ω2

603

α (t ) = ω1t +

∆ω cos ω 2 t dω 2 t = ω 1t + γ sin ω 2 t ω2 ∫

s (t ) = A ⋅ sin (ω 1t + γ sin ω 2 t ) s(t ) = sin (ω 1t + γ sin ω 2 t ) = sin ω1t cos(γ sin ω 2 t ) + cos ω 1t sin (γ sin ω 2 t ) A Las magnitudes cos(γ sen ω 2t ) y sen(γ sen ω 2 t ) pueden expresarse mediante funciones de Bessel de primera especie de orden k del argumento γ, que se indican mediante Jk(γ): ∞

cos(γ sinω2t ) = J 0 (γ ) + 2∑ J 2n (γ )cos 2nω2t n=1

∞

sin(γ sinω2t ) = 2∑ J 2n+1 (γ )sin(2n +1)ω2t n =1

∞ ∞ s(t ) = sinω1tJ0 (γ ) + sinω1t 2∑ J 2n (γ )cos 2nω2t + cosω1t 2∑ J 2n+1 (γ )sin(2n +1)ω2t A n=1 n=1

y siendo

1 1 sin α cos β = sin (α − β ) + sin (α + β ) 2 2 1 1 sin ω 1t cos ω 2 t = sin (ω 1 − 2nω 2 )t + sin (ω 1 + 2nω 2 )t 2 2

604

1 1 cosα sin β = sin(α + β ) − sin(α − β ) 2 2 1 1 cosω1t sin(2n +1)ω2t = sin[ω1 + (2n +1)ω2 ]t − sin[ω1 − (2n +1)ω2 ]t 2 2 ∞ 2 2∞ s(t ) = J0 (γ )sinω1t + ∑J 2n (γ )sin(ω1 − 2nω2 )t + ∑J 2n (γ )sin(ω1 + 2nω2 )t + 2 n=1 2 n=1 A +

2∞ 2∞ ( γ ) [ ω + ( + ) ω ] − sin 2 1 J n t ∑ 2n+1 ∑J2n+1 (γ )sin[ω1 − (2n +1)ω2 ]t = 1 2 2 n=1 2 n=1 ∞

∞

J 0 (γ )sinω1t + ∑(−1) J k (γ )sin(ω1 − kω2 )t + ∑J k (γ )sin(ω1 + kω2 )t k

k =1

k =1

∞

∞   k s(t ) = AJ 0 (γ )sinω1t + ∑(−1) J k (γ )sin(ω1 − kω2 )t + ∑J k (γ )sin(ω1 + kω2 )t k =1 k =1  

o si se quiere, en forma más compacta, ∞

s (t ) = A ∑ J n (γ )sin (ω1 + nω2 )t n = −∞

Vemos entonces que el espectro de la señal sinusoidal modulada en frecuencia contiene las componentes en las frecuencias:

...ω1 − kω 2 ...ω1 − 2ω 2 ω1 − ω 2 ω1 ω1 + ω 2 ω1 + 2ω 2 ...ω1 + kω 2 ... cuyas amplitudes son respectivamente

...J k (γ )...

J 2 (γ )

J 1 (γ )

J 0 (γ )

J 1 (γ ) J 2 (γ )...

J k (γ )...

El número de componentes en torno a ω1 es infinito, sus amplitudes se encuentran distribuidas simétricamente en torno a la componente central cuya 605

amplitud es Jo(γ). En realidad, aun cuando el ancho de banda es infinito, los valores Jk(γ) decrecen rápidamente a medida que crece k. Para k ≥ γ todos los Jk(γ) son menores que 0,01, de manera que el ancho de banda en la práctica será:

(ω1 + kω 2 ) − (ω1 − kω 2 ) = 2kω 2 ≅ 2γω 2

=2

∆ω ω 2 = 2∆ω ω2

Luego, en la práctica el ancho de banda depende de la profundidad de modulación ∆ω y es independiente de ω2. Las bandas laterales dependen tanto de ∆ω como de ω2. En mecánica el índice de modulación máximo es generalmente cercano a 1. Para γ mucho menor que uno se tienen solamente las componentes con frecuencias ω1, ω1 − ω2, ω1 + ω2 . En el caso de modulación de fase,

α (t ) = ω1t + ϕ (t ) Si ϕ(t) varía según una ley armónica, se tiene

ϕ (t ) = ϕ m cos ω 2 t s (t ) = A sin α (t ) = A sin (ω1t + ϕ m cos ω 2 t ) Se puede demostrar, en forma análoga al caso anterior, que las bandas laterales dependen de ϕm y que el ancho de banda es 2kϕ2 ≅ 2ϕmω2 y depende, por consiguiente, tanto de ϕm como de ω2. Retomemos ahora algunos de los conceptos tratados, ampliándolos a un caso más general. Consideremos la modulación en amplitud. La señal modulada puede escribirse como

s (t ) = A(t ) f (t ) donde A(t) es la señal de modulación y f(t) la señal base. Suponiendo que ambas señales sean periódicas, pueden expresarse bajo la forma de una serie de Fourier:

606

f (t ) = α0 + α1 cos(ω1t + ϕ1 ) + α2 cos(2ω1t + ϕ2 ) + ...+ αn cos(nω1t + ϕn ) + ... A(t ) = β0 + β1 cos(ω2t +ψ 1 ) + β 2 cos(2ω2t +ψ 2 ) + ...+ βm cos(mω2t +ψ m ) + ... Suponiendo que α 0 = β 0 = 0 , es decir que la señal de modulación y la señal base tengan un valor medio nulo, tenemos: ∞

∞

n =1

m =1

s (t ) = ∑ ∑ α n β m cos(nω1t + ϕ n )cos(mω 2 + ψ m ) cos p + cos q = 2 cos

p+q p−q cos 2 2

de donde

p+q p − q cos p + cos q = cos 2 2 2 p+q = nω1t + ϕ n 2 p−q = nω 2 t + ψ m 25

cos

y por consiguiente, respectivamente sumando y restando miembro a miembro,

p = (nω1 + mω 2 )t + ϕ n + ψ m q = (nω1 + mω 2 )t + ϕ n − ψ m De modo que

∞

s(t ) = ∑

∞

αnβm

∑

n=1 m=1

2

{cos[(nω1 + mω2 )t + ϕn +ψ m ] + cos[(nω1 − mω2 )t + ϕn −ψ m ]}

607

La señal modulada contiene entonces las frecuencias nω1 ± mω 2 . Las amplitudes de las componentes en las frecuencias nω1 + mω 2 y α β nω1 − mω 2 valen n m . 2 ω La señal modulada s(t) es periódica si la razón 1 es entera. ω2 En efecto, siendo T el período de s(t), examinando la ecuación ya mencionada ∞

s (t ) = ∑ n =1

∞

∑α m =1

n

β m cos(nω1t + ϕ n )cos(mω 2 + ψ m )

la señal s(t) se repite después de un tiempo T si las componentes frecuencias son nω1 y nω2 y cuyos períodos son

2π 2π y , son tales que p veces el nω1 nω 21

período de la primera es igual a q veces el período de la segunda, con p y q números enteros.

p

2π 2π =q n ω1 nω 2

ω1 mp = = ω 2 nq

Relación de números enteros

El período vale:

T =q

2π nω 2

En el caso especial en que tanto la señal de modulación como la señal base se reducen solamente a dos cosinusoides, siendo

α0 = β0 = 0 α1 ≠ 0 β1 ≠ 0 α 2 = α 3 = ... = β 2 = β 3 = ... = 0

608

la señal modulada está dada por:

s (t ) = α 1 β 1 cos(ω1t + ϕ1 )cos(ω 2 t + ψ 1 ) s (t ) =

α1 β1 {cos[(ω1 + ω 2 )t + ϕ1 + ψ 1 ] + cos[(ω1 − ω 2 )t + ϕ1 − ψ 1 ]} 2

Se puede obtener también otra expresión de la señal s(t). Siendo ωs la suma de ω1 y ω2, se tiene:

ω1 + ω 2 = ω s ω1 − ω 2 = ω1 + (ω s − ω1 ) = 2ω1 − ω s αβ s (t ) = 1 1 {cos(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) + cos[(2ω1 − ω s )t + ϕ1 − ψ 1 ]} = 2 αβ = 1 1 {cos(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) + cos[− (ω s t − 2ω1t − ϕ1 − ψ 1 )]} = 2 αβ = 1 1 {cos(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) + cos(ω s t − 2ω1t − ϕ1 + ψ 1 )} = 2 αβ = 1 1 {cos(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) + cos(ω s t − ϕ1 + ψ 1 − 2ϕ1 − 2ω1t )} = 2 αβ = 1 1 {cos(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) + cos[(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) − 2(ω1t + ϕ1 )]} 2 Puesto que cos(α − β ) = cos α cos β + sen α sen β se tiene

609

α1 β1 {cos(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) + cos(ω s t + ϕ1 + ψ 1 )cos[ω1t + ϕ1 ] + 2 + sin (ω s t + ϕ1 + ψ 1 )sin [2(ω1t + ϕ1 )] } = α 1 β1 {cos(ω s t + ϕ1 + ψ 1 )[1 + cos(2ω1t + 2ϕ1 )] + 2 + sin (ω s t + ϕ1 + ψ 1 )sin [2(ω1t + ϕ1 )] } s (t ) =

es decir, s(t) está formada por dos componentes, una en cos(ωst + ϕ1 + ψ 1) y una en sen(ωst + ϕ1 + ψ 1), cuyas amplitudes son respectivamente:

α 1 β1 {1 + cos[2(ω s t + ϕ1 )]} 2

α 1 β1 sn[(ω1t + ϕ1 )] 2

y

Por lo tanto, componiendo el seno con el coseno: 2

2

α β  α β  s (t ) =  1 1 [1 + cos(2(ω1t + 2ϕ1 )] +  1 1 sin [2(ω1t + ϕ1 )] *  2   2  * cos[(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) − ϕ ]

α 1 β1 {1 + cos[2(ω1t + ϕ1 )]}2 * cos[(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) − ϕ ] 2 αβ = 1 1 1 + 2 cos[2(ω1t + ϕ1 )] + cos 2 [2(ω1t − ϕ1 )] + sn 2 [2(ω1t − ϕ1 )] * 2 * cos[(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) − ϕ ] =

α 1 β1 1 + 2 cos[2(ω1t + ϕ1 )] + 1 * cos[(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) − ϕ ] = 2 αβ = 1 1 2 + 2 cos[2(ω1t + ϕ1 )] * cos[(ω s t + ϕ1 + ψ 1 ) − ϕ ] 2 =

610

Obviamente, es posible emplear la representación habitual en términos de fasores, es decir, vectores rotatorios (figura 75) [recordando que π  sen(α ) = cos α −  ]. 2  2.4.2 Las pulsaciones Otro fenómeno, esta vez derivado de la suma (en lugar del producto) de dos señales periódicas es el de las pulsaciones. La pulsación es una variación periódica de la amplitud de la oscilación resultante de la combinación de dos oscilaciones de frecuencias ligeramente distintas; la frecuencia de la pulsación es igual a la diferencia de las frecuencias de las oscilaciones.

Fig. 75

611

Para mantener un vínculo con los fenómenos mecánicos, describiremos el fenómeno en referencia a las vibraciones libres de un sistema vibratorio con dos grados de libertad:

x1 (t ) = X 1 cos(ω1t + ϕ1 ) + X 2 cos(ω 2 t + ψ 1 )

x 2 (t ) = N 21 X 1 cos(ω1t + ϕ1 ) + N 22 X 2 cos(ω 2 t + ψ 1 ) donde ω1 y ω2 son las frecuencias naturales del sistema. Siendo ωs = ω1 + ω2 ωd = ω1 − ω2 ϕs = ϕ1 + ϕ1 ϕd = ϕ1 + ψ 1 se tiene:

ω1 ω1 ω 2 ω 2 ω1 + ω 2 ω1 − ω 2 ω s ω d + − + = + = + 2 2 2 2 2 2 2 2 ϕ ϕ ψ ψ ϕ + ψ 1 ϕ1 − ψ 1 ϕ s ϕ d + = + ϕ1 = 1 + 1 − 1 + 1 = 1 2 2 2 2 2 2 2 2 ω ω ω ω ω + ω 2 ω1 − ω 2 ω s ω d ω2 = 2 + 2 − 1 + 1 = 1 + = + 2 2 2 2 2 2 2 2 ψ 1 ψ 1 ϕ1 ϕ1 ϕ1 + ψ 1 ϕ1 − ψ 1 ϕ s ψ d ψ1 = + − + = + = + 2 2 2 2 2 2 2 2 ω1 =

Luego;

 ω ω   ϕ ϕ   ω ω   ϕ ϕ  x1 (t ) = X1 cos s + d t +  s + d  + X 2 cos s − d t +  s − d  =  2 2   2 2   2 2   2 2   ω  ω ϕ  ω ϕ   ϕ  = X1 cos s t + s t +  d t + d   + X 2 cos s t + s  + 2  2 2  2  2  2

ϕ   ω − d t + d   = 2  2 = X1 cos(α + β ) + X 2 cos(α − β )

612

donde se ha llamado

ωs ϕ t+ s 2 2 ωd ϕd β= t+ 2 2

α=

De ello se deriva:

x1 (t ) = X 1 (cosα cos β − sin α sin β ) + X 2 (cosα cos β + sin α sin β ) = = (X 1 + X 2 )cosα cos β − (X 1 − X 2 )sin α sin β =

ϕ  ω ϕ  ω = (X 1 + X 2 )cos s t + s  cos d t + d  + 2  2 2   2 ϕ  ω ϕ  ω − (X 1 + X 2 )sin  s t + s  sin  d t + d  2  2 2   2

Análogamente:

ϕ  ω ϕ  ω x 2 (t ) = (N 21 X 1 + N 22 X 2 )cos s t + s  cos d t + d  + 2  2 2   2 ϕ  ω ω  ω − (N 21 X 1 − N 22 X 2 )sin  s t + s  sin  d t + d  2   2 2   2 En ambas expresiones podemos considerar las señales como la

ϕ   ωs t + s  y de un término en 2  2

composición de un término en 

ϕ  ω sen  s t + s  2  2

613

ω ϕ  ω ϕ  2 2 x1(t ) = (X1 + X2 ) cos2  d t + d  + (X1 − X2 ) sin2 d t + d  * 2 2 2 2 ω ϕ  *cos  s t + s −ϕx1  2 2  ω ϕ  ω ϕ  2 2 x2(t) = (N21X1 + N22X2 ) cos2 d t + d  + (N21X1 − N22X2 ) sin2 d t + d  * 2 2 2 2 ω ϕ  = cos  s t + s −ϕx2  2 2  Con:

tan ϕ x1

ϕd  ωd  − (X 1 − X 2 )sin  t+ 2   2 = ϕ  ω (X 1 + X 2 )cos d t + d  2   2

Amplitud

Fig. 76

614

tan ϕ x 2 =

ϕd ωd − (N 21 X 1 − N 22 X 2 )sin  t+ 2  2 ωd

(N 21 X 1 + N 22 X 2 ) cos

 2

t+

   

ϕd   2 

Cuando ωd es pequeña, es decir ωd = ω1 − ω2 = ∈

ωs ≈ ω1 ≈ ω 2 2

la raíz que aparece en la expresión de x1(t) oscila entre X1 + X2 y X1 − X2 con una frecuencia ωd = ω1 − ω2. En otras palabras, x1(t) se puede considerar como una cosinusoide de frecuencia frecuencia ω1 − ω2.

ωs ≈ ω1 ≈ ω 2 cuya amplitud varía con una 2

Análogamente, se puede considerar x2(t) como una cosinusoide de frecuencia

ωs ≈ ω1 ≈ ω 2 cuya amplitud oscila entre N21X1 + N22X2 y N21X1 − 2

N21X2 con una frecuencia ω1 − ω2. Las figuras 76 y 77 muestran la pulsación en el caso de X1 ≠ X2 y para el caso especial de X1 = X2. Una técnica de diagnóstico muy útil que se aplica a los rodamientos, pero también a los engranajes y en otras aplicaciones, emplea el filtrado en torno a una resonancia y el análisis de la envolvente. Si un defecto en una pieza produce una vibración periódica, ésta estará compuesta por varias armónicas. Si la frecuencia de una de ellas es cercana a una frecuencia propia

Fig. 77

615

de la máquina se producirá una resonancia cuya amplitud se distingue muy claramente del ruido de fondo; mientras la resonancia es causada por el defecto -esto es el fenómeno que se desea estudiar- el ruido de fondo se debe a múltiples causas que no constituyen objeto de análisis. Las frecuencias de resonancia se pueden considerar como frecuencias portadoras cuyas amplitudes son moduladas por los defectos; la envolvente de la señal contiene la información acerca del espectro del defecto. Siendo ωD la frecuencia (desconocida) del defecto, consideremos por ejemplo que se produce una resonancia a causa de la i-ésima armónica de ωD (en la práctica, i puede ser un número grande, por ejemplo 200 o 300). Se lleva a cabo un filtrado pasabanda de la señal en torno a dicha resonancia, es decir a la i-ésima armónica; de esta forma se habrá eliminado todas las frecuencias externas a un intervalo hωD, (h + k)ωD, siendo h, k, i números enteros y hωD < iωD<(h + k) ωD. De modo que la señal filtrada estará constituida por k + 1 componentes:

s (t ) = ∑ A j sin [(h + j )ω D t + ϕ j ] k

j =0

Elevando al cuadrado:

[

k

]

k

s 2 (t ) = ∑ A 2j sin 2 (h + j )ω D t + ϕ j + 2∑ j =0

sin [(h + l )ω D t + ϕ l ]

j =0

∑ A A sin [(h + j )ω k

j

l

l =0

De las identidades trigonométricas

1 − cos 2α 2 1 1 sin α sin β = cos(α − β ) − cos(α + β ) 2 2 sin 2 α =

se desprende que:

616

D

]

t +ϕ j *

[

]

•

de los términos sen 2 (h + j )ω d t + ϕ j

•

de los términos sen 2 (h + j )ω d t + ϕ j sen [(h + lω D t + ϕ l )] se derivan

se derivan términos con

pulsaciones 2(h + j )ω D y términos constantes;

[

]

(h + j )ω D − (h + l )ω D = ( j − l )ω D (h + j )ω D + (h + l )ω D = (2h + j + l )ω D .

términos con pulsaciones pulsaciones

Nótese que de los tres (h + j )ω D − (h + l )ω D = ( j − l )ω D ,

y con

tipos de pulsaciones 2(h + j )ω D , (h + j )ω D + (h + l )ω D = (2h + j + l )ω D ,

aquéllas de la forma ( j − l )ω D no dependen de h, es decir del intervalo de filtrado pasabanda, y corresponden a pulsaciones mucho más bajas; más precisamente, corresponden a pulsaciones ωD, 2ωD, 3ωD, … Eliminando mediante filtrado las componentes con pulsaciones 2(h + j )ω D y (2h + j + l )ω D y las componentes constantes, esto es, con un filtrado pasabanda en el entorno de la pulsación ωD, se aumenta, al reducir el intervalo de frecuencias, la precisión de ωD que es posible obtener con el analizador. Una vez hallada ωD de esta forma, se la puede comparar con las expresiones de las pulsaciones correspondientes a los defectos típicos de los rodamientos, y llegar así a localizar el defecto. Para visualizar mejor las cosas y ampliar la discusión, examinaremos un caso en particular: supongamos que s(t) se reduce a dos componentes:

s (t ) = A1 sin (iω D t + ϕ i ) + Ak sin (kω D t + ϕ k ) La resonancia se produce en la pulsación iωD; además, k = i + 1

s(t ) = Ai2 sin2 (iωDt +ϕi ) + Ak2 sin2 (kωDt +ϕk ) + 2Ai Ak sin(iωDt +ϕi )sin(kωDt + ϕk ) Recordando las identidades trigonométricas anteriores para sen2α y senαsenβ con α = kωDt + ϕk

1 − cos(2iω D t + 2ϕ i ) 1 − cos(2kω D t + 2ϕ k ) + A2 i  s 2 (t ) = A 2 k   + 2 2     + AI AK {cos[(k − i )ω D t + ϕ k + ϕ i ] − cos[(k + i )ω D t + ϕ k + ϕ i ]} 617

Filtrado

Fig.78

se tiene: Ak2 y pulsación 2(i + 1)ω D ; 2 A2 un término con amplitud i y pulsación 2iω D ; 2 un término con amplitud Ai Ak y pulsación 2(i + 1)ω D ; un término con amplitud

Ak2 + Ai2 ; 2 Otra forma de proceder es notar que, como se demostró al referirnos a las pulsaciones, se tiene: un término constante de amplitud

s (t ) = Ai sin (iω D t + ϕ )Ak sin (kω D t + ϕ k ) ω s = kω D + iω D ω d = kω D − iω D ϕ s = ϕ k + ϕ i ϕ d = ϕ k − ϕ i ω ω ϕ ϕ ω ω ϕ ϕ ϕk = s + d kω D = s + d iω D = s − d ϕ i = s − d 2 2 2 2 2 2 2 2

618

Luego:

 ω ω   ϕ ϕ   ω ω   ϕ ϕ  s(t ) = Ai sin s − d t +  s − d  + Ak sin s + d t +  s + d  =  2 2   2 2   2 2   2 2 

ϕ  ω ϕ  ω = Ai sin s t + s  −  d t + d 2  2 2  2 = Ai sin(α − β ) + Ai sin(α + β )

 ω ω  ϕ ϕ   + Ak sin s t + d  +  s t + d 2  2 2   2

  = 

donde se ha tomado

α=

ω st ϕ s + 2 2

β=

ωd ϕ t+ d 2 2

De ello se desprende:

s (t ) = Ai (sin α cos β − cos α sin β ) + Ak (sin α cos β + cos α sin β ) = = (Ak + Ai )sin α cos β + (Ak − Ai )cos α sin β =

ϕ  ω ϕ  ω = (Ak + Ai )sin  s t + s  cos d t + d  + 2   2 2   2 ϕ  ω ϕ  ω + (Ak − Ai )cos s t − s  sin  d t + d  = 2   2 2   2 Se puede ϕ ω sen  s t + s 2 2 

considerar la señal como la composición de un término en ϕ   ω  y de un término en cos s t + s  2 2  

619

ωd ϕd  ϕ  ω ω ϕ  2 t + (Ak − Ai ) sin2  d t + d  *cos s + s −ψ  2 2  2  2 2 2  ω ϕ (Ak + Ai )cos d t + d  2  2 tanψ = ω ϕ (Ak − Ai )sin d t + d  2  2

s(t) =

(Ak + Ai )2 cos2 

ω s (k + i )ω D = 2 2 ω s (k + i )ω D = . Siendo cuya amplitud está modulada con una pulsación 2 2 2i + 1 ω D modulada en k = i + 1 s(t) aparece como una señal de pulsación 2 ω amplitud con una pulsación D . 2 Por lo que respecta a la señal s2(t), como se podrá intuir desde el punto de vista físico, por cuanto elevar al cuadrado una sinusoide conduce a una rectificación de la sinusoide y por lo tanto duplica la frecuencia de la periodicidad, aparece como una señal de pulsación ( k + i )ω D cuya amplitud está modulada con una pulsación ( k − i)ω D . En efecto: Luego, la señal s(t) aparece como una señal con pulsación

 ω ϕ  ω ϕ  ω t ϕ  2 2 s2 (t) = (Ak + Ai ) cos2  d t + d  +(Ak − Ai ) sin2 d t + d cos2 s t + s −ψ  2 2   2 2  2 2  1 − cos 2α 1 + cos 2α sin 2 α = cos 2 α = 2 2

620

 2 1+ cos(ωd t + ϕd ) 2 1 − cos (ωd t + ϕd ) + (Ak − Ai ) s 2 (t ) = (Ak + Ai ) * 2 2   1+ cos (ωs t +ϕ s − 2ψ ) = * 2 (Ak + Ai )2 (Ak + Ai )2 (Ak − Ai )2 (Ak − Ai ) = + − cos(ωd t +ϕ d ) + * 2 2 2 2  *cos(ωd t +ϕd )

]1+ cos(ωs t +ϕs − 2ψ ) =

2  A + A + 2Ak Ai + A + Ai2 − 2Ak Ai Ak2 + Ai2 + 2Ak Ai − Ak2 − Ai2 + 2Ak Ai = + 2 2  1+ cos(ωs t +ϕ s − 2ψ ) = cos(ωd t +ϕd ) ] 2 1+ cos(ωs t +ϕ s − 2ψ ) = Ak2 + Ai2 + 2Ak Ai cos(ωd t +ϕ d ) = 2 A2 + Ai2 A2 + Ai2 = k + Ak Ai cos(ωd t +ϕ d ) + k cos(ω s t + ϕs − 2ψ ) + 2 2 + Ak Ai cos(ωd t +ϕd ) cos(ωd t +ϕ d − 2ψ ) ω s = (k + i )ω D ω d = (k − i )ω D 2 K

[(

2 i

2 k

)

]

Ak2 + Ai2 Ak2 + Ai2 + [ ( − ) ω + ϕ ] + cos * s Ak Ai k i Dt d 2 2 * cos[(k + i )ω D t + ϕ s − 2ψ ] + Ak Ai cos[(k − i )ω D t + ϕ d ]cos[(k + i )ω D t + + ϕ s − 2ψ ] 2

(t ) =

k = i +1 Ak2 + Ai2 Ak2 + Ai2 + Ak Ai cos[ω D t + ϕ d ] + * s (t ) = 2 2 * cos[(2i + 1)ω D t + ϕ s − 2ψ ] + Ak Ai cos(ω D t + ϕ d )cos(2i + 1)ω D t + 2

+ ϕ s − 2ψ ]

621

La pulsación de la señal moduladora, que entrega la pulsación ω D del defecto, puede ser determinada con una transformación de Fourier aplicada a la envolvente de la señal portadora. La envolvente de una señal puede obtenerse por métodos analógicos mediante la rectificación de la señal (elevándola al cuadrado) y un filtrado pasabajos de la señal rectificada. A menudo, la envolvente se obtiene por otras vías, esto es, mediante la transformada de Hilbert. 2.4.3 La transformada de Hilbert y la envolvente de una señal x (t ) = de una función del tiempo x(t) a Se define transformada de Hilbert ~ la expresión

1 1 1 ~ x (t ) = H −1 [x(t )] = x(t )* = π t π

∫

∞

−∞

x (τ ) dr t −τ

donde el * representa la convolución. La transformada inversa de Hilbert está dada por

1 1 1 x(t ) = H −1 [~ x (t )] = − ~ x (t )* = π t π

∫

∞

−∞

~ x (τ ) dr t −τ

Las transformadas de Hilbert poseen algunas propiedades importantes que se pueden verificar por substitución. Indicándose con X(f) la transformada de Fourier de x(t), se tiene

F [~ x (t )] = − jX ( f ) ~ F [x (t )] = 0 F [~ x (t )] = + jX ( f )

f >0 f =0 f <0

es decir, F [~ x (t )] = − jX ( f )sgn ( f )

622

En efecto,

1 1 1  F [~ x (t )] = F  x(t )*  = F  x(t )  t πt  π  1 F   = − j sgn ( f )  πt  Recordando que la transformada de Fourier de una convolución es el producto de las transformadas de Fourier se tiene que:

F [~ x (t )] = X ( f )[− j sgn ( f )] = − jX ( f )sgn ( f ) La función x(t) y su transformada de Hilbert son ortogonales en el intervalo ∞

x (t ) dt = 0 . ( −∞, ∞) : ∫ x(t ) ~ −∞

Además, si se lleva a cabo dos veces la transformación de Hilbert, bajo condiciones bastante generales se tiene que:

~ ~ x (t ) = − x(t ) La transformada de Hilbert es un medio útil para obtener la envolvente de una forma de onda. En efecto, se puede demostrar que la envolvente está dada por:

envx(t ) = x 2 (t ) + ~ x 2 (t ) Si se define como señal analítica xa(t) la expresión

x a (t ) = x(t ) + j~ x (t )

623

la envolvente es el módulo de la señal analítica.

x(t ) + j~ x (t ) = x 2 (t ) + ~ x 2 (t ) = envx(t ) Para verificar que la definición anterior de envolvente satisface nuestro concepto intuitivo de envolvente, examinemos el caso simple en que

x(t ) = A(t )cos ω 0 t ~ x (t ) = H [A(t )cos ω 0 t ] = A(t )sin ω 0 t En efecto,

F[A(t )cosω0t ] = F[A(t )cos2πf 0t ] =

1 [A( f + f 0 ) + A( f − f 0 )] 2

1 F[~ x (t )] = − j sgn( f ) [A( f + f 0 ) + A( f − f 0 )] = 2 2 j 1 =− [A( f + f 0 ) + A( f − f 0 )]sgn( f ) = 1 [A( f + f 0 ) + A( f − f 0 )]sgn( f ) j 2 2j   1 F −1 {F[~ x (t )]} = ~ x (t ) = F −1 sgn( f ) [A( f + f 0 ) + A( f − f 0 )] = 2j   1  = F −1  [A( f + f 0 ) − A( f − f 0 )] = A(t )sin 2πf 0t = A(t )sin ω0t 2 j  ~ envx(t ) = x (t ) = x(t ) + jx (t ) = A(t )cosω t + jA(t )sin ω t = a

0

0

(

)

= A2 (t )cos2 ω0t + A2 (t )sin 2 ω0t = A2 (t ) cos2 ω0t + sin 2 ω0t = A(t ) que es precisamente lo que se entiende por envolvente. La propiedad que relaciona las transformadas de Hilbert con las transformadas de Fourier facilita los procesos de cálculo. Si se la aplica a la señal analítica se tiene:

F[xa (t )] = X a ( f ) = F[x(t )+ j~ x(t )] = X( f ) + j[− jX( f )sgn( f )] = X ( f )[1+ sgn( f )] X a ( f ) = 2X ( f )

f >0 624

= X (f ) =0

{

f =0 f <0

}

~ x (t ) = Im F − 1 [X a ( f )]

Estas relaciones permiten un cálculo inmediato de la transformada de Hilbert y de la envolvente.

3. Las características del estado de salud de las máquinas, el monitoreo de las máquinas y los criterios de juicio de la vibración 3.1 Las características del estado de salud de las máquinas La temperatura es principalmente un indicador de las condiciones de funcionamiento de la máquina, es decir de la carga bajo la cual se encuentra trabajando, sin embargo, en muchos casos puede ser también un indicador del estado de salud de la misma. En efecto, la temperatura de las paredes de un cárter de un reductor a engranajes puede indicar fallas de lubricación (carencia o tipo inadecuado de aceite) o, en condiciones extremas, su condición mecánica; la temperatura de la carcasa de una bomba puede indicar cavitación o daño de los anillos de desgaste; la temperatura de un rodamiento de esferas puede indicar defectos de lubricación o, en condiciones extremas, su condición mecánica. La presión puede ser, en algunas ocasiones, un indicador del estado de salud de la máquina. Si un compresor alternador entrega una presión insuficiente, esto puede indicar un desgaste de las bandas elásticas o pérdida de hermetismo de las válvulas. Una baja presión diferencial entre los extremos del tambor nivelador de una turbina o de un compresor rotatorio puede señalar la presencia de juego excesivo en las empaquetaduras (lo que provoca sobrecarga en los bujes, lo que se puede confirmar por un aumento dela temperatura de los patines, si es que son del tipo por deslizamiento).

625

Una presión diferencial elevada entre los extremos de una turbina puede indicar depósitos sedimentarios, con la consiguiente reducción de la luz de paso, con posible sobrecarga del buje. La posición es un indicador tanto de dilatación térmica como de desgaste. La posición radial de un eje montado en bujes puede ser síntoma de pérdidas de material por desgaste o por descargas eléctricas, con riesgo de o radial entre piezas fijas o móviles. La posición de la biela de un pistón en un motor puede indicar desgaste de la cruceta o de su guía, de las bandas elásticas, del cilindro. La posición axial relativa entre el rotor y el estator puede indicar dilataciones térmicas excesivas, o aflojamiento o desgaste de los bujes, con riesgo de os axiales entre piezas fijas y móviles. La vibración es el indicador que mejor caracteriza el estado de salud de una máquina. Si bien la medición de las vibraciones globales constituye un buen punto de partida para la detección de defectos, se puede obtener mucha más información mediante un análisis espectral que permite una identificación precoz del defecto y su diagnóstico.

Cinta adhesiva reflectante

Los dos defectos más comunes asociados a las máquinas rotativas son el desbalance y la desalineación. El desbalanceo genera una vibración principalmente radial y axial, esto es una componente radial al doble de la velocidad del eje, además de un alto nivel de vibración axial a la velocidad del eje; se pueden producir algunos tipos de desalineación a causa de acoples desalineados, rodamientos desalineados, o por ejes torcidos (curvaturas de eje). Las desalineaciones marcadas pueden producir el fenómeno de inestabilidad subsincrónica a causa de la disminución de la carga en el rodamiento lubricado; dicha inestabilidad puede ser un síntoma indirecto de la desalineación y su sentido. Los espectros que contienen, además de las frecuencias de eje, las distintas armónicas superiores de la velocidad de eje pueden producirse por:

626

•

• •

eventos que se producen varias veces en cada vuelta (giro de las esferas o rodillos en el canal de un rodamiento, o entre los dientes de engranajes, paso de las paletas de una hélice frente a un chorro, etc.); distorsión de una señal; condiciones no lineales (juegos causados por afloje de pernos, deslizamientos, etc.).

En el caso de un eje agrietado se aprecia sobre todo un aumento de la vibración para la frecuencia de rotación y para la segunda armónica. Las vibraciones de torsión son muy buenos indicadores de la formación de grietas. Las frecuencias armónicas de la frecuencia de red indican la presencia de problemas de origen eléctrico. Los múltiplos no enteros de la velocidad de eje pueden originarse, por ejemplo, en las transmisiones de correas, de engranajes, etc. El desbalance puede ser causado por un balanceo incorrecto, por inflexión del eje a causa de dilataciones térmicas, por deformación del rotor por fuerzas magnéticas. El desbalance genera una componente radial a la velocidad de eje y una componente axial a la misma frecuencia. Considerando que hay dos soportes en los extremos opuestos del eje, las componentes axiales a la velocidad de eje están en fase (suponiendo que el rotor es rígido). Nótese que si la medición de la fase se lleva a cabo con un analizador de un solo canal, es decir con adquisición no simultánea, se presentan problemas porque puede ser que la velocidad del rotor haya cambiado; se requiere contar con más de un canal, es decir se deben efectuar dos mediciones comparando las fases de las señales con una referencia (keyphasor) en el eje (una muesca en el eje o una tira de cinta adhesiva reflectante; ver figura 79). La desalineación puede producirse por asentamiento de los cimientos, por dilataciones térmicas, por impulsos transmitidos por las tuberias. El nivel de las vibraciones producidas no depende tanto de la magnitud de la desalineación como de la tendencia a absorberla de las dos máquinas acopladas; la dealineación varía con la velocidad de eje, con el momentum transmitido y, en consecuencia, con cualquier causa que haga variar la rigidez del acople. Se pueden usar juntas flexibles para reducir los efectos de la desalineación. La desalineación genera una componente radial al doble de la velocidad de eje y una componente axial a la velocidad de eje. Considerando dos soportes en los extremos opuestos del eje, las componentes axiales a la velocidad de eje están en oposición de fase (ver figura 80), a diferencia de lo que ocurre en el caso de desbalance. Alteraciones debidas a la dinámica de la máquina podrían conducir a lecturas de valores de fase desplazados en 20 o 30 grados respecto del valor teórico de 180º. Nótese que este tipo de comprobación no es válido en dirección radial, porque la fase del desequilibrio 627

puede ser respectivamente 0 o π según si el desequilibrio es de tipo estático (la fuerza centrífuga en el centro de gravedad está equilibrada por fuerzas concordantes en los rodamientos) o de tipo cupla (el torque está equilibrado por reacciones discordantes, o sea con fase π, en los rodamientos). La inestabilidad subsincrónica es típica de los rotores montados en rodamientos lubricados, y genera una vibración principalmente radial a una frecuencia comprendida entre el 35% y el 50% de la frecuencia de rotación del eje. Se debe a un movimiento vortiginoso del lubricante (oil whirl) en el rodamiento, a variaciones en juego entre eje y buje, a os entre el eje y el buje (dry frictional whip) y genera un movimiento de precesión en la trayectoria de la espiga (concordante con la rotación de la espiga en el primer

Radial

Radial

Axi

Axi Fig. 80

y tercer caso, discordante en el segundo). Se puede identificar mediante el análisis de frecuencia o mediante la visualización de la órbita de la espiga. La señal detectada en el dominio del tiempo es generalmente pequeña, modulada en amplitud, a menudo identificable en el dominio de frecuencia por las bandas laterales. En el caso de vórtices de aceite, la frecuencia de la inestabilidad subsincrónica es de aproximadamente un 48% de la frecuencia de rotación del eje. las causas de la inestabilidad son esencialmente una desalineación o un mal diseño del rodamiento; se puede reducir variando la carga o reduciendo la velocidad de rotación de la máquina. Si la causa es un mal diseño, se puede intentar introducir una desalineación que aumente la carga sobre el rodamiento inestable.

628

Las juntas flojas producen un comportamiento no lineal, de modo que se producen picos en la frecuencia de eje y en sus armónicas. Los restregamientos entre piezas fijas y móviles producen muchas componentes de alta frecuencia; las formas de onda en el dominio del tiempo pueden presentar achatamientos. Las vibraciones de origen electromagnético son un elemento muy importante en las máquinas eléctricas. Entre otras cosas, se reconocen porque al cortar el suministro eléctrico de la máquina los fenómenos electromagnéticos desaparecen de inmediato, mientras que los mecánicos se van atenuando a medida que disminuyen las revoluciones. El campo magnético giratorio genera fuerzas alternas; se produce una vibración a p veces la frecuencia de red (p = número de polos) que se denomina frecuencia de paso de los polos. Dicha fuerza es proporcional al cuadrado de la corriente; de ello se desprende que la vibración está estrechamente ligada a la carga. En el caso de máquinas asincrónicas con dos polos, la frecuencia de rotación y la de red están muy próximas, de modo que se producen pulsaciones. En las máquinas sincrónica no se producen, por supuesto, pulsaciones causadas por el desplazamiento. Por efecto de las excitaciones mencionadas, puede ser que una pieza de la máquina entre en resonancia. Si ello se produce en una hélice o una rueda de paletas el problema es muy serio y puede ocasionar daños catastróficos; si, en cambio, se produce en tuberías, es de instrumentos, etc., se puede resolver el problema con más facilidad, por ejemplo agregando elementos que aumenten la rigidez. Las turbomáquinas centrífugas (turbinas, bombas, compresores, sopladores, ventiladores) generan componentes: • • • •

•

a la frecuencia de eje (desbalance); al doble de la frecuencia de eje (desalineación); en las armónicas (1 ÷ 5) de la frecuencia de eje (juntas flojas); a las frecuencias VPF (Vane ing Frequency), es decir a la frecuencia de eje multiplicada por el número de intersticios entre paletas; habrá tantas frecuencias VPF como número de paletas fijas y móviles; en las armónicas de las frecuencias VPF (distorsión de la señal debida al estado de las paletas).

Las máquinas hidráulicas presentan espectros bastante simples que no se ven afectados significativamente por las condiciones de funcionamiento. Las máquinas a gas presentas espectros más complejos que sí se ven afectados por las condiciones de funcionamiento.

629

Las turbomáquinas axiales ventiladores) generan componentes: • • • •

• •

(turbinas,

compresores,

sopladores,

a la frecuencia de eje (desbalance); al doble de la frecuencia de eje (desalineación); en las armónicas (1 ÷ 5) de la frecuencia de eje (juntas flojas); en las frecuencias BPF (Blade ing Frequency), es decir en la frecuencia de eje multiplicada por el número teórico de paletas (aquellas que falten por parcialización generan armónicas y afectan la amplitud de la armónica en la frecuencia BPF); habrá tantas frecuencias BPF como el número de paletas fijas y móviles; en las armónicas de la BPF (parcialización, distorsión de la señal); en las frecuencias correspondientes a la suma y a la diferencia de la BPF y sus armónicas con la frecuencia de eje (modulaciones vinculadas al estado de las paletas).

El espectro es más complejo que el de las máquinas centrífugas, especialmente en las altas frecuencias. Las máquinas a vapor y a gas presentan también en este caso espectros más complejos que las máquinas hidráulicas, y se ven muy afectadas por las condiciones de funcionamiento. Los acoples hidráulicos y los variadores hidráulicos generan espectros análogos a los de las bombas y turbinas hidráulicas. Los compresores lobulados tiene espectros análogos a los de los reductores de engranajes. Las máquinas alternas (motores, bombas, compresores), por la gran cantidad de piezas móviles, originan espectros muy complejos, típicamente con componentes: • • • •

a la frecuencia de eje; al doble de la frecuencia de eje; en las armónicas (1 ÷ 5) de la frecuencia de eje (aflojes); en las frecuencias correspondientes a fenómenos repetitivos, como la abertura y el cierre de las válvulas.

En los reductores de engranajes, en el caso de partes rotantes ordinarias (ejes fijos), siendo i la razón de transmisión, ω1 y ω2 las velocidades angulares de entrada y de salida, z1 y z2 el número de dientes, se tiene:

i=

ω1 z1 N 1 = = ω2 z 2 N 2 630

donde se ha señalado con N1 y N2 las velocidades angulares expresadas en vueltas/s. Se originan componentes: S

S S

a la frecuencia de entrelazado de los dientes GMF (Gear mesh frequency) N1z1 = N2z2; en general, es la componente de máxima amplitud y está rodeada por bandas laterales. La GMF expresa el número de os entre dientes por segundo; a las frecuencias armónicas de la GMF; a la frecuencia de coincidencia (Tooth repeat o Hunting tooth frequency), aquélla para la cual un defecto en un diente se encuentra con un defecto en el diente del otro engranaje. A partir del instante inicial en que los dos defectos se encuentran en o, el segundo o entre los mismos defectos se producirá cuando los engranajes hayan efectuado un número entero de vueltas, respectivamente k1 y k2, tales que:

k1 =

z2 k2 z1

(por definición de la razón de transmisión i =

z2 , cuando la rueda 2 completa z1

z2 vueltas) y que z1 k1 z1 = k 2 z 2 = mínimo común múltiplo de z1 yz 2 = MCMz1 z 2

una vuelta la rueda 1 completa

Esto ocurre al cabo de un tiempo

k1 . N1

La frecuencia de coincidencia es el recíproco de dicho tiempo:

f coinc =

N 1 N 1 z1 GMF = = k1 k1 z1 MCMz1 z 2

631

Dado que se escogen los números de dientes z1 y z2 primos entre sí a fin de evitar que fenómenos externos afecten siempre a los mismos dientes, se tiene MCM z1 z2 = z1 z2, y por lo tanto

f coinc =

GMC N 2 z 2 N 2 = = z1 z 2 z1 z 2 z1

es decir la razón entre el número de vueltas por segundo del engranaje lento y el número de dientes del piñón.

Rueda en recorrido de corte Utensilio

Rueda guía

Fig. 81

Dicha frecuencia es muy baja, pero se vuelve a encontrar en las frecuencias mayores bajo la forma de bandas laterales de la GMF por efecto de la modulación que se produce: • • • •

a la frecuencia de eje (desbalance); al doble de la frecuencia de eje (desalineación); en las armónicas (1 ÷ 5) de la frecuencia de eje (aflojes); en las frecuencias intermedias entre la frecuencia de eje y la GMF (resonancias);

632

•

a la frecuencia fantasma, que corresponde a errores en el engranaje guía utilizado en la fabricación del engranaje (figura 81). Las componentes fantasma (como otros errores geométricos), a diferencia de las armónicas provocadas por la deformación de los dientes, tienden a disminuir a medida que aumenta el desgaste.

En los engranajes la modulación de amplitud deriva de la sensibilidad de la amplitud de la vibración a la carga sobre el diente. Las mismas fluctuaciones de la carga sobre el diente producen también variaciones de velocidad que originan una modulación de frecuencia. Por lo que respecta a la modulación de frecuencia:

s (t ) = A sin (ω1t + γ sin ω 2 t )

γ = índice de modulación =

∆ω1 ∆f 1 = ω2 f2

ω1 = frecuencia de la portante=frecuencia de encuentro de los 2π

f1 =

dientes=GMF=Nz

f2 =

γ =

ω2 = frecuencia modulante=frecuencia de la rotación del engranaje 2π

∆f 1 ∆N =z = εz f2 N

con

ε=

∆N = variación relativa de la N

velocidad de la ruta Por ejemplo, si z = 100 y la variación de velocidad es del 1%, se tiene γ = 1, lo cual constituye un orden de magnitud bastante típico. Hemos visto que las frecuencias correspondientes a defectos de los engranajes (exceptuando el caso de los engranajes planetarios) se manifiestan a frecuencias exactamente armónicas (múltiplos enteros) de la velocidad del engranaje. El uso del cursor para armónicas del analizador de espectros, que genera tantas líneas paralelas espaciadas como las armónicas, ayuda a distinguir los defectos de los engranajes de aquellos de los rodamientos (estos

633

últimos se manifiestan en las frecuencias cuyo valor es un múltiplo no entero de la velocidad de eje). En el caso de los engranajes planetarios las frecuencias generadas, además de depender del movimiento de los engranajes solares y del tren epicicloidal en torno a los ejes fijos, se deriva de la rotación de los engranajes planetarios en torno a sus ejes móviles. En resumen, los defectos de los reductores se deben principalmente a: • • • • • • •

defectos de los ejes y de los rodamientos que sostienen los engranajes; excitaciones radiales causadas por excentricidad; excitaciones axiales; errores del paso de los dientes; juegos entre los dientes; desviaciones del perfil del diente con respecto al perfil teórico; defectos superficiales del perfil del diente (deformaciones, desgaste, grietas, escamaduras).

Los engranajes cónicos son una de las principales fuentes de vibración en los reductores; se trata de un tipo de engranajes que puede causar fuertes vibraciones por el mero hecho de no estar montados adecuadamente, aun cuando los ejes y los dientes estén en perfectas condiciones y no existan excentricidades radiales ni axiales: si durante el montaje se dejan los engranajes muy separados serán más fuertes las componentes de alta frecuencia, mientras que si se dejan muy cerca las componentes más intensas serán las de baja frecuencia, análogamente a lo que ocurre con los engranajes de ejes paralelos. Los reductores de engranajes están sujetos a fuerzas que se originan más en el movimiento giratorio transmitido que en el peso de los engranajes mismos. En el caso de ejes paralelos y engranajes con dientes rectos el desbalance y la desalineación provocan vibraciones cuya amplitud máxima se produce en el plano que contiene los ejes; raramente se produce inestabilidad subsincrónica, dado que los rodamientos están sometidos a cargas mayores que en otros tipos de máquinas. Normalmente es preferible que el piñón, por ser el engranaje más liviano, sea empujado hacia la parte superior del rodamiento, de modo que alcance fácilmente una posición estable, incluso a bajo régimen. Para los engranajes con dientes helicoidales o cónicos se producen también fuerzas axiales. En el caso de los reductores de tornillo el empuje sobre el tornillo es principalmente axial; los rodamientos del tornillo sufren considerables vibraciones axiales, mientras que los de la corona se comportan en forma análoga a los engranajes de ejes paralelos.

634

La no coincidencia del eje de rotación con el de la primitiva del engranaje se denomina Pitch line runout (excentricidad de la primitiva) y causa excitaciones radiales. Los defectos de la posición axial de los dientes helicoidales y bihelicoidales (Apex runout) causan excitaciones axiales. Los errores en el paso generan variaciones de velocidad análogas a las vibraciones de torsión. La deformación de los dientes sometidos a carga deforma hacia atrás el diente motor y hacia delante el diente impulsado. La discrepancia entre el perfil efectivo del diente y el perfil teórico puede producirse también por desgaste (recuérdese que los perfiles de los dientes no son perfiles primitivos, sino conjugados, de modo que no sólo están sujetos puramente a rodamiento, sino a rodamiento y deslizamiento; el deslizamiento será tanto mayor cuanto más alejado esté el punto de o instantáneo del centro de rotación instantánea, es decir del punto de o de las primitivas). Otro defecto puede ser causado por una deformación en forma de barril del engranaje (Barreling) debido a un calentamiento no uniforme, mayor en el centro que en los bordes del engranaje; lamentablemente, este fenómeno se autoalimenta, puesto que cuando se produce aumenta la carga en la zona central del engranaje, lo que a su vez crea más calor, agravando el fenómeno. Normalmente las ruedas se perfilan a modo que se compensen pequeños valores de expansión diferencial. Las transmisiones con correas generan excitaciones: • •

por la presencia de defectos localizados en las correas; por vibraciones transversales de los brazos libres de las correas.

Fig. 82

635

El primer caso se produce cuando en una sección de la correa hay un defecto de elasticidad (una juntura, una irregularidad superficial, un corte, etc.), una correa que haya estado mucho tiempo doblada también puede producir este tipo de vibraciones hasta que no se haya asentado. La longitud de la correa recta (figura 82a) es:

L D = π (R1 + R2

2 R1 − R2 ) ( )+

a

+ 2a

La longitud de la correa cruzada (figura 82b) es:

Li = π (R1 + R 2

2 R1 − R 2 ) ( )+

a

+ 2a

La velocidad periférica de la correa está dada por:

v = ω1

D1 D = ω2 2 2 2

Siendo en general L la longitud de la correa (L = Ld o L = Li respectivamente) la frecuencia de paso del defecto de la correa estará dada por:

πf D πf D v ω D 2πf D ω D 2πf D fc = = 1 1 = 1 1 = 2 2 = 2 2 , es decir: f c = 1 1 = 2 2 L 2L L L 2L 2L 2L siendo f1 y f2 las frecuencias de eje (es decir, de rotación) de los ejes 1 y 2. En el dominio del tiempo el defecto da origen a un tren de impulsos cuya duración aumenta al aumentar la longitud del defecto y disminuye al aumentar la velocidad de rotación. Es espectro está compuesto por fc y sus armónicas. Si la longitud de la correa es exactamente un múltiplo entero de la circunferencia de una polea, un defecto de la correa dará un impulso en un mismo punto a la polea en cada vuelta; la polea se comporta como si estuviera desbalanceada, sin estarlo. La solución es modificar la distancia entre ejes o el diámetro.

636

Pasando ahora a examinar las vibraciones transversales en los brazos libres de las correas (figura 82c), siendo L0 la longitud del brazo libre, la velocidad de propagación de una onda transversal en un medio elástico (cuerda vibrante) está dada por:

c=

T δS

T = fuerza de tensión en el brazo de la correa δ = masa volumétrica de la correa S = área de la sección de la correa Para una correa en reposo el tiempo necesario para que una perturbación recorra el brazo de la correa adelante y atrás es:

t* =

2 L0 C

luego, la frecuencia natural de la vibración transversal del brazo de la correa en reposo es:

f* =

c 1 = * 2 L0 t

Si la correa está en movimiento con una velocidad v (donde v = ωR) el tiempo t’ que tarda la perturbación en recorrer el brazo de la correa en un sentido es distinto del tiempo t’’ que tarda en recorrerlo en sentido opuesto, pues cuando la perturbación se propaga en el sentido del movimiento de la correa su velocidad de c + v, mientras que en sentido contrario es c - v. Por lo tanto:

t `=

L0 c+v

t ``=

L0 c−v

y el tiempo total t es:

t = t `+t ``=

L0 L 2c + 0 = L0 2 c+v c−v c − v2

637

Luego, la frecuencia de la vibración es:

1 c2 − v2 f = = t 2 L0 c En general, considerando las armónicas:

f =n

c2 − v2 2 L0 c

es decir,

f =n

c−v v2 *  = nf − 1  c2 c2  * f

  

Nótese que las frecuencias de la vibración no dependen solamente de las características de fabricación, sino también del valor de la tensión de las correas (una dependencia semejante se encuentra también en las transmisiones de cadena). Si las correas presentan vibraciones a frecuencias no vinculadas con las frecuencias mencionadas, las causas pueden ser otros trastornos de la máquina

Fig. 83

638

tales como excentricidad de las poleas, rotores desbalanceados, desalineaciones. Si la frecuencia es inestable, las causas podrían ser deslizamientos de las correas, que se pueden identificar mediante un estroboscopio; en el caso de correas múltiples, una diferencia de longitud, y por lo tanto de la tensión de las correas causará deslizamientos; en un momento dado las perturbaciones de las distintas correas se suman, en otros se restan, de manera que se produce una variación en la intensidad de la vibración. Los deslizamientos de las correas causados por carga excesiva, tensión insuficiente, desalineaciones, correas múltiples de distinta longitud (algunas nuevas y otras viejas) producen vibraciones de alta frecuencia con un ruido estridente característico. Los rodamientos son la causa más común de avería en máquinas de tamaño mediano. Los defectos locales de un elemento de un rodamiento causan una serie de impulsos cuyo ritmo depende de la ubicación del defecto (anillo exterior, anillo interior, jaula, esfera o rodillo). En el espectro son características las componentes a las siguientes frecuencias: • •

RPS (frecuencia de eje, en vueltas/s); BPFI (Ball frequency of inner race): defectos del canal interno;

BPFI = •

BPFO (Ball frequency os outer race): defectos del canal externo

BPFO = •

  N d RPS 1 + cos ϕ  ≅ 0,4 NRPS   d 2 p  

  N d RPS 1 − cos ϕ  ≅ 0,6 NRPS  d  2 p  

BSF (Ball spin frequency): defectos de los elementos rodantes

BSF =

 d2  dp 1 d RPS 1 − 2 cos 2 ϕ  ≅ 0,5 RPS  d  d 2 dp p  

639

•

FTF (Fundamental train frequency): defectos de la jaula

FTF =

 RPS  d 1 − cos ϕ  ≅ 0,6nrps 2  dp 

siendo N el número de elementos rodantes. Las dos principales relaciones que permiten determinar las frecuencias características asociadas a defectos localizados son las siguientes:

1 [ωi (1 − γ ) + ω e (1 + γ )] 2 1 dp ωr = 1 − γ 2 (ω e − ω i ) 2 d

ωg =

(

)

donde:

ω g = velocidad angular de la gravedad. ω r = velocidad angular de los elementos rodantes alrededor de sus ejes. ω i = velocidad angular del anillo interno. ω e = velocidad angular del anillo externo. d p = diámetro primitivo. d = diámetro de los elementos rodantes. d γ = cos ϕ dp ϕ = ángulo de o. Estas relaciones se obtienen bajo la hipótesis de un rodamiento puro. en referencia a la figura 83, las velocidades vi y ve de los puntos de o entre los elementos rodantes y los canales, considerados como pertenecientes a los canales, se obtienen del siguiente modo, multiplicando las velocidades angulares por los radios correspondientes:

640

vi = ω i

d p − d cos ϕ 2

= ωi

 dp  d d 1 −  = ω i p (1 − γ ) 2  d p cos ϕ  2

= ωe

dp  dp  d 1 + (1 + γ ) cos ϕ  = ω e 2  dp 2 

Análogamente:

ve = ω e

d p + d cos ϕ 2

En el caso del rodamiento puro, estas velocidades son también las velocidades de los puntos de o de los elementos rodantes y, siempre para el caso del rodamiento puro, el centro de los elementos rodantes tiene una velocidad dada por:

vg =

vi + v e 1 d p [ωi (1 − γ ) + ωe (1 + γ )] = 2 2 2

Dado que también se tiene:

vg = ω g

dp 2

resulta ser

ωg =

1 [ωi (1 − γ ) + ω e (1 + γ )] 2

que es la expresión buscada para la velocidad angular de la jaula. Para obtener la velocidad de rotación de los elementos rodantes se considera un punto de referencia fijo en la jaula; desde ese punto de referencia los elementos rodantes sólo giran en torno a sus ejes con una velocidad angular ω, mientras que el anillo interno gira con una velocidad angular ωi - ωg con respecto a la jaula. Considerando como positivas las rotaciones en sentido horario tenemos:

641

−ω r

d 2

= (ω i − ω g

)

d p − d cos ϕ 2

dp   1 − d cos ϕ   2 2  d p  dp d −ω r = (ω i − ω g ) (1 − γ ) 2 2 dp ω r = (ω g − ω i ) (1 − γ ) d 1 dp (1 − γ ) ω r =  [ω i (1 − γ ) + ω e (1 + γ )]− ω i  2  d 1 1 1 dp ω r =  ω i − ω i γ − ω i + ω e (1 + γ ) (1 − γ ) = 2 2  d 2 1  1 dp (1 − γ ) = = − ω i (1 + γ ) + ω e (1 + γ ) 2  2  d dp 1 = (1 + γ )(ω e − ω i ) (1 − γ ) = 2 d 1 dp = (1 − γ )(1 + γ )(ω e − ω i ) = 2 d 1 dp = 1 − γ 2 (ω e − ω i ) 2 d −ω r

d

= (ω i − ω g

(

)

)

que es la segunda expresión buscada. Obviamente, las expresiones generales para ωg y ωr se simplifican si se deja fijo uno de los anillos: basta poner ωe = 0 o ωi = 0. A partir de las expresiones de las velocidades angulares se pueden obtener las frecuencias vibratorias que se encuentran en los rodamientos. Antes que nada, es necesario hacer notar que la presencia de juego radial, inevitablemente presente en un rodamiento, implica un cambio periódico de la posición del anillo interno entre la posición O1 adoptada cuando el anillo se

642

apoya en el elemento rodante y la posición O2 adoptada cuando se apoya entre un elemento rodante y otro. Dicha oscilación periódica se produce con una frecuencia correspondiente a la velocidad de rotación de la jaula multiplicada por el número de espacios entre elementos rodantes, esto es, por el número N de elementos rodantes. para un anillo externo fijo (ωe= 0) se tiene:

Juego radial/2

Fig. 84

1 ω = ω i (1 − γ )N 2 es decir, en términos de frecuencia f(Hz) y de número de vueltas ni (vueltas/min),

f =

1 ni (1 − γ )N 120

643

Otras fuentes de excitación están vinculadas, en cambio, con defectos localizados que pueden ser del anillo externo, del anillo interno o de los elementos rodantes. Si el defecto se presenta en los elementos rodantes, el impulso se transmite tanto al anillo externo como al anillo interno; es decir, se producen dos impactos por cada rotación del elemento rodante. La tabla 6 muestra un resumen de las frecuencias generadas de esta forma. Podemos hacer algunas consideraciones sobre la posición del defecto. Suponiendo que la intensidad del impulso generado por el defecto localizado sea proporcional a la carga sobre el elemento rodante en el momento del impacto, tratándose de un defecto en el anillo fijo, como muestra la figura 85, todos los impulsos tienen la misma intensidad en el tiempo.

Causa de la vibración Defecto en anillo fijo

Anillo externo fijo Anillo interno giratorio

Anillo interno giratorio Anillo externo fijo

f =

1 ni (1 − γ )N 120

f =

1 ne (1 + γ )N 120

Más de un defecto (i) en el anillo fijo

f =

1 ini (1 − γ )N 120

f =

1 ine (1 + γ )N 120

Defectos en elemento rodante

f =

1 dp (1 − γ )ni 60 d

f =

1 dp (1 − γ )ne 60 d

Desbalance del rotor

f =

ni 60

f =

ne 60

residual

Tabla 6

644

tiempo

Fig. 85

Dicha intensidad es máxima si el defecto se encuentra en la posición indicada con P1, y decrece en medida creciente si el defecto se sitúa en las posiciones P2, P4, P5,… (o en las posiciones simétricas P3,…). En cambio, si el defecto se sitúa en el anillo móvil, los impulsos (fig. 86) no tienen la misma intensidad, sino que varían periódicamente en amplitud (los máximos se repiten con la frecuencia de rotación). Si el defecto está ubicado en el elemento rodante se tienen, como ya hemos dicho, dos impulsos por cada giro del elemento rodante (un impacto con el anillo interno y uno con el anillo externo); en este caso también varía la

tiempo

Fig. 86

tiempo

Fig. 87

amplitud de los impulsos (fig. 87).

645

Si se tienen dos defectos ubicados en posiciones diametralmente opuestas en el anillo fijo (figura 88), si el número de elementos rodantes es par los dos trenes de impulsos se superponen temporalmente sumándose; si el número de elementos rodantes es impar los dos trenes de impulsos se encuentran desfasados uno respecto del otro. Además de los defectos localizados, que a menudo son síntomas de averías en desarrollo, existen también defectos distribuidos (como por ejemplo defectos en la circularidad de los canales, elementos rodantes desiguales, etc.) que constituyen un índice de la calidad de los rodamientos (producción o instalación) y pueden afectar su durabilidad: también en el caso de estos defectos el análisis de las vibraciones generadas puede resultar de utilidad. Las vibraciones de los rodamientos pueden ser detectadas de distintas formas, pero dado que se sobreponen a ellas las vibraciones generadas por otros órganos de la máquina, los distintos métodos, exceptuando el que se basa en un análisis espectral, sólo se aplican a máquinas cuyo funcionamiento es muy reposado (por ejemplo, motores eléctricos) y no son válidos para las bombas alternas.

tiempo

Un defecto

tiempo

Dos defectos, número par de elementos rodantes

tiempo

Dos defectos, número impar de elementos rodantes Fig. 88

Es importante destacar la naturaleza impulsiva de las vibraciones de un rodamiento, que genera componentes de alta frecuencia. En la fase inicial de desarrollo del defecto los impulsos son tan breves, especialmente tratándose de defectos microscópicos, que su contenido espectral se extiende hasta 300 kHz.

646

Las técnicas de monitoreo de los rodamientos son de varios tipos. Hay medidas de impulsividad entre las cuales se cuentan el factor de cresta y la kurtosis. El factor de cresta es más fácil de calcular, pero no posee la misma repetitividad de la kurtosis; ambos tienen la ventaja de ser relativamente independientes del nivel de la señal (por ejemplo, al variar la carga), pero la desventaja de que los valores obtenidos respectivamente con un rodamiento en condiciones óptimas y en condiciones pésimas no son muy diferentes, de modo que la información se obtiene sobre la base de un análisis de tendencia. El factor de cresta se calcula normalmente en aceleración para evidenciar las componentes de alta frecuencia y se lleva a cabo un filtrado pasaaltos (f > 1 kHz) para eliminar la vibración de fondo. Si en un mismo gráfico se muestran en las ordenadas el valor pico y el valor RMS en escala logarítmica, la diferencia entre las ordenadas es el factor de cresta. En algunos casos ocurre que el factor de cresta no aumenta al aumentar el defecto: la presencia simultánea de varios defectos puede producir un valor eficaz que crece más rápidamente que el valor pico a medida que se agrava el defecto, haciendo que el factor de cresta disminuya en vez de aumentar. La kurtosis, dado que contiene la cuarta potencia, pondera mucho los impactos en su relación al valor RMS; se puede calcular para bandas separadas de frecuencia (por ejemplo, bandas de octava) para eliminar la vibración de fondo, y se presta para el análisis de tendencia. Otros métodos de análisis son las mediciones de banda ancha, el análisis espectral, el cepstrum, el análisis de la envolvente, las técnicas de resonancia del transductor (método SPM, método de “spike energy”, método IFD, método SEE). Examinando las frecuencias características de los defectos, ninguna de ellas se ubica en una frecuencia particularmente elevada, y las amplitudes de las componentes a dichas frecuencias son del mismo orden que aquellas generadas por otras fuentes de vibración de la máquina, de modo que son difíciles de identificar. Esto explica el interés por el intervalo de altas frecuencias y por la resonancia de elementos del rodamiento a dichas frecuencias. En efecto, el problema crucial es identificar un campo de frecuencias en el cual la señal del rodamiento prevalezca sobre la vibración de fondo. Las técnicas más sencillas solamente intentan hallar un posible incremento de la vibración global en un amplio intervalo de frecuencias a partir de 3÷5 kHz hasta los 20÷40 kHz y más. Una extensión de este método consiste en considerar el factor de cresta en dicho intervalo. Un método más sofisticado observa los efectos de modulación que ejercen los defectos de los rodamientos sobre una frecuencia de resonancia: el defecto excita la resonancia, luego ésta disminuye y es nuevamente excitada por el defecto con una frecuencia de repetición correspondiente a la frecuencia característica del defecto. Se filtra la señal mediante un filtro estrecho 647

pasabanda centrado en la frecuencia de resonancia (filtrando de este modo las componentes de baja frecuencia derivadas del movimiento giratorio del eje, caracterizadas por su elevada amplitud) y se analiza la envolvente de la señal resultante. El método de la envolvente es superior respecto de los métodos de espectro o cepstrum debido a la excelente razón señal/ruido. Se recomienda utilizar un filtro pasabanda con un límite inferior de por lo menos 10 veces la frecuencia correspondiente a la velocidad de rotación. Las técnicas de resonancia del transductor no analizan la vibración de la máquina para aislar componentes de alta frecuencia excitadas por los impactos, sino que emplean un transductor diseñado para entrar él mismo en resonancia. Un filtro pasabanda se gradúa de modo que deje pasar solamente una estrecha banda de frecuencias centrada en la resonancia del transductor. Se mide sólo la porción de la señal filtrada que excede un umbral determinado. La amplitud de la respuesta del transductor a un impacto de una magnitud determinada es constante, de modo que mediante el Shock Pulse Method (SPM), que utiliza un transductor resonante a 30÷35 kHz, es posible evaluar la magnitud del daño, usando datos empíricos de pruebas experimentales. Dado que el transductor puede revelar variaciones en las condiciones de lubricación, el instrumento en general entrega un número COND que representa la magnitud del daño y un número LUB que representa la eficacia de la lubricación. El método de la Spike energy (SE) emplea un transductor resonante a unos 25÷35 kHz y obtiene un número SE (Spike energy) combinando el valor pico de la aceleración, el valor eficaz y la frecuencia de las ondas de choque causadas por los defectos, sobre la base de la observación que el desgaste del rodamiento se caracteriza por un aumento de la amplitud y una disminución de la frecuencia. El método de la detección acústica del defecto incipiente (IFD Incipient Flaw Detection) utiliza un transductor con una frecuencia de resonancia de 80÷120 kHz; la señal se procesa de forma que entregue tres valores: valor eficaz (que indica el estado general del rodamiento), la frecuencia con que la señal excede un umbral prefijado (que indica la cantidad de defectos) y la energía de los picos cuya amplitud es de 2÷4 veces el valor eficaz (que indica la gravedad de los defectos). Los métodos como el SPM y la IFD funcionan bien en el caso de motores u otros equipos con bajo nivel de ruido, pero no se muestran igualmente eficaces en el caso de las bombas, donde el flujo del fluido y la cavitación producen impactos que interfieren con los impulsos producidos por los rodamientos.

648

El método SEE (Spectral Emitted Energy) usa el mismo tipo de procesamiento de la señal que el método de la envolvente espectral, pero trabaja en otro intervalo de frecuencias (250÷350 kHz). La señal, que es captada por un sensor específico, es por lo tanto de tipo acústico. El crecimiento de una microfisura provoca la ruptura de la película lubricante y, por consiguiente, un o metal-metal que genera hasta componentes de 300 kHz, de modo que una componente de esta frecuencia indica la presencia de un defecto (o una deficiencia en la lubricación). 3.2 El monitoreo de las máquinas 3.2.1 La elección del transductor La elección del tipo de transductor depende de qué parte de la máquina (el eje o el armazón) entrega la mejor información. Es más frecuente que un mal funcionamiento esté vinculado al eje: desbalances, desalineaciones, empujes axiales, refregaduras, rotores curvos (por causas mecánicas o térmicas), ejes agrietados, hélices, problemas en los acoples o en los engranajes, problemas de lubricación, problemas eléctricos en los motores y en los generadores, etc. Los malos funcionamientos vinculados al armazón son más escasos: resonancias del armazón y de la base, soportes que ceden, hundimiento del material de la base, deformación térmica del armazón o de la base, componentes estructurales flojos, fuerzas excesivas de las tuberías, etc. En ocasiones los movimientos generados por el eje pueden transmitirse al armazón con una intensidad suficiente para permitir su medición en el armazón mismo; ello dependerá de la impedancia mecánica del sistema rotorrodamientos-armazón, que es función a su vez de las características de masa, rigidez y amortiguación. En algunos casos son significativos tanto el movimiento relativo ejearmazón como el movimiento absoluto; en ese caso se utilizan sensores dobles (dual probes) para efectuar ambas mediciones. Existen varios tipos de transductores de vibración: sondas de proximidad para detectar el desplazamiento, velocímetros para medir la velocidad, acelerómetros para determinar la aceleración. Los transductores de proximidad se utilizan en casi todas las turbomáquinas porque la flexibilidad de sus rodamientos y el peso de las estructuras hacen que la transmisión de una respuesta externa sea muy débil. Algunas turbinas a gas, especialmente para aplicaciones aeronáuticas, emplean rodamientos relativamente rígidos, de manera que utilizan transductores montados sobre la estructura (transductores de velocidad y de aceleración), puesto que sería difícil emplear, por sí solo, un transductor de proximidad, 649

dada la escasa magnitud de los desplazamientos por efecto de la rigidez del rodamiento. Las sondas de proximidad miden el desplazamiento relativo, típicamente el movimiento de la espiga del eje con respecto al rodamiento. Dado que típicamente la respuesta en frecuencia es válida desde 0 Hz (DC) hasta 10 kHz, miden tanto la posición estática (o media) como la posición dinámica, es decir el movimiento. La limitación más significativa se refiere a la calidad y a la naturaleza de la superficie del eje. En efecto, un transductor de proximidad generalmente consiste en una sonda eddy (eddy probe), formada por un generador de radiofrecuencia, una bobina y un demodulador; la bobina genera un campo magnético y, al estar próxima a una superficie metálica que funciona como blanco (target) crea en ella corrientes parásitas, funciones de la distancia del target y, sobre la base del efecto de estas corrientes, el demodulador obtiene información sobre la distancia. La medición se ve muy afectada por la terminación de la superficie del target, por las características magnéticas y eléctricas del material que lo constituye, por la atmósfera entre la bobina y el target. En las máquinas giratorias la espiga desempeña el papel de target; las estrías, el óxido, los errores de circularidad, las magnetizaciones o los cambios de las propiedades eléctricas inducen errores sistemáticos en la medición (runout) que habrá que compensar adecuadamente. Los velocímetros son transductores sísmicos en los cuales un imán permanente, sumergido en un líquido amortiguador y suspendido elásticamente, puede moverse dentro de una bobina, generando una señal. En otros casos el imán está fijo y la bobina se mueve. Se puede demostrar que para que la velocidad relativa entre masa y soporte (que se puede medir mediante el pickup inductivo constituido por la bobina), en un sistema masaresorte-amortiguador excitado por el desplazamiento del soporte, mida la velocidad absoluta del soporte mismo, es necesario trabajar a frecuencias mayores que la frecuencia natural. El rango de medición está acotado inferiormente. Para bajar la pulsación k se requiere poca rigidez y una masa elevada, de natural, dado que ω n = m manera que el instrumento tiende a ser pesado y voluminoso. El rango de frecuencias de los velocímetros es comúnmente de 10 Hz÷2 kHz. Los velocímetros tienen la ventaja de no requerir alimentación externa. Se puede demostrar que para que el desplazamiento relativo masa-soporte en un sistema masa-resorte-amortiguador indique la aceleración absoluta del soporte, se debe trabajar a frecuencias inferiores a la frecuencia natural. (como regla práctica, un acelerómetro se puede utilizar hasta 1/3 de su frecuencia de resonancia, con un error que para esa frecuencia no excede el 12% 650

aproximadamente). Los acelerómetros, por lo tanto, deben tener una elevada frecuencia natural, es decir gran rigidez y poca masa, de modo que son livianos y compactos. Dado que en las altas frecuencias incluso un pequeño desplazamiento produce aceleraciones elevadas (para señales sinusoidales 2 x = −ω x , es decir el vínculo con la pulsación es cuadrático) los acelerómetros miden muy bien las altas frecuencias, para los cuales no hay opción mejor, mientras que presentan algunas dificultades en frecuencias muy bajas. Un rango de frecuencias típico es 5 Hz÷20 kHz. Para aquellas aplicaciones en que sea necesario medir tanto el movimiento relativo como el movimiento absoluto, se usan transductores dobles (dual probes), combinando en un mismo transductor un transductor de proximidad y un velocímetro. Las ventajas de los transductores de proximidad por corrientes parásitas son: • • • •

• • •

• • • •

miden directamente el movimiento del eje, que es la fuente de vibraciones para los defectos más frecuentes; miden la posición media del rotor en el rodamiento, lo cual constituye un indicador importante (desalineaciones, etc.); son fáciles de calibrar; el mismo tipo de transductor puede usarse para medir posiciones axiales o radiales o como keyphasor (es decir como referencia de la posición angular del rotor) o para determinar la velocidad angular del rotor; poseen una buena razón señal/ruido; la señal se puede transportar hasta 300 m de distancia; son transductores sin o, de modo que no interfieren con la vibración; poseen una amplia respuesta en frecuencia, de 0 Hz (DC, posición estática) a 10 kHz (en la práctica, sin embargo, el rango útil de frecuencias puede ser menor que los 10 kHz teóricos; recuérdese que el desplazamiento es relativamente pequeño a altas frecuencias); no poseen piezas móviles; ocupan un espacio reducido; tienen un límite de temperatura elevado (aproximadamente 180ºC); la sonda, que es la pieza más propensa a daños, es la parte más barata.

651

Las desventajas de los transductores de proximidad por corrientes parásitas son: •

• • •

•

se ven afectados (runout) por estrías, corrosión. anisotropía del material en rotación, cromados, magnetización, atmósfera en el espacio intersticial, etc.; la calibración depende del tipo de material metálico; requieren alimentación externa; dificultad para colocar temporalmente el sensor: el sensor debe ser instalado en forma permanente aunque sólo se lleven a cabo mediciones periódicas; dificultades en el caso de desplazamientos muy pequeños (como en el caso de rodamientos muy rígidos). Las ventajas de los velocímetros son:

•

• • •

facilidad de instalación. También es posible efectuar instalaciones temporales, usando por ejemplo un soporte magnético. Están especialmente indicados en el caso de sondas manuales, es decir cuando la medición se lleva a cabo sosteniendo el transductor con la mano y presionando su extremo contra la pieza; señal de salida intensa en el rango de frecuencias medias (30 Hz÷1 kHz); no requieren alimentación externa; la velocidad se puede integrar con facilidad para obtener el desplazamiento.

Las desventajas de los velocímetros son: •

• • • •

dado que miden velocidades absolutas, la medición de la vibración de elementos de la máquina entrega información indirecta acerca del movimiento del eje, lo que requiere que la máquina tenga una baja impedancia mecánica y se ve afectado por influencias externas, o sea por vibraciones que son transmitidas a la máquina por tuberías, maquinaria cercana, soportes; son grandes y pesados; poseen piezas móviles con masas y desplazamientos elevados, lo que puede ocasionar deterioro con el tiempo; algunos modelos solamente funcionan en un sentido determinado (horizontal o vertical); están construidos en una sola pieza, de modo que si se estropean se debe reemplazar todo; 652

• • •

introducen errores de amplitud y fase en las bajas frecuencias; tienen problemas de sensibilidad cruzada en los ejes para amplitudes elevadas; tienen problemas de sensibilidad a los campos magnéticos. Por ejemplo, en le caso de motores y generadores eléctricos, los campos magnéticos originan una señal falsa cuya frecuencia es igual a o múltiplo de la frecuencia de rotación y puede inducir a falsas conclusiones; es conveniente efectuar pruebas con el transductor desmontado, sosteniéndolo con la mano cerca del rodamiento y observando la señal. Las ventajas de los acelerómetros son:

• • • • •

facilidad de instalación, incluso temporal; por sobre los 5 kHz son prácticamente el único tipo de transductor utilizable; existen modelos para altas temperaturas; sobre un cierto nivel de temperatura son prácticamente el único tipo de transductor utilizable; poco peso (como regla práctica, un acelerómetro jamás debería pesar más de 1/10 de la masa de la pieza en vibración sobre la cual se monta); estabilidad en el tiempo. Las desventajas de los acelerómetros son:

•

• •

• •

dado que miden aceleraciones absolutas, la medición de la vibración de elementos externos de la máquina entrega una indicación indirecta del movimiento del eje, lo cual requiere que la máquina tenga una baja impedancia mecánica y se ve afectado por influencias externas como vibraciones que son transmitidas a la máquina por tuberías, maquinaria cercana, soportes, etc.; en frecuencias muy bajas la señal es muy débil y se confunde con el ruido de fondo; no funcionan con DC; son susceptibles de daños a consecuencia de golpes (por ejemplo, si se caen al suelo), especialmente en el sentido de los ejes no sensibles (recuérdese que si un acelerómetro cae sobre una superficie de cemento desde la altura de las manos, al producirse el impacto estará sometido a una aceleración de varios miles de m/s2); son sensibles al método de conexión con la superficie en vibración (perno, cola, cera de abejas); si bien la integración es una operación intrínsecamente más precisa que la derivación, para obtener el desplazamiento es preciso efectuar una doble integración, más susceptible a errores y al ruido que la integración simple efectuada en el caso de los velocímetros. 653

3.2.2 Los esquemas típicos de montaje En el caso de un rodamiento radial lubricado la disposición típica se muestra en la fig. 89. Se pueden observar los dos sensores de proximidad ortogonales que detectan la posición radial del eje y permiten visualizar la órbita de la espiga, un sensor de proximidad utilizado como keyphasor (para tener una referencia de fase con respecto a la posición angular del eje y para generar una señal taquimétrica), un sensor de proximidad que mide los desplazamientos axiales, una termorresistencia que mide la temperatura del metal antirroce en la zona de máxima carga del rodamiento. Nótese que para verificar la carga de la máquina, es decir las condiciones de funcionamiento de la máquina, conviene medir la temperatura del metal antirroce en la zona de máxima carga del rodamiento (situada a unos 20º desde la vertical en el sentido de rotación del eje), pues varía mucho al variar la carga de la máquina, mientras que la variación de la temperatura del aceite a la salida del rodamiento es pequeña, dado el elevado flujo del aceite. Nótese además que, manteniendo constantes la velocidad y la carga de la máquina, la posición radial del eje es un indicador del estado de desgaste del rodamiento, mientras que las vibraciones del eje están vinculadas al estado de salud de la máquina en su totalidad. RODAMIENTO RADIAL

posición radial

órbita

keyphasor

temperatura

Fig. 89

654

posición axial

En el caso de un rodamiento axial (cubo o buje) lubricado la disposición típica se muestra en la figura 90. Se pueden observar los dos sensores de proximidad ortogonales que detectan la posición radial del eje; el sensor de proximidad empleado como keyphasor; dos sensores de proximidad que miden el desplazamiento axial del collarín; un tercer sensor de proximidad axial que permite detectar, por la diferencia con los anteriores, una posible rotura del collarín; y una termorresistencia sumergida en le metal antirroce, que entrega una indicación del empuje axial. En general los esquemas para determinar la posición axial son los que se muestran en la figura 91. La solución con dos transductores permite obtener un intervalo de medición doble con respecto al caso con un solo sensor.

RODAMIENTO AMORTIGUADOR keyphasor posición radial temperatura

órbita posición axial

posición axial

Fig. 90

655

Cuando los desplazamientos axiales deben ser muy reducidos, como en el caso de las turbinas, a fin de evitar os, o cuando es necesario proteger de las sobrecargas los rodamientos de empuje, como en el caso de los ejes de las hélices de los barcos, el control de la posición axial es fundamental; la variación de la posición axial puede ser repentina e imprevisible; se requiere un monitoreo constante, conectado a una alarma.

Esquema con un traductor axial

Esquema con dos traductores axiales

Fig. 91

Esquema para la detección de desplazamientos diferenciales

Fig. 92

Para las máquinas con piezas en movimiento relativo que por necesidades funcionales deban estar muy cercanas unas a otras, es muy importante tener bajo control la distancia entre ellas, que podría variar por causa mecánicas o térmicas (por ejemplo, distinta dilatación de los diferentes materiales). Los esquemas típicos para detectar desplazamientos diferenciales se muestran en la figura 92. Típicamente en las turbinas el rotor y la caja están diseñados de modo que un extremo pueda dilatarse libremente con respecto al otro, teniendo una parte fija común. Las dilataciones son distintas según las fases de funcionamiento; las paletas del rotor tienen velocidades de más de mil km/h y se encuentran a una distancia de pocos milímetros o pocas décimas de milímetro de las partes fijas. 656

3.2.3 Sistemas de monitoreo de tipos específicos de máquinas Las grandes turbinas a vapor consisten generalmente en una etapa de alta, una etapa de media y una etapa de baja presión; los rotores están conectados entre sí y la turbina en su conjunto está acoplada rígidamente, normalmente a un generador. Es importante medir las vibraciones y también la posición axial. Utilizan rodamientos con lubricación fluida; su amortiguación es suficiente para hacer que el movimiento relativo espiga-rodamiento sea más significativo que el movimiento de la caja para el análisis de las vibraciones. Aún cuando antiguamente se monitoreaba el movimiento del eje con transductores de punta deslizante y sólo en el plano vertical, la solución moderna emplea transductores de proximidad montados ortogonalmente en cada rodamiento radial de la turbina y del generador. En efecto, es evidente que una medición efectuada sólo a lo largo de Y en vez de X e Y no entrega una información completa; además, si se desea una señal absoluta, entonces es mejor utilizar un sensor doble (dual probe) en lugar de un transductor de punta deslizante. La solución ideal sería que las parejas de sensores ortogonales mencionados más arriba no fuesen parejas de sensores de proximidad, sino parejas de sensores dobles. Sin embargo, en la mayor parte de los casos no es indispensable medir el movimiento absoluto, y se recomienda adoptar una solución económica intermedia entre transductores de proximidad en XY y transductores dobles en XY, que consiste en emplear un transductor de proximidad en Y, por ejemplo, y un transductor doble en la dirección perpendicular X. En general estas estructuras presentan su menor rigidez en el plano horizontal X. De este modo se mantiene algo de información acerca de la vibración del armazón. No es necesario monitorear constantemente la señal proveniente del sensor sísmico del transductor doble, la cual puede ser usada solamente cuando sea necesario, por ejemplo durante la fase de puesta en marcha, cuando cambia la carga o durante el balanceo. Además conviene instalar otros transductores no monitoreados para que estén disponibles en caso de ser necesario y para que entreguen informaciones adicionales: así, por ejemplo, transductores radiales adicionales montados lejos de los rodamientos pueden indicar la forma modal del eje. Se pueden efectuar otras mediciones auxiliares para determinar las vibraciones de los pedestales, de las tuberías, del armazón y de otros elementos estructurales.

657

Por lo que respecta a la posición axial, los sensores se sitúan en el collarín, en el extremo del eje, en los puntos donde cambie el diámetro del eje. Los mismos sensores que miden la vibración radial pueden usarse para obtener la posición media del eje con respecto al rodamiento, lo que proporciona informaciones sobre precargas, erosión electrostática y otras perturbaciones. Otra magnitud que se visualiza es la excentricidad pico-pico, que es una medida de la curvatura del rotor causada por la gravedad o por temperaturas no homogéneas. Un keyphasor envía una señal por cada vuelta, constituyendo así una referencia angular de fase, pero también permite obtener la velocidad o la aceleración (para máquinas en donde la aceleración durante la puesta en marcha pueda resultar crítica). Por lo que respecta a la temperatura, se deberían instalar por lo menos dos sensores en cada rodamiento radial y a cada lado del rodamiento de empuje; además deberían medirse las temperaturas de los bobinados del rotor y del estator del generador, las temperaturas del aceite y las temperaturas ambientes de la máquina. Un acelerómetro puede ser útil para medir vibraciones de alta frecuencia producidas por las ruedas de paletas. En las turbinas de vapor marinas normalmente se tienen dos etapas (alta presión y baja presión); éstas se presentan como dos unidades separadas (aunque conectadas mediante tuberías) que accionan dos ejes distintos que a su vez accionan el reductor que mueve el eje de la hélice. Es necesario monitorear cada uno de los ejes de turbina; además, dada la estructura de soporte más bien flexible que caracteriza a las turbinas marinas, son muy importantes la vibración de la estructura y las mediciones de alineación. En las turbinas a gas medianas y grandes los rodamientos son de lubricación fluida (esto sugiere emplear sensores radiales o de proximidad) y la estructura de soporte es relativamente flexible (esto sugiere efectuar también mediciones absolutas), de modo que conviene usar sensores dobles (dual probes) en los rodamientos. Se puede usar un acelerómetro adicional para las vibraciones de alta frecuencia causadas por las ruedas de paletas. Las turbinas a gas tienen procedimientos de puesta en marcha regidos por una secuencia vinculada a la velocidad de rotación, de manera que es necesario un keyphasor. En el caso de las turbinas con dos ejes, se coloca un keyphasor en el eje del compresor y uno en el eje de la turbina. Se utilizan sensores de temperatura para los rodamientos, para el aceite y para la temperatura ambiente.

658

En las pequeñas turbinas industriales a gas los rodamientos son, en general, de tipo rodante: se usan transductores de velocidad (o acelerómetros para aplicaciones de altísima velocidad) situados en la estructura de soporte. Naturalmente, en caso que los soportes sean de lubricación fluida, se usarán sensores de proximidad XY. En las turbinas hidroeléctricas los rodamientos son de lubricación fluida, de modo que se utilizan sensores de proximidad XY en cada rodamiento radial; dado que el eje es vertical es importante colocar por lo menos un transductor axial para controlar el empuje. Es necesario un keyphasor para proporcionar el fasaje y la velocidad; dado que esta última es especialmente baja puede ser necesario emplear sistemas de acondicionamiento de la señal de baja frecuencia. En todo caso, se debe notar que a menudo las turbinas hidroeléctricas no son de reciente fabricación y, dado que su funcionamiento no es muy crítico, el monitoreo no es muy intenso, aunque sí es aconsejable efectuarlo a causa de los elevados costos de reparación. Las turbinas Pelton se caracterizan por velocidades relativamente altas y por una baja razón entre las masas del estator y del rotor. El monitoreo se refiere principalmente a las vibraciones del estator, especialmente en relación al balance. Las turbinas Francis se caracterizan por velocidades menores respecto de las Pelton y por ejes muy largos. El monitoreo se refiere principalmente al movimiento radial del eje y la temperatura del cubo. Las turbinas Kaplan se caracterizan por una velocidad muy baja, de modo que a menudo se lleva a cabo solamente el monitoreo de la temperatura del cubo. En los compresores centrífugos de proceso se tienen solamente rodamientos con lubricación fluida y una razón elevada entre la masa del estator y la masa del rotor; se usan, por lo tanto, sensores de proximidad XY en cada rodamiento y por lo menos un transductor axial en el cubo (dos si el sistema tiene una protección automática con detención automática en caso de sobrecarga axial, para evitar intervenir en falso). No es necesario contar con un keyphasor si éste ya está montado en el motor, a menos que exista un reductor de engranajes, en cuyo caso se monta un keyphasor en el compresor. Se colocan además sensores de temperatura de los rodamientos, del aceite y del ambiente. En el caso de los compresores axiales se tienen características similares a las de los compresores centrífugos, pero al ser mayor el peso del rotor raramente se manifiesta una inestabilidad subsincrónica. Un acelerómetro puede servir para monitorear las perturbaciones de las paletas.

659

Los grupos centrífugos de compresión están constituidos por un cierto número de unidades centrífugas (por ejemplo, 4), cada una con su piñón, que son impulsadas por una rueda dentada central accionada por un motor o por una turbina. Éste es el caso típico de una instalación de aire comprimido. La rueda central tiene una velocidad de 3600 vueltas/min o inferior, los piñones tienen velocidades de 60.000 vueltas/min. Son máquinas más pequeñas que los compresores centrífugos de proceso señalados más arriba. Se usan uno o dos sensores de proximidad por piñón, y a veces un sensor de proximidad en el eje de la rueda y keyphasors en los ejes. En los compresores alternos, además de los sensores de proximidad en los rodamientos y un keyphasor que entrega un pulso cuando un pistón se encuentra en el punto muerto superior, se pueden montar transductores de proximidad XY para monitorear el pistón; los datos de la posición media proporcionan información acerca de desalineaciones y desgaste, y la señal dinámica del movimiento proporciona información acerca de vibraciones o inflexiones de la biela. En los compresores de tornillo existen dos rotores lobulados. Si se tienen rodamientos con lubricación fluida, se instalan sensores de proximidad XY en cada rodamiento radial de cada rotor y un transductor axial por cada rotor. Nótese que este último reviste una importancia fundamental, porque una falla del rodamiento de empuje significa roce entre los rotores, cuyos lóbulos se encuentran muy próximos en dirección axial. Si los rodamientos son de tipo rodante se usan transductores de velocidad situados en la estructura de soporte; sin embargo, dado que la variable que interesa para evitar rozamientos es la posición axial, es decir el desplazamiento, se procesa la señal de velocidad para obtener también la señal de desplazamiento (para tal fin existen módulos de monitoreo con salida bifurcada, denominados dual path monitors, que separan la señal de entrada, esto es la salida de un velocímetro, en dos caminos separados, uno de los cuales es la velocidad, mientras que el otro es sometido a integración y proporciona el desplazamiento). Además se usa un keyphasor por eje y los distintos sensores de temperatura necesarios. En los grandes ventiladores se usan rodamientos de lubricación fluida. Además, la curvatura del eje por efectos mecánicos y térmicos es un grave problema para estas grandes máquinas, que suelen tener estructuras de soporte más bien flexibles y pueden tener problemas con los pedestales.

660

Para el balanceo es necesario distinguir entre curvatura del eje y efectos dinámicos. La mejor solución es adoptar sensores dobles (dual probes); si económicamente esto no fuera posible, se pueden colocar en la estructura de soporte transductores de velocidad acoplados a los Dual Path Monitors ya mencionados. En todo caso es necesario contar con sensores de proximidad no monitoreados pero instalados en forma permanente para el balanceo y para posibles análisis. En los pequeños ventiladores se usan rodamientos de tipo rodante, de modo que se emplearán velocímetros con Dual Path Monitors. En las bombas la razón entre la masa del estator y la masa del rotor aumenta al aumentar el diferencial de presión. Las bombas con diferencial alto tienen un armazón pesado y rígido, y un rotor liviano y flexible. Lo contrario ocurre en las bombas de bajo diferencial. En las grandes bombas los rodamientos son por lo general de lubricación fluida, y se aplican la reglas habituales de monitoreo: un transductor de proximidad XY en cada rodamiento, un transductor de proximidad y dirección axial, un keyphasor, sensores de temperatura. Las pequeñas bombas no suelen ser componentes críticos, y tienen rodamientos de tipo rodante: en general es suficiente efectuar mediciones periódicas con transductores montados sobre la estructura de soporte. Las bombas de las instalaciones nucleares son componentes críticos que deben ser monitoreados cuidadosamente. A menudo tienen un eje vertical, con el rotor ubicado en la parte inferior, con soportes en la parte superior y en la parte inferior; el soporte inferior, sin embargo, no puede ser monitoreado a causa de la temperatura, de la presión y de los reglamentos de las instalaciones nucleares. Por lo tanto, se instrumenta el rodamiento superior con transductores de proximidad XY. Los rodamientos del motor se instrumentan a su vez con transductores sísmicos XY (velocímetros) además de sensores de proximidad XY en los rodamientos mismos. Se monta un keyphasor en la bomba o en el motor y se mide la temperatura de los rodamientos. Los grandes reductores y multiplicadores de engranajes utilizan rodamientos con lubricación fluida. Esto sugiere adoptar transductores de proximidad XY situados en cada rodamiento. En el caso que esta solución no sea viable económicamente, de todas formas habría que instalar permanentemente los transductores mencionados, pero se podría limitar el monitoreo a los rodamientos situados en el extremo de entrada del eje de entrada y en el extremo de salida del eje de salida.

661

Debería montarse por lo menos un sensor axial en cada eje. Nótese que en el caso de los engranajes helicoidales es indispensable contar con un sensor axial por eje, puesto que estos engranajes generan un empuje en esa dirección que es soportado por un cubo que sostiene cada eje. En el caso de engranajes bihelicoidales, en condiciones normales, el empuje es despreciable, pero acoples demasiado rígidos o bloqueados pueden desplazar axialmente uno de los ejes, dejándolo fuera de posición para un engrane correcto entre los dientes, lo que podría acarrear serios daños al cubo. Además de los acostumbrados sensores de temperatura de los rodamientos, del aceite y del ambiente, una acelerómetro (a veces dotado de Dual Path Monitor) proporciona información acerca de las excitaciones de alta frecuencia generadas por el engrane de los dientes. Los pequeños reductores y multiplicadores de engranajes utilizan rodamientos de tipo rodante y se instrumentan con transductores de velocidad montados en los soportes, acoplados con Dual Path Monitors. Los motores eléctricos de grandes dimensiones utilizan rodamientos con lubricación fluida que se monitorean con transductores de proximidad XY, un sensor de proximidad en dirección axial, keyphasor, transductores de temperatura para cada rodamiento, para el aceite y los bobinados del rotor y del estator. Dado que los motores, por lo demás, poseen un centro magnético que tiende a centrar el rotor, las mediciones axiales y radiales de los sensores instalados permanentemente pueden generalmente llevarse a cabo en forma periódica solamente. Los motores eléctricos de pequeñas dimensiones usan rodamientos de tipo rodante y sensores absolutos de las piezas estructurales (velocímetros con Dual Path Monitors). Los generadores eléctricos utilizan rodamientos con lubricación fluida, de modo que se monitorean con sensores de proximidad XY en cada rodamiento, un sensor axial (si el generador no está rígidamente acoplado al motor), sensores de temperatura para cada rodamiento, para el aceite, para el ambiente y para los bobinados del rotor y del estator. Algunos generadores tienen una estructura de soporte especialmente flexible y requieren, además del monitoreo de las mediciones de magnitudes relativas, también un monitoreo de los desplazamientos absolutos del eje y de la estructura. 3.2.4 La medición durante la puesta en marcha y la fase de detención Las mediciones durante la puesta en marcha (runup) y la fase de detención (coastdown) permiten identificar las frecuencias críticas, porque al producirse

662

éstas los ejes entran en resonancia y permiten distinguir las resonancias estructurales de aquéllas propias de la rotación (los así llamados “órdenes”). Un orden es una armónica de la velocidad de rotación de la máquina. Mediante el uso de un analizador de Fourier se pueden obtener los así llamados diagramas en cascada (waterfalls) (figura 93) (a menudo, por extensión, denominados diagramas de Campbell), diagramas en tres dimensiones en los cuales el espectro se representa en función de la velocidad (o del tiempo). Las resonancias estructurales aparecen como líneas verticales paralelas al eje de la velocidad, las componentes ligadas a la rotación como líneas en abanico con una pendiente determinada por su orden. Si se limita la representación a un diagrama bidimensional velocidadfrecuencia, donde la tercera coordenada consiste en aplicar un color según una escala de colores predeterminada (colour map) o en dibujar un círculo de diámetro creciente con la intensidad, el diagrama se denomina diagrama de Campbell (figura 94).

*LURPL

Fig. 93

663

Fig. 94

Diagrama de Campbell

Si en los diagramas en cascada se reemplaza el eje de frecuencias por el eje de los órdenes se obtiene el diagrama de los órdenes (figura 95). También se puede extraer un orden individual y representarlo en función de la velocidad (figura 96); es como interpretar un diagrama de Campbell a lo largo de una línea oblicua que representa un orden determinado. Además se puede obtener un diagrama compuesto de Campbell (figura 97), que es un diagrama bidimensional con las frecuencias en las abscisas y la amplitud en las ordenadas, obtenido simplemente sumando todos los espectros del diagrama en cascada. Dicho diagrama pondrá de manifiesto las componentes cuya frecuencia es constante, es decir las fuentes pasivas o resonancias estructurales.

Giro/min

ordenes Fig. 95

664

Segunda armónica

Fig. 96

0

10

20

0

20

40

30 40 50 Velocidad de rotación Hz 60 80 100 Frecuencia real Hz

También se podrá obtener un diagrama compuesto de los órdenes (figura 98), diagrama bidimensional que se obtiene sumando todos los diagramas de los órdenes. Dicho diagrama pondrá de manifiesto las componentes cuyo orden es constante, es decir las componentes activas vinculadas a la velocidad de rotación.

665

DIAGRAMA DE CAMPBELL

Amplitud

DIAGRAMA COMPUESTO DE CAMPBELL

Fig. 97

666

Giros/min

DIAGRAMA DE LAS ÓRDENES

órdenes

Amplitud

DIAGRAMA COMPUESTO DE LAS ÓRDENES

órdenes

Fig. 98.

667

3.3 Los criterios de juicio de la vibración 3.3.1 Los límites cuantitativos impuestos por el fabricante y los límites cualitativos El estado de salud de una máquina debe ser evaluado comparando las mediciones de las magnitudes características con valores límite. En primer lugar existen límites cuantitativos impuestos por el fabricante según las especificaciones de la máquina en cuestión: estos límites se refieren a las posiciones radiales y axiales (inflexiones, dilataciones térmicas, pérdidas de material por desgaste, por erosiones causadas por descargas eléctricas, etc), a las velocidades, a las temperaturas, a las presiones. Existen luego límites cualitativos, es decir criterios indicativos establecidos para amplias categorías de máquinas, expresados en forma de severity charts (generales o de un fabricante en particular) o en forma de normas internacionales. Como consideración general conviene recordar que para un funcionamiento seguro de una máquina, es necesario limitar la amplitud de la vibración del eje o del soporte en relación al pedestal. Las mediciones absolutas de la amplitud de la vibración en la máquina pueden inducir a conclusiones erradas cuando existe una elevada vibración de la estructura de soporte de la máquina (pedestal y cimientos); en todo caso, la amplitud de la vibración de la estructura de soporte no debería exceder el 10% de la amplitud isible para los soportes. Por lo que respecta a la elección del parámetro característico (desplazamiento, velocidad, aceleración) utilizado para evaluar la peligrosidad de una vibración, un parámetro muy utilizado es la velocidad. En efecto, si pensamos en las relaciones que cumplen las magnitudes sinusoidales, se tiene X = ωX , X = ω 2 X . La peligrosidad una vibración se deriva de dos factores: la magnitud de la deformación y la fatiga del material por la frecuencia de su repetición. Es claro, entonces, que la velocidad X = ωX contiene, ponderados de la misma forma, ambos factores. El desplazamiento, en cambio, no contiene información sobre la frecuencia, y en general habría que precisar un límite para cada frecuencia distinta; la aceleración X = ω 2 X asigna un mayor peso a las altas frecuencias. Esto explica, entonces, el que se adopte la velocidad como parámetro.

668

VELOCIDAD DE LA VIBRACIÓN – PICO mm/s

DESPLAZAMIENTO DE LA VIBRACIÓN PICO-PICO µm Medido en el soporte del rodamiento

FRECUENCIA DE LA VIBRACIÓN ciclos/min

Fig. 99

Un principio generalmente aceptado es que las vibraciones con distintas frecuencias pueden, en una primera aproximación, ser consideradas equivalente si poseen la misma energía vibratoria, es decir si las respectivas vibraciones tienen la misma velocidad eficaz. La medida de la amplitud del desplazamiento, que suponen siempre que la frecuencia es conocida, en general es preferida por los fabricantes de máquinas para el estudio de prototipos y para efectuar pruebas de máquinas individuales o de sus piezas. Es conveniente cuando es de primordial importancia controlar el desplazamiento a baja frecuencia (<10 Hz), donde se tendrían velocidades aceptables pero deformaciones inisibles.

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Se prefiere la aceleración como parámetro característico para vibraciones de alta frecuencia (>500 Hz), para las cuales se podrían producir situaciones peligrosas incluso con una amplitud y una velocidad de vibración limitadas. La figura 99 muestra una severity chart de tipo general proveniente de Estados Unidos, que supone una medición de banda ancha del valor pico; entre una clase y otra el desnivel es de 6 dB (esto es, una razón 1:2), detectado en uno de los soportes del eje. Nótese que en Estados Unidos y Canadá se acostumbra expresar las velocidades en valores pico, mientras que el ISO y los estándares europeos señalan que deben expresarse en valores eficaces. El valor eficaz no caracteriza adecuadamente la contribución de las componentes de alta frecuencia, pero por otro lado el valor pico puede no variar al manifestarse dichas componentes. Rangos de severidad de la vibración Rango

0,28 0,45 0,71 1,12 1,8 2,8 4,5 7,1 11,2 18 28 45 71

Ejemplo de juicios de calidad para diferentes clases de máquinas

Velocidad RMS v en mm/s en los límites Clase I Clase II Clase III Clase IV del rango 0,28 0,45 A A 0,71 A 1,12 B A 1,8 B 2,8 C B 4,5 C B 7,1 C D 11,2 C D 18 D 28 D 45

Tabla 7. Rangos de severidad de las vibraciones y ejemplos de su aplicación a máquinas pequeñas (Clase I), máquinas de tamaño mediano (Clase II), máquinas grandes (Clase III) y turbomáquinas (Clase IV).

670

Las normas ISO 2372 e ISO 3945 se refieren a máquinas que funcionan dentro del rango de rotación 10÷200 vueltas/s (600÷12000 vueltas/min). Se mide el valor eficaz de la velocidad de vibración en la banda 10÷1000 Hz en los rodamientos de la máquina y en los soportes de la máquina, según tres direcciones ortogonales entre sí. Los varios tipos de máquinas se dividen en seis clases. Las clases I, II, III y IV son respectivamente las máquinas pequeñas, medianas, grandes y las turbomáquinas. Habiendo definido los intervalos de velocidad eficaz sobre la base de números en intervalos de 4 dB (es decir en razón 1:1,6 que se ha visto que representa un cambio significativo en la respuesta de la mayoría de las máquinas), se caracteriza la severidad de las vibraciones con A, B, C, D, correspondientes a bueno, satisfactorio, insatisfactorio, inaceptable (tabla 7). Las máquinas de las clases V y VI no se clasifican en la tabla anterior porque sus características vibratorias son muy variadas. La clase V está compuesta por máquinas alternas (es decir con acciones de inercia no equilibrables) montadas en cimientos relativamente rígidos en la dirección en que se mide la vibración. Para estas máquinas, velocidades RMS de hasta 20 o 30 mm/s o más pueden no ocasionar problemas. La clase VI está compuesta por máquinas alternas sobre cimientos relativamente blandos en la dirección en que se mide la vibración, pero también por muchos otros tipos de máquinas; las máquinas de esta clase permiten una tolerancia mayor, con velocidades RMS de hasta 50 mm/s (o incluso 500 mm/s para intervalos breves durante el paso a través de la resonancia). Otras normas son la alemana VDI 2056, las normas canadienses CDA/MA/NV-SH 107, la norma inglesa BS 4675, el estándar francés E90100, los estándares API 610-611-612-613-616-670 y la norma NEMA MGI20. 3.3.2 Los límites de espectro Además de los límites cualitativos señalados hasta aquí, tienen particular importancia los límites de espectro. Estos límites se establecen para cada modelo particular de máquina, o incluso para cada máquina individual, y se basan en la definición de un espectro de referencia (reference baseline), que es el espectro de una máquina en buenas condiciones. Si se tienen varias máquinas iguales se obtiene el espectro de cada una de ellas cuando están en buenas condiciones y se determina para cada frecuencia el valor medio, máximo y mínimo, los que se adoptan, respectivamente, como 671

objetivo de las prestaciones de la máquina (valor medio) y como límites superior e inferior. Si no se dispone de varias máquinas iguales, se construye el espectro de referencia con espectros obtenidos en la misma máquina en tiempos distintos, pero siempre con la máquina en perfecto estado de funcionamiento. Cuando se debe comparar el espectro de la máquina en funcionamiento con el espectro de referencia surge el problema de que la velocidad de la máquina nunca es exactamente la misma, lo que haría la comparación prácticamente imposible. Sin embargo, si durante la adquisición de los espectros no se efectúa un muestreo interno (es decir, regido por el reloj normal del sistema de adquisición) sino un muestreo externo controlado por una señal taquimétrica, se consigue una normalización de la velocidad. La información que se obtiene es completa, y puede ser elaborada con posterioridad. En el diagrama de los órdenes, pero no así en el de Campbell, el espectro de vibración ligado a la rotación permanece fijo con la velocidad. El inconveniente es que se debe disponer previamente de un keyphasor para generar la señal taquimétrica. En comparación con los métodos anteriores que efectuaban el seguimiento de un nivel global en lugar del nivel de las componentes en frecuencia, el análisis de frecuencia permite diagnosticar el defecto, predecir precozmente las anomalías de funcionamiento, planificar las reservas de repuestos y los equipos operativos, y potencialmente un significativo ahorro de recursos económicos. 3.3.3 El análisis de tendencia En la mantención predictiva no basta diagnosticar un fenómeno anómalo y la causa que lo produjo, sino que es necesario determinar cuánto tiempo se podrá soportar dicho fenómeno anómalo sin que acarree daños a la máquina. Graficando en función del tiempo la amplitud de un parámetro significativo (análisis de tendencia) se podrá prever, sobre la base de la gráfica, en qué instante de tiempo se excederán los límites aceptables de funcionamiento, es decir en qué rango temporal será necesario efectuar un operativo de mantenimiento.

672

Bibliografía

S.L. Marple Jr., Digital Spectral Analysis, Prentice Hall, Englewood Cilffs, 1987. E.J. Mannan, Multiple Time Series, Wiley, New York, 1970. R. Otnes, L. Enochson, Applied Time Series Analysis, Wiley, New York, 1978. J. Bendat, A. Piersol, Random Data: Analysis and Measurement Procedures, Wiley Interscience, New York, 1971. D.E. Newland, An Introduction to Random Vibrations, Spectral & Wavelet Analysis, Longman Scientific & Technical, Harlow, 1994. D.E. Newland, An Introduction to Random Vibration and Spectral Analysis, Longman, London, 1975. R.W. Ramirez, The FFT. Fundamentals and Concepts, Prentice Hall, Englewood Cliff, 1985. W. Heylen, P. Sas, On Digital Signal Processing for System Identification: Basis Theory and Applications, Proceedings 17th International Seminar on Modal Analysis, Course on Modal analysis theory and practice, Leuven, 1992. S.Y. Kung, H.J. Whitehouse, T. Kailath, VLSI and Modern Signal Processing, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1985. L.R. Rabiner, B. Gold, Theory and Application of Digital Signal Processing, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1975. H. Baher, Analog & Digital Signal Processing, Wiley, New York, 1990. D. Elliot, K. Ramamohan Rao, Fast Transforms. Algorithms, Analyses, Applications, Academic Press, Orlando, 1982. B. Biraghi, “Appunti sull’acquisizione e l’analisi dei segnali eletrici”, Automazione, 1984. LMS Cada-X Manual Fourier Monitor, LMS International, Leuven, 1994. LMS International Seminar « Digital signal Processing ». Bruel & Kjaer, « Windows to FFT Analysis”, Bruel & Kjaer Technical Review, n. 3, 1987. Bruel &Kjaer, “Discrete Fourier Transform and FFT analysis”, Bruel & Kjaer Technical Review, n. 1, 1979. Bruel & Kjaer, “Vibration monitoring of machines”, Bruel & Kjaer Technical Review, n. 1, 1987. W. Heylen, S. Mammens, P. Sas, Modal Analysis Theory and Testing, K.U. Leuven, 1994. Analyse en Optimalisatie, Katholieke P. Sas, Structurdynamica: Universiteit Leuven. Vlaamse Technische Kring, Heverlee, 1995.

673

F. Hlawatsch, G.F. Boudreaux-Bartels, “Linear and Quadratic TimeFrequency Signal Representations”, IEEE Signal Processing Magazine, aprile 1992. J. Wexler, S. Raz, “Discrete Gaz Expansions”, Signal Processing, 21, 1990. S. Quian, D. Chen, « Discrete Gabor Transform », IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 24, n. 7, 1993. T.A. Claasen, W.F. Mecklenbräuker, “The Wigner Distribution. A Tool for Time-Frequency Signal Analysis”, Philips Journal of Rsearch, n. 3, 1980. O. Rioul, M. Vetterli, “Wavelet and Signal Processing”, IEEE Signal Processing Magazine, ottobre 1991. W.J. Staszewski, G.R. Tomlison, “Application of the Wavelet Transform to Fault Detection in a Spur Gear”, Mechanical Systems and Signal Processing, 8(3), 1994. J. Leuridan, H. Van Der Auweraer, H. Vold, “The Análisis of Nonstationary Dynamic Signals”, LMS International Application Notes, 1994. H. Van Der Auweraer, H. Vold, “Análisis of Nonstationary Noise and Vibration Signals”, Proceedings ISMA19, Leuven, 1994. T.A. Claasen, W.F. Mecklenbräuker, “The Aliasing Problem in Discretetime Wigner Distributions”, IEEE Transactions on acoustics, speech and signal processing, vol. ASSP-35, n. 11, 1987. J.C. Moss, J.K. Hammond, “A Comparison between the Modified Spectrogram and the Pseudo-Wigner-Ville Distribution with and without Modification”, Mechanical Systems and Signal Processing, 8(3), 1994. M.C. Pan, B. Verbeure, H. Van Brussel, P. Sas, « Eetection and Quantification of the Link-t Backlash of a Robot Time-Frequency Signal. Representation and Feature Extraction”, Proceedings ISMA19, Leuven, 1994. W.J. Staszewski, G.R. Tomlison, “Fault Detection Procedures Employing the Wavelet Transform”, Proceedings ISMA19, Leuven, 1994. S. Gade, H. Herlufsen, “The Use of Wavelet Transform for Análisis of Transient Noise”, Proceedings ISMA19, Leuven, 1994. J.R. Blough, M.W. Landgraf, D.L. Brown, H. Vold, “Signal Processing Procedures for Trouble-shooting Rotating Equipment”, Proceedings ISMA19, Leuven, 1994. J.S. Bendat, The Hilbert Transform and Application to Correlation Measurements, Bruel & Kjaer. Hewlett Packard, Dynamic Signal Analyzer Applications, Application note 243-1, 1983. Bruel & Kjaer, “Cepstrum Analysis”, Bruel & Kjaer Technical Review, n. 3, 1981. P.A. Nelson, S.J. Elliott, Active Control of Sound, Academic Press, London, 1982. 674

S. Braun, Mechanical Signature Analysis, Academic Press, London, 1986. J.S. Mitchell,, Machinery Analysis and monitoring, Penn Well Books, Tulsa, 1981. Romis Italia, Symposium “Periodic and Continuous Vibration Monitoring and Diagnostics por Predictive Maintenance of Rotating Machinery”. R. Bigret, J.L. Feron, Diagnostic-maintenance-disponibilité des machines tournates, Masson, Paris, 1995. L.F. Pau, Failure Diagnosis and performance Monitoring, Marcel Dekker, New York, 1981. B.K.N. Rao, Profitable Condition Monitoring, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1993. G. Lipovszky, K. Solyomvari, G. Varga, Vibration Testing of Machines and their Maitenance, Elsevier, Amsterdam, 1990. G. Amadasi, G. Preti, Vibrazioni e manutenzione, Bruel & Kjaer, 1986. A.Riccio, Tecniche di manutenzione predittiva delle macchine, Scienfic Atlanta. L. Buzzi, Controllo delle vibrazioni nelle macchine in servizio, CEMB, Fascicolo 23, Mandello del Lario, 1985. C. Cesti, “I cuscinetti a rotolamento e le vibrazioni”, Organi di trasmissione, luglio 1997. A.Lucifredi, Z.Q. Hou, A Simple Zoom Algoritm of Discrete Gabor Expansions, Conf. “Méthodes de surveillance et techniques de diagnostic acoustiques et vibratoires”, Senlis, , 1995. A.Lucifredi, “Le tecniche dell’analisis modale sperimentale per progettazione e manutenzione”. Manutenzione tecnica e managemente, anno II, n. II, 1989. A.Lucifredi, S. Calabrò, S. Varriani, C. Mazzieri, Aplicación delle analisi congiunte Temp./frequenza al monitoraggio di sistemi meccanici, XII Congresso Aimeta, Napoli, 1995. A.Lucifredi, M. Rossi, S. Calabrò, S. Varriani, Le analisi congiunte tempo/frequenza, XIV Congresso A.I.MAN., Bologna, 1995. F. Arregui, E.G. Cossio, C. Mazzieri, J.L. Garcia, A. Lucifredi, M. Rossi, P. Mottier, A Monitoring and Protection System for Hydro Turbine and Generator Sets, Intl. Conf. Maintenance and Refurbishment of Utility Turbogenerators, Hydrogenerators and Large Motors, EPRI, Firenze, 1997. A.Lucifredi, M. Rossi, “Advanced Signal Processing Techniques for Plant Monitoring. Diagnostics and Maintenance”, MARCON 97, Knoxville, Tennesse, 1997. A.Lucifredi, M. Rossi, Tecniche emergenti di monitoraggio e diagnostica dei sistemi meccanici, Congresso “Diagnostica in manutenzione”, A.I.MAN., Ferrara, 1997.

675

7.

Controladores automáticos para la mantención por Enrico Ravina

Bajo la terminología de controlador automático se pueden agrupar componentes y dispositivos con característica muy diferentes, pero capaces de desempeñar una función común, basada esencialmente en la posibilidad de reemplazar procedimientos automáticos realizados mediante lógica cableada con procedimientos programables. La ventaja principal consiste en la flexibilidad de organización de las secuencias automáticas de operación: en lugar de tener conexiones permanentes entre el controlador y el proceso es posible programar y modificar por software las secuencias automáticas correspondientes que correlacionan los estados actuales de las entradas (definidas por las señales provenientes de los sensores y/o transductores) con las salidas del controlador mismo (que corresponden, por lo general, a accionamientos de potencia que rigen las operaciones a realizar en el campo), según la lógica funcional requerida por el proceso en cuestión. Desde el punto de vista de la tipología de los controladores programables, se acostumbra distinguir entre:

c c c

controladores de tipo general capaces de manejar señales digitales y análogas de distinta índole: generalmente se les denomina con el acrónimo PLC (Programable Logic Controller) y se pueden programar a través de un teclado dedicado o de un PC; tarjetas o módulos electrónicos de entrada/salida con conversores análogo/digitales y digital/análogos, programables a través de un PC, que se pueden conectar al proceso mediante interfaces de potencia; tarjetas electrónicas completamente dedicadas al control automático de componentes específicos (como por ejemplo, servomecanismos de motores eléctricos, válvulas proporcionales y servoválvulas). En este caso el dispositivo de control automático permite programar funciones dedicadas (por ejemplo, rampas de aceleración y deceleración) según modalidades orientadas a las prestaciones que puede desempeñar el componente controlado.

677

N conexiones

PLC

C

MO DU LO

MO DU LO

P

DE

DE

U

IN GRE SO

SALID A SEÑ AL DE INGRE S O SEÑ AL DE SALID A

N conexiones

PROCES O

a)

PROCESO

UTILIDAD REMOTA I

UTILIDAD REMOTA II

UTILIDAD REMOTA N

UNIDAD ESCLAVA I

UNIDAD ESCLAVA I

UNIDAD ESCLAVA N

UNIDAD MAE STRA

Comunicación Serial

b) Fig. 1 Lógica del Control Automático

Desde el punto de vista de las lógicas de control automático es necesario distinguir, en general, entre:

c

control centralizado, caracterizado por una conexión “punto a punto” entre el controlador y las entradas y salidas físicas del proceso que se desea controlar. En este caso el número de conexiones eléctricas necesarias corresponde a la suma de las señales de entrada y las señales de salida involucradas en el proceso. 678

c

control distribuido, en el cual se transfieren al campo algunas funciones de control, a través de unidades descentralizadas, a microprocesadores conectados entre sí en forma serial. La existencia de sistemas descentralizados de codificación y decodificación permite transportar la información mediante un cable bipolar, limitando al nivel local las conexiones con los dispositivos controlados, que en este caso se configuran en forma de “islas”.

La programación de las unidades de control se lleva a cabo habitualmente mediante una interfaz con PC o con un teclado o un terminal dedicado. Se emplean lenguajes de programación de bajo nivel (de os o Ladder, funcional, booleano, …) y de alto nivel (Basic, Pascal, C/C++, …). Algunos controladores de tipo general pueden ser programados utilizando distintos lenguajes. En relación a las características funcionales de los PLC mencionaremos aquí algunos aspectos y potencialidades generales, con el fin de analizar su posible uso en mantención. El controlador lógico programable, en el sentido de un procesador “especial” capaz de istrar operaciones automáticas, está constituido esencialmente, como un microcomputador, por un microprocesador, memorias y circuitos para manejar las señales de entrada y salida (fig. 2). El controlador elabora cíclicamente las instrucciones en memoria, haciendo operativas las salidas en el campo en función del estado actual de las señales de entrada, según la lógica especificada por el programa de control. Este último se recorre en tiempos muy breves (cuantificables en microsegundos por instrucción); una vez completado el primer paso del programa se vuelve cíclicamente al primero, según la lógica operativa del

MEMORIA DE PROGRAMACION

MEMORIA DE TRABAJO UNIDAD DE PROGRAMACION

UNIDAD DE CONTROL CIRCUITO DE INGRESO

PROCESO

CIRCUITO DE SALIDA

DISPOSITIVO DE SALIDA

DISPOSITIVO DE INGRESO

Fig. 2. Estructura funcional de un PLC.

679

sistema automatizado, concebido para ejecutar en forma repetitiva y continua un ciclo funcional. Dicha lógica no sólo se aplica a entradas y salidas eléctricas de tipo digital (es decir caracterizadas por tener sólo dos estados, on y off, que generalmente corresponden a niveles de tensión eléctrica de 0 y 24 Vcc) sino también de tipo análogo (y por lo tanto continuamente variables en un cierto rango, definido generalmente en términos de tensión o de corriente) o de tipo “especial” (por ejemplo, señales constituidas por “trenes” de ondas de alta frecuencia). El análisis de comparación entre controladores se suele basar en características mecánicas (tipo de montaje, dimensiones, …) características de memoria (cantidad, tipo, posibilidad de expansión, …), capacidad de procesamiento (velocidad de lectura, número de bits por palabra, número de temporizadores y contadores, rutinas de interrupción, posibilidad de procesadores adicionales,…), tarjetas disponibles, número de entradas/salidas digitales y análogas, posibilidad de enlace a redes, lenguajes de programación (de bajo o alto nivel). La clasificación de los controladores por tamaño en función del número máximo de entradas y salidas no es en la actualidad muy significativa: en efecto, por un lado se tiende a evolucionar hacia unidades de gran tamaño, capaces de establecer interfaces y comunicaciones en red, y por otro a privilegiar micro-PLCs (o nano-PLCs) para aplicaciones en las cuales sea prioritario el tamaño reducido, con un número limitado de entradas/salidas. Debemos mencionar también en parámetro de la modularidad como elemento discriminante. Un controlador no modular se caracteriza por entradas y salidas fijas en cuanto a número, tipo y código de direccionamiento, con posibilidad de expansión limitada en el mejor de los casos. En cambio un controlador modular se ensambla según los requisitos de los s, en el sentido que consiste en una estructura inicial basada en una unidad de alimentación eléctrica, una unidad central de proceso y memorias, y en un rack capaz de albergar módulos con distintas funciones cuya configuración, número, tipo y direccionamiento pueden ser definidos por el mismo . En todo caso debemos observar que en la actualidad las líneas divisorias entre los distintos controladores automáticos tienden a difuminarse cada vez más, tanto en lo que respecta a las funciones asociadas como en relación a las modalidades de control. Refiriéndonos específicamente a los PLCs, nos hallamos en presencia de una evolución que nos ha traído funciones sofisticadas (como PID, por ejemplo), microunidades capaces de comunicarse en red y ser apostadas en el campo de manera descentralizada, controladores capaces de operar conectados mediante una interfaz a estaciones de supervisión en ambiente Windows (istrando anillos de control tanto digitales como análogos), elevada modularidad con un gran número de estaciones conectadas mediante un bus de campo, velocidades de 680

procesamiento extremadamente altas, gestión de módulos especiales (tarjetas para termocuplas, termorresistencias, seriales ASCII, para conexión a fibra óptica o a redes locales, para conteos rápidos, etc.), unidades centrales con multiprocesadores de 32 bits de última generación. Finalmente, muchos de los PLCs disponibles en el mercado son en general capaces no sólo de realizar las funciones de control y gestión de las entradas y salidas, sino además de añadir funciones de procesamiento y cálculo. Estas características, junto a aquéllas más propias del controlador en sí, pueden ser utilizadas con provecho para fines de mantención. Las potencialidades de utilización de controladores programables como apoyo para la mantención se correlacionan con la capacidad de inserción en el ambiente industrial y de diálogo con el proceso por controlar. En este sentido es positiva la tendencia que está consolidándose hacia la distribución del control y, por lo tanto, hacia microunidades con funciones de alto nivel istradas a través de redes cada vez más estandarizadas. La capacidad de inserción ambiental significa una menor sensibilidad a las perturbaciones y una mayor confiabilidad de las informaciones transmitidas a alta velocidad, además de una fabricación robusta y protección contra los agentes contaminantes de diversa naturaleza (electromagnética, química, etc.). Diálogo con el proceso significa capacidad de monitoreo: evidentemente, esto dependerá del nivel de instrumentación del proceso mismo, pero desde el punto de vista del controlador implica la capacidad de procesar la información obtenida para formular diagnósticos asociados a defectos o a condiciones anómalas y la posibilidad de asociar diagnósticos a medidas recomendadas o implementadas en forma automática. El controlador programable, en cuanto unidad polivalente de conducción, control, monitoreo y procesamiento, puede contribuir de manera significativa a la conservación de la eficiencia, de la duración y de las prestaciones del sistema automático controlado. Los enfoques operativos que en este ámbito puede manejar un controlador están bien diferenciados y corresponden a distintos niveles de sofisticación del software y el hardware. 1. gestión de alarmas. Es quizás la función más básica que puede realizar cualquier controlador, con activación de señales sonoras, acústicas o de mensajes reproducibles en el terminal de campo cuando se producen condiciones o eventos preestablecidos. Desde el punto de vista de la mantención, éste es el nivel más elemental cuando se vincula con daños irreversibles o con condiciones tales que obligan a detener las máquinas, pero adquiere una mayor relevancia si se lo asocia a anomalías o al surgimiento de condiciones críticas;

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2. cuadros sinópticos animados de la planta. Se trata de un enfoque bastante consolidado que aprovecha las posibilidades de combinar software gráfico y de programación. El puede asociar en forma autónoma el estado lógico de variables on/off, esto es el valor actual de variables que se modifican continuamente, con representaciones tales como gráficos, tablas dinámicas, gráficos de barras, animaciones de imágenes que representan componentes de un circuito. También se da la posibilidad de asociar varias páginas gráficas a un mismo sistema controlado; es muy útil la visualización en pantalla (de un PC) situado en una ubicación remota con respecto al proceso y conectado al controlador (por ejemplo, a través de un módem) con comunicación en red a través de una línea telefónica no dedicada. 3. funciones de seguridad y bloqueo. Existen tipos especiales de controladores orientados a este problema que se pueden emplear para efectuar análisis cualitativos que, a partir del examen crítico de las desviaciones con respecto a las condiciones normales de funcionamiento, identifiquen las anomalías de la planta y sobre todo los riesgos que éstas implican. 4. telecontrol, televigilancia y telemantención. Son funciones que revisten especial interés en sistemas que procesan una gran cantidad de información adquirida a distancia, y donde sea prioritario lograr un alta velocidad y precisión en las transmisiones de red (por ejemplo mediante fibra óptica o incluso módems). De esta forma los equipos y máquinas pueden ser controlados a distancia por el mismo fabricante, asegurando así intervenciones acertadas, decididas y especializadas. Los datos que maneja el controlador provienen de una gran diversidad de instrumentos de medición, y el procesamiento se lleva a cabo tanto en forma directa como a través de la transmisión de los datos a computadores de supervisión que manejan el programa de mantención. El controlador permite efectuar análisis en distintos niveles en base a tendencias históricas, análisis de “firma”, estadísticas de averías, investigaciones de criticidad identificando las condiciones anormales más recurrentes. El controlador desempeña una función importante como apoyo para las estrategias de mantención preventiva, a través de interfaces con software dedicado para entregar datos en línea que pueden resultar de utilidad para el cronograma de actividades, la gestión de repuestos, el control de costos de operación, materiales y mano de obra, averías recurrentes y archivo de las operaciones realizadas. El PLC puede jugar un rol decisivo en lo que respecta a las estrategias de mantención por condición, ayudando a evaluar los intervalos óptimos para las intervenciones en relación con las causas de averías emergentes, sobre todo tratándose de máquinas que sólo pueden detenerse por paradas programadas. 682

Es evidente que el nivel de eficiencia de la operación depende tanto de la configuración y de las características del controlador como de la instrumentación de diagnóstico instalada en la planta que se conecta a él. Por último, no debemos subestimar la posibilidad de efectuar operaciones de mantenimiento automatizadas, desactivando el componente averiado o en mal estado de funcionamiento y activando automáticamente el componente de reserva; esta lógica se puede implementar exitosamente en las plantas diseñadas con redundancia incorporada, por lo menos para aquellos dispositivos que se consideran más críticos para fines operativos.

683

8.

Sistemas de monitoreo y diagnóstico y controles no destructivos por Andrea Maciga

1.

Introducción

Quien se ocupe de diseño y construcción podría pensar, a primera vista, que si un material posee las características químicas, estructurales y mecánicas requeridas entonces es adecuado para un determinado producto/servicio. ¡En la realidad no es así! Paradojalmente, un material puede responder a todas las características tabuladas en términos de análisis químico, de estructura y de resistencia, y aun así no ser adecuado para la función. Los responsables de esta aparente incongruencia son los defectos, es decir aquellas discontinuidades internas o superficiales, de variadas formas y naturaleza, que degradan la integridad del material, con consecuencias a veces dramáticas en términos económicos y de seguridad. Los defectos pueden ser congénitos, es decir “nacer” con el material, como es el caso de los “copos” de hidrógeno o las inclusiones en los materiales metálicos, o pueden derivarse de los procesos a los que son sometidos los materiales para fabricar el producto, como por ejemplo las fisuras que se producen durante los procesos de soldadura y fusión, o generarse en el curso de la operación, como consecuencia del desgaste, de la fatiga, de la corrosión, etc. Entonces, ¿es posible fabricar y poner a trabajar materiales sin generar defectos? ¡La respuesta es no! Cometeríamos un grave error si pensáramos que podemos fabricar sin defectos de los materiales o de los productos, o si pensáramos que las características de éstos no se degradarán en el tiempo. Así como en el ámbito de la medición existe un sistema de tolerancias, también para los defectos podemos definir un modelo de defectuosidad aceptable, es decir cuya magnitud no afecte la idoneidad del producto para el uso destinado. Es importante entonces detectar las anomalías para compararlas con los estándares aceptables que forman parte de las especificaciones del producto.

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Es debido a esta exigencia que surgieron las pruebas no destructivas (PnD) y los sistemas de monitoreo y diagnóstico no invasivos, esto es el conjunto de exámenes, pruebas y comprobaciones que se llevan a cabo empleando métodos que no alteran el material y no requieren su destrucción ni la toma de muestras. No sólo esto, sino que además con estas pruebas es posible llevar a cabo los controles durante la operación, haciendo un seguimiento periódico, o a veces incluso un seguimiento continuo, de la vida del componente examinado y efectuando las intervenciones necesarias para repararlo o reemplazarlo si presenta signos de deterioro crítico. A continuación se analizan todas las técnicas principales y más comunes de control no destructivo y de monitoreo y diagnóstico no invasivos, describiendo para cada una de ellas el principio en que se basa, su aplicación, las modalidades de examinación, las limitaciones, cómo se visualizan los defectos y los desarrollos futuros. Más específicamente, los temas se subdividen del siguiente modo: • • • • •

• • • •

corrientes inducidas emisión acústica tintas penetrantes magnetoscopía; métodos ópticos

radiografía detección de fugas termografía ultrasonidos.

Se dedica un tratamiento especial al análisis de aceites para la detección preventiva del desgaste en las máquinas rotatorias, mientras que el párrafo 12 contiene una visión panorámica de las problemáticas operativas y de la aplicabilidad y confiabilidad de las técnicas descritas en la detección de defectos típicos de la operación de plantas industriales. 2.

Corrientes inducidas

Principio del método El campo magnético generado por una bobina alimentada con corriente alterna produce corrientes inducidas en la pieza examinada. Dichas corrientes afectan el valor de la impedancia de la bobina que las genera. La existencia de cualquier discontinuidad modifica la intensidad y el recorrido de las corrientes inducidas, y en consecuencia la impedancia del circuito; la variación de la impedancia del circuito es un indicio de la posible existencia de defectos. 686

Aplicaciones El método de las corrientes inducidas es muy versátil, puesto que permite todo tipo de aplicaciones que se puedan correlacionar con las variaciones de las características físico-químicas de un conductor cualquiera. En otros términos, a través de la bobina de prueba se puede detectar hasta la más mínima inhomogeneidad de un material, que puede ser causada por variaciones de tipo geométrico, eléctrico o magnético. Por lo tanto, adaptando el método a las exigencias específicas de cada caso, se pueden llevar a cabo inspecciones para detectar: •

inhomogeneidades asociadas a la geometría del material tales como grietas, deformaciones, inclusiones, variaciones del espesor, oxidaciones, etc.; • espesor de residuos no conductores sobre base conductora, o residuos conductores sobre base de distinta conductividad; • variaciones asociadas a la conductividad del material, inhomogeneidad de las aleaciones, recalentamientos localizados, defectos del tratamiento térmico, etc.; • variaciones asociadas a la permeabilidad del material a través de la medición de la intensidad de campos magnéticos. El método de investigación con corrientes inducidas, además de una gran cantidad de aplicaciones, ofrece muchas otras ventajas: una alta sensibilidad de examen, gran confiabilidad, rapidez de ejecución y bajo costo de operación. El método constituye una buena alternativa para aquellos casos en que la magnetoscopía resulte ser inaplicable, como el control de productos de acero inoxidable austenítico. Además es de gran utilidad el poder efectuar la investigación sin que haya o directo entre la sonda y la pieza examinada, permitiendo estudiar piezas en movimiento. Por ejemplo, en el ámbito metalúrgico es posible efectuar el control de los materiales directamente en la salida de las laminadoras y los extrusores, a pesar de su alta velocidad y temperatura. Por la misma razón, en el ámbito artístico y arqueológico no existe riesgo de dañar obras de arte o hallazgos arqueológicos durante los controles.

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Técnicas de examen Las técnicas de examen se diferencian en dos aspectos: •

la aplicación manual o automática del método; • el tipo de señal producida por el defecto, en relación con las distintas características geométricas y eléctricas de las sondas empleadas.

Fig. 1 - Representación de un defecto en el osciloscopio de un equipo para pruebas con corrientes inducidas.

El primer aspecto no requiere mayor explicación: el método podrá ser automatizado siempre que el tipo de aplicación así lo permita. Por lo que respecta al segundo aspecto, en cambio, existen muchísimas sondas con características significativamente distintas. En efecto, se puede contar con sondas estáticas o dinámicas, de anillo para interiores, para superficies o para orificios, absolutas o diferenciales, con devanado simple o doble, de puente o por reflexión. Cada una de las características enumeradas hace que una sonda se adapte a ciertas aplicaciones más que a otras. Limitaciones

Las limitaciones del método Fig. 2 - Defecto causado por están estrechamente vinculadas con corrosión de la pared de una tubería y oscilograma respectivo. las características del material estudiado. • el método sólo es aplicable en materiales conductores y para localizar discontinuidades superficiales o subsuperficiales con una profundidad no mayor que 10-15 mm para materiales de conductividad mediana-baja. Esta profundidad disminuye 688

drásticamente para valores de conductividad más elevados y para los materiales ferromagnéticos; • la interpretación de los resultados, para efectos de identificación del tipo de defecto, es difícil; • en algunos casos resulta difícil automatizar el proceso, por ejemplo cuando se deben controlar tubos desde el interior. Visualización del defecto Las discontinuidades que pueda presentar el material en estudio pueden ser detectadas mediante dos técnicas distintas: midiendo las variaciones de corriente en el circuito asociadas con los distintos valores que va tomando la impedancia de la bobina, u observando las variaciones de la amplitud y del ángulo de fase del vector de la impedancia. En el primer caso se utiliza un simple microamperímetro; en el segundo caso es necesario utilizar un osciloscopio capaz de visualizar el plano de impedancia de la bobina.

Fig. 3 - Sonda para examinar orificios de las coronas de ataque de las paletas de turbiba aeronaútica.

Desarrollos Las indiscutibles ventajas que ofrece el método de corrientes inducidas como método de control no destructivo han estimulado una creciente demanda de aplicación, exigiendo a los fabricantes de los equipos correspondientes un rápido desarrollo tecnológico. Si bien ya hoy se puede contar con equipos sofisticados que permiten

Fig. 4 - Micrografía y oscilograma de defecto externo de 0.14 mm profundidad en una tubería de acero 36 mm de diámetro x 1.2 mm espesor.

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un de de de

una amplia gama de aplicaciones y una gran confiabilidad, es de suponer que en el corto plazo surgirán nuevos medios de procesamiento de las señales que extenderán aún más las posibilidades de utilización de este método de imagen. 3.

Emisión acústica

Principio del método El principio se basa en la detección de ondas acústicas que emite un material por deformación, surgimiento y/o evolución de un defecto.

Fig. 5 - Micrografía y oscilograma de un defecto interno de 0.86 mm de profundidad en una tubería de acero.

Aplicaciones Los resultados que se obtienen del examen basado en la emisión acústica no son de tipo convencional. En efecto, no se debe emplear este método para determinar el tipo y las dimensiones de los defectos que presenta una estructura, sino para registrar su evolución durante la aplicación de un esfuerzo cualquiera al que se somete la estructura, si los niveles de carga son de magnitud tal que se generan deformaciones, propagación de defectos, desprendimientos de escoria, deslaminaciones, fricción, etc. También pueden ser fuente de emisión acústica algunas transformaciones de fase en un material.

Fig. 6 - Ubicación de los sensores para monitorear la emisión acústica durante el examen hidráulico.

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El método, por lo tanto, puede ser usado para obtener información preciosa en el monitoreo en línea de un componente en funcionamiento. El método permite diversas aplicaciones, entre las cuales podemos mencionar, a modo de ejemplo, las siguientes: • •

las primeras pruebas hidráulicas de recipientes a presión; el monitoreo continuo, por períodos de tiempo largos y significativos, de componentes o maquinaria en operación; • las pruebas de fatiga de estructuras o componentes en escala reducida o real (nodos de plataformas off-shore, recipientes a presión, etc.); • el control de desgaste de las herramientas y el control de los procesos de soldadura; • la caracterización de los materiales compuestos (fibra de vidrio, fibra de carbono, concreto, etc.)

Técnicas de examen La prueba de emisión acústica permite, en general, detectar, localizar y, hasta cierto punto, clasificar la fuente de emisión. Para conseguir la localización se debe medir la diferencia en los tiempos de llegada de la onda elástica generada por la fuente a los distintos sensores colocados en la estructura. En general, la posición de la fuente de emisión se establece mediante técnicas de triangulación, utilizando tres o más sensores. La cantidad de Fig. 7. Mapeo en el monitor del sensores necesarios para tener toda la computador de las fuentes estructura bajo control depende del de emisión acústica. volumen y del espesor del componente en estudio y de su inhomogeneidad (por ejemplo, sangraderas, cordones de soldadura, etc.). La posibilidad de localizar los defectos en todo el volumen sin tener que trasladar las sondas permite tener la estructura bajo control, en el contexto de la prueba, incluso en aquellas zonas de difícil .

691

Limitaciones La actividad acústica de los defectos depende de la temperatura y del comportamiento dúctil o frágil del material en estudio. Los aceros austeníticos, por ejemplo, poseen una baja emisividad: •

el carácter irreversible de la emisión acústica no permite repetir la prueba: no se produce emisión acústica hasta que no se haya superado la carga alcanzada anteriormente (efecto “Kaiser”); • obviamente, los defectos establecidos o de baja emisividad durante la prueba no son detectados. Sin embargo, estos defectos pueden llegar a ser potencialmente peligrosos durante la operación posterior del componente debido a la presencia de esfuerzos como la fatiga, la corrosión, las sobrecargas, etc., de modo que no es lícito emplear solamente la emisión acústica en desmedro de otras pruebas no destructivas. • hoy en día no siempre es posible establecer una correlación entre las características de la fuente y el tipo y severidad del defecto emisor. Visualización del defecto La detección de las ondas acústicas se lleva a cabo mediante sensores, por lo general de tipo piezoeléctrico. Los sensores se disponen según convenga en o con el cuerpo bajo estudio, el que posteriormente será sometido a un estímulo (mecánica, térmica, etc.). Luego las señales eléctricas obtenidas se amplifican, se filtran para eliminar el ruido de fondo, se envían a un dispositivo para medir la magnitud característica de las señales acústicas y de los parámetros de la prueba, y finalmente se envían a un computador que procesa los datos recibidos y los representa gráficamente en pantalla y/o impresora. Desarrollos En la actualidad se está efectuando mucho trabajo experimental y teórico para mejorar la correcta adquisición de la emisión acústica y su correlación con el tipo de fuente. Dada la importancia de poder llevar a cabo investigaciones más significativas para el diagnóstico y la prognosis evolutiva de los defectos y para el control de procesos, se espera poder utilizar en el corto plazo los resultados de los estudios que se encuentran aún en curso. En todo caso, con excepción de ciertos controles de proceso, la técnica de emisión acústica no constituye un reemplazo para otros métodos. Sólo la aplicación contextual de la emisión acústica en conjunto con otras técnicas complementarias entre sí, una correlación rigurosa y completa entre los 692

resultados y los parámetros de la prueba (por ejemplo, valores de carga y su velocidad de aplicación, número de ciclos hasta producir fatiga, etc.), el conocimiento de las propiedades del material y el historial de los procesos de transformación/manufactura y de los procesos de que ha sido objeto permitirán clasificar la tipología y el grado de severidad de las posibles discontinuidades (defectos) que generan la actividad acústica. Fig. 8 - Sensores para detectar ondas acústicas en los materiales examinados.

4.

Tintas penetrantes

Principio del método El método se basa en el fenómeno de la capilaridad, es decir la tendencia de un líquido a subir por el interior de un tubo capilar, y en características físicas de los líquidos tales como la viscosidad y la tensión superficial. El poder penetrante es una característica muy importante, de la cual depende en gran medida la sensibilidad de la prueba. Aplicación y desarrollo El método con tintas penetrantes es adecuado para detectar defectos emergentes en cualquier tipo de superficie, siempre y cuando sean “abiertos”. Se pueden detectar defectos de la fusión tales como junturas en frío, grietas de retiro, etc., de fabricación como grietas de temple o de soldadura, deshilados, desdobles de laminación, etc. y de servicio como grietas de fatiga, de tensocorrosión, etc. El método no depende del material ni de su estructura; sin embargo, el material no debe tener una superficie porosa, como es el caso de algunos materiales cerámicos. Se pueden examinar: el acero, el aluminio, los materiales compuestos, el hierro fundido, el vidrio, etc. Las tintas penetrantes detectan con exactitud y con suma sencillez la ubicación del defecto en la superficie, pero sus dimensiones por lo general aparecen mayores que las reales.

693

La investigación efectuada por los grandes grupos industriales que operan en esta área ha permitido desarrollar nuevos productos más sensibles, menos tóxicos y fácilmente biodegradables. Este último aspecto reviste una indudable importancia, puesto que el costo de la depuración, siendo las leyes cada vez más estrictas en este sentido, es uno de los factores que más inciden en los costos de la planta. Podemos hallar un ejemplo significativo en la introducción de los emulsificantes a base de agua en lugar de aquellos en base a aceite, que ha permitido incrementar la sensibilidad de la prueba y a la vez reducir considerablemente los costos de depuración de las aguas servidas. Técnicas de examen Existen distintas técnicas de examen según el tipo de líquido penetrante empleado, el objeto a examinar y el número de piezas. Cada técnica de examen tiene su propio campo de aplicación, aunque las fases principales del método siempre contemplan: • • •

la aplicación del líquido penetrante sobre la superficie a inspeccionar; el retiro del exceso de líquido penetrante; la aplicación del revelador.

La prueba se puede llevar a cabo en forma manual, semiautomática o automática. Todas las instalaciones deben contar con equipos que permitan extraer los vapores y tratar las aguas servidas. Los productos que se emplearán se escogen en función de la rugosidad de la superficie de la pieza y de la sensibilidad de control deseada. En las superficies en bruto, por ejemplo, dan mejores resultados las tintas penetrantes coloreadas de sensibilidad media, mientras que en las superficies rectificadas dan mejores resultados las tintas fluorescentes o las tintas coloreados de muy alta sensibilidad. Limitaciones Las limitaciones de las pruebas con tintas penetrantes son: • •

no detectan discontinuidades subcutáneas o superficiales cerradas; normalmente no se pueden aplicar a superficies excesivamente rugosas o porosas; • se presta para la automatización sólo en su parte ejecutiva, mientras que la interpretación de los resultados debe ser llevada a cabo por personal calificado; • el examen normalmente se limita a zonas de fácil ; 694

•

el rango de temperaturas en el cual es posible realizar pruebas con los productos para uso normal va de 12º a 56ºC (aunque existen productos específicos para altas temperaturas que se pueden emplear hasta los 130ºC); • la sensibilidad del método depende del grado de terminación de la superficie.

Fig. 9 - Grieta en una soldadura detectada durante un examen con tintas penetrantes.

695

Fig. 10 - Defectos típicos detectables mediante examen con líquidos penetrantes por contraste de color.

Visualización del defecto La visualización se lleva a cabo directamente sobre la pieza examinada, por contraste entre el líquido penetrante y el revelador.

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Fig. 11 - Patrones de muestra para el control de la sensibilidad de los exámenes con tintas penetrantes.

5.

Magnetoscopía

Principio del método El principio del método se basa en la desviación de las líneas de un campo magnético inducido en un material por efecto de una discontinuidad.

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Aplicación y desarrollos El examen magnetoscópico, también denominado examen con partículas magnéticas, es un método adecuado para evidenciar defectos superficiales y subsuperficiales tales como fisuras, adhesiones, inclusiones, pliegues, desdoblamientos, falta de penetración en las soldaduras, etc. en materiales ferromagnéticos. Casos típicos de aplicación del método magnetoscópico son las fusiones de acero con estructura ferrítica, los productos de usina, las extrusiones, los estampados, las soldaduras y otros componentes de matriz ferrítica. Es importante para la detección de los defectos que éstos estén orientados de manera tal que las líneas de fuerza del flujo magnético inducido los atraviese; por este motivo, cada pieza debe ser magnetizada en por lo menos dos direcciones perpendiculares entre sí. El uso de lectores ópticos constituye un avance significativo para la interpretación automática de los resultados. Técnicas de examen La magnetización de las piezas puede llevarse a cabo con las técnicas de paso de corriente, en las cuales una corriente magnetizante recorre la pieza. Con la técnica de inducción la magnetización se induce en la pieza examinada mediante un campo magnético externo. La aplicación del detector se produce en forma simultánea con la magnetización de la pieza, o en un momento posterior, usando el magnetismo residual. Los detectores se distinguen en polvos para exámenes en seco y polvos para exámenes en húmedo (partículas en suspensión en un líquido como agua o aceite en fracciones reducidas). La técnica del examen en húmedo se aplica para el estudio de defectos superficiales muy pequeños o en superficies lisas, mientras que el examen en seco se utiliza en superficies en bruto que requieren una sensibilidad menor. Las partículas ferromagnéticas pueden pigmentarse con distintos colores (rojo, gris, azul, verde) o ser fluorescentes, según las necesidades del control y la sensibilidad. En la magnetización es muy importante el tipo de corriente magnetizadora, la que puede ser alterna, continua o rectificada. La primera permite detectar defectos superficiales, mientras que la segunda y la tercera se emplean para detectar defectos subsuperficiales. En función de la geometría y de la cantidad de piezas por examinar, las instalaciones empleadas pueden ser:

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• •

fijas, de tipo pedestal; equipos móviles o portátiles.

Los primeros se utilizan para efectuar análisis en serie de piezas, generalmente de pequeño tamaño. Los segundos se utilizan para efectuar pruebas in situ o en taller cuando el análisis involucre componentes de gran tamaño.

Fig. 12 - Inspección submarina con partículas magnéticas de soldadura en una estructura off-shore.

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Fig. 13 -Defectos tipo grieta detectados mediante examen magnetoscópico con reveladores fluorescentes en un eje motor.

Limitaciones Las limitaciones del examen magnetoscópico son: • • •

sólo se puede aplicar a materiales ferromagnéticos; escasa sensibilidad para defectos redondeados; sólo la parte ejecutiva se presta para la automatización, mientras que la interpretación de los resultados debe ser llevada a cabo por personal calificado; • la interpretación de los resultados, por más que existan especificaciones y tablas con estándares fotográficos, presenta siempre un cierto margen de subjetividad; • normalmente el examen está limitado a zonas de fácil . Visualización del defecto La visualización puede producirse de dos maneras: •

directamente en la pieza mediante finas partículas magnéticas que, al ser espolvoreadas sobre la pieza magnetizada, ponen de manifiesto el flujo magnético disperso de las discontinuidades; mediante sondas que identifican el flujo disperso, convirtiéndolo en una señal eléctrica. 700

Fig. 14 - Controles magnetoscópicos en taller sobre soldaduras de recipientes a presión.

Fig. 15 - Defecto tipo detectado en una espiga

6.

grieta

Métodos ópticos

Principio del método El principio se basa en el uso de la luz como medio revelador de los defectos. Analizando la dirección, la amplitud y la fase de la luz difundida o reflejada por la superficie de un objeto opaco, o transmitida dentro de un objeto transparente, se puede obtener información sobre el estado físico del objeto estudiado.

701

Aplicaciones Hasta hace poco tiempo, la denominación de métodos ópticos abarcaba todas las técnicas que permitían la observación directa de las superficies, aunque se hallaran situadas en zonas remotas o inaccesibles, de modo que por definición estaban limitadas a la búsqueda de defectos superficiales; más recientemente, sin embargo, la definición se ha extendido hasta comprender todas las técnicas, incluso aquéllas muy sofisticadas, que se basan en la interacción entre los materiales y la luz visible. Paradojalmente, los métodos más avanzados permiten incluso detectar defectos internos de los materiales. Los métodos ópticos permiten detectar un número muy elevado de defectos tales como fisuras, corrosiones, alteraciones del color causadas por sobrecalentamientos, erosiones, deformaciones, irregularidades de la terminación de la superficie, errores de montaje de sistemas mecánicos, variaciones de las dimensiones, etc. Técnicas más sofisticadas, como la interferometría holográfica, permiten ampliar el ámbito de investigación y obtener más información que con los métodos tradicionales. La interferometría holográfica, en particular, es una técnica de medición sin o extremadamente sensible. Permite detectar incluso los defectos internos Fig. 16 - Búsqueda de defectos de las estructuras compuestas internos de componentes hidráulicos (cizalladuras, daños por impactos, mediante interferometría holográfica. etc.), en los forros de los neumáticos tanto nuevos como recauchados (desprendimientos, burbujas, cavidades, etc.) y en propelentes sólidos (inhomogeneidades, desprendimientos, etc.) La técnica se utiliza asimismo para el estudio de fenómenos dinámicos, para el análisis de esfuerzos en los materiales y para el diseño y proyecto de piezas, componentes y estructuras.

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Técnicas de examen a. Técnicas tradicionales En todos aquellos casos en que la superficie estudiada es de fácil , el examen se lleva a cabo mediante visualización directa, con la ayuda de una lupa o con cámaras de vídeo. En este caso es posible realizar análisis muy sofisticados sirviéndose de técnicas de procesamiento de imágenes. Las superficies inaccesibles pueden ser inspeccionadas visualmente mediante endoscopios de fibra óptica, rígidos o flexibles, que permiten tener incluso al interior de piezas geométricamente complejas. Los más recientes consisten en cámaras de vídeo con un diámetro de 6-8 mm que se introducen y guían dentro de la cavidad que se desea examinar. b. Técnicas avanzadas Las técnicas avanzadas fundamentales son esencialmente dos: • •

la interferometría holográfica con doble exposición; la interferometría en tiempo real.

La técnica de la doble exposición consiste en capturar en una misma placa holográfica dos exposiciones sucesivas de la muestra examinada, bajo distintas condiciones de esfuerzo. Al reconstruir la imagen, que se obtiene iluminando la placa con luz laser, las dos imágenes virtuales interfieren una con otra, formando franjas claras y oscuras que representan las curvas de nivel de los puntos de equidesplazamiento. Con esta técnica las franjas quedan “cristalizadas” en el holograma y se pueden reconstruir en cualquier momento mediante un computador. La técnica en tiempo real consiste en hacer que la imagen holográfica interfiera con la imagen de la muestra deformada mientras ésta se encuentra aún en su lugar. Con esta técnica se puede efectuar un seguimiento en tiempo real de las franjas de interferencia. La magnitud de los microdesplazamientos que se producen en la muestra puede ser evaluada contando el número de franjas presentes en el holograma. Limitaciones •

Con excepción de los métodos holográficos, que por lo demás aún no están muy difundidos, la limitación principal de los métodos ópticos consiste en la posibilidad de detectar solamente los defectos que afloran a la superficie; además, la interpretación de las señales es subjetiva;

703

•

las superficies especulares no permiten el uso de aquellas técnicas que emplean haces de luz rasantes para detectar, mediante el fenómeno de la difusión, la presencia de defectos; • la inspección de piezas de gran tamaño ofrece dificultades para poner a punto la técnica interferométrica debido a la mayor superficie que se debe iluminar y a los pequeños movimientos que pueden alterar las mediciones. Visualización del defecto Con los métodos tradicionales simplemente se observa el defecto como aparece en la superficie examinada, o se amplía ligeramente. Con los métodos más avanzados como la holografía interferométrica o el análisis de imagen, la imagen del defecto, después de ser procesada por un computador, se reconstruye en pantalla bajo la forma de franjas de interferencia. Desarrollos La introducción de cámaras de vídeo conectadas a computadores personales para procesar imágenes ha aumentado considerablemente la longitud de los endoscopios (hasta 30 metros), permitiendo examinar cavidades muy profundas. En el campo de la interferometría holográfica recientemente se han estudiado y desarrollado sistemas de visión que permiten reconocer e inspeccionar en tiempo real incluso objetos complejos. La puesta a punto de los sistemas de comparación electrónica de los hologramas mediante cámara de vídeo, en lugar de la comparación por sobreposición fotográfica, ha permitido el desarrollo de interesantes variaciones de la técnica holográfica conocidos por su sigla ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry) que encuentran aplicación en el análisis de las vibraciones de los componentes industriales.

Fig. 17 - Ejemplos de componentes mecánicos inaccesibles a la vista, visibles mediante endoscopios de fibra óptica.

704

7.

Radiografía

Principio del método El principio se basa en la variación de la atenuación experimentada por las radiaciones electromagnéticas, en este caso los rayos X y los rayos γ, cuando atraviesan un defecto en su recorrido a través del material. Aplicaciones y desarrollo El método radiográfico fue uno de los primeros métodos no destructivos en ser adoptados por la industria para detectar defectos internos. El campo de aplicación de la radiografía es muy amplio. Incluye el control de soldaduras, vaciados, productos estampados, productos de usina, materiales compuestos, materias plásticas, componentes de construcciones civiles, etc. A la radiografía de objetos estáticos se ha sumado la radiografía de procesos dinámicos, como la trayectoria de un proyectil a través del cañón, el recorrido de un metal líquido durante la colada, la combustión del combustible dentro de un misil, el estudio del proceso de soldadura, etc. El progreso tecnológico ha acarreado grandes innovaciones en las técnicas de examen con el método radiográfico. Entre las más significativas se cuentan: •

el uso de intensificadores de brillo y tubos de captura han hecho posible, en las instalaciones de radioscopía, la transferencia de la imagen radiográfica desde la pantalla fluorescente al monitor, con un aumento substancial de la sensibilidad; • la digitalización de la imagen radiográfica para transferir la radiografía al computador permite procesar la imagen, con las consiguientes mejoras del contraste y de la definición. Además es posible guardar una gran cantidad de placas, facilitando la mantención del archivo y su consulta; • la técnica microfocus, utilizando equipos cuyo foco radiográfico es del orden de las centésimas de milímetro, permite obtener ampliaciones del objeto analizado; • la tomografía computarizada permite obtener una representación de la sección radiográfica de la pieza. Técnicas de examen Las técnicas de examen del método radiográfico son numerosas. La elección dependerá de varios factores, entre los cuales los principales son: el tipo de material (madera, acero, aluminio, materias plásticas, compuestos, 705

concreto, etc.) y su forma, el lugar donde se desea efectuar el control, la temperatura de la pieza, la sensibilidad requerida y el espesor que se desea examinar. Los equipos radiógenos de baja y media energía son de tipo monobloque, fáciles de transportar; para altas energías se utilizan aceleradores lineales, que son generalmente instalaciones fijas ubicadas en un bunker. Otras fuentes de radiación muy usadas para efectuar exámenes radiográficos son los isótopos radiactivos, que emiten rayos gama. Los isótopos más utilizados son el Cobalto 60 y el iridio 192. La emisión es solar, es decir se produce en todas direcciones. No requieren de alimentación eléctrica y se prestan muy bien para efectuar gamagrafías en las instalaciones industriales. Los parámetros variables según las distintas condiciones de exposición son muchos; entre éstos los más importantes son: •

la energía de la radiación, de la cual depende el poder de penetración de la radiación; • el tipo de película, de la cual depende la definición de la imagen; • la placas reforzadoras adheridas a la película, que filtran la radiación difusa e intensifican la imagen latente en la película; • la distancia foco-película, de la cual depende la penumbra geométrica de la imagen. Elegir la combinación correcta de estos factores es fundamental para el éxito del examen.

Fig. 18 – Imagen microscópica de una rueda de torno.

Limitaciones Las limitaciones radigráfico son: •

del

control

el espesor máximo de acero que se puede radiografiar es del orden de los 400 - 500 mm, utilizando aceleradores lineales de alta energía; con equipos

706

Fig. 19 Imagen radiográfica de un empalme soldado. Se puede observar la grieta longitudinal a lo largo del cordón.

monobloque dicho espesor se reduce a 70 - 100 mm; en radioscopía los espesores máximos se reducen aún más: 10 - 20 mm para el acero y 50 mm para las aleaciones ligeras; • los defectos bidimensionales tales como las fisuras pueden no se detectados si su orientación está inclinada con respecto al eje del cono; • la utilización de cualquier forma de fuentes de radiación ionizantes exige que se respeten las leyes italianas correspondientes, lo que evidentemente acarrea un aumento de los costos de control. •

Visualización del defecto La visualización del defecto puede llevarse a cabo mediante película radiográfica, pantalla fluorescente o monitor. La imagen del defecto, aunque presente algunas deformaciones, aparece con su forma y dimensiones reales.

8.

Detección de fugas

Principio del método Cuando existe una discontinuidad horadante en una pared que separa dos ambientes a distintas presiones, el fluido contenido en el ambiente a mayor presión pasa al de menor presión, con un flujo variable según la velocidad. En algunos casos la turbulencia provocada por el área de paso produce ruido de banda ancha. Aplicaciones La necesidad de garantizar la máxima estanquidad posible en recipientes (o sistemas de tuberías) que contienen substancias tóxicas, o que se encuentran instalados en plantas de alto riesgo (químicas, nucleares, aeronáuticas), y de mantener condiciones efectivas de seguridad y de respeto al medio ambiente, ha llevado a ampliar y refinar las técnicas de control no destructivo, desarrollando junto a los métodos ya conocidos (radiografía, tintas penetrantes, magnetoscopía, corrientes inducidas, ultrasonidos, etc.) otros métodos capaces de detectar la existencia de fugas de gases o líquidos. Fig. 20. Radiografía de una estatua. Son evidentes las numerosas fisuras internas, normalmente no visibles a simple vista

707

Las causas responsables de la fugas en un componente pueden ser múltiples, generalmente atribuibles a defectos estructurales como grietas o porosidad, a malos acoplamientos mecánicos o a una elección errada del tipo de empaquetaduras. Se realizan pruebas para prevenir escapes repentinos de fluido de proceso y evitar la consiguiente contaminación ambiental, para prevenir pérdidas accidentales de fluido que podrían interferir con el normal funcionamiento de la planta, ocasionando graves daños económicos, para cuantificar la magnitud de las pérdidas inevitables y para verificar que su magnitud no supere los valores permitidos. Además de los sectores mencionados, el método ha encontrado importantes aplicaciones en la búsqueda de fugas en la red de distribución de agua potable y gas. La edad de los conductos, que a menudo es bastante avanzada, las junturas ejecutadas imperfectamente, la falta de protección catódica, etc., constituyen las causas principales de pérdidas en estas líneas. Técnicas de examen Existen numerosas técnicas para verificar la estanquidad de un componente, pero sólo algunas de ellas han alcanzado una razón calidadprecio tal que permita su difusión a escala industrial. Entre ellas mencionamos: • • • • •

la prueba de burbujas; la prueba mediante variación de la presión; la prueba con diodo halógeno; la prueba con espectrómetro de masas; la técnica de correlación acústica.

Todas estas pruebas se pueden efectuar ya sea presurizando el componente estudiado o creando el vacío en él. •

La prueba de burbujas o pompas de jabón permite determinar la existencia y la ubicación de las pérdidas. No necesita instrumentación especial. Los indicadores utilizados son simplemente mezclas de agua y líquidos tensoactivos o reveladores químicos. No es posible cuantificar con precisión la magnitud de la fuga. • La prueba de estanquidad mediante variación de la presión se lleva a cabo midiendo las variaciones de presión entre el interior y el exterior del recipiente examinado. Con este método es posible cuantificar la pérdida, pero no se puede localizar el punto exacto donde se produce la fuga.

708

•

La prueba de estanquidad mediante diodo halógeno se basa en el efecto Lungmuir-Taylor: cuando un electrodo de platino se calienta a una temperatura de 850-950ºC emite iones positivos que aumentan considerablemente si moléculas de un gas trazador que contiene halógenos golpean la superficie del electrodo. El sistema que se desea inspeccionar se llena con el gas trazador deseado, hasta alcanzar una cierta presión positiva, de modo que cuando el gas se escapa por los puntos de fuga es detectado por sensores especiales, sondas portátiles y livianas denominadas “olfateadores”. • El espectrómetro de masas es un dispositivo que permite identificar las especies atómicas o moleculares en función de la razón entre carga eléctrica y masa. para efectuar la prueba se utiliza helio como gas trazador, difundiéndolo por el interior de un recipiente ligeramente presurizado o sobre la superficie el componente examinado, habiendo previamente practicado el vacío en su interior, y conectando el componente al detector de fugas; si pasa helio a través de las discontinuidades (porosidades, grietas, falta de estanquidad en las junturas) es conducido hacia el espectrómetro; se mide su presión parcial y el resultado se visualiza en un indicador. • En la técnica de correlación acústica, que se emplea para buscar fugas en las redes de agua y gas, se colocan sensores capaces de detectar el ruido causado por las pérdidas de forma tal que se puedan localizar las fuentes de emisión acústica sin importar la presencia de otros ruidos producidos por el ambiente. Limitaciones • • •

• •

El método presenta las siguientes limitaciones: estas pruebas requieren una rigurosa estandarización de las condiciones de limpieza y calibración de los instrumentos de medición, además de personal calificado; pueden subsistir riesgos asociados con la presurización del componente y con el uso de freón, de amoníaco o de trazadores radiactivos; la ejecución de una prueba de detección de fugas debe hacerse con especial atención, puesto que la elección correcta de la técnica y de los parámetros ejecutivos puede optimizar a la vez la sensibilidad, el costo y la confiabilidad de la prueba; la sensibilidad de la prueba es mayor con el método de vacío que con el método de presión positiva; al usar la técnica de correlación acústica se debe tener presente que el ruido generado por los gases es menor que el generado por los líquidos, puesto que, en igualdad de condiciones, el nivel de ruido aumenta al aumentar la densidad del fluido. 709

Fig. 21.Control de la permeabilidad de un bidón para contener líquido corrosivo. sonda manejada por el operador permite descubrir la más mínima pérdida en la soldadura.

La

Visualización del defecto Para visualizar el defecto se pueden utilizar fluidos indicadores de composición química muy sencilla (agua destilada y tensioactivos) o reveladores químicos que cambian de color cuando se los aplica en los puntos de escape. En otros casos se emplean sensores muy sofisticados que explotan el efecto termoiónico, la espectrometría de masas o detectan el ruido producido por la fuga.

710

Fig. 22.- Sonda empleada en la investigación de fugas en las redes de transporte de agua y de gas, con la técnica de correlación acústica.

Desarrollos Se están desarrollando técnicas de detección de fugas para grandes distancias, en relación con los conductos tanto de líquidos (acueductos, oleoductos) como de gases (gaseoductos). Los sistemas instrumentales se basan en sensores de gran alcance y en el procesamiento de la señal mediante microcomputadores. El método es de gran utilidad para mantener bajo control grandes redes de distribución de fluidos críticos (gas, combustibles, etc.). Es dable suponer que se implementarán microestaciones de control distribuidas a lo largo de las redes, capaces de entregar una gran confiabilidad a un costo reducido. Los datos enviados por las microestaciones se enviarán por radio o por cable a una estación de control centralizado capaz de procesarlos y de activar, en caso de existir fugas, los sistemas de alarma que corresponda.

711

Fig. 23.- Prueba de permeabilidad de la serpentina para el refrigerante de un frigorífico comercial (Freón 12).

9.

Termografía

Principio del método El principio se basa en la medición de la distribución de la energía irradiada por una superficie, correlacionada con la variación de la temperatura y/o emisividad superficial del objeto examinado. Una anomalía en dicha distribución indica la posible existencia de un defecto. Aplicaciones Hoy en día el método termográfico encuentra aplicación en varios sectores; por ejemplo, se usa en el sector automovilístico para el estudio de la puesta a punto de componentes tales como los neumáticos, los parabrisas traseros térmicos, los frenos, los radiadores, los turbocompresores, etc. En siderurgia encuentra aplicación para determinar los perfiles térmicos de vaciados en fase de solidificación y para inspeccionar los revestimientos refractarios de los hornos de fusión y tratamiento.

712

En el sector aeronáutico la termografía se aplica al control de materiales compuestos para detectar delaminaciones u otras roturas. En el sector eléctrico y electrónico se emplea para detectar puntos calientes, desprendimientos, etc. En la industria química se aplica para optimizar procesos y para controlar reactores o torres de refinación. En el ámbito de la ingeniería civil, las aplicaciones incluyen la evaluación del aislamiento térmico de las construcciones, la posibilidad de identificar detalles constructivos de los edificios, etc. En el campo artístico el método ha resultado ser de gran utilidad para detectar desprendimientos y separaciones de estucos, y para la conservación y restauración de obras de arte en general. Por lo que se refiere a la investigación ambiental, la termografía es una poderosa herramienta para detectar situaciones de contaminación y polución de suelos y aguas.

Fig. 24.Imagen termográfica de la fachada de una iglesia; el mapa térmico permite revelar agrietamientos incipientes.

Técnica de examen Consiste generalmente e aplicar un estímulo térmico, medir la distribución de las temperaturas superficiales y visualizarla para reconocer posibles anomalías en los lugares que presentan defectos.

713

Sin embargo, debemos distinguir dos casos: • el estímulo térmico proviene directamente del objeto mismo durante su funcionamiento: aparatos eléctricos, instalaciones de fluidos calientes (o fríos), aislantes entre dos zonas con temperaturas distintas, efecto termoelástico, etc.; • el estímulo térmico se aplica durante el examen empleando técnicas especiales Fig. 25.Imagen termográfica del (generalmente un componente de un elemento de producción de energía. calentamiento por radiación o por conducción) y con procedimientos específicos para cada caso en particular, tales que el defecto se distinga con mayo facilidad. En ambos casos se debe conocer (o por lo menos suponer con cierta seguridad) la distribución de las temperaturas superficiales cuando no existen defectos, con el fin de poderla comparar con la distribución real medida durante el examen. El caso más simple corresponde al caso en que la distribución debería ser uniforme y los defectos se manifiestan como zonas más calientes (por ejemplo, en componentes de instalaciones eléctricas con mayor resistencia) o más frías (por ejemplo, sopladuras internas del material). Limitaciones Las limitaciones del método termográfico son: •

la anomalía en la distribución de temperaturas puede ser demasiado pequeña como para medirla; • las discontinuidades muy pequeñas no se detecta, pues se ocultan tras el “ruido de fondo”.

714

Visualización del defecto o del objeto La distribución de temperaturas se puede medir: •

con pinturas termosensibles que cambian de color en función de la temperatura (termografía por o); • mediante cámaras de vídeo termográficas que muestran en el monitor una imagen (en blanco y negro o en colores) de la distribución de temperatura sobre la superficie enfocada, en función de su temperatura superficial (termografía infrarroja). En este caso las anomalías en la distribución de las temperaturas superficiales, indicadoras de un posible defecto, se visualizan como “manchas de color”. Desarrollos Las mejoras de los sistemas termográficos computarizados y del software especializado en el procesamiento de datos termográficos permitirán simplificar considerablemente la aplicación de la técnica y efectuar pruebas más precisas. Considerando las numerosas aplicaciones posibles del método, se puede prever un desarrollo del control termográfico en todos los niveles industriales. Actualmente se encuentran en fase de estudio y puesta a punto algunas técnicas para investigar fenómenos térmicos en muestras de laboratorio (tales como mezclas, textiles, materiales compuestos) sometidos a ciclos de fatiga o solicitaciones de impacto. Recientemente se ha aplicado la termografía para evaluar el comportamiento de los vehículos en los túneles de viento; tanto la industria automotriz como la aeronáutica se encuentran desarrollando investigaciones sobre este tema.

715

Fig. 26.- Vista transversal elaborada de una imagen termográfica de fallas del pie de una paleta de turbina

10.

Ultrasonidos

Principio del método El método de ultrasonidos se basa en el fenómeno de la reflexión que experimenta una onda acústica cuando, al viajar por el interior de un material, se encuentra con un obstáculo. Si el obstáculo está situado en posición normal a la dirección de incidencia de la onda, ésta regresa a la fuente generadora.

Aplicaciones Los ultrasonidos son ondas acústicas, con frecuencias superiores al umbral audible (0,525 MHz). El impulso ultrasonoro se transmite al material mediante un transductor especial denominado comúnmente sonda. Los impulsos reflejados por la superificie del defecto o por las paredes de la pieza son captados por el transductor, transformados en impulsos eléctricos y graficados en

Fig. 27.- Representación en planta (C SCAN) fallas descubiertas en un Fig. 29 – de traducción pag 627 anillo de material compuesto.

716

la pantalla de rayos catódicos del artefacto. Siempre es posible estimar con cierta precisión las dimensiones de los defectos internos, y por lo tanto aceptar o rechazar la pieza en base a las prescripciones de los códigos o especificaciones relevantes. El campo de mayor aplicación es el control de soldaduras, láminas, productos de usina, estampados, fundidos y materiales compuestos. Hoy en día el método de ultrasonidos es seguramente el más difundido y el que goza del mayor factor de crecimiento con respecto a otros métodos no destructivos utilizados para detectar defectos internos. Esta difusión se debe a : •

la facilidad con que se pueden llevar a cabo las pruebas; Fig. 28 Control manual de una soldadura • la rapidez de ejecución de las longitudinal de virola para off-shore. mismas; • el alto nivel de sensibilidad; • el amplio rango de espesores examinables (hasta 10 m). En el sector aeronáutico, nuclear, petroquímico y siderúrgico, los ultrasonidos han sido utilizados por largo tiempo y en forma intensiva para las pruebas de aceptación, los controles de proceso y en inservice inspection. También ha encontrado cada vez más aplicaciones en la caracterización de los materiales; un ejemplo de ello es la evaluación de la resistencia del cemento en base a la rapidez de propagación de los ultrasonidos. Recientemente se han desarrollado aplicaciones de los ultrasonidos en el control de calidad de materiales compuestos y en las pruebas de pegado de Fig. 29.Control con ultrasonido de maderas, materias plásticas, etc. componentes eléctricos: la representación C SCAN (en pequeño) revela la presencia de fallas debido a desencoladura

717

Los ultrasonidos pueden identificar prácticamente cualquier tipo de defecto. Sin embargo, el método requiere una cuidadosa selección de los equipos, de las sondas y de los procedimientos de examen para obtener la sensibilidad necesaria. Técnicas de examen Se dividen fundamentalmente en dos clases: • •

técnicas por o; técnicas por inmersión.

En el primer caso el transductor se apoya directamente en la pieza, utilizando como medio conductor agua, aceite, gelatina u otros. En el segundo caso la sonda se mantiene a una cierta distancia de la pieza, distancia que puede variar en función del espesor de la pieza examinada. El uso de una u otra técnica está subordinado a consideraciones que involucran la sensibilidad del ensayo, la forma geométrica de las piezas, el tipo y la orientación de los defectos, la simplicidad operativa, la velocidad de inspección requerida, etc. Generalmente la técnica por o se aplica a productos de gran tamaño y en estructuras soldadas, mientras que la técnica por inmersión es utiliza para analizar grandes series de piezas idénticas, con controles automáticos, especialmente en la industria aeronáutica, donde se requiere una alta sensibilidad de control. En ambos casos la evaluación de los defectos se basa en la comparación entre la señal obtenida en muestras de control con defectos artificiales de tamaño y ubicación conocidos y la señal efectiva de la pieza examinada. Limitaciones Las limitaciones del control por ultrasonidos son: •

dificultad para examinar materiales de elevada atenuación acústica (madera, concreto y materiales ferrosos y no ferrosos con grano grueso), o a temperaturas elevadas; • dificultad para examinar piezas de geometría compleja; • la sensibilidad del examen depende del estado superficial de la pieza; • relativa dificultad para interpretar las señales, requiriéndose personal adiestrado y con una larga experiencia.

718

Visualización del defecto El defecto aparece en la pantalla de un tubo de rayos catódicos bajo la forma de un oscilograma generado por una señal eléctrica. Además de este tipo de representación, que es la más común, existen otras más sofisticadas que permiten mostrar la sección completa de la pieza, indicando los defectos respectivos. Desarrollo •

Para superar el sistema tradicional de evaluación de las señales que se basa en la medición de la amplitud, se utilizan técnicas alternativas tales como el tiempo de vuelo y la difracción de punta. • Los buenos resultados obtenidos en base al análisis espectral para caracterizar defectos justifican la esperanza en las buenas perspectivas del método. de esta forma se estaría superando la fase actual de estancamiento en donde la evaluación de los datos queda entregada únicamente a la capacidad del operador que, en base al comportamiento de la señal en relación al movimiento de la sonda, lleva a cabo una interpretación para determinar las dimensiones, la forma y la ubicación del defecto. • Se está tratando de superar, mediante la realización de sistemas automáticos de adquisición y procesamiento de datos, los sistemas tradicionales de representación en A B y C Scan con sistemas que entreguen mejor información sobre la ubicación de los reflectores. • Finalmente, se han desarrollado sondas capaces de transmitir los ultrasonidos sin o directo (sondas EMAT), permitiendo efectuar pruebas incluso en superficies a altas temperaturas, y sondas capaces de localizar defectos superficiales con gran facilidad (creeping waves).

719

Fig. 30 Diagnóstico del estado de conservación de una estructura de albañilería mediante investigación ultrasónica.

Fig. 31 Control automático de componentes en material compuesto.

720

Fig. 32.- Sistema de barrido ultrasónico automático sobre pared vertical. La adhesión del robot a la chapa se logra magnéticamente.

11. Análisis de aceites para la detección preventiva del desgaste en máquinas rotatorias 11.1 Introducción Es bien sabido por los encargados del análisis de aceites para fines de diagnóstico industrial que las partículas (metálicas o no metálicas) más significativas para comprender el fenómeno del desgaste, desde el punto de vista tribológico, son aquéllas de mayores dimensiones. Exagerando un poco, diríamos que, paradojalmente, sería preferible hallar partículas directamente visibles. En la práctica, el mantenedor experto sabe que ha hallado una anomalía, por desgaste o por una lubricación defectuosa, cuando al efectuar el cambio de aceite (o de los filtros) detecta visualmente la presencia de virutas metálicas. Lamentablemente, en la gran mayoría de los casos la situación, en esta fase tan avanzada de deterioro, escapa al control. El problema fue planteado en los años 60 por parte de los responsables del proyecto SOAP (Spectrometric Oil Analysis Program) desarrollado por cuenta de la fuerza aérea estadounidense, frente a las anomalías mecánicas presentes en algunos aviones cuyos lubricantes no revelaban datos espectrométricos 721

particularmente significativos. Todo ello mientras el mecánico en tierra, en el curso de revisiones de rutina, recogía virutas y fragmentos de rodamientos irremediablemente dañados. Nace de esta forma la ferrografía; una disciplina orientada a la búsqueda de evidencias microscópicas capaces de evidenciar tempranamente los problemas de roce anormal y desgaste antes que las partículas originadas de esta forma alcancen dimensiones catastróficas e imposibles de subsanar durante la fase de mantención predictiva. Esta ciencia ha sido capaz de enfrentar y resolver los problemas de mantención de todas aquellas máquinas grandes (turbinas, reductores, bujes lisos de rodillos de papeleras, etc.) donde el volumen de aceite involucrado es considerable, mientras que la formación de partículas es relativamente escasa, aunque significativa para comprender la “fisiología” del sistema. El procedimiento espectrométrico normal aplicado a estos mecanismos se revela deficiente y no siempre correcto desde el punto de vista del diagnóstico, puesto que las dimensiones y el número de partículas generadas pueden diferir de las tendencias normales en los motores endotérmicos o motorreductores. Con el fin de superar este tipo de problemas, se ha desarrollado recientemente la espectrometría de disco filtrante, que utiliza un anillo de grafito como filtro o “trampa” para las partículas dispersas en el aceite (con dimensiones mayores que 5 µm); al ser atravesado por un arco eléctrico, el anillo de grafito emite en todas las bandas características de los elementos presentes (en cambio, no se pueden detectar los elementos tales como los aditivos que, al estar finamente disueltos en el aceite, atraviesan los poros del grafito). En años recientes ha crecido considerablemente el interés por el monitoreo de la evolución tribológica de los sistemas en operación, tanto por la necesidad de garantizar una mayor eficiencia y confiabilidad a las maquinarias modernas como por el reconocido ahorro económico que se puede lograr en el mediano y largo plazo. En efecto, las roturas catastróficas en que se vean involucradas piezas complejas y costosas, como consecuencia de la falta de diagnóstico precoz de los estados críticos de desgaste, pueden conllevar daños económicos considerables no sólo en términos de reemplazo de piezas mecánicas, sino sobre todo en términos de paradas de máquina y de la imagen de la empresa. Se han desarrollado varias técnicas de monitoreo de los sistemas tribológicos, tomando en cuenta la variada y compleja fenomenología de los procesos de deterioro por desgaste, tales como las variaciones del coeficiente de roce que inducen variaciones de temperatura en las zonas de o, las variaciones de los juegos que inducen vibraciones de intensidad y frecuencia variables, la variación de la forma y las dimensiones de elementos mecánicos y, finalmente, el análisis de las partículas de desgaste. Cada una de estas técnicas permite tener bajo control un aspecto específico del fenómeno tribológico, y 722

se utilizan a nivel de indicadores de alerta, sin que puedan proporcionar evidencia de la evolución global del estado del sistema. La única técnica capaz de detectar, localizar y definir precozmente el tipo y la gravedad de los fenómenos de desgaste en curso es la ferrografía. El análisis ferrográfico de las partículas de desgaste no sólo constituye la técnica más avanzada y eficaz en el ámbito del monitoreo, sino que además ofrece la posibilidad de definir las terapias más racionales para los casos en que las anomalías surgen en forma recurrente, dejando de manifiesto un uso errado de los materiales o de los criterios de diseño. 11.2 Consideraciones sobre los procesos de desgaste Amplias y profundas investigaciones llevadas a cabo en las últimas décadas en relación con las partículas de desgaste producidas durante el deterioro tribológico de juntas que interactúan de maneras diversas, han permitido identificar y cuantificar algunas características peculiares de las partículas, fundamentales para la interpretación y el diagnóstico de los procesos tribológicos. Básicamente, se ha podido demostrar que las partículas de desgaste conservan elementos característicos de los mecanismos de desgaste que las generaron. Dichas características se pueden dividir en dos grupos, a saber:

c c

características cuantitativas definidas en términos de la cantidad y la distribución dimensional de las partículas; características cualitativas definidas en términos de la morfología y la naturaleza de los fragmentos producidos.

En la evolución de los fenómenos de desgaste de una modalidad de desgaste a otra, y de un nivel de desgaste a otro, las características cuantitativas y cualitativas experimentan variaciones considerables que, al ser oportunamente detectadas y cuantificadas mediante la técnica ferrográfica, proporcionan un método eficaz para el diagnóstico de los sistemas en operación.

723

Microgrieta subsuperficial

DESGASTE W (mg)

Partícula de desgaste

DESGASTE SEVERO

ESTACIONARIO

TRANSICIÓN

DESGASTE LEVE RODAJE

Trayectoria S (m) Fig. 33 Curva típica de desgaste.

Un ejemplo que confirma estas consideraciones se ilustra en la fig. 33, que muestra una típica curva de desgaste obtenida en un laboratorio utilizando una junta patín-anillo simulando una junta espiga-buje. Analizando la fig. 33 se observa que existen tres zonas distintas de desgaste que se caracterizan por tasas de desgaste muy diferentes. Además, la misma figura muestra que existe una zona de transición entre el desgaste normal (desgaste ligero) y el desgaste anormal (desgaste severo). Cuando la evolución tribológica de un acoplamiento se aproxima a la zona de transición, las características cuantitativas y cualitativas de las partículas producidas experimentan variaciones considerables. Estos resultados se ven confirmados en la fig. 34, referida a las características cuantitativas obtenidas para la curva de desgaste de la fig. 33. En particular, la fig. 34 nos permite observar que a partir de la transición disminuye el porcentaje de partículas de dimensiones menores que 10 µm (desgaste normal), mientras que aumenta el porcentaje de partículas mayores que 10 µm (desgaste severo). En forma análoga, la fig. 35 indica que, al aproximarse al desgaste severo, aumenta el porcentaje de partículas con un factor de forma entre 0,2 y 0,4 724

(partículas muy alargadas), mientras que disminuye significativamente el porcentaje con factor de forma mayor, entre 0,4 y 0,7 (partículas tendientes a una forma más circular). rodaje

estacionario

trancisión

Desgaste severo

Partícula Examinada (%)

DIMENSION MEDIA

Trayectoria (m)

<

10

µm

÷

10 ÷ 20 µm

>

20

µm

Fig. 34 Distribución dimensional de los fragmentos referidos a la curva de la Fig. 36

En conclusión, podemos afirmar que los procesos de desgaste se caracterizan por cuatro elementos fundamentales: •

nivel cuantitativo, correlacionado con el volumen total de las partículas de desgaste producidas e indicador de la magnitud del desgaste en las zonas de o; 725

•

nivel de severidad, correlacionado con la distribución dimensional de las partículas producidas e indicador de la intensidad de los fenómenos de desgaste; • distribución morfológica de las partículas significativas, que indica con bastante precisión los mecanismos de desgaste activos que causan los daños (adhesión, abrasión, delaminación, etc.); • naturaleza de los fragmentos, vinculada a los materiales constitutivos de las partículas, necesaria para localizar las fuentes o grupos de fuentes de partículas. Rodaje

Estacionarioo Trancisión

Desgaste severo

PARTICULAS ANALIZADAS (%)

FACTOR DE FORMA (F)

TRAYECTORIA (m)

Fig. 35 Distribución morfológica de fragmentación referida a la curva de la Fig. 33

726

11.3 Principios e instrumentos de la ferrografía La técnica ferrográfica permite efectuar los siguientes procesos: 1. recoger las partículas de desgaste dispersas en los fluidos lubricantes y depositarlas por orden de masa en un substrato transparente (ferrograma); 2. seleccionar y separar las partículas grandes (> 10 µm, desgaste severo) y las pequeñas (aprox. 5 µm, desgaste normal) en dos grupos situados en distintas zonas del substrato; 3. determinar la concentración de partículas grandes y pequeñas mediante un lector densitométrico; 4. estudiar las partículas significativas en cuanto a la definición de las propiedades morfológicas y a la naturaleza de los materiales constitutivos. La ventaja principal de la ferrografía respecto de otras técnicas reside en la capacidad de depositar y fijar en el ferrograma las partículas de desgaste ordenadas por masa. En efecto, el ferrograma permite efectuar en forma sencilla y precisa los distintos análisis para determinar las características de los fragmentos, tarea que de otro modo no se podría realizar. La técnica ferrográfica utiliza los siguientes equipos fundamentales: • • •

instrumento de lectura directa (DR); analizador; ferroscopio.

11.4 Instrumento de lectura directa La exigencia de identificar a tiempo la situación tribológica de los sistema en funcionamiento en distintas zonas ha creado la necesidad de desarrollar un instrumento de lectura directa llamado DR (Direct Reading) el cual, además de poder ser emplazado con facilidad, permite determinar fácil y rápidamente los parámetros cuantitativos en términos de concentración y distribución dimensional de las partículas. El esquema de funcionamiento del DR se muestra en la fig. 36. Del circuito de lubricación del sistema tribológico estudiado se toma una muestra de 1 ml de aceite que contiene partículas de desgaste; la muestra se diluye y se la hace circular por un tubo capilar de vidrio calibrado situado entre los polos de un imán estático especialmente diseñado. 727

El imán constituye el corazón del aparato, y posee un elevado gradiente de flujo en la dirección en que fluye el aceite dentro del tubo capilar. Las partículas magnéticas grandes (> 10 µm) son precipitadas frente a la primera fibra óptica, mientras que las partículas pequeñas (aprox. 5 µm) son precipitadas frente a la segunda fibra óptica ubicada 6 mm corriente abajo. Después de una fase de lavado de las partículas que consiste en hacer circular por el tubo capilar un solvente apropiado que elimine todo residuo de aceite u otras substancias opacantes, se hace pasar a través del tubo un rayo de luz monocromática cuya intensidad luminosa es captada por los fotorresitores.

Revel. Partículas grandes

DI

Foto revelador

Rev. Partículas pequeñas

Foto revelador DS

líquido

Indicador digital Tubo de precipitado

Imán Fibra óptica lámpara

Fig. 36 Esquema operativo del instrumento en lectura directa

728

La densidad DL de las partículas grandes y DS de las partículas pequeñas se detecta como una atenuación de los rayos luminosos producida por el porcentaje de superficie que ocupan las partículas. Los valores de DL y DS proporcionan un índice cuantitativo representativo del volumen total de partículas producidas: Q = DL + DS

La diferencia entre DL y DS proporciona el índice de severidad representativo de la intensidad de los fenómenos de desgaste: S = DL – DS Para poder tener bajo control global los distintos fenómenos de desgaste, especialmente los procesos de desgaste por corrosión, que producen una gran cantidad de partículas muy pequeñas, provocando así una reducción del término de severidad S (S tiende a cero), se ha adoptado el índice de desgaste definido como: Is = Q x S = (DL + DS) x (DL – DS) = DL2 – DS2

Bomba

Tubo capilar De drenaje

Sustrato

Magneto en gradiente alto

Muestra de aceite

Cubeta de recolección

Fig. 37 Esquema funcional del analizador

729

El índice de desgaste constituye un parámetro muy sensible para detectar pequeñas variaciones de la densidad de partículas grandes y pequeñas, y por lo tanto el brote precoz de estados anómalos de desgaste. El DR se utiliza esencialmente como sensor de alerta y para efectuar un análisis de tendencia orientado al monitoreo de los sistemas en operación. 11.5 Instrumento analizador El analizador (fig. 37) constituye el instrumento fundamental de la ferrografía. Es el único instrumento capaz de recoger en forma altamente eficiente las partículas de desgaste y distribuirlas ordenadas por masa en un substrato transparente denominado ferrograma. Un volumen de 3 ml de aceite que contiene productos de desgaste se diluye y se hace fluir mediante una bomba peristáltica sobre un substrato transparente denominado ferrograma, ubicado con una ligera inclinación entre los polos de un imán estático con un alto gradiente de flujo, similar al utilizado en el DR. El substrato tiene una longitud de 60 mm, y está tratado para resistir sin daños temperaturas de más de 600ºC. En la zona central del ferrograma se coloca una barrera de cera en forma de “U” que facilita el flujo de aceite hacia la salida. La fig. 41 muestra esquemáticamente un ferrograma típico. Los fragmentos de desgaste se precipitan magnéticamente a medida que el aceite fluye por el ferrograma. Las partículas de desgaste severo (> 10 µm) se depositan en la zona de entrada del aceite al vidrio, mientras que las de desgaste normal (aprox. 5 µm) se depositan unos 6 mm corriente abajo (49 mm del ferrograma). Después de una fase de lavado efectuada con solventes apropiados, las partículas se adhieren perfectamente al ferrograma, que puede ser utilizado para estudiar los fragmentos por medio de un microscopio. La fig. 38 muestra también la distribución dimensional de las partículas en el ferrograma para un motor de combustión interna en condiciones normales de desgaste y en caso de desgaste severo de algunos componentes.

730

FILTRO NORMAL

DESGASTE NORMAL DESGASTE ANORMAL

40 DIMENSION MAX (µm)

FILTRO BY-

AL

30 20 FERROGRAMA 10

As

Distancias en el Ferrograma (mm)

Fig. 38 Distribución dimensional de las partículas en el ferrograma y relativas al campo operativo del filtro.

La preparación de los ferrogramas pasa por operaciones muy sencillas y codificadas, y se puede considerar muy reducido el tiempo necesario, correspondiente a unos diez minutos. 11.6 Ferroscopio El ferroscopio se utiliza para estudiar las partículas depositadas en los ferrogramas en términos de definición de la morfología y naturaleza de los fragmentos. El ferroscopio ha sido diseñado para proporcionar el mayor apoyo posible al análisis cualitativo de las partículas. Está formado por un microscopio bicromático conectado a una cámara y a un monitor de alta resolución. El microscopio permite iluminar el ferrograma con dos rayos luminosos monocromáticos de distintos colores, enfocados simultáneamente sobre las partículas de desgaste. 731

La fig. 39 muestra un esquema funcional del ferroscopio. Generalmente el rayo que ilumina por reflexión es de color rojo, y el que ilumina por transmisión es de color verde. 5

5

4

4

2 6

2

6

1 1- Ferrograma 2 – Rayo de luz refleja 3 – Rayo de luz difusa 4 – Ocular 5 – Densitometro 6 – Lector ferrograma (FR)

1

3

3

Fig. 39. Esquema del Ferroscopio

Se pueden usar también rayos de distintos colores con luz polarizada por transmisión o por reflexión, según las características de las partículas y los resultados buscados. Mientras que el análisis cuantitativo de las partículas no plantea dificultades operativas, dado que el DR lleva a cabo en forma automática una correcta lectura de DL y DS, de modo que la única exigencia operativa consiste en la preparación de la muestra según los procedimientos desarrollados, en el caso del análisis cualitativo mediante ferroscopio la preparación del operador es aún determinante para la calidad del resultado. 732

Partícula de rodaje

nivelación de aspereza:

Partícula de gasto rodante

Lubricación límite :

Partícula de abrasión

Contaminación aceite

N O R M A L

Aspereza dura y cortante Partícula de fatiga

Estímulo cíclico

Partícula de desgaste severo De arrastramiento

Excesiva Velocidad

Partícula de óxido

Temperatura elevada

Partícula de corrosión

Contaminante corrosivo Lubricante ácido

Esferoide

A N O R M A L

agujeros, erosión microagarrotamiento

Fig. 40 Tipo de partícula de desgaste. Condición operativa

Para facilitar esta tarea se han desarrollado técnicas de observación de las partículas mediante el ferroscopio, muy sencillas pero suficientes para proporcionar los elementos necesarios para llevar a cabo un diagnóstico preciso. Por lo que respecta al análisis morfológico de los fragmentos, se han desarrollado catálogos de partículas muy completos, suficientes para agrupar las partículas en función de las condiciones de operación de los sistemas. La fig. 40 muestra una síntesis de los principales tipos de partículas que se pueden encontrar en los sistemas lubricados en operación, correlacionándolos con las condiciones de funcionamiento. Análogamente, para determinar los materiales que conforman los fragmentos existen procedimientos de observación y tratamiento de las partículas simples que permiten agruparlas por clases de materiales. 733

En las páginas precedentes se ha resumido una metodología de clasificación de las características de las partículas basada simplemente en el análisis de la ubicación de los fragmentos en zonas separadas del ferrograma y de su respuesta a la iluminación con luz natural, bicromática y polarizada. Dentro de cada clase de materiales se pueden distinguir aleaciones específicas utilizando la técnica de oxidación selectiva (TOS). El uso de la TOS consiste en calentar el ferrograma en la atmósfera ambiente hasta una temperatura determinada y por un lapso de tiempo controlado. En estas condiciones la superficie de las partículas se cubre con una microcapa de óxido cuyo espesor es función de la temperatura, del tiempo y de las características de reactividad típicas de los materiales que componen los fragmentos. Al ser observadas con el ferroscopio las partículas adoptan distintas pigmentaciones superficiales según el espesor de la capa de óxido. Las principales correlaciones entre temperatura, tiempo, color y material se reproducen en la tabla 1. El ferroscopio puede también contar con un lector del ferrograma (FR) compuesto por una célula fotoeléctrica que, usando la iluminación del microscopio, permite determinar la densidad de las partículas en un punto cualquiera del ferrograma. Mientras que el DR puede medir la densidad de partículas en dos zonas bien definidas del substrato, correspondientes al desgaste severo y al desgaste normal, el FR puede medir la densidad de los detritos a lo largo de todo el espectro dimensional de las partículas, incluso valores inferiores a un micrón que es típico de los fragmentos que se precipitan en la zona de salida del ferrograma. El uso de FR permite monitorear con precisión los procesos de desgaste atípicos tales como los fenómenos de desgaste corrosivo presentes en los sistemas lubricados en operación. La densidad de partículas grandes y pequeñas medida respectivamente en la zona de entrada del ferrograma y a 49 mm, y denominada Al y As, resultan ser análogas a DL y DS pero numéricamente inferiores, dado que el FR ofrece una menor sensibilidad en comparación con el DR. Al final del texto de reproduce una serie de imágenes de partículas de desgaste típicas, con una descripción de la causa, tomadas del “Wear Particle Atlas” de la Standard Oil Instrument technologies, Usa.

734

Imágenes de partículas de desgaste típicas, con descripción de la causa (fuente: Wear Particle Atlas, Standard Oil Instrument Technologies, Usa Imagen al microscopio Descripción Ejemplos y causas de desgaste

Partículas planas tamaño máximo <10µm

Desgaste de máquina normal

Ampliación 1000x 1. Desgaste normal por estregamiento (Normal Rubbing Wear)

Partículas planas >20µm con estrías

Desgaste de dientes de engranajes causado por carga o velocidad excesivas.

Ampliación 450x 2. Desgaste grave por deslizamiento (Severe Sliding Wear)

Larga cinta encrespada de metal

Ampliación 1000x 3. Desgaste por corte (Cutting Wear)

735

Desalineación o posible fractura de superficies en o

Imagen al microscopio

Descripción

Ejemplos y causas de desgaste

Partículas de 1µm de espesor con agujeros

Desgaste causado por o rotatorio

Ampliación 450x

4. Desgaste laminar (Laminar Wear)

Pequeñas esferas

Rotura por fatiga causada por contaminación o roce rotatorio (rodamientos, árboles, engranajes)

Ampliación 1500x

5. Desgaste esférico (Spherical Wear)

Alta concentración de partículas finas a la salida del ferrograma

Ampliación 100x 6. Desgaste por corrosión (Corrosive Wear)

736

Agotamiento del aditivo del aceite

Imagen al microscopio

Descripción

Ejemplos y causas de desgaste

Partículas metálicas no alineadas con el campo magnético

Desgaste de un componente de aluminio

Ampliación 400x

7. Detritos no ferrosos (Non ferrous debris)

Partículas amarillas/rojas no alineadas con el campo magnético

Posible rotura de la jaula de un rodamiento

Ampliación 400x

8. Partícula de aleación de cobre (Copper alloy particle)

Ferrograma tratado térmicamente (330ºC/650ºF) con colores pajizos y azul templado. Indica respectivamente acero de media aleación y acero de baja aleación.

Ampliación 400x 9. Detritos de fierro fundido y acero de baja aleación (Cast iron an low alloy debris)

737

Posible rotura del cilindro o de un árbol de levas

11.7 Conclusiones La técnica ferrográfica ofrece interesantes posibilidades de interpretación y diagnóstico de los fenómenos de desgaste tanto en el campo de las pruebas de desarrollo como en el monitoreo de sistemas en operación en condiciones reales de funcionamiento. Los índices característicos QS e IS se correlacionan bien con la evolución y la intensidad de los fenómenos de desgaste y constituyen elementos confiables de juicio y advertencia. Los procedimientos de aplicación de los métodos ferrográficos han sido estandarizados y son lo bastante simples para permitir un uso intensivo de la técnica en los controles de rutina. Material

Color

Tiempo calent. seg.

Temperatura ºC 330

400

480

540

Acero de rodamientos

90

azul-gris

amarillo-gris puntos azules

-

-

Aceros bonificados

90

azul

gris

-

-

Aceros cementados

90

blanco-gris

blanco-amarillo

Fierro fundido

90

bronce

bronce-azul

-

-

Aleaciones en base a níquel

90

sin cambios

sin cambios

bronce-azul

azul azul-gris

Aceros inoxidables (austeníticos)

90

sin cambios

sin cambios tiende a amarillo

bronce

bronce-azul

Aleaciones en base a plomo

90

sin cambios

sin cambios

-

-

Aleaciones en base a aluminio

90

sin cambios

sin cambios

Tabla 1 - Características TOS para algunos grupos de materiales

738

12.

Visión panorámica de la aplicabilidad y confiabilidad de las PnD en la detección de defectos típicos de operación

12.1 Planificación y programación de las operaciones Las PnD, en los programas de mantención rutinaria y extraordinaria de las plantas industriales en general, no siempre son apreciadas en su justo valor, y la mayoría de las veces se ven drásticamente limitadas, tanto por la estrechez de los plazos y la carencia de recursos adecuados como por el escaso conocimiento que poseen los encargados de mantención en relación a las necesidades operativas de los varios tipos de metodologías de examen, y también por una planificación y programación no siempre puntual de las operaciones de mantenimiento. Por lo tanto, además de poseer un conocimiento en profundidad de las PnD y de las problemáticas vinculadas a ellas, es necesario saber planificar y programar correctamente sus intervenciones en las plantas industriales. Estos aspectos, como es fácil comprender, limitan seriamente la aplicabilidad y la precisión de las PnD. Preparación de las superficies de examen Para algunos tipos de pruebas (por ejemplo, ultrasonidos, tintas penetrantes y controles magnéticos) la preparación adecuada de las superficies de examen es indispensable para una ejecución exitosa. Los componentes en servicio, más que cualquier otro, poseen condiciones superficiales extremadamente críticas (fenómenos de oxidación o daños causados durante las distintas fases de montaje). Dado que la preparación de las superficies es un tema que suele involucrar tiempos y costos considerables, es necesario que los responsables de mantenimiento sepan evaluar el grado de preparación superficial suficiente para permitir que las PnD proporciones resultados confiables sin sobrecargar innecesariamente los costos y los tiempos con preparaciones excesivas o incluso superfluas. Podemos considerar por ejemplo la preparación superficial para el examen mediante ultrasonidos de un acople: en función de la criticidad del componente, la preparación puede consistir en un simple cepillado de las superficies a ambos lados del acople, o en un lijado, hasta llegar en casos más críticos a un rebaje completo del exceso de metal de la soldadura.

739

Conocimiento de los defectos típicos de las plantas industriales El conocimiento de la tipología característica de los defectos de las plantas industriales en las que se trabaja, esto es su origen, su ubicación dentro de un componente, la probabilidad de identificarlos en ciertas zonas predefinidas y su evolución, son informaciones indispensables para implementar una correcta metodología de control. Si carecemos de esta información existe el riesgo de aplicar metodologías inadecuadas o de vernos obligados a utilizar PnD en forma intensiva para garantizar la capacidad de detectar todo tipo de defecto imaginable. Sensibilidad de los controles Partiendo de la base que la expresión “pieza con cero defectos” técnicamente carece de sentido, será necesario referirse siempre al “defecto mínimo aceptable” para poder definir, para las distintas PnD empleadas, la sensibilidad en la detección de discontinuidades. Una vez definido el defecto mínimo aceptable (tarea normalmente encomendada a los ingenieros de proyecto), asume un papel determinante la comparación con los defectos artificiales de forma y dimensiones estándar en bloques de calibración. En la definición de la sensibilidad de las PnD para distintos productos manufacturados, prestan una gran ayuda las normativas nacionales e internacionales vigentes, que en muchos casos también sugieren los procedimientos más correctos para llevar a cabo el examen. Calificación del personal encargado de las PnD Como hemos dicho, la ejecución de un examen supone que se ha definido un procedimiento de control adecuado que garantice una aplicación correcta del método. Además, la eficacia de las PnD en servicio se basa principalmente es su repetitibilidad, característica que sólo se puede lograr si se respetan todas las condiciones de su aplicación. Por lo tanto, la ejecución de las PnD debe encomendarse a personal calificado, de capacidad comprobada, dotado de seriedad profesional y que haya acumulado suficiente experiencia en el tipo de defecto en cuestión. Para la capacitación del personal se acostumbra referirse a las normas internacionales SNT-TC-1A.

740

Certificación Etapa final de un control, la certificación constituye un paso importante. Un examen bien llevado a cabo pero incorrectamente certificado pierde gran parte de su validez, puesto que no se lo puede verificar y no permite efectuar una comparación con exámenes anteriores o sucesivos. 12.2 Frecuencia y extensión de las PnD La frecuencia y la extensión de las PnD se correlacionan fundamentalmente con el grado de confianza y conocimiento de los responsables de mantenimiento con respecto a las características y a la confiabilidad de la planta. El uso de técnicas de monitoreo “on stream”, esto es que actúan sobre componentes en servicio, constituye una valiosa ayuda para los técnicos en el logro de una mantención principalmente predictiva por condición. 12.3 Técnicas PnD Con respecto a los campos de aplicabilidad las PnD pueden agruparse en las tres clases siguientes: clase 1 clase 2 clase 3

PnD superficiales o subsuperficiales: adecuadas para detectar discontinuidades superficiales o subsuperficiales; PnD volumétricas: adecuadas para detectar discontinuidades ubicadas en el interior de los materiales; PnD globales: adecuadas para verificar la funcionalidad de un componente o de un sistema en su totalidad.

Por otra parte, con respecto a las fases de intervención, las PnD se pueden clasificar del siguiente modo: “A” “B”

PnD para operaciones con la planta en funcionamiento (“on stream”); PnD para operaciones con la planta detenida (por planta detenida se entiende también planta asegurada).

En base a la clasificación antedicha, la tabla 2 muestra los distintos tipos de PnD de uso normal, junto con sus respectivos campos de aplicación y limitaciones.

741

12.4 Tipología de las anomalías más probables en las plantas industriales y las PnD más adecuadas para detectarlas A continuación presentamos una lista, no exhaustiva por cierto, de las anomalías que se encuentran con mayor frecuencia en las plantas industriales (químicas, petroquímicas, de generación de energía, etc.) y se mencionan brevemente las PnD más adecuadas para su detección. Deformación Es el resultado de una sobresolicitación térmica y/o mecánica. Puede estar acompañada de variaciones de las características metalúrgicas, de reducciones de espesor y de formación de grietas. PnD atinentes: − VT: es la primera y más importante fuente de información, y debe realizarse antes de cualquier otro examen; − UT: exámenes de espesor con sondas dobles y de observación de defectos con sondas angulares; − PT: para buscar defectos superficiales − MT: para busca defectos superficiales y subsuperficiales − AM: réplicas metalúrgicas y durezas para detectar posibles variaciones de las estructuras. Blistering (ampollas de hidrógeno) Son causadas por la difusión de hidrógeno atómico liberado por reacciones químicas en la interfaz metal-fluido. Debido a sus dimensiones, el hidrógeno penetra en el material, y donde encuentra microcavidades o especialmente segregaciones se modifica, transformándose en hidrógeno molecular, ejerciendo fuertes presiones (del orden de miles de atmósferas) y produciendo la separación del material con formación de excrecencias.

742

Test PnD

Símbolo

Aplicaciones

Radiográfico

RT

1-2

A-B

Ultrasonidos

UT

1-2

A-B

EMA

2

A

Magnetoscópico

MT

1

A-B

Tintas penetrantes

PT

1

A-B

Corrientes inducidas (Eddy currents)

ET

1

B

Emisión acústica

AE

1-2-3-

A-B

Termográfico

TT

1-3

A

Búsqueda de fugas (Leak test)

LT

3

B

Examen visual Método eléctrico

VT ME

1 1

A-B A-B

Métodos favilométricos

MS

1

Análisis químicos, metalúrgicos y de dureza

AM

1

Ultrasonido en caliente

A-B

Limitaciones Los espesores máximos dependen de las energías disponibles; para las energías normalmente usadas en servicio los espesores máximos son del orden de 80-100 mm de acero. Para ser detectadas, las discontinuidades deben estar orientadas en forma paralela a la dirección de las radiaciones ionizantes. Los trabajos efectuados a temperaturas por sobre los 50ºC se hacen críticos y requieren tomar medidas especiales. Las estructuras toscas (p. ej. piezas fundidas o soldaduras austeníticas) causan problemas de atenuación que no siempre se pueden resolver. La preparación de las superficies debe ser muy meticulosa. Temperatura máxima de las superficies examinadas: 180-200 ºC Sólo para determinar espesores. Temperatura máxima de las superficies examinadas: 750 ºC Sólo se puede llevar a cabo en materiales ferromagnéticos. Temperatura máxima de las superficies examinadas: 300 ºC Es necesario saber evaluar los sistemas más adecuados para la limpieza de las superficies. Temperatura máxima de las superficies examinadas: 200 ºC El control se ve afectado por muchas variables, de modo que se debe comprobar la sensibilidad caso a caso. El control de materiales ferromagnéticos es a menudo crítico. Sólo se detectan defectos en fase dinámica. Es difícil discriminar las distintas señales. El componente debe estar sometido a solicitaciones. Las áreas de exploración deben ser visibles. Los objetos de baja emisividad son difíciles de examinar. En componentes de grandes dimensiones resulta crítico crear un vacío aceptable. La limpieza del componente, sobre todo en cuanto a la humedad, constituye una condición crítica del trabajo. Las zonas exploradas deben ser accesibles. La forma y la orientación de la discontinuidad puede afectar la precisión del examen. Sólo se pueden ejecutar en materiales no conductores apoyados en soportes metálicos. La superficie a explorar debe ser accesible y estar preparada adecuadamente.

743

PnD atinentes: − VT: el examen es posible sólo si las ampollas se forman en el lado visible; − UT: es indispensable para delimitar el área afectada por el fenómeno y determinar la presencia de agrietaduras dentro de los acoples soldados. Sobrecalentamientos Son especialmente peligrosos si se producen en componentes sometidos a solicitaciones mecánicas, debido a la merma de las propiedades tensiles. Posibilidad de flujo viscoso mayor que lo previsto y posible acentuación de los fenómenos corrosivos. PnD atinentes: − VT: proporciona el cuadro exacto del fenómeno; − TT: con esta técnica se pueden identificar los puntos sobrecalentados, incluso a distancia, siempre y cuando el sobrecalentamiento esté en curso. Se determina también la temperatura exacta. No se tiene información sobre el estado del metal; − EMA: controles de espesor hasta 750 ºC; − AM: posible análisis metalográfico con réplica para determinar la magnitud del deterioro. Corrosión o erosión uniforme Son causadas por una especial agresividad del fluido contenido: pH, conductividad, alta velocidad, etc. PnD atinentes: − UT: controles de espesor según criterios vinculados a la extensión y la extensión del fenómeno corrosivo-erosionante; − ET: controles de espesor para espesores de hasta 10 mm. Especialmente utilizadas en el control de haces de tuberías de intercambiadores de material magnético o ferromagnético; − RT: este método se emplea en tuberías para tener una visión de conjunto del espesor de la sección.

744

Corrosión localizada (pitting o picaduras) Se debe a agentes específicos o situaciones especiales de corrosión. PnD atinentes: − UT: examen con sondas planas dobles emisoras-receptoras. Este control es eficiente cuando se trata de dimensionar las anomalías, mientras que para la detección es largo y costoso; − RT: examen eficaz, aunque necesita de un tiempo relativamente largo. La evaluación de la gravedad de la corrosión se lleva a cabo por comparación entre zonas de distinta densidad radiográfica; − MT: además de las técnicas que utilizan partículas magnéticas, se emplean metodologías de búsqueda de flujo disperso con sondas de Hall para efectuar controles rápidos de grandes superficies (p. ej. piping y fondos de estanques); − PT: éste es a veces el único método posible cuando haya que realizar controles superficiales muy extensos.

Superficies en o con asientos y soportes varios La presencia de asientos y soportes puede comprometer o deteriorar las protecciones anticorrosión del componente, al favorecer la acumulación de humedad, especialmente si agresiva, que puede alcanzar el metal. PnD atinentes: − VT: sirve para identificar los fenómenos macroscópicos de deterioro; − UT: se efectúa en la superficie del metal en posición opuesta a aquélla con asientos y soportes. En el caso de los caños, el control debe realizarse en forma interna, sirviéndose de equipos automatizados. Superficies en o con diafragmas (haces de tuberías de intercambiadores) La presencia de diafragmas (baffles) en los intercambiadores puede inducir tres anomalías típicas de los tubos situados debajo: 1. abolladuras producidas por las vibraciones y sacudidas; 2. abolladuras producidas por un aumento del volumen de óxidos generados entre el caño y el diafragma; 3. fenómenos de erosión-corrosión localizada, causados por la presencia de fluidos en fase mixta líquido-gas.

745

PnD atinentes: − ET: utilizando la técnica de multifrecuencia es posible identificar los defectos, eliminando las señales de perturbación provocadas por la masa metálica del diafragma.

Anomalías de los revestimientos refractarios Daños producidos por causas mecánicas y térmicas; provoca una dispersión de energía y sobrecalentamiento. PnD atinentes: − TT: es la única forma posible de identificar dichas anomalías a distancia y con rapidez; − VT: posible solo con la planta detenida. Anomalías de los recubrimientos de aislación térmica y acústica Daños producidos por causas mecánicas, térmicas o químicas; causan dispersión de energía e infiltraciones de humedad y agentes agresivos. PnD atinentes: − TT: muy eficaz para identificar las zonas afectadas; no proporciona información acerca del estado del metal. − VT: permite verificar la presencia de corrosiones; − UT: permite cuantificar las corrosiones; Anomalías de los revestimientos no conductores Se entiende por revestimientos no conductores las pinturas protectoras, los esmaltados, la ebonita, etc. Las causas de deterioro de dichos revestimientos pueden ser shocks térmicos, mecánicos y ataques químicos PnD atinentes: − VT: siempre son útiles para detectar los casos más notorios; − PT: se utiliza para buscar pequeñas fisuras; − MS: este método permite verificar si el revestimiento, aun cuando no presente signos de deterioro, ha perdido sus características dieléctricas; − ET: detecta el espesor del revestimiento no conductor si ha sido aplicado sobre superficies conductoras.

746

Anomalías de los revestimientos conductores, enchapados Normalmente los materiales utilizados para revestimientos o enchapados son aceros de la serie AISI 300 o 400, aleaciones de cobre o de plomo. Durante la operación estos revestimientos pueden agrietarse, despegarse o corroerse debido a shocks térmicos, mecánicos y ataques químicos.

PnD atinentes: − PT: el método más rápido y mejor paras superficies extensas; − UT: el control puede llevarse a cabo tanto por el lado enchapado como por el lado expuesto. La estructura del revestimiento es determinante para la sensibilidad del control. Para superficies toscas se deben usar transductores de ondas longitudinales con haz inclinado; − ET: el método se puede usar solamente por el lado enchapado y para defectos emergentes y subsuperficiales; − RT: solamente detecta defectos no planares. Grietas de distinta naturaleza (tensocorrosión, fatiga, fatiga térmica, etc.) Algunas son producto de la acción combinada de solicitaciones térmicas o mecánicas y un medio corrosivo crítico, otras son causadas por excesivo stress. PnD atinentes: S PT: se deben emplear metodologías de alta sensibilidad con tiempos prolongados de penetración del revelador; S MT: el procedimiento de control debe ser especialmente meticuloso, debido a que las grietas pueden tener dimensiones mínimas. Sólo se aplica a materiales ferromagnéticos; S UT: se deben usar las frecuencias más altas posibles e inclinaciones distintas de los transductores; a veces las grietas, especialmente aquéllas causadas por tensocorrosión, pueden presentar superficies de fractura tan próximas que no son detectables mediante ultrasonidos; S ME: se consigue determinar con bastante precisión a profundidad de las grietas que afloran a la superficie. S ET: este método es muy eficaz para inspeccionar zonas poco accesibles, tales como hilos de pernos, muescas de chavetas, orificios, etc. S RT: para mejorar la sensibilidad, en lo posible se debe tratar de usar rayos X, técnica de pared sencilla con película de grano fino. 747

Depósitos internos en tuberías (hornos, calderas) La presencia de depósitos internos en tubos de hornos o calderas, al obstaculizar el intercambio térmico, causa un considerable aumento de la temperatura y el deterioro de las tuberías.

PnD atinentes: − RT: se puede detectar y medir el estrato de depósitos, pero solamente con el horno parado; además, no es posible efectuar un control intensivo; − TT: permite detectar depósitos estando el horno en operación, en forma extensiva en todas las tuberías. Obviamente los hornos deben estar preparados para la inspección, con ventanillas practicadas en las paredes para tal fin.

Ataques por hidrógeno Proceso degenerativo causado por el hidrógeno a alta temperatura en materiales de acero al carbono y de baja aleación. Se manifiesta a través de la generación de macro y microfisuras. PnD atinentes: − UT: dependiendo de la estructura del material se podrán utilizar las metodologías normales; si la estructura es muy tosca se emplea la técnica por transparencia, basándose en la atenuación del haz de ultrasonidos. Alta velocidad de inspección; − RT: sensible para defectos de un cierto tamaño; es un método relativamente lento. Procesos de carburización Causados por la difusión de carbono sobre la matriz metálica, se ven agravados por los sobrecalentamientos, que pueden acarrear además una reducción del espesor. Los componentes más expuestos a este fenómeno son las tuberías de hornos cracking PnD atinentes: − ET: método rápido para detectar la extensión de la carburización en materiales tipo HK40 o 25Cr35Ni. Es útil también para medir los espesores residuales, realizada en forma continua a lo largo de varias generatrices; − UT: las mediciones de espesor pueden verse afectadas por los productos de corrosión. El acoplamiento es crítico. 748

Defectos de las soldaduras Las juntas soldadas, por ser fuente de tensiones, alteraciones estructurales y discontinuidades, son puntos preferenciales para la formación de fisuras de distintos orígenes (tensocorrosión, fatiga térmica, etc.). Por consiguiente, las PnD atinentes serán aquéllas relacionadas con la detección de fisuras. Sólo queremos recordar que, en el caso de soldaduras de aceros austeníticos, los exámenes tradicionales con UT, realizados con ondas transversales, son poco significativos; por lo tanto, se recurre a transductores de ondas longitudinales con haz inclinado, que permiten obtener mejores definiciones.

12.5 Exámenes globales de la planta o del componente Describiremos brevemente las técnicas no destructivas que permiten realizar un examen global del estado del componente (para mayores detalle ver los capítulos anteriores). Prueba de estanquidad o búsqueda de fugas (LT) Para evaluar la seguridad de un componente, especialmente si contiene fluidos tóxicos, la verificación de la estanquidad constituye una condición indispensable para la puesta en servicio. Las técnicas más difundidas son: 1. prueba hidráulica; 2. prueba neumática; 3. búsqueda de fugas con gases halógenos; 4. búsqueda de fugas con helio y espectrómetro de masas. Estas pruebas se aplican principalmente a recipientes a presión y a los intercambiadores de calor con el fin de: a. determinar la pérdida global; b. determinar y localizar los escapes individuales en los conectores o en las soldaduras, especialmente aquéllas entre los tubos y la placa.

749

Emisión acústica (AE) Este método, que evalúa la discontinuidad en el interior de un componente en base a las señales acústicas producidas cuando se encuentra en fase dinámica, requiere que el componente esté permanentemente sometidos a esfuerzos. La principal ventaja de esta técnica es el monitoreo incluso por tiempo prolongado del componente en su conjunto o de las discontinuidades conocidas, a fin de evaluar su evolución. Se utiliza también para buscar pérdidas en estanques y tuberías. Termografía infrarroja Esta técnica tiene los siguientes campos de aplicación: • mantención: se buscan defectos que pueden comprometer el funcionamiento de una planta o parte de ella; por ejemplo, el desprendimiento localizado de material refractario de un horno o de un reactor, oxidación de una conexión eléctrica, etc. • conservación de energía: se revisan las pérdidas globales de energía de un componente para decidir, en base al costo, si es más conveniente intervenir para eliminar las pérdidas o continuar operando el componente. Naturalmente, estas consideraciones deben apoyarse en cálculos precisos de dispersión energética y evaluación de costos; • verificación de la ejecución de los trabajos: después de los trabajos de reparación de las anomalías halladas mediante análisis termográfico habría que verificar la calidad de las faenas llevadas a cabo por el encargado de proyectos y por el encargado de operaciones en la planta. Existe ya la tendencia, por parte del comisionante, a supeditar la aceptación de un trabajo determinado a la verificación termográfica.

12.6

Conclusiones

La realización de un programa adecuado de inservice inspection en plantas industriales es el fruto de una colaboración efectiva entre las distintas unidades destinadas a la operación, al mantenimiento y a la inspección de las instalaciones.

750

Es indispensable efectuar una programación y planificación seria de todas las acciones necesarias para poner en práctica un servicio confiable de PnD. Además, siempre es preferible intervenir con la planta en funcionamiento a fin de reducir los tiempos de parada y poder efectuar controles más frecuentes en los componentes más críticos. Se debe prestar atención especial a todas aquellas operaciones que permiten que los técnicos desempeñen su labor en mejor forma, tales como la preparación del las superficies, la accesibilidad y practicabilidad de los componentes, etc. Es de importancia fundamental la capacitación del personal encargado de las PnD y el uso de instrumental adecuado. De lo dicho hasta aquí se desprende que un “buen” control no destructivo en operación es el resultado de una serie de acciones concomitantes e integradas unas con otras, de modo que basta con que una de ellas no sea adecuada para comprometer el éxito global. Finalicemos recordando la siguiente máxima, que conserva siempre su validez: “Un control o se hace bien o es mejor no hacerlo”.

Bibliografía

1. Enea (Comitato nazionale per la ricerca e per lo sviluppo dell’energia nucleare e delle energie alternative), Aipnd (Associazione Italiana Prove Non Distruttive): Prove non distruttive, Collana PnD, Roma, 1989. 2. A. Maciga, C. Aiello, “Panoramica sull’appplicazione e affidabilità delle PnD nella rilevazione di difetti tipici di esercizio”, Il Giornale delle prove non distruttive, n. 3, 1985. 3. A. Maciga, “Análisis ferrografica per la reevazione preventiva dell’usura: Teoria e Pratica”, Il Giornale delle prove non sistruttive, n. 2, 1990. 4. G. Adriani, “Spettrometria RDE e RPS”, New Letter MECOIL. 5. Enea, Aipnd, PnD Management, Collana PnD, Roma, 1989. 6. A. Belmondo, B. Giuggioli, “Interpretazine dei processi di usura con l’impiego della tecnica ferrografica”, Metallurgia italiana, n. 10, 1981. 7. Stanley Ness (tech.ed.), Charles N. Sherlock (tech.ed.), Patrick O. Morre (ed.), Paul McIntire (ed), “Nondestructive Testing Handbook”, 2nd 751

Edition, Volume 10, Nondestructive Testing Overview. ASNT – Año 1996, ISBN: 1-57117-018-9 8. Robert C. McMaster (ed), “Nondestructive Testing Handbook, Primera Edición. ASNT, Año 1959, ISBN: 0-318-17193-7 9. Robert C. McMaster, Paul McIntire, Patrick O. Moore, “Nondestructive Testing Handbook, Tirad/Second Edition Set (11 tomos), ASNT, Año 1982-2000.

752

9. Técnica de elementos finitos como herramienta en la predicción de la integridad estructural por Fernando Labbé 1. Introducción Fallas por fractura que se originan por defectos pre-existentes tales como grietas son generalmente catastróficas y suelen involucrar pérdidas de vidas humanas, así como también enormes pérdidas económicas. Estudios recientes en Europa[1], estiman un valor de pérdidas por fractura equivalentes al 4% del producto geográfico bruto, cifra que se estima es igualmente aplicable a otras naciones desarrolladas. En la construcción de equipos de proceso se utilizan hoy en día cada vez más materiales con una elevada resistencia mecánica. No obstante su elevada resistencia, estos materiales presentan generalmente una baja resistencia a grietas internas medidas a través de su tenacidad a la fractura. Es así, que si los valores de tenacidad no son los adecuados, o si las condiciones de servicio son anómalas, estos materiales pueden ser extremadamente sensibles a la presencia de grietas. Estas, bajo determinadas condiciones de combinaciones de carga principalmente aquellas de carácter dinámico, pueden crecer en forma inestable provocando fallas estructurales de proporciones y/o altísimos costos asociados a pérdidas por detención de la producción. La eliminación total de grietas en estos materiales es técnicamente muy difícil, o de costo muy elevado, puesto que estos defectos se producen ya sea durante la fabricación del componente, o bien durante el montaje, operación, y eventuales reparaciones inadecuadas del equipo. Por otra parte, los criterios tradicionales de diseño basados en el esfuerzo de fluencia, esfuerzo máximo o en diagramas S-N no permiten cuantificar la peligrosidad de estas grietas en componentes estructurales. Esto lleva a que diseños basados en los criterios anteriores, sean demasiado conservativos. Mientras que este conservatismo puede ser en algunas circunstancias adecuado, también puede innecesariamente imponer costosas evaluaciones no destructivas y/o costosas políticas de reparación. Actualmente, los criterios modernos de diseño y evaluación de la integridad estructural de equipos utilizan la Mecánica de Fractura ElásticaLineal (MFEL) la que hasta ahora, ha permitido obtener componentes estructurales más seguros. La aplicación convencional de la MFEL se basa en la utilización de un parámetro K, denominado factor de intensidad de esfuerzos, que caracteriza el campo de esfuerzos en el vértice de la grieta. 753

Para este efecto, se utiliza la solución del campo singular de esfuerzos alrededor de la grieta para un material elástico [2]. Esta solución asintótica, denominada campo singular de esfuerzos, contiene al factor de intensidad de esfuerzos K como parámetro caracterizador del nivel de esfuerzos alrededor de la grieta. Así, y de acuerdo evidencia experimental, la iniciación del crecimiento de grietas en un material ocurre cuando el parámetro K alcance un valor crítico KIc, denominado fractotenacidad KIc, y que depende únicamente del material. En la actualidad, la metodología de Mecánica de Fractura, permite evaluar cuantitativamente la peligrosidad de estos defectos, evaluar con gran confiabilidad las causas de fallas en componentes y estimar eventualmente vida útil remanente de equipos en operación. En el caso del análisis de integridad estructural de un equipo, la Mecánica de Fractura permite determinar: • •

La integridad estructural global del equipo. Especificar las zonas mas probables de agrietamiento crítico de la estructura para especificar la frecuencia de inspección de estas zonas • Estimar la peligrosidad de grietas que se produzcan durante la vida útil del equipo. Esto permite planificar con antelación cualquier reparación estructural del equipo evitando así, detenciones imprevistas. Así, la metodología de Mecánica de Fractura, antes descrita, puede ser aplicable a todo tipo de equipo de crítica utilización y alto costo para una evaluación confiable de la integridad estructural en equipos agrietados. Requisito esencial para la aplicación de la Mecánica de Fractura es el conocimiento del estado de esfuerzos tridimensional en el componente estructural para de este modo determinar el parámetro K, caracterizador del campo de esfuerzos en el vértice de la grieta.

754

2. El método de elementos finitos en análisis estructural 2.1 Antecedentes generales Tal como se estableció en el capítulo anterior, para evaluar la integridad estructural de un equipo como también su vida útil remanente, es fundamental conocer el estado de esfuerzos y deformaciones en el componente. La determinación analítica de esfuerzos y deformaciones es posible solo en configuraciones geométricas muy simples. En el caso de geometrías tridimensionales, particularmente aquellas que presentan agrietamientos, la solución analítica del campo de esfuerzos/deformaciones es imposible por lo que se debe recurrir a soluciones mediante métodos computacionales. De varios métodos computacionales disponibles, el método de elementos finitos (MEF) presenta mayores ventajas debido a su capacidad de modelar configuraciones complejas [3]. En este capítulo se presentan los fundamentos del Método de Elementos Finitos (MEF). Para el desarrollo de estas ecuaciones, se utilizará notación matricial para representar las variables del problema de elasticidad. Así, el campo tridimensional de esfuerzos del cuerpo se escribirá en forma matricial como:

σ T = {σ x σ y σ z τ xy τ xz τ yz } De igual forma el campo de deformaciones y el campo vectorial de desplazamientos, se escribirán respectivamente como:

e T = {ε x ε y ε z τ xy γ xz γ yz } u T = {u v w}

En la mayor parte de los problemas estructurales reales, las componentes de deformación son muy pequeñas. Esto permite relacionar las componentes de deformación con las componentes del vector desplazamientos mediante la siguiente relación lineal:

∂u ∂v ∂w ,ε y = , εz = ∂x ∂y ∂z ∂v ∂u ∂u ∂w ∂v ∂w = + , γ xz = + , γ yz = + ∂x ∂y ∂x ∂z ∂y ∂z

εx = γ xy

755

Las relaciones anteriores, pueden expresarse utilizando una matriz operador diferencial D como:

e=Du Para un material con un comportamiento elástico lineal, el campo de esfuerzos se relaciona con el campo de deformaciones mediante la ley de Hooke. Esta relación puede escribirse como:

σ =Ce Donde la matriz C contiene el módulo de elasticidad E y el coeficiente de Poisson ν. Por otra parte, la energía de deformación elástica acumulada por el cuerpo cuando es sometido a un estado de esfuerzos, se expresa como:

U=

1 T e σ dv 2 ∫v

El problema de elasticidad consiste en determinar el estado tridimensional de esfuerzos y deformaciones en un cuerpo. Este problema puede formularse en una forma variacional, que se describe brevemente a continuación y que representa la base fundamental para el Método de Elementos Finitos. Considérese un cuerpo tridimensional de volumen V y superficie S, tal como se muestra en la Figura 1. El cuerpo está sometido a fuerzas de superficie t por unidad de área, que actúan en una superficie St y está apoyado en una superficie Su con desplazamientos conocidos u0. Adicionalmente, actúa una fuerza externa de cuerpo b por unidad de volumen, correspondiente generalmente a la fuerza de gravedad. Las unión de las superficies St y Su es igual a la superficie total S, y no existe intersección entre Su y St. Si el cuerpo está en equilibrio, el principio de energía potencial mínima establece que: De todos los campos de desplazamientos que satisfacen la condición de borde impuesta u = uo en la superficie Su , aquel que es solución al problema de elasticidad planteado es aquel que minimiza la siguiente expresión:

π = U − ∫ u T tˆ dS − ∫ u T b dv St

v

756

(1)

Fig. 1. Cuerpo Tridimensional de volumen V y superficie S.

Donde U es la energía de deformación elástica, t es la fuerza de superficie por unidad de área prescrita en St, b es la fuerza de cuerpo por unidad de volumen. 2.2 Método de elementos finitos En el método de elementos finitos, el cuerpo de volumen V es discretizado en un número N de partes o elementos finitos. Cada uno de estos elementos está interconectado entre sí a través de sus puntos nodales localizados en los bordes de los elementos. Se puede pensar entonces que el cuerpo completo puede ser representado como un ensamblado de elementos “ladrillos”, colocados uno al lado del otro sin dejar intersticios entre ellos. Esto es un ejemplo simple de representación; en la práctica se pueden utilizar elementos con diferentes geometrías y puntos nodales en sus caras como también, en el interior del elemento. Tal es el caso presentado en la Figura 2 que representa una discretización con 11.262 elementos finitos de tipo “ladrillo” de 20 nodos para modelar una grieta superficial en una tubería a presión [4]

757

Esta discretización del volumen V en N elementos finitos genera Ng nodos globales en la estructura completa. En cada uno de estos nodos globales, se definen como incógnitas ya sean desplazamientos y/o rotaciones de la estructura en ese punto. El vector que contiene todos los desplazamientos y/o rotaciones para la totalidad de nodos de la estructura se denomina vector de desplazamientos globales q.

Fig. 2.

La discretización del volumen V del cuerpo en N elementos finitos permite escribir la ecuación 1 como la suma de las contribuciones a π de N elementos: N

π = ∑π e e =1

(2)

Con

πe =

1 e T Ce dv − ∫ u T tˆ dS − ∫ u T b dv ∫ V St e Ve 2 e

3 758

(3)

Donde Ve es el volumen del elemento e-ésimo y Ste es la parte de la superficie de S que posee el elemento e. Para un elemento finito típico “e”, el campo vectorial de desplazamientos en su interior se puede expresar como una interpolación de sus desplazamientos incógnitos qe en sus puntos nodales: (4)

u(x,y,z) = N(x,y,z) qe

Donde N(x,y,z) es la matriz de interpolación y el vector qe, denominado vector de desplazamientos locales, contiene las incógnitas, ya sean desplazamientos y/o rotaciones de la estructura en los todos los nodos del elemento “e”. Utilizando la relación matricial deformación-desplazamientos mostradas en ecuación 5, se puede expresar el campo de deformaciones del elemento en términos del vector de desplazamientos locales qe como: e = B (x,y,z) qe

(5)

Donde B (x,y,z) es la matriz obtenida al aplicar el operador matriz diferencial D a la matriz de interpolación N(x,y,z). Sustituyendo las expresiones anteriores 4 y 5 en la ecuación 3 se obtiene:

1 T qe k e q e − q eT Qe 2

πe =

(6)

Donde:

k e = ∫ B T CB dv

(7)

Ve

Qe =

∫N ( ) St

e

T

tˆ dS + ∫ N T b dv

(8)

Ve

De esta forma, la ecuación 2 puede escribirse como: N 1  π = ∑  qeT k e q e − qeT Qe   e =1  2

(9)

Realizando una asignación matricial entre el vector de desplazamientos locales qe del elemento y el vector de desplazamientos globales q de la 759

estructura y una posterior manipulación matricial, se obtiene la siguiente expresión, en términos de los desplazamientos generalizados globales q de la estructura:

π=

1 T q Kq − q T Q (10) 2

La matriz K se denomina matriz de rigidez global de la estructura y es una matriz cuadrada, bandeada, simétrica y de tamaño igual al número de grados de libertad global de la estructura. Tanto la matriz K como el vector de cargas globales Q se forman con la contribución de los N elementos finitos de la estructura. De acuerdo al principio de energía potencial mínima la expresión (10) debe ser un mínimo. Se procede entonces a minimizar la expresión anterior con respecto a todas las componentes del vector de desplazamientos globales q de la estructura. En el caso de la forma cuadrática anterior, el mínimo ocurre cuando q satisface el siguiente sistema de ecuaciones lineales: Kq=Q

(11)

El carácter bandeado de matriz K significa que todos los elementos distintos de cero están agrupados en una banda delgada alrededor de la diagonal de la matriz. Fuera de esta zona, todos los elementos son ceros. Esto reviste una gran importancia del punto de vista computacional por las siguientes dos razones: a) solo es necesario almacenar los elementos distintos de cero de K; por lo que se reduce enormemente el espacio requerido en el computador para almacenar la matriz K, b) se utilizan algoritmos numéricos de gran eficiencia y rapidez que aprovechan el carácter de banda de K por lo que es posible resolver en la actualidad, sistemas de ecuaciones del orden del millón de ecuaciones lineales simultáneas. Finalmente, una vez solucionado numéricamente el sistema de ecuaciones lineales (11) para el vector de desplazamientos globales q, se obtiene posteriormente el campo de desplazamientos, deformaciones y finalmente, los esfuerzos completos en la estructura. Existen varios softwares de elementos finitos que se utilizan en análisis de integridad estructural. Su costo crece rápidamente en función de la capacidad del software de analizar componentes estructurales de mayor complejidad. El software Algor [5] permite analizar con alta confiabilidad componentes estructurales de mediana complejidad. Para situaciones estructurales complejas existen programas tales como Abaqus [6] y Adina [7].

760

3. Análisis de casos 3.1 Caso: Evaluación de integridad estructural de tapas de molinos en la industria minera Las tapas de molinos hardinge de 14`x 24` presentan grietas superficiales internas en sus apoyos. La longitud máxima de grieta medida por ultrasonido es de 70 mm de largo y 8 mm de profundidad. Se requiere evaluar la peligrosidad actual de esta grieta y el tiempo máximo que puede transcurrir antes de detener el molino para efectuar una reparación completa de estas grietas. El material utilizado en la construcción de estas tapas es una fundición gris perlítica Meehanite con un valor de fractotenacidad K1c= 20 MPa-m La pared interior de estos molinos esta revestida con lainas de acero y lifters protegidos con goma. Para la molienda del mineral se utilizan bolas de acero de 3.5” de diámetro. El casco y apoyos del molino fueron modelados con gran detalle por el Método de Elementos Finitos utilizando elementos de tipo cáscara. Las cargas consideradas en el modelo incluyeron: peso propio del molino, lainas, pulpa, bolas de molienda y cargas por impacto dinámico de las bolas sobre el casco del molino Consideración especial requiere la determinación de la carga de impacto dinámico anterior, debido a que corresponden a la mayor parte de la solicitación de carga sobre el molino. Estas cargas de impacto, fueron obtenidas a partir de datos empíricos disponibles en este tipo de molinos y para este diámetro de bolas. A partir de los resultados obtenidos por elementos finitos del campo de esfuerzos se determinó el factor de intensidad de esfuerzos K para la grieta superficial interior mas peligrosa en los apoyos del molino. Los valores máximos obtenidos para K para las grietas de mayor longitud y profundidad fueron de 12 MPa-m. Siendo este valor menor que la fractotenacidad del material ( 20 MPa-m) implica que, esta grieta analizada no representa peligro de un crecimiento descontrolado que pueda producir un colapso estructural del molino. Por otra parte, el tamaño crítico de grieta obtenidas para las condiciones de operación del molino es de 22 mm de largo y 15 mm de profundidad. Se disponía de un historial del crecimiento de las grietas obtenido de mediciones con ultrasonido. En grietas específicas, se midieron sus largos en un transcurso de 2 años, aprovechando las mantenciones previstas o imprevistas del molino Esto permitió determinar la tasa real de crecimientos de estas grietas. A partir de la ecuación de Paris, y utilizando la tasa de crecimientos de grietas anterior, fue posible pronosticar el crecimiento futuro de la grieta más peligrosa en el apoyo. Este comportamiento se presenta en la Figura 3 y se 761

aprecia un crecimiento mas pronunciado de la grieta a partir de los 6 años de operación del molino. Considerando este mismo gráfico, es posible también establecer el tiempo requerido para que la grieta en cuestión alcance un porcentaje predeterminado del largo crítico de grieta. Con esto, se puede planificar la reparación de las grietas con las detenciones previstas del molino para mantención general.

Profundidad de Grieta (mm

Crecimiento de Grieta 70 60 50 40 30 20 10 0 0

2

4

6

8

AÑOS

Fig. 3 – Tapa Teniente: Crecimiento de grieta v/s número de ciclos

762

10

3.2 Caso: Evaluación de integridad estructural de reactor de procesos en la industria petroquímica Debido a desprendimiento de parte del abovedado de ladrillos refractarios en el interior de un reactor de procesos, se produjo un sobrecalentamiento en una zona del manto del reactor con temperaturas que llegaron hasta 520 ºC. Posteriormente, en este mismo sector, se localizó una grieta de 50 mm y que atravesaba totalmente la pared del reactor. Este reactor opera a altas temperaturas y tiene una altura de 32 metros con un espesor de pared de 16 mm. Esta formado por la unión de 2 cilindros de 5 y 10 metros de diámetros respectivamente. La unión de estos dos cilindros se realiza mediante un manto estructural cónico, con el mismo espesor de planchas que los cilindros. El acero estructural utilizado en la construcción del reactor es un acero ASTM A 285 grado C. Utilizando resultados de ensayos Charpy en probetas del acero del reactor, se estimó para este acero un valor de fractotenacidad K1c = 41 MPa - m. Se realizó un análisis de integridad estructural en el manto agrietado para evaluar la peligrosidad de esta grieta como también, para establecer las causas de su origen. Para tal efecto, el reactor fue modelado estructuralmente mediante el Método de Elementos Finitos. Se consideraron todas las cargas que actúan en el reactor tales como: cargas térmicas y peso del manto, refractarios, ciclones, sistema de distribución de aire, stanpipes, catalizador y plataformas. La cargas térmicas se incluyeron en el modelo a partir de mediciones de distribución de temperaturas obtenidas durante la operación del reactor mediante termografía infrarroja (TIR). A partir del estado de esfuerzos obtenidos por el método de Elementos finitos en el reactor, se determinó en factor de intensidad K en el borde de la grieta pasante en el reactor. Considerando que se ha reparado la zona de desprendimiento de refractarios y así eliminado el problema de sobrecalentamiento, se obtuvo un valor de K de 20 MPa- m, con lo cual se establece que la grieta no presenta peligrosidad de crecimiento descontrolado. Un factor crítico para determinar la integridad en equipos sometidos a elevadas temperaturas es el fenómeno de creep. Este fenómeno ocurre en condiciones de altas temperaturas y se manifiesta en el material como una deformación progresiva, sin aumento de carga aplicada, llevando posteriormente a una falla del material. Los modos de falla por creep se manifiestan por protuberancias excesivas en el material (swelling) y fallas imprevistas por creep con ruptura frágil. . La temperatura a la cual los efectos de creep comienzan a ser críticos está entre 0.4 – 0.7 veces la temperatura de

763

fusión del material. En el caso de aceros con bajo contenido de carbono es de alrededor de 370ºC, en aceros de alta resistencia es de alrededor de 430 ºC. En este estudio, se utilizó el criterio de Larson - Miller y los resultados de esfuerzos obtenidos por elementos finitos para estimar los tiempos requeridos para una rotura en el manto del convertidor. Estos tiempos críticos se obtuvieron para distintas temperaturas que accidentalmente experimentara el manto de cono ( Ej. desprendimiento de ladrillos refractarios). Temperatura 350 ºC 400 ºC 420 ºC 440 ºC 450 ºC 460 ºC

Vida útil 55 años 8.3 meses 51 días 11.5 días 5.6 días 2.8 días

Como se puede apreciar en la tabla anterior, se produce un dramático acortamiento de la vida útil del manto de cono a partir de los 440 ºC. Por otra parte, el lapso de tiempo en que se produjo el sobrecalentamiento en el reactor fue de 47 días. Este periodo de tiempo esta efectivamente dentro del orden de magnitud de la vida útil pronosticada del componente y mostrado en la tabla anterior. Fatiga térmica es otro de los fenómenos involucrados en el agrietamiento del convertidor. Esto fenómeno corresponde a un deterioro gradual y posterior agrietamiento del material debido a ciclos de calentamiento y enfriamientos. Estos ciclos causan esfuerzos térmicos, los cuales eventualmente, pueden iniciar una grieta o propagar un defecto inicialmente presente en el material. Los concentradores de esfuerzos aumentan enormemente la posibilidad de daño por fatiga térmica. Este convertidor, durante el periodo de sobrecalentamiento, estuvo sometido a ciclos de temperaturas cuyos perfiles, medidos con equipo TIR, variaban incluso en horas. En consecuencia, es probable que bajo este ambiente de fatiga térmica, la grieta pasante de dirección horizontal, se haya debido a un defecto inicial (concentrador de esfuerzos horizontal) tal como, las muescas producidas por un martinete neumático que se utiliza para cambiar refractarios durante la mantención del equipo. Así, se puede concluir finalmente que las causas más probables que originaron esta grieta fue una combinación simultánea de efectos de creep y fatiga térmica.

764

Bibliografía

[1] Milne, I., “The Importance of the Management of Structural Integrity”, Engineering Failure Analysis, Vol. 1, N° 3, pags.171-181, 1997. [2] Landes, J. D., “Elastic-Plastic Fracture Mechanics:Where has it Been? Where is it Going”, Fatigue and Fracture Mechanics, 30th Volume, ASTM STP 1360, Editores: Paris, P.C., Jerina, K.L., pags. 3-18, 1999. [3] Klaus-Jurgen Bathe, Finite Elements Procedures, Prentice Hall Inc, 1996. [4] Labbé, F., Donoso, J. Nonlinear finite element modeling of surface crack in a nuclear pressure pipe, Proceedings First MIT Conference on Computational Fluid and Solid Mechanics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA., June 2001. [5] ALGOR, ALGOR Inc. Pittsburgh, PA 15238-2932, página web: www.algor.com [6] ABAQUS, Hibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc., Pawtucket, RI 028604847, página web: www.abaqus.com [7] ADINA, ADINA R&D, Inc, Watertown, MA 02472, página web: www.adina.com

765

10. El sistema informativo por Maurizio Cattaneo

1. Introducción El desarrollo de la tecnología ha acarreado una creciente complejidad de los sistemas de planta que caracterizan el contexto dentro del cual opera la mantención, con efectos diversos en relación con la categoría de la empresa o de servicio. El desarrollo paralelo de la electrónica, de la informática y de las telecomunicaciones ha simplificado el proceso de diagnóstico, el análisis cuantitativo de las variaciones y, en forma más general, el control de los sistemas de planta, agregando nuevas funciones, pero acarreando también una mayor complejidad estructural. Estos fenómenos han requerido operaciones de rediseño de la organización y de los sistemas operativos, de capacitación de los operadores, de revisión de las políticas de mantenimiento y nuevas necesidades de información. La mayor complejidad ha sido manejada en parte a través del mecanismo de la delegación, que ha permitido reducir los pasos intermedios necesarios para resolver un problema, y en parte se ha traducido en una mayor cantidad de información intercambiada y procesada, que ha hallado un modo de recuperar su coherencia y sus sistematicidad dentro del sistema informativo. De modo que el sistema informativo tiene por objetivo: • • • • •

apoyar la gestión de las operaciones de mantenimiento con todo lo que esto implica en términos de uso de recursos, saturación, etc.; poner de manifiesto las variaciones principales de modo que se implementen políticas de mejoramiento continuo; integrar los contenidos culturales y organizacionales en la operatividad de la gestión; facilitar el aprendizaje organizacional manteniendo un archivo de las nociones que se van acumulando durante el ejercicio;. proporcionar los elementos para sintonizar la acción de mantenimiento con el comportamiento de las máquinas.

767

2.

Estructura del sistema informativo

El sistema informativo de mantención se identifica mediante cuatro subsistemas:

c

c

ambiente: está compuesto por un conjunto de informaciones de carácter general de la empresa, por los elementos físicos o “bienes” (instalaciones, máquinas, etc.) que contienen los “objetos de mantención”, por los elementos tipo o piezas en que éstos se pueden clasificar, por las piezas mantenidas en inventario y por los ciclos de trabajo de revisión y reparación; gestión: se refiere al conjunto de procesos que caracterizan específicamente la actividad de mantención, es decir: • •

•

•

c c

la emisión de las solicitudes/ordenes de trabajo y su preparación, programación, ejecución, presupuestación y cierre, la gestión de las empresas y todo lo que ello implica, desde el proceso de adquisición (solicitud de oferta, oferta, orden) hasta el uso de recursos externos para la ejecución de trabajos, la presupuestación y los controles de facturación y pago; la mantención planificada, generalmente orientada a la prevención, que se refiere a la definición, programación y ejecución de las inspecciones, la realización de operaciones repetitivas de limpieza o revisión de la maquinaria y de todas las actividades cuya finalidad sea aumentar el nivel de disponibilidad del sistema objeto de mantenimiento, evitando en lo posible las intervenciones “de emergencia”; la gestión de los materiales y bodegas, incluyendo la movilización física, el compromiso y planificación del uso, el control de la disponibilidad y el aprovisionamiento, con la doble finalidad de limitar los niveles de inmovilización de los materiales y garantizar su disponibilidad parta la ejecución de trabajos;

control: los procesos inherentes al control del sistema de mantenimiento implican la verificación de los costos y de las prestaciones del sistema de mantenimiento, de los materiales y de las bodegas, tanto bajo el aspecto de la eficacia como por lo que respecta a la eficiencia; mejoramiento: comprende un conjunto de procesos que se derivan de la aplicación de metodologías orientadas al análisis de comportamiento del sistema objeto de mantención, tales como el MAFEC (sigla correspondiente a “Modo de Análisis de Fallas de Elementos Críticos”). El mejoramiento se implementa a través de un sistema de 768

769

4 Mejoramiento

Información Estadística

Modernización de la estructura Vínculo, Dato, RAMS, Plano de mantención

Estructura funcional, Estructura Física, Estructura de piezas, Estructura Estándar, planteamiento del proyecto

2 Gestión

Costo del ejercicio y la mantención Datos de balance, Información estadística

Fig. 1. Esquema del sistema informativo de mantención.

Estructura Funcional

1 Ambiente

Estructura funcional

3 Control

c mantenimiento lo más coherente posible con el sistema objeto de mantención.

La coordinación y la integración de los procesos pertenecientes a estos subsistemas constituyen las bases para instituir un sistema de mantenimiento bien organizado.

770

Gestión de las ordenes

Empresa y precios

Gestión de depósito

Elementos de adquisición de materiales

Contratos y precios

Elementos tipo

Depósito

Archivos técnicos

Elementos tipo

Trabajo estándar

Detenido y desechado

Elementos físicos

Gestión en el plano de la mantención

Trabajo por finalizar

Solicitud de trabajo

Solicitud de trabajo std

Estimación y empleo de material

Movimiento

Solicitud para materiales y prestaciones

Gestión Solicitud de trabajo

Fig. 2 – Procesos inherentes a la gestión de la mantención

Solicitud y ordenes

Solicitud y ordenes

Solicitud de adquisiciones de bienes y servicios

Gestión de empresa

Resultado de la inspección

Vencimiento

Elementos físicos

Gestión de datos de producción

Estructura física

Elementos físicos

Producción

3. Los procesos El estudio de los procesos de mantenimiento puede llevarse a cabo recorriendo sus subsistemas: ambiente, gestión, control, mejoramiento; sin embargo, la frecuencia cada vez mayor con que se externaliza este servicio nos hace preferir un criterio distinto. Antes que todo, es necesario examinar todo lo que contribuye a definir las estructuras de planta y sus características específicas (documentación, ciclos de trabajo normalizados, prescripciones, etc.), lo que constituye el objeto de la acción de mantenimiento. Luego, todos los procesos referidos a la así llamada mantención de primer nivel, es decir, ese tipo de operaciones que son de competencia de la unidad productiva básica y que, a nivel de tendencia, se asignan cada vez más al personal de producción con la colaboración de especialistas del ramo. Finalmente, la mantención de segundo nivel, es decir, aquellas operaciones de revisión y/o reparación que se llevan a cabo en forma asincrónica con respecto al funcionamiento de las máquinas y que a menudo se encomiendan a servicios autónomos de mantención, tales como el Servicio de Mantenimiento de la empresa o empresas especializadas en mantención (a través de contratos de “global service” o simplemente de “asistencia técnica”). En cuanto a los procesos que dicen relación con el mejoramiento de las prestaciones, y más generalmente con el mejoramiento del sistema de mantenimiento, dado que son transversales con respecto a las actividades de mantención rutinaria, hemos preferido dedicarles un párrafo aparte. 3.1 Estructuras de planta El sistema que se debe mantener queda definido por varias entidades: • • •

las piezas, que incluyen también los componentes en bodega; los cargos; los objetos de mantenimiento,

las estructuras respectivas, los ciclos de trabajo normalizados y la documentación técnica de referencia. Las piezas constituyen los “objetos tipo” del sistema de mantenimiento. El “objeto tipo” es un tipo de máquina (independientemente de su ubicación dentro de la estructura de la planta) o un elemento de agregación o desagregación (un subconjunto físico o “lógico” de una máquina, un “sistema” entendido como agregación de máquinas) o un componente o repuesto (independientemente del hecho de que se encuentre en bodega). 771

Si los “objetos tipo” son estructuralmente complejos, se deben articular mediante la lógica de “despiece”1 a fin de poner de manifiesto los vínculos jerárquicos que existen entre ellos2. Dentro de la estructura de las piezas, se debe definir solamente los subconjuntos y componentes que sean “objeto de mantención”, puesto que el objetivo del mantenedor no es construir la máquina, sino mantenerla. Las actividades inherentes a la gestión de los archivos técnicos son principalmente: •

definición, revisión y posible actualización de las piezas y de las estructuras respectivas; generar explosiones (dado un elemento, investigar los objetos clasificados en los niveles inferiores); generar implosiones (dado un elemento, investigar los objetos de nivel superior a los que pertenece).

• •

Las fichas de “registros de bodega” contienen los “objetos tipo” que deben manejarse en inventario. El registro de bodega comprende informaciones inherentes a la criticidad del material dentro del sistema de mantenimiento, los ciclos de consumo, los criterios de gestión y aprovisionamiento, el proveedor (o proveedores), el precio y el costo, la posible disponibilidad de órdenes abiertas. Requisito previo para la inscripción de un nuevo artículo en el inventario es un “instructivo” detallado que permita: •

evitar dobles codificaciones, esto es, incorporar al inventario un material ya existente con un código distinto; favorecer una codificación unívoca, es decir, evitar incorporar al inventario materiales similares, identificando las posibles equivalencias a fin de eliminar los artículos redundantes.

•

1

En la gestión de los repuestos, el uso de la estructura de las piezas, denominada “despiece” o Hill of Materials (BOM), junto con la normalización de las tipologías de maquinaria, es recomendable para simplificar la identificación de los componentes reemplazables o reparables de las máquinas. En la gestión de las faenas, el uso de “despieces” permite activar procedimientos de reserva, de programación y de retiros para repuestos específicos. 2 Por ejemplo, si en el primer nivel se coloca una máquina (por ejemplo, una bomba centrífuga), en los niveles inferiores de la estructura se pueden colocar sus componentes o repuestos (siguiendo el ejemplo: el motor, las empaquetaduras, los rodamientos, etc.). 772

Un material debe incorporarse al inventario3 cuando: • • • •

es de difícil adquisición; se consumen cantidades significativas; su carencia es crítica para el proceso productivo o para la seguridad de las instalaciones y de las personas; su consumo no se puede prever razonablemente.

Las actividades inherentes a la gestión de los registros de bodega son principalmente: • •

definición, revisión y posible actualización de los “registros de bodega”; eliminación o exclusión de la gestión de aquellos registros correspondientes a materiales por enajenar.

La estructura física debe contener todos los “objetos de mantención” y sus agregaciones de nivel superior (línea, plantas, máquinas, etc.) definidas son el término unificado de “bienes”. Los “objetos de mantención”, análogamente a los “objetos tipo”, se pueden estructurar según una lógica de despiece con el fin de poner de manifiesto los vínculos jerárquicos que existen entre ellos4. Cada elemento de la estructura física tiene asociadas informaciones de parada y avería, trabajos de revisión y reparación, planes de mantención preventiva, o sea, los datos históricos inherentes a la actividad de mantenimiento. La definición y la estructuración de los “objetos de manutención” son necesarias a fin de analizar y agregar las informaciones referentes a la actividad de mantención y las prestaciones de las instalaciones. La clasificación de la “conformación de planta” por grupos homogéneos de familias permite analizar el comportamiento de medios de producción de características semejantes, de los costos de mantención y, con mayor 3 Las mismas razones que inducen a ser prudentes antes de configurar una reserva de materiales técnicos en bodega inducen también a eliminar sin miramientos aquellos artículos que, con el tiempo, se han hecho obsoletos o inusables en la gestión corriente. En caso de que estos artículos no puedan enajenarse, sería deseable por lo menos eliminarlos de la gestión corriente de bodega, a fin de simplificar la labor del encargado de la gestión de materiales. 4 Si por hipótesis en el primer nivel se coloca una máquina (por ejemplo una bomba centrífuga), en los niveles inferiores de la estructura se pueden colocar sus componentes o repuestos (siguiendo el ejemplo: el motor, las empaquetaduras, los rodamientos, etc.).

773

generalidad, de los principales datos de gestión. Permite, asimismo, identificar correlaciones significativas para comprender las razones de los desperfectos y de las mermas en las prestaciones. El plan de codificación debe ser simple: un número progresivo debe permitir identificar la identificación unívoca del objeto en cuestión5. Las informaciones referidas a los “objetos de mantención” deben ser codificadas y normalizadas. Los planes de codificación y normalización deben implementarse en una perspectiva de largo plazo. Se debe identificar las condiciones de operación de los “bienes”, de modo que se facilite su restauración luego de una faena de mantenimiento o de una calibración errada. Se debe determinar y conocer las “condiciones límite” del funcionamiento, a fin de crear un sistema de referencia que sea útil tanto para la mantención como para el control de proceso. La estructuración de los electos físicos, al poner de manifiesto funciones, subconjuntos y componentes críticos para la mantención, debe poseer un nivel de detalle suficiente para implantar un sistema de monitoreo que permita identificar los aspectos críticos de los sistemas complejos e implementar iniciativas de mejoramiento. Las actividades inherentes a la gestión de la estructura física son, principalmente: • •

definir y actualizar los elementos y las estructuras físicas; generar explosiones (dado un elemento, investigar los objetos clasificados en niveles inferiores); generar implosiones (dado un elemento, investigar los objetos de nivel superior a los cuales pertenece); generar listas de atributos que distinguen los elementos de la estructura física (potencia, caudal, presión de operación, etc.).

• •

5

Instrumentos tales como los “nomencladores paramétricos” y otros sistemas para la gestión de las características técnico-funcionales de los “objetos de mantención” permiten que el codificador, guiándose por estas características, proceda en forma más expedita a codificar los objetos, reduciendo prácticamente a cero la posibilidad de error. 774

La identificación de ciclos de trabajo normalizados, la codificación de los criterios de mantención y del conjunto de normas y procedimientos que atañen a la mantención6 (prescripciones de seguridad, solicitudes de parada de planta, pruebas de ensayo, procedimientos de gestión, manuales), por tipologías de máquinas similares, son componentes fundamentales para la implementación de un plan de mantención. Las actividades inherentes a la gestión de los ciclos de trabajo son, principalmente: •

definir, revisar y posiblemente actualizar las características generales de la faena de mantención; definir, revisar y posiblemente actualizar los presupuestos inherentes a los recursos necesarios para ejecutar la faena de mantenimiento.

•

3.2 Mantención de primer nivel La mantención de primer nivel es un conjunto de actividades que contribuyen a la gestión del sistema productivo y lo mantienen funcionando eficientemente de modo que se maximicen las prestaciones. Este proceso se integra, a veces inseparablemente, con los otros procesos que se desarrollan dentro de la unidad básica: logística, calidad, operación, planificación, etc., y que se asignan a los equipos de producción. Las actividades que componen la mantención de primer nivel son: • • •

medición de las prestaciones; identificación de anomalías o señales débiles; planificación de las inspecciones y, más en general, de la mantención preventiva; gestión de las faenas de emergencia y de la bodega de repuestos; control del presupuesto y costos.

• •

La medición de las prestaciones de los “bienes” se basa en la adquisición sistemática de datos referentes a las paradas y averías de la planta, y al posterior análisis estadístico de las causas de dichos desperfectos.

6

La definición anticipada de los componentes de un ciclo de trabajo, en el momento de la puesta en marcha, permite una programación más eficaz de la faena. La definición de ciclos normalizados simplifica la gestión y la conservación de estándares de mantención homogéneos para máquinas similares. La adopción de normas y procedimientos estándar simplifica la participación del mantenedor y garantiza una homogeneidad en la gestión de los trabajos. 775

La adquisición de datos sobre estos eventos se apoya en un documento que integra las codificaciones (objeto de mantención, causal de parada, etc.) y los parámetros cuantitativos (duración de la parada, hora de inicio, etc.) necesarios para una descripción del evento. Los eventos se agrupan en dos categorías principales: •

señales débiles, es decir, aquellos que no causan un mal funcionamiento evidente (por ejemplo: vibraciones, pérdidas de lubricación, derivas cualitativas, etc.); señales fuertes, es decir, aquellos que perjudican directamente el funcionamiento normal del “sistema técnico” (por ejemplo: averías y otros tipos de paradas).

•

En general, los primeros escapan a los sistemas de detección manual de los eventos, de modo que el posterior análisis técnico/estadístico se lleva a cabo empleando sólo parcialmente las informaciones que el sistema técnico “podría potencialmente entregar acerca de su nivel de eficiencia”7. La codificación de los eventos contempla la descripción del evento combinando dos informaciones: • •

el objeto que ha causado la avería; la modalidad de avería con que se ha manifestado dicho evento.

El conjunto de estas informaciones permite identificar numerosas situaciones mediante un número limitado de códigos, facilitando el procesamiento estadístico posterior. Por ejemplo: M10b “Eje de transmisión desbalanceado”, donde “Eje de transmisión” es el objeto y “desbalanceado” es la modalidad. Igualmente importante es la detección de las anomalías o señales débiles. El operador de la máquina, durante el funcionamiento, revisa constantemente las condiciones del proceso, detectando anomalías o irregularidades y verificando posibles incongruencias con los estándares cualitativos, esto es, cualquier desviación que exceda las llamadas “condiciones límites”, o parámetros que definen el desarrollo previsto del proceso.

7

La eficacia de la detección de los eventos y la comprensión de las causas de mal funcionamiento se ve limitada por la calidad de los criterios empleados para la estructuración de los “bienes” y por la elección de codificaciones adecuadas de los eventos mismos. 776

Las anomalías se registran posteriormente para permitir que los especialistas en mantenimiento evalúen la necesidad de efectuar una operación de restauración. Los operadores encargados de manejar las máquinas poseen los conocimientos necesarios para resolver gran parte de las anomalías; no obstante, aun cuando no sea necesaria la intervención del mantenedor, es conveniente que dichas anomalías sean registradas e informadas oportunamente. El registro podría servir en lo sucesivo para aclarar, por ejemplo, el origen de una falla. Muchas tipologías de fallas son precedidas por una serie de señales débiles que le “avisan” al operador que existe una situación de desequilibrio en el sistema. En todo caso, es importante que el informe de la anomalía se efectúe en forma inmediata y por parte del mismo personal que la ha detectado8, obteniéndose así una mejor “calidad” de la información e involucrando a la mano de obra directa en el proceso de “control del sistema”. Una observación atenta de las anomalías, de las derivas cualitativas y, en general, del control de las variaciones del proceso9 permite “anticipar las fallas”, reduciendo la incidencia de las faenas “de emergencia” que los programas de “calidad total” y “cero paradas, cero defectos” quisieran eliminar, puesto que generan irregularidades en el proceso productivo. Las irregularidades en una empresa World Class comprometen la eficacia de las operaciones dirigidas hacia la logística (Jit, Kanban) con el fin de mejorar la flexibilidad y la confiabilidad de los procesos. El “plan de mantención preventiva” debe implementarse para garantizar la ejecución sistemática de las faenas de prevención, con el fin de asegurar un alto nivel de confiabilidad del “bien” a lo largo de toda su vida útil, desde la instalación hasta el reemplazo.

8

Véase J. Schonberger, World Class Manufacturing, p. 71. “Pensemos en el cambio que se produce en la autoestima de un operario cuando, tras haberse acostumbrado por años a sólo montar componentes, asume la tarea de registrar los datos. ‘La detección de las anomalía ha sido siempre tarea de jefes y técnicos; –piensa el operario– quizás ahora yo también forme parte de la estructura gerencial y de los servicios técnico-operativos de la fábrica’…”. 9 Véase R.J. Schonberger, World Class Manufacturing, p. 43. “La variabilidad es un enemigo universal. Antes eran sólo unos pocos ilusos expertos en control de calidad quienes compartían este punto de vista, pero hoy se ha ido difundiendo cada vez más...” “Soluciones costosas de este tipo se adoptan solamente porque no nos preocupamos de llegar al origen de la variabilidad...”, “que al fin y al cabo no son realmente soluciones, sino más bien resquicios para superar temporalmente las dificultades”. 777

El “plan de mantención preventiva”10 se implementa a través de un instrumento de programación de las actividades denominado comúnmente cronograma. El proceso de planificación no se agota del “sistema de mantención”, sino que involucra a varias funciones de empresa. •

• • •

mantención; para la definición de las políticas óptimas (ingeniería de mantención), para calendarizar los trabajos contemplados en el plan de mantención preventiva (programación de la mantención), para la ejecución de las tareas de mantención planificadas (gestión de recursos de mantención); programación de la producción; para concordar los períodos de parada durante los cuales se llevarán a cabo las faenas de mantención preventiva, en relación con los planes de marcha de la planta; departamento de adquisiciones; para la obtención de los recursos externos que puedan ser necesarios para la ejecución de las faenas; gestión de materiales; para asegurar el aprovisionamiento de los materiales necesarios para llevar a cabo las operaciones que contempla el plan.

El plan de mantención contiene operaciones de prevención de distintas tipologías, entre las cuales se cuentan: • • •

reemplazo o revisión; inspección; limpieza.

La programación de estas operaciones puede efectuarse ya sea en base a intervalos de tiempo constantes entre una operación y la siguiente (time based maintenance), en base a una calendarización rígida (hard time maintenance) o en base a parámetros de utilización de la maquinaria (por ejemplo, horas de funcionamiento o kilómetros recorridos); las operaciones de inspección planificadas pueden tener como consecuencia la realización de operaciones de revisión o reemplazo “por condición”.

10

La necesidad de proyectar un plan de mantención preventiva se deriva del hecho de que las acciones de mejoramiento aplicadas en el curdo de la gestión corriente no lograron eliminar los inconvenientes detectados. La actividad de mantención preventiva está dirigida precisamente a limitar los daños que se derivan de estos inconvenientes no resueltos. 778

El proceso de planificación, en el amplio sentido, comprende también actividades que no atañen estrictamente a la realización del plan, pero si constituyen una apoyo substancial, a saber: • • • • • • • •

definición de las políticas de mantención óptimas; identificación de los puntos de desgaste de las maquinarias; uniformación y normalización; definición, revisión y posible actualización del presupuesto de trabajos; definición, revisión y posible actualización de los planes de mantención; análisis de las renovaciones; propuestas de proyecto de nuevas instalaciones; variaciones de las políticas de gestión de los materiales.

Una vez definido el plan de mantención, la gestión del cronograma asegura su ejecución, principalmente a través de las siguientes actividades: • • • •

inspección periódica (generalmente semanal) de las operaciones al aproximarse el plazo; inserción en el programa y activación de las solicitudes de trabajos vencidas (operaciones de reemplazo o revisión); asignación a los equipos de trabajo de las operaciones por realizar (operaciones de inspección y limpieza); adquisición de informes sobre el resultado de las operaciones y sobre mediciones efectuadas (inspecciones).

El análisis del cronograma es consecuencia de las actividades de gestión descritas en el párrafo anterior y se refiere en particular a las siguientes dos actividades: • •

control de los resultados de las inspecciones; control del estado de las actividades vencidas.

La primera consiste en verificar si durante la realización de las actividades de inspección se produjeron señales de alarma o, en todo caso, si se detectaron desperfectos relacionados con el “bien” examinado. La segunda consiste en verificar que el plan de mantención preventiva haya sido implementado correctamente, determinando si la existencia de actividades no realizadas o postergadas compromete la eficacia de la aplicación de dicho plan.

779

Un último conjunto de procesos se refiere al control, del presupuesto y de los costos. El presupuesto técnico-económico persigue los mismos objetivos de control que son propios de todos los centros de costo de la empresa11. El presupuesto técnico-económico de mantención refleja el valor de los costos previstos para el año en estudio por cada tipología de trabajo (mantención de emergencia, programada, preventiva estadística, según condición, etc.) y por ítem de gastos (mano de obra, materiales, terceros) correspondientes a plantas o grupos de plantas, líneas de producción, etc. Fig. 3 Estructura del proceso Estructura, OdM Documentación

1º Nivel Sondeo Servicios Anomalías y señales débiles Mantención preventiva Mantención de emergencia Presupuesto y costos

Ciclos, Estructura OdM Documentación

Estructura Ciclos Documentación

2º Nivel Órdenes de trabajo Materiales y almacenamiento Empresa y Servicio Global Abastecimientos Adquisiciones Mejoramiento continuo

11 Es importante distinguir entre el presupuesto técnico-económico, que tiene por finalidad el control de la gestión, y el así llamado presupuesto de trabajos, que ha sido mencionado entre las actividades que conforman la gestión del cronograma. En efecto, este último es un instrumento de planificación por lo que respecta a las operaciones de mantención relevantes (principalmente operaciones de mantención extraordinaria o inversiones), sean o no preventivos, que se planifican en forma anual, y cuyas actividades son llevadas a cabo durante las paradas programadas de la planta. Las actividades contenidas en el presupuesto de trabajos, por otra parte, constituyen en muchas empresas una base de referencia importante para la definición del presupuesto técnico-económico.

780

El presupuesto de mantención en su conjunto, además de constituir una previsión, establece un límite a la proliferación de los gastos de mantención. Es, por lo tanto, el instrumento de “planificación” del gasto de mantención, y constituye un compromiso que deberá ser tomado en cuenta en el curso del año, cuando haya que evaluar las operaciones por realizar. Luego, la redacción y el respeto del presupuesto son resortes istrativos de vital importancia durante el ejercicio de las actividades de mantención. Las principales actividades que constituyen la gestión del presupuesto de mantención son: • • • • •

definición, revisión y posible actualización del presupuesto técnicoeconómico; valorización y autorización de las faenas contenidas en el presupuesto de trabajos; definición de niveles de costos y prestaciones; control de avance del presupuesto técnico-económico; control de avance de los trabajos de mantención extraordinaria y de las inversiones.

3.3 Mantención de segundo nivel La mantención de segundo nivel comprende los procesos que tocan sólo de manera indirecta las actividades “en terreno”, es decir: •

• • •

gestión de las órdenes de trabajo para operaciones de mantención programada (definición y presupuestación, programación calendarización /balance); gestión de materiales y bodega; gestión de empresas; gestión de aprovisionamientos y adquisiciones.

La solicitud de trabajos es el documento base con el cual se gestionan las operaciones de mantención. La gestión de las solicitudes de trabajos y, por consiguiente, de las operaciones de mantención, se desglosa principalmente en la realización de las siguientes actividades: • •

recepción/compilación de la solicitud de trabajos; autorización de la solicitud, definición de la orden de trabajo, cuando corresponda, emisión de los permisos de trabajo respectivos; 781

• •

presupuestación de la orden de trabajo12; programación de la orden de trabajo y comprobación de la disponibilidad de recursos13; • balance y control de avance de la orden de trabajo; • cierre y archivo de la orden de trabajo. La solicitud de trabajo surge luego de la constatación, a menudo seguida de una visita a la planta, de una necesidad de mantención. La naturaleza del problema puede derivarse de un desperfecto efectivo en un medio de producción, pero también de una indicación de tipo inspectivo, o simplemente de las denominadas “señales débiles” detectadas por el ; una vez aclarada la causa, nos hallamos frente a una necesidad de mantención cuando: • • •

la solución del problema exige que se programe una operación de mantención correctiva en el mediano plazo; el problema se puede resolver con una restauración temporal de la función afectada, pero es necesario programar una operación sucesiva para completar el trabajo de restauración; la naturaleza del problema exige una operación de mantención inmediata;

es decir, cuando el operador no está en condiciones de resolver en forma autónoma el problema y debe recurrir al especialista de mantención. Viceversa si el desperfecto no requiere una operación complicada y el operador está capacitado adecuadamente, él mismo podrá resolver directamente el problema sin tener que recurrir al especialista (mantención de primer nivel)14. 12 La distinción entre solicitud y orden de trabajo es un asunto meramente formal que refleja el cambio de estado debido a la autorización de la solicitud. 13 El vínculo entre las solicitudes de trabajos y la gestión de materiales es digno de nota. Durante el curso de la actividad de programación, el proceso de “gestión de solicitudes de trabajos” hace llegar a la “gestión de bodega” los requerimientos de materiales y verifica con esta última la disponibilidad de los mismos. Por otra parte, durante la etapa de balance, el proceso “gestión de solicitudes de trabajos” recibe de la “gestión de bodega” informaciones acerca de los movimientos, pudiendo así monitorear los costos de mantención en su conjunto, incluidos los costos por consumo de materiales. 14 Véase R. J. Schonberger, World Class Manufacturing, cit., p. 78. “Mejor mantención con menos personal. Los operarios pueden mantener lubricadas las maquinarias a su cargo, aprender a ajustarlas y a efectuar reparaciones sencillas. El comportamiento que habitualmente se deriva de ello es como si las máquinas y los equipos fueran de su propiedad...”. “Si bien las horas de trabajo de los operarios equivalen a las del personal de mantención, su costo es de todas formas inferior. Las explicaciones son dos: la primera es que

782

Las operaciones menores o sin mayor trascendencia pueden manejarse sin necesidad de una orden de trabajo especial, utilizando simplemente órdenes de trabajo abiertas. La emisión de una orden de trabajo abierta (esto es, lanzada una vez al año y válida por todo el año) permitirá efectuar un balance de los recursos empleados en operaciones menores sin comprometer los recursos dedicados a elaborar el balance y la programación, y de este modo pueden dedicarse a los trabajos de mayor importancia. El uso de órdenes de trabajo abiertas permite reducir en un 20 a 30% el volumen de órdenes de trabajo, reduciendo los despilfarros burocráticos. La solicitud de trabajos describe el contenido del trabajo y todos los elementos necesarios para clasificar los costos de los recursos empleados en las operaciones en las operaciones de mantención. Con el fin de lograr una correcta clasificación de los costos, es necesario identificar la categoría de gastos y/o la política de mantención adoptada. A menudo, se utiliza una clasificación ligada a las políticas de mantención, por ejemplo: • •

•

mantención incidental; mantención preventiva, dentro de la cual distinguimos: • operaciones cíclicas (inspecciones, lubricaciones, etc.); • revisiones periódicas o mantenciones preventivas importantes; • mantenciones según condición; • mantenciones predictivas; mantención mejorativa.

A estos ítemes, que se refieren a operaciones asignables a gastos de mantención, se deben agregar las inversiones (actividades que incrementan el valor del bien) asignados en el arco de más de un ejercicio (y sometidos al procedimiento de amortización) y las actividades de apoyo a la producción (por ejemplo, limpieza para sanitización, equipamiento, etc.) que se cargan al ejercicio.

los operarios pueden efectuar algunas horas de mantención preventiva, de reparación y de reorganización aprovechando los tiempos de espera o atraso que tiene cada uno de ellos; la segunda es que el operario responsable del producto estará más preocupado por el buen funcionamiento de las instalaciones que el personal de apoyo, que no tiene ninguna responsabilidad directa, reduciendo de esta forma los costos causados por las interrupciones de la planta o por los defectos de producción”. 783

La calendarización consiste en asignar la ejecución de cada operación de mantenimiento a un período preestablecido. Las modalidades de calendarización dependen de la magnitud y complejidad de la operación. En general, se maneja de todos modos una pauta de las operaciones por ejecutar, con las cuales se asocia una fecha o una determinada semana de comienzo, sin tomar en cuenta las interrelaciones que puedan existir entre las faenas. De este modo, los trabajos más modestos se pueden istrar con facilidad, con el mínimo de trabas burocráticas. En algunos casos, tratándose de faenas de mayor complejidad, se hace necesario recurrir a una carta Gantt, que permite graficar en un eje de tiempo la duración de cada actividad, poniendo en relieve los compromisos y vínculos y las relaciones con otras actividades (consecuencialidad, simultaneidad). Sin embargo, tratándose de un instrumento simple, la carta Gantt no refleja todas las relaciones de dependencia entre las actividades (camino crítico, márgenes de atraso aceptables, etc.), presenta dificultades para la programación en base a estados de avance parciales o modificaciones del proyecto y no permite manejar mejoramientos u optimizaciones de los recursos. En estos casos, conviene emplear una malla PERT o algún instrumento de planificación de proyectos (existen algunos muy complejos que corren en computadores personales), los que permiten controlar todas las relaciones existentes entre las actividades de un proyecto y redefinir la programación en función de las modificaciones del proyecto original, considerando los vínculos entre actividades, los recursos críticos y el flujo de las actividades con respecto al camino crítico y a la duración del proyecto. Hacemos el alcance de que en mantención rara vez es necesario recurrir a instrumentos de programación tan sofisticados. Los planificadores comúnmente emplean criterios ligados a la prioridad o la criticidad de las operaciones. La presupuestación de los recursos necesarios para llevar a cabo una operación de mantenimiento permite verificar su disponibilidad en el período de ejecución definido por la calendarización. Habitualmente, la mano de obra interna se maneja “por saturación”, es decir, se intenta distribuir las operaciones de forma tal que, aunque no se pueda razonablemente predecir la demanda, la carga de trabajo sea pareja, con el fin de evitar horas extraordinarias (en los períodos de punta) y de mejorar la eficiencia (durante los períodos “muertos”).

784

En todo caso, la asignación de la mano de obra interna y de los materiales disponibles en bodega debe tomar en cuenta la urgencia y la prioridad de las operaciones. Los recursos obtenidos en el exterior, trátese de materiales o de prestación de servicios, se manejan en cambio “según requerimientos”, manteniendo un o adecuado con los proveedores con el fin de garantizar la presencia del servicio solicitado “en el momento oportuno”. Si uno o más de los recursos presupuestados no están disponibles, o si se deben trasladar recursos de trabajos menores a trabajos de mayor importancia, se hace necesario revisar la calendarización, provocándose atrasos en la ejecución de las operaciones que deben mantenerse bajo control. La ausencia de atrasos es señal de una probable instauración de recursos que implica pérdidas de eficiencia, por el contrario, la acumulación de atrasos excesivos, o incluso crecientes en el tiempo, puede ser signo de una mala organización y de un inadecuado “nivel de servicio” al “cliente”. La redacción del balance comprende la adquisición de datos y el registro periódico de los recursos consumidos durante la ejecución de las operaciones de mantenimiento, el control del avance de las actividades y su cierre con la entrega de la máquina a la unidad usuaria. Los distintos ítemes de gastos (mano de obra interna, equipamiento especial, materiales de bodega, recursos externos) deben registrarse en el balance durante su “período de competencia” con el fin de activar un control de gestión eficaz. Durante este proceso, es necesario verificar periódicamente el estado de las actividades en ejecución, identificando atrasos en las entregas o errores en el presupuesto, y evaluando la eficiencia de la gestión y de la ejecución, y la calidad técnica de los trabajos. Durante el avance de los trabajos, puede surgir la necesidad de redefinir los objetivos técnico-económicos prefijados y/o de solicitar una mayor participación de empresas externas. En ambos casos, el responsable de los trabajos debe verificar “en terreno” el estado de avance de las faenas, proporcionando a los ejecutores las indicaciones correctivas necesarias en relación con la marcha observada. Es evidente que para una correcta interpretación de las variables económicas son indispensables un balance oportuno de los recursos comprometidos y la disponibilidad de informes claros y exhaustivos. El control de avance y la elaboración del balance son, por tanto, dos fases estrechamente interdependientes. Una vez finalizada la operación solicitada, se deberá informar de la conclusión de las actividades a los encargados de programación y al . Además, habrá que efectuar la entrega del medio reparado al , tras 785

efectuar pruebas meticulosas y haber tomado las precauciones necesarias para evitar la reaparición del desperfecto. La fase de entrega del medio de producción es un momento fundamental de la ejecución del trabajo, y puede tener consecuencias sustanciales para la seguridad del personal y de la planta. El cierre de los trabajos coincide con el ingreso a archivo de la orden de trabajo, adjuntando a ella las notas sobre las situaciones especiales que se hubieran presentado durante la actividad. Las órdenes de trabajo acumuladas de esta forma constituyen un valioso recurso para activar una fase de control de la marcha de las operaciones de mantenimiento, y también para complementar la denominada “bitácora de máquina”, donde se señalan todos los eventos significativos acontecidos en la vida de un medio de producción determinado. Las observaciones y los compromisos de recursos contenidos en la “bitácora de máquina”, junto con el monitoreo constante de las instalaciones, constituyen un valioso aporte para interpretar el comportamiento del medio de producción y para analizar posibles iniciativas de mejoramiento. Capítulo aparte merece la gestión del recurso “repuestos” y de las bodegas de mantención. El documento base que contiene los criterios de gestión de los materiales almacenados es la ficha de bodega. Las principales actividades que caracterizan el proceso de gestión de la bodega de materiales técnicos son: • • • •

movilización de los materiales; evaluación de las necesidades de materiales; análisis de existencias; aprovisionamiento y emisión de solicitudes de compra. Por lo que respecta a la movilización, la gestión de una bodega de materiales técnicos no difiere de la gestión de una bodega cualquiera. En lo referente al control de stock (análisis de existencias y evaluación de necesidades) y de los aprovisionamientos, surgen en cambio algunas características peculiares. Las necesidades de los materiales istrados por stock deben poderse procesar según una de las siguientes políticas de gestión: •

por cantidad: ya sea utilizando el modelo Wilson, más conocido como “gestión por punto de reorden” (utilizado en general para materiales de consumo frecuente), o el modelo definido como “gestión por reposición de stock” (utilizado generalmente para materiales de consumo esporádico);

786

•

según necesidad: política empleada cuando el momento de consumo es previsible (algo no muy frecuente en mantención) y cuando el horizonte de previsión es mayor que el tiempo de aprovisionamiento.

El sistema informativo debe estar preparado para manejar las adquisiciones según distintas políticas de orden, entre las cuales se cuentan: • •

•

orden cerrada, cuando los artículos y la cantidad por ordenar han sido predefinidos y fijados con fechas de entrega rígidas; orden abierta, cuando se ha fijado un límite para los gastos y una lista de posibles artículos por adquirir a precios fijos, pero no se especifican los artículos efectivamente adquiridos ni las cantidades respectivas ni las fechas de entrega; combinaciones de las políticas anteriores.

Finalmente, el sistema informativo debe ser capaz de manejar distintas políticas de aprovisionamiento: •

•

de un proveedor cualquiera, situado en un área interregional o internacional con respecto al cliente, o de proveedores locales pero que no tienen materiales disponibles para “entrega inmediata”; de proveedores de la plaza, generalmente situados en el entorno local y que tienen materiales disponibles para “entrega inmediata”.

El control de existencias es indispensable para ajustar la gestión temporal de materiales y bodega, vinculándola con las cambiantes necesidades efectivas, tomando en cuenta la tendencia permanente al mejoramiento que modifica el comportamiento de las máquinas y, por consiguiente, la necesidad de repuestos. El control de existencias debe enfrentarse a las causas de variabilidad en la gestión, entre las cuales tenemos: • • • •

políticas de gestión inadecuadas; cambios en la criticidad de los componentes; políticas de órdenes inadecuadas; observaciones.

Los mecanismos de control se derivan de aquellos usados tradicionalmente en la gestión de materiales, adaptándolas a las características propias de las existencias de materiales para la mantención.

787

Indicamos aquí algunos criterios, comenzando con aquellos de carácter más general: • • • •

análisis de los costos de gestión globales; análisis de los índices de rotación; análisis de consumos e inmovilizaciones; análisis de los materiales no movilizados y obsoletos.

El monitoreo de las existencias, aplicando los mecanismos de control mencionados, permite mantener actualizada y eficiente la bodega, y confiable la gestión del stock de materiales técnicos. En este conjunto de proceso, la gestión de empresas es el que ha experimentado el mayor desarrollo, como consecuencia del avance permanente de la tercerización en mantención. El documento principal mediante el cual se istra una empresa es la orden de adquisición o, en particular, el contrato. El proceso de adquisición de prestaciones externas es manejado por el departamento de adquisiciones, siendo así “externo” con respecto a la gestión de la mantención. El proceso de gestión de empresas del Sistema Informático de Mantención (SIM), comprende tanto actividades tendientes a definir los trabajos que se entregarán a la empresa como actividades que involucran el proceso de adquisición propiamente tal, y también actividades de control del desempeño de la empresa en el contexto del proceso de “gestión de las solicitudes de trabajos”. En el proceso de adquisición de prestaciones externas, las principales actividades que tocan al SIM son: • • • • •

preparación de la solicitud de compra; selección de proveedores; contratación; definición de la orden; gestión de la orden y de los tiempos de entrega.

Por otra parte, en el contexto del proceso de control de empresas, tocan al SIM las siguientes actividades: • • • •

control de la presencia de los encargados de los trabajos; análisis de productividad de la mano de obra de terceros; análisis de los balances de los trabajos; autorización del pago de facturas. 788

3.4 El potencial de mejoramiento El comportamiento en avería de los “bienes” descrito mediante MAFEC se integra con las informaciones provenientes del subsistema de gestión, asegurando una definición más rigurosa del ambiente base y una mayor focalización de las actividades de prevención. Además, dado que el comportamiento en avería descrito por MAFEC es dinámico, así como también es cambiante el comportamiento del “bien” en relación con la acción implementada por mantención y operación, permite un ajuste continuo entre el sistema de mantención y el “bien” mantenido, optimizando de este modo los costos globales de gestión. El conjunto de eventos se compone sobre la base de los datos globales provenientes del terreno (resultados de las inspecciones, eventos, trabajos de mantención) y de la reserva de previsiones subjetivas de los técnicos, obtenidas de la estructura y las funciones del “bien”. Una vez que se ha identificado claramente el comportamiento en avería del “bien”, es posible determinar (entre paréntesis se indica el subsistema de pertenencia): • • • • • • • • •

cuáles elementos físicos son necesarios y suficientes para las exigencias de gestión de mantención (ambiente del SIM); cuál estructura describe mejor los vínculos entre esos elementos físicos (ambiente del SIM); cómo se deben estructurar las codificaciones de eventos para describir de la mejor forma el comportamiento efectivo del sistema (ambiente del SIM); con qué instrumentos de diagnóstico y con qué sistemas de monitoreo es posible activar políticas de mantención según condición (gestión del SIM); cuáles operaciones son necesarias para minimizar los efectos causados por la ocurrencia de los eventos identificados (gestión del SIM); cuál es la periodicidad de las acciones económicas para la ejecución de operaciones de inspección y de mantención preventiva (gestión del SIM); cuáles repuestos es necesario mantener en bodega y en qué cantidad (ambiente del SIM); cuáles son las políticas óptimas de gestión para estos repuestos (gestión del SIM); cuáles trabajos de revisión y reparación conviene normalizar, es decir, definir en cuanto a los contenidos y a la presupuestación de los recursos necesarios (ambiente del SIM);

789

•

cuáles son las posibles medidas de mejoramiento orientadas a reducir o eliminar las causas que ocasionan los eventos en cuestión (gestión del SIM).

Estas acciones permiten mejorar constantemente el ajuste del sistema de mantención. El resultado de este trabajo de ajuste es la capacidad de seleccionar un conjunto “óptimo” de políticas de mantención. Las políticas de mantención óptimas se definen a través de una combinación de acciones que van desde el análisis del comportamiento de las máquinas hasta la evaluación técnico-económica de los costos por operaciones de mejoramiento o prevención. El resultado de estas acciones (detalladas en el capítulo dedicado al diseño de la mantención) lleva a la definición analítica de un plan de operaciones que contempla en particular tanto controles de tipo inspectivo como operaciones de mantención propiamente tales. 4.

La gestión del cambio

Durante los últimos treinta años, el sistema informativo en el sector de la mantención nunca ha asumido un rol verdaderamente estratégico para determinar cambios ni modificaciones substanciales en la organización de las empresas, como ha sido el caso, con distintos grados de éxito, en otros sectores (logística, ciclo activo y pasivo, automatización industrial, contabilidad analítica, OLAP –On Line Analytical Processing–, por mencionar algunos ejemplos). Ello se debe a varios factores: •

•

en muchas empresas, incluso hoy, el sistema informativo se utiliza sobre todo para elaborar el balance y asignar los costos de mantención, y para la gestión de materiales, a menudo para istrar el trabajo y el “backlog” de los talleres, y raramente se emplea para el monitoreo y el mejoramiento de las prestaciones, ni se orienta a la reducción de gastos innecesarios, aun cuando existen diferencias substanciales en este aspecto entre las distintas categorías de empresas (construcción, transportes, industria de proceso, manufactura ligera y pesada, servicios, etc.); las transformaciones más importantes en el modo de hacer mantención se han producido sobre todo en el aspecto organizacional, privilegiando la soltura y la visibilidad proporcionada por la “gestión visual” más que encomendarse a procesos basados en las tecnologías informáticas;

790

•

la mantención es un proceso que se caracteriza por un uso intensivo de mano de obra, flexible por naturaleza, de manera que el trabajo en grupo, la motivación, la polivalencia, la autonomía son “valores” más relevantes que el mayor nivel de coordinación proporcionado por la aplicación de la informática; la eficacia prevalece sobre la saturación, la creatividad sobre la formalización; y todo ello aderezado con modelos organizacionales que han llevado a transferir paulatinamente las actividades de mantención a la producción.

4.1 La evolución de los comportamientos organizacionales Hoy, en cambio, es precisamente el sistema informativo el que puede contribuir a un rediseño de la mantención situado en dos niveles: el primero integrado en los equipos de producción, el segundo proporcionado por empresas externas con actividades de “global service”. El sistema informativo se hace “pequeño” y “liviano”, orientado a la gestión de la mantención preventiva (sobre todo a las inspecciones y a lo que sea necesario para cumplir con las normas ISO 9000), a la identificación de anomalías y señales débiles, al monitoreo de las prestaciones. Éstos son los procesos críticos. Los sistemas de diagnóstico se integrarán directamente en las instalaciones, y con ellos otros sistemas expertos de apoyo que, al ser realizados por el mismo fabricante y por lo tanto dedicados, permitirán obtener resultados óptimos. Las bodegas de mantención desaparecerán y, con ellas, los procesos de gestión relacionados. En efecto, el presupuesto más substancial de mantención será entregado al “global service” en lo referente tanto a materiales como prestaciones, y el contratista contará con sus propias herramientas de gestión que compartirá entre varias empresas, así como talleres y materiales. 4.2 Objetivos y resultados El proceso de tercerización de la mantención se desarrollará en forma gradual. Mientras, es necesario que la empresa racionalice el uso de los recursos destinados a mantención, para poder llegar a la cita con el “global service” habiendo alcanzado niveles excelentes de eficiencia. El sistema informativo puede ser de utilidad para “medir” el nivel de eficiencia alcanzado y para mejorar los procesos que posteriormente serán tercerizados.

791

Ello implica efectuar los siguientes pasos: • • • • • • •

definir el desglose de las estructuras de la planta; activar la gestión de los trabajos de mantención mediante la “solicitud de trabajos”; registrar puntualmente en el balance todos los recursos internos y externos empleados en las faenas, identificando la absorción de los costos por implementación de distintas políticas; reducir al mínimo los requerimientos de mantención de emergencia a través de un uso adecuado de la prevención y de la mantención oportunista; eliminar las fallas recurrentes y las causas crónicas de desperfectos; monitorear periódicamente las prestaciones de la planta para medir los resultados logrados; elaborar un presupuesto de gastos y de los trabajos principales, efectuando luego un seguimiento del avance y de la ejecución.

Una vez terminada la transición, que puede durar uno o dos años, se llegará a conseguir los siguientes resultados: • • • • •

mejoramiento del nivel de servicio (reducción de atrasos, mejoramiento de la eficacia de las operaciones de mantención, reduciendo hasta en un 10% el gasto en mantención); control y limitación de los niveles de inventario (reducción de un 20 a 30% de las inmovilizaciones); mejoramiento de las prestaciones de la planta (mejoramiento de la disponibilidad en un 10 a 15%, recuperando un 5 a 10% de los costos de transformación, según la tipología del proceso); simplificación de los procedimientos (recuperación de un 25 a 35% de los costos de mano de obra directa); integración funcional en área de fabricación (efectos de la mantención productiva equivalentes a una reducción del 50% de los costos en mantención preventiva).

792

4.3 El uso del computador El desarrollo y la simplificación de los procesos de monitoreo y diagnóstico, el análisis de las renovaciones, las evaluaciones técnicas en general se hacen cada vez más sencillas al disponer de computadores cada vez más potentes y económicos. La difusión de las herramientas “Office” ha permitido al mantenedor, así como al técnico en general y al investigador, construir modelos –incluso de alta complejidad– sin tener que recurrir a las normas complicadas y poco amigables de la programación de computadores. Los PCs de hoy son accesibles incluso para quien no sepa nada de programación, sistemas de software y otros artilugios semejantes; y el mantenedor ya no podría desenvolverse sin su computador personal. Sin embargo, todavía son pocos los que utilizan el computador como apoyo para el sistema informativo de mantención. 5.

El sistema de mantención en el contexto de la empresa

En la empresa industrial, el sistema de mantención tiene un nivel bastante pobre de integración con los demás sistemas operativos. Ello se debe tanto al hecho de que todavía existen muchas empresas que carecen de un sistema informativo de mantención bien estructurado, como a la subvaloración de los asuntos de mantención en el contexto del business de la empresa. La mantención es, en cambio, un componente estratégico, por dos motivos a lo menos: • primero, porque el nivel de prestaciones alcanzado por la planta depende en gran medida de la eficacia de la mantención; • segundo, porque a través del mejoramiento continuo la mantención permite direccional el uso de las maquinarias a las exigencias del producto y del proceso. Luego habría que considerar el costo de la mantención, que en algunas empresas llega a un 20 a 25% de los costos de transformación, y que debe ser controlado adecuadamente. De hecho, lo que más interesa a la empresa industrial es el control del gasto en mantención (pero no la idoneidad de las políticas para el comportamiento del sistema de la planta).

793

Por este motivo, la interfaz más habitual con el sistema empresa se refiere al gasto en mantención, especialmente los costos variables, es decir, aquello que se adquiere a empresas terceras. De modo que el proceso de mantención tiene dos áreas significativas de integración con la gestión de materiales (que es un componente fundamental para implementar la acción de mantenimiento) y con las adquisiciones para el aprovisionamiento de recursos externos. Las empresas mejor organizadas han creado circuitos de control que permiten verificar, en forma más o menos automatizada, los consumos de prestaciones externas y el control de la facturación pasiva, simplificando así los procedimientos burocráticos. En realidad, la empresa “excelente” no necesita un control “duro” del uso de recursos externos porque, a través de modalidades adecuadas de contratación (órdenes abiertas, service, global service) logra transferir la verificación de la eficiencia al proveedor, limitándose a comprobar que los servicios prestados correspondan a lo acordado (las “razones de intercambio”). 5.1 El de control La empresa “excelente”, en cambio, se enfoca a las prestaciones, considerando los costos de la no mantención considerablemente más críticos que el gasto. La disponibilidad de las instalaciones, el nivel de defectos, los rendimientos son parámetros más eficaces para comprender estos fenómenos y forman parte, con justa razón, del así llamado “ de control”, entendiéndose por ello un instrumento de verificación en tiempo real de la marcha de la empresa. La empresa “excelente” se interesa por las informaciones destinadas a programar y organizar las actividades más que a efectuar un balance de lo ya ocurrido. Son relevantes en este sentido las informaciones acerca de las necesidades de mantención, sobre los plazos de la mantención planificada, sobre el calendario de paradas programadas (sobre todo para las plantas de proceso), sobre los consumos previstos de repuestos (reservas y compromisos, gestión según necesidad), sobre la prevención mediante el monitoreo del sistema de la planta, sobre las previsiones de las modalidades de avería (MAGEC, análisis de las modalidades de averías, de los efectos y su criticidad). Es decir, todo aquello que permite un mejoramiento continuo de la organización y de los resultados.

794

En el desarrollo de estos procesos, las áreas de integración del sistema informativo son modestas. Por lo que se refiere al “ de control”, es en sí mismo un sistema no directamente integrado con el sistema informativo de la empresa, puesto que se apoya en sus propias estructuras de datos caracterizadas más bien por los criterios de agregación que por las informaciones, y que se actualizan periódicamente desde la base de datos central, la cual es en cambio rica de informaciones no agregadas. Por lo que respecta a las demás informaciones, la integración se produce mucho más en los procesos, en el personal y en las actividades que en el sistema informativo. Por lo tanto, el sistema informativo de mantención se presenta como un sistema cerrado, que no tiene mucha relación con los demás sistemas de empresa. 5.2 Vínculos entre sistemas La posibilidad de vincular los sistemas de empresa es la premisa para integrar las distintas áreas funcionales del sistema informativo. El objetivo es la creación, por lo menos a nivel “virtual” de una base de datos única que comprenda todas las informaciones necesarias para la empresa, sin duplicación ni redundancia. 5.2.1 Los instrumentos de interfaz En la etapa pionera de la informática, la conexión entre distintos sistemas se lograba a través de procedimientos “batch” que trasladaban la información de una base de datos a otra, requiriéndose actualizaciones continuas y frecuentes a fin de mantener un mínimo de “coherencia” dentro de la base de datos. No podía aún hablarse de una base de datos única, pero estas prácticas permitían, de todos modos, lograr un buen nivel de integración entre los procesos. Con el seguimiento de las bases de datos relacionales, y posteriormente de las arquitecturas cliente/servidor, se ha hecho posible alcanzar, por lo menos en forma “virtual”, la meta de la base de datos única. En la práctica, todo sistema podía, a través de “vistas lógicas” adecuadas, interrogar a otro sistema y obtener la información necesaria procesándola en “tiempo real”, sin tener que recurrir a una transferencia física de los datos. Lamentablemente, dado que estos sistemas son suministrados por distintos proveedores y que no existía un estándar reconocido y utilizado universalmente para modelar la base de datos, no siempre las estructuras de 795

datos son compatibles, de modo que la utilización de los datos entregados por las vistas puede ser difícil, si no imposible. Por ese motivo, han tenido un éxito considerable los llamados sistemas ERP (Enterprise Resource Planning) o sistemas Enterprise. 5.2.2 El enfoque ERP Los sistemas ERP emplean generalmente el modelo cliente/servidor, con distintos grados de descentralización, y se presentan como “un paquete” de módulos que cubren completamente, o casi, las exigencias informativas de una empresa. Los sistemas ERP poseen integración natural, puesto que la base de datos pertenece a un proyecto único y cada módulo interactúa con ella. Además, están generalmente muy parametrizados, de manera que pueden adaptarse tanto como sea posible a las exigencias de la empresa sin tener que modificar la estructura del producto. Por una parte, esto acarrea considerables ventajas, pero, por otra, resulta difícil imaginar que la suma de los distintos módulos pueda constituir la mejor solución para la empresa, y esto se aplica sobre todo a las partes que involucran la programación de la producción y de la mantención. En el primer caso, porque los mecanismos de programación están estrechamente ligados al sistema producto/proceso, y cuesta imaginar que una solución, por muy parametrizada que sea, se adapte a las distintas categorías de empresa. En el segundo caso, porque la mantención presenta aspectos peculiares que hasta ahora sólo han sido resueltos exitosamente por firmas proveedoras que operan en el nicho de mercado de la mantención, tanto más que, como se ha dicho, es de hecho un “sistema cerrado”. No obstante, los sistemas ERP han cosechado grandes éxitos, especialmente en las grandes empresas, y buena parte de los proveedores se está orientando a ofrecer soluciones integrales. ¿Soluciones integrales, empresa integrada? No, o por lo menos no necesariamente, puesto que la empresa integrada, liviana y corta, recurre lo menos posible a la herramienta informática, y valora a las personas (empowerment), la participación y el trabajo en equipo, el mejoramiento continuo, la “gestión visual”, la prevención. El sistema informativo de mantención no tiene impacto significativo en ninguno de estos elementos. Pero cuando la cantidad de información procesada es considerable, el sistema informático puede contribuir a reducir los gastos innecesarios derivados de la burocracia.

796

5.2.3 Documentación, imágenes, Web y workflow Dentro del año 2000, el 50% de las mil empresas censadas por la revista norteamericana Fortune cuentan con un sistema de gestión de documentos. El data warehousing y el document management serán, según el Gartner Group, las tecnologías más promisorias del fin del milenio. En efecto, la gestión de las informaciones “no estructuradas” es un problema cada vez mayor para las empresas. En promedio, sólo un 15% de las informaciones importantes para la empresa están estructuradas en bases de datos, con el 85% en forma de papeles (o en sistemas que manejan la burocracia, como “Office”), esto es “no estructurada”, pero sobre todo “no istrada”. El “flujo de trabajo” (workflow) interno y externo de la empresa, liviana y orientada a los procesos, utiliza informaciones compuestas que, de alguna forma, deben integrarse a fin de ser utilizadas en forma expedita. Al comienzo, todas las informaciones consistían en papeles, por su naturaleza flexible; luego, con el desarrollo tecnológico, en una primera etapa la información se estructuró en sistemas centralizados y posteriormente en sistemas red (arquitecturas abiertas, cliente/servidor), en ambientes de grupo de trabajo (groupware), con el resultado DE que la información queda supeditada a la rigidez del soporte que la maneja. El momento actual de incertidumbre (¿confusión y temor?) será superado gracias a nuevas tecnologías emergentes; en especial , además de los ya citados datawarehousing y document management, se cifran grandes esperanzas en la Web, la herramienta en que se apoya Internet, y en las llamadas “bases de datos universales”. Pareciera ser que las tecnologías Web son las más adecuadas para manejar informaciones de distinta naturaleza, ya sean las informaciones clásicas estructuradas en bases de datos o informaciones basadas en soportes multimediales; además, la Web comprende un conjunto de protocolos que deberían constituir un gran aporte durante los próximos años para estandarizar y uniformar las tecnologías de comunicación. Los grandes productores mundiales de bases de datos, por otra parte, para superar la rigidez inherente a sus productos, están desarrollando un nuevo modelo de base de datos que permitirá procesar información en cualquier formato, llamado precisamente “base de datos universal”. Así, durante los próximos años, se logrará una mayor gestión de la información, que será cada vez más estratégica para el manejo y para la existencia misma de la empresa.

797

Manual, su respaldo en papel

Red y arquitectura abierta

Grupos de PC

Innovación: Gestión de documentos en la web

Incertidumbre

IT Centralizada Nivel de saturación

Tiempo

10 años Hoy

Fig. 4. Desarrollo de las tecnologías informáticas.

Bibliografía A. Adriano, Programmazione e controllo derlla produzione industriale, Franco Angeli, Azienda Moderna, Milano, 1981, III edizione. Baldin e L. Furlanetto, La manutenzione secondo dondizione. Guida Operativa, Franco Angeli, Azienda Moderna, Milano, 1980, II Edizione. Baldin, L. Furlanetto, A. Roversi, F. Turco, Manuale della manutenzione degli impianti industriali, Franco Angeli, Azienda Moderna, Milano, 1981, IV edizione. Bensoussan, La maintenance des systèmes informatiques et le droit, Hermes, Paris, 1993. G. Bonazzi, Stori del pensiero organizzativo, Franco Angeli, Milano, 1989. P. F. Camussone, A. Biffi (a cura di), I sistemi informative nelle aziende manifatturiere. 1º rapporto della ricerca SDA Bocconi – SMAU su : lo stato dei sistemi Informativi nelle aziende italiane, il Sole 24 Ore Libri, Studi/Management, Milano, 1992. R. Castagna, A. Roversi A. (a cura di), Sistemi Produttivi. Il processo di fianificaziones, programmazione e controllo, ISEDI, MIP Politecnico di Milano, Torino, 1990, I Edizione. A.de Maio, E. Bartezzaghi, O. Brivio, G. Zanarini, Informatica e processi decisionali. Una metodología socio-técnica di individuazione dei fabbisogni informativi, Ricerche sulla organizzazione e sul lavoro, Franco Angeli, Milano, 1982. 798

L. Furlanetto, M. Cattaneo, Manutenzione a costo zero. Gli strumenti operativi del responsabili di manutenzione: una figura strategica nell’innovazione tecnológica, Ipsoa, Milano, 1986. L. Furlanetto, M. Cattaneo, C. Mastriforti, Manutenzione produttiva. L’experienza del TPM in Italia, Isedi, Torino, 1991. M. Gabriel e C. J. Rault (a cura di), Systèmes Experts en Maintenance, Masson, Informatique e Gestion de l’Enterprise, Parigi, 1987. A. Kelly e M. J. Harris, Management of Industrial Maintenance, Buterworths Managemente Library, Londra, 1978. P. Lyonnet, La Manintenance Mathématiques et Méthodes, Lavoisier, Technique et Documentation, Parigi, 1988. V.M. Maronino, L’Intagibile nelle organizzazioni, Pielli, Quaderni di formazione, Milano, 1990. S. Nakajima, Total Productive Maintenance, Introduction to TPM, Productivity Press, Cambridge, 1988 (ediz. Orig. TPM Nuumon, JIPM, Tokyo, 1984; trad. It. TPM Total Productive Maintenance, ISEDI, Productivity Italia, Torino, 1992). D. Joseph Jr. Patton, Maintanability and Maintenance Mangement, Instrument Society of America, II ediz., Research Triangle Park (Stati Uniti), 1988. K. Shirose (a cura di), Manutenzione autonoma con il TPM, Franco Angeli, Azienda Moderna, Milano, 1997 (deis. Orig. Kobetsu Kaizen no Susumekata, Nipón Plant Maintenance Kyokai, Tokio, 1988). K. Shirose (a cura di) Manutenzione autonoma con il TPM, Franco Angeli, Azienda Moderna, Milano, 1995 (ediz. Orig. Kishu Osen no Susudekata, Nipón Plant Maintenance Kyokai, Tokio, 1988). J. P. Souris, La maintenance source de profits, Les ‘Editions d’Organisation, Paris, 1990. S. Nakajima, TPM Development Program: Implementing Total Productive Maintenance, Productivity Press, Cambridge, 1989 (ediz. Orig. TPM Tenkai Program, JIPM, Tokyo, 1986; trad. se, La Maintenance Productive Totale (TPM). Mise en œuvre, Afnor, 1989). J. R. Schonberger, Tecniche produttive giapponesi. Nove lezioni di semplictà, Franco Angeli, Azienda Moderna, Milano, 1987 (ediz. Orig. Japanese Manufacturing Techniques. Nine Hidden Lessons in Semplicity, The Free Press, New York, 1986). J. R. Schonberger, World Class Manufacturing. Le nuove regole per una produzione di classe mondiale, Franco Angeli, Azienda Moderna, Milano, 1987 (ediz. Orig. World Class Manufacturing. The Lesson of Semplicity Applied, The Free Press, New York, 1986).

799

800

Cuarta parte El control

801

802

1. El control técnico y económico de la mantención por Biagio De Marzo

1. La gestión técnica de las instalaciones y el control de los resultados Por “gestión técnica de las instalaciones” se entienden todas las actividades orientadas a adquirir y proporcionar informaciones útiles para: • • • •

interpretar el comportamiento de las máquinas; evaluar la eficacia del servicio de mantención; determinar las operaciones de mantención preventiva, programada y mejorativa; y orientar las opciones de la política de mantención y gestión de materiales.

La información contenida en las bases de datos de la gestión de los Dicha gestión se manifiesta en la consignación de los eventos (sobre todo a través del análisis de las relaciones de producción, de las paradas por avería y de los programas de trabajo) y de las consecuencias efectivas y potenciales sobre el sistema productivo. De este modo, se determinan los rendimientos y la disponibilidad, y se identifican los puntos críticos de los medios de producción y las causas recurrentes de averías y otras paradas de la producción. Los pasos siguientes son el diseño e implementación de mejoramientos, la calibración de recursos y la entrega a los proyectistas de las informaciones necesarias para mejorar las instalaciones. Indispensable para la gestión técnica es el sistema informativo, manual o computarizado, con el cual se consigue un monitoreo general de la planta y un control de los resultados. Con un buen sistema informativo es posible coordinar trabajos, de los recursos y de la planta con aquellas provenientes de sensores, de redes de comunicaciones, de front-ends y sistemas expertos. Controlar los resultados significa, ante todo, conocerlos, cuantificarlos y compararlos con los pronósticos, con resultados anteriores y con los resultados obtenidos por otros; sin conocer, medir y cotejar los que ocurre hoy dentro de la propia realidad, es imposible planificar el futuro y es imposible mejorar.

803

A veces, en mantención, la adquisición de datos se percibe como una carga burocrática inútil. En efecto, la complejidad y la variabilidad de la mantención no permiten hallar una sola medida que exprese en forma global el resultado de la mantención. Se recurre entonces a varios indicadores parciales, a menudo no unificados, que permiten evaluar aspectos individuales, pero no proporcionan una visión de conjunto; los riesgos de una excesiva burocratización son reales y se deben reducir simplificando al máximo. En base al conocimiento de las diversas realidades empresariales, podemos decir que, más allá de los parámetros o indicadores que se escojan para medir, controlar y mejorar, lo que realmente importa es recoger los datos y analizarlos con sistematicidad, con profesionalismo y con comportamientos adecuados, pero sobre todo evaluar lo que se desprende del estudio y adoptar rápidamente medidas en consecuencia: no hay nada más frustrante que constatar la persistencia de una anomalía, inútilmente consignada. Las comparaciones son de gran utilidad aun cuando pensemos, erróneamente, que nuestra situación es tan especial que no se la puede comparar con otros casos individuales ni con valores medios representativos de un ámbito determinado: si se los conoce a fondo, los datos son “homogeneizables” con suficiente aproximación, y es posible realizar comparaciones dentro de una misma unidad productiva y entre unidades productivas similares. La eficiencia de la mantención se mide bastante satisfactoriamente mediante una serie de parámetros técnico-cualitativos y de parámetros económicos estrechamente ligados entre sí: no existe asunto técnico que no tenga matices económicos, y viceversa. Por comodidad de la exposición, los trataremos en forma separada. En las páginas siguientes, se describe una modalidad de realización del control técnico y económico específica para una realidad industrial compleja, pero que se puede aplicar a situaciones de menor complejidad efectuando las simplificaciones del caso. 2.

La prestación productiva de las instalaciones.

La medición de las prestaciones de la planta se refiere al tiempo durante el cual se produce en relación con otros tiempos. Existen normas que proponen algunas definiciones sobre los tiempos: sin embargo, muchas empresas adoptan su propio “esquema general de tiempos”. Esto dificulta las comparaciones y requiere un análisis preliminar del esquema de tiempos en las empresas que se desean comparar a fin de

804

ESQUEMA GENERAL DEL TIEMPO

Tiempo de Calendario Tiempo de disponibilidad potencial

Tiempo no disponibilidad

Tiempo programado

Tiempo programado

Tiempo de ejercicio

T. activo

Tiempo ejerc.

no

no

T pasivo

Tiempo de Calendario Tiempo de indisponibilidad

Tiempo de disponibilidad potencial Tiempo no programable Tiempo programado

Tiempo solar del período tomado en consideración Reservado para tareas grandes, detenciones anuales, feriados colectivos Instalación potencialmente disponible para la producción Instalación para festividades no laborales y manutención programada Disponible para el proceso, personal presente

Tiempo de no ejercicio

Tiempo de ejercicio Tiempo pasivo Tiempo activo

Fig. 1. Ejemplo del esquema general de tiempo.

805

homogeneizar los datos antes de cotejarlos. La fig. 1 muestra un esquema general detallado de los tiempos, donde cada empresa podrá reconocer o situar sus definiciones específicas. Del esquema de tiempos, se desprenden los indicadores más habituales, conocidos por distintos nombres: Índice de ejercicio Ie =

Disponibilidad D =

Tiempo programado % (T. para el proceso con Tiempo de calendario personal presente) Tiempo activo Tiempo programado

% (T. en que se produce sobre tiempo disponible)

% (T. en que se produce sobre tiempo de Índice de utilización global Iug = Tiempo de calendario calendario) Tiempo activo

Las prestaciones productivas se miden también a través de la eficiencia (productiva, cualitativa y total), que toma en cuenta las pérdidas y es útil para comprender, además, el estado del sistema de mantención. Eficiencia productiva La eficiencia productiva (Ep) toma en cuenta las pérdidas por averías, equipamiento, ajustes, marchas blancas, microparadas y reducciones de velocidad, y está dada por la fórmula:

Ep =

Tiempo de ciclo teórico x Cantidad producida Tiempo activo

Eficiencia cualitativa La eficiencia cualitativa (Ec) toma en cuenta las pérdidas debidas a defectos del proceso productivo o a mermas de la calidad, y está dada por la fórmula: Ec =

Número de piezas buenas producidas Cantidad producida

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Eficiencia total La eficiencia total (Etot) toma en cuenta la disponibilidad, la eficiencia productiva y cualitativa, y está dada por la fórmula: Etot = D x Ep X Ec

Con las expresiones anteriores para D, Ep y Ec, obtenemos para la eficiencia total:

Etot=

Tiempo activo Tiempo progr.

Etot=

x

T. ciclo teór. x Cant. producida Tiempo activo

x

Núm. piezas buenas prod. Cant. producida

Tiempo de ciclo teórico x Número de piezas buenas producidas Tiempo programado

2. El mejoramiento de la disponibilidad a través de la confiabilidad y la mantenibilidad La confiabilidad, a menudo designada con la letra R por el término en inglés Reliability, es: “La medida de la capacidad de un producto/sistema/maquinaria de funcionar correctamente, durante el período de tiempo requerido, en el ambiente operativo especificado, bajo condiciones específicas de uso y mantención. Se mide como una probabilidad” (definición militar estadounidense). Simplificando al máximo, la confiabilidad mide la probabilidad estadística de que la máquina funcione sin desperfectos durante un cierto tiempo. La mantenibilidad es: “La medida de la capacidad de un producto/sistema/maquinaria de ser sometido a mantención según procedimientos definidos, en los términos especificados y empleando recursos especificados. Los procedimientos deben tomar en cuenta los criterios de facilidad, precisión, seguridad y economía. Se mide como la probabilidad de realizar la operación de mantención en el tiempo especificado”.

807

De esta definición, se desprende que la operación de mantención: • • •

se puede definir a priori sobre bases estadísticas; está vinculado a los recursos, repuestos, consumibles y equipamiento utilizados; representa el punto de equilibrio/trade-off entre facilidad y precisión de ejecución, seguridad de los operarios y economía de la operación.

Simplificando al máximo, la mantenibilidad indica estadísticamente las condiciones de restauración de una máquina que se ha detenido por una anomalía en su funcionamiento. La confiabilidad y la mantenibilidad de un único producto/sistema/maquinaria están vinculadas a la cantidad de averías que se producirán durante

Fig. 2. Sucesión ON-OFF.

su vida útil y que requerirán operaciones de mantención: son, por lo tanto, características “intrínsecas” de la máquina, que deberán ser “diseñadas” en conjunto con otras (velocidad, potencia, etc.) en función de los objetivos asignados. Una vez construida la máquina, las posibilidades de aumentar su confiabilidad y su mantenibilidad son escasas, y casi siempre implican inversiones substanciales. La disponibilidad define el nivel efectivo de las prestaciones de la máquina y se mide por la razón entre el tiempo “activo” (de funcionamiento productivo efectivo) y el tiempo “programado” (planta disponible para el proceso, con el personal presente). 808

La fig. 2 representa el funcionamiento de la máquina como una sucesión de tiempos vivos Ti de funcionamiento (ON) y tiempos muertos ti de parada (OFF): la disponibilidad puede calcularse también en base a dichos tiempos.

Disponibilidad =

Tiempo de funcionami ento ∑ Ti = ( ) Tiempo de funcionami ento + Tiempo de parada T + t i ∑

El tiempo de funcionamiento depende de la confiabilidad de la máquina, y el tiempo de parada de su mantenibilidad. De ello se desprende que: La disponibilidad es una función combinada de la confiabilidad y la mantenibilidad. Los conceptos de confiabilidad y mantenibilidad se traducen asimismo en parámetros de medición tales como: MTBF = Mean Time Between Failures (tiempo medio entre fallas) MTTR = Mean Time To Repair (tiempo medio de reparación) MTBM = Mean Time Between Maintenance (tiempo medio entre dos mantenciones preventivas) Estas expresiones, tratadas con más detalle en otra sección de este manual, se usan mucho para calificar las prestaciones de productos mecánicos, eléctricos o electrónicos que componen plantas o equipamientos; en cambio, para las prestaciones de plantas y maquinarias complejas se usan más aquellas que se refieren a tiempos de uso, pérdidas, etc. De lo dicho queda claro que el mejoramiento de la disponibilidad pasa por la reducción del tiempo de reparación, es decir, del tiempo entre el instante en que se detuvo la máquina hasta el instante en que se pone nuevamente en marcha. Dentro del tiempo de reparación, podemos distinguir ocho etapas: 1 2 3 4 5 6 7 8

= = = = = = = =

tiempo para localizar la falla tiempo para diagnosticar tiempo para desmontar tiempo para remover tiempo para obtener el repuesto tiempo para reemplazar tiempo para volver a montar tiempo para efectuar pruebas y verificaciones 809

Para mejorar la disponibilidad de las instalaciones, resulta fundamental minimizar todas estas etapas o realizar algunas de ellas en paralelo en lugar de en serie. El diagnóstico es el aspecto más determinante de una operación de mantención incidental: los errores de diagnóstico acarrean inevitablemente un aumento del tiempo de parada, cuando no daños mayores. Para desarrollar la capacidad individual de elaborar un diagnóstico, es indispensable que los encargados de mantención posean un conocimiento adecuado del funcionamiento de las máquinas sobre las cuales operan. En máquinas de una cierta complejidad, se ha ido desarrollando el diagnóstico automático que permite, en base a magnitudes medidas en terreno, indicar el estado del sistema. El desmontaje suele absorber parte importante del tiempo de parada, porque durante la estapa de diseño no se dio suficiente importancia a este aspecto. Las tendencias actuales hacia la modularidad y la estandarización permiten ahorrar tiempo en las etapas de desmontaje y montaje. El tiempo para pruebas y verificaciones, las que son absolutamente indispensables para “restaurar” las condiciones de ejercicio, a menudo dilata el tiempo de reparación dado que la complejidad de los dispositivos de control y ajuste requiere la intervención de especialistas. Es aconsejable implementar sistemas de control que no necesiten ajustes y tengan sólo dos estados: correcto-incorrecto, Sí-No. Soluciones de este tipo pueden contribuir significativamente a reducir el tiempo de reparación. Las observaciones acerca de la reducción del tiempo de reparación confirman que el tema de la mantenibilidad debe ser abordado durante la etapa de diseño, porque es allí donde se determina la capacidad de un sistema para ser sometido a mantención. El diseñador puede aumentar la mantenibilidad aplicando técnicas e instrumentos de diagnóstico, criterios de modularidad, intercambiabilidad, estandarización y estándares mínimos aceptables. Cada nuevo producto debe diseñarse con vistas a la mantención, tomando en cuenta los requisitos cualitativos y cuantitativos de la producción, el apoyo logístico, los pronósticos de mantenibilidad, el profesionalismo y el número de encargados de mantención necesario. Los requisitos cualitativos de cada unidad del nuevo producto son: • • • •

maniobrabilidad, simplicidad de operación, pesos que haya que desplazar, necesidad de equipamiento especial; accesibilidad, visibilidad de las piezas y métodos de fijación y conexión; modularidad, intercambiabilidad y estandarización; facilidad de efectuar ajustes (alineaciones, calibraciones). 810

Los requisitos cuantitativos de cada unidad del nuevo producto son: • • • • •

tiempos medios y máximos de no disponibilidad; horas-hombre de mantención por hora-hombre de operación; número medio y máximo de recursos necesarios para la operación de mantención; tiempos medios y máximos para operaciones de mantención correctiva, preventiva y de inspección; repuestos en stock y consumo de materiales.

El apoyo logístico consiste en prever lo que hará falta en el momento preciso y en el lugar adecuado, de modo que se mantengan los valores de confiabilidad del sistema. Desestimar estas exigencias puede acarrear riesgos sustanciales durante la fase operativa: el más banal de los inconvenientes puede convertirse en un problema insoluble u obligar a incurrir en costos prohibitivos. Los pronósticos de mantenibilidad toman en cuenta: - la frecuencia de las operaciones por cada intervención - la duración de las operaciones por cada intervención - el personal necesario por cada intervención

f T N.

Obteniendo estos elementos para cada bloque identificado, es posible poner de manifiesto los bloques críticos. Durante la fase de diseño, se puede modificar el sistema a un costo inferior que en cualquier otro momento de la vida del nuevo producto. El profesionalismo de los mantenedores, factor determinante a fin de reducir el tiempo de diagnóstico y el tiempo de mantención activa, pasa por el adiestramiento y la capacitación en terreno de los mantenedores ya desde la fase de diseño y realización del nuevo producto. El mantenedor debe ser capaz de detectar con prontitud los “síntomas” que toda máquina emite hacia el exterior durante la operación normal. La capacidad diagnóstica debe ir acompañada de pericia técnica operativa, con un buen manejo de los movimientos y de los instrumentos que se deben utilizar. Un buen diseño debe permitir la definición de las especializaciones del oficio de los mantenedores según las necesidades de mantenimiento de los productos que se realicen. El número de mantenedores necesario se determina tras efectuar el análisis de los “pronósticos de mantenibilidad” y tras haber modificado, si cabe, un

811

bloque o una unidad (total o parcialmente). Para ello, se puede tomar en cuenta los datos de: - frecuencia de las operaciones por cada intervención - duración de las operaciones por cada intervención - especialización de oficio requerida por cada intervención

f T S

Efectuando la sumatoria por cada especialización de oficio Σi fi Ti Si, se obtienen las horas de intervenciones de mantenimiento y se dimensiona, a grandes rasgos, la estructura de mantención. 3. Indicadores de control técnico, valores planificados y marcha de los consumos Los indicadores de control técnico son parámetros que miden actividades de mantención y prestaciones de máquinas. Permiten evaluar tanto el sistema de mantención como la sección implicada midiendo: • • • •

el grado de confiabilidad en relación con el nivel de prestaciones requerido; el tiempo de uso efectivo con respecto a la disponibilidad teórica total; el grado de respeto de los programas de mantención; el rendimiento del personal, la estandarización del trabajo y la liviandad de las estructuras.

Los indicadores son indispensables para formular los planes, para promover estudios de actividades de mejoramiento y para permitir una toma de decisiones apoyadas en datos objetivos. Los indicadores de control técnico más comunes son: • • • •

averías: número y hora de las averías; materiales para la mantención: número de ítemes en existencia, índice de rotación de los materiales; otros: horas de paradas programadas, índice de control de recursos; indicadores combinados: razón entre gasto total de mantención y producción ($/ton) y razón entre horas totales de avería y producción (hr/ton).

812

Estos indicadores, en su conjunto, proporcionan una visión global del estado de las instalaciones y de sus requerimientos. El gráfico de la fig. 3 es un ejemplo de cómo el estudio de algunos indicadores combinados puede proporcionar datos sobre el estado de la mantención y las orientaciones futuras. El gráfico muestra los balances semestrales de $/ton y horas de avería en una planta determinada. Cada punto señalado en el gráfico representa el estado real de la planta y de la mantención en cada semestre. Observando cómo se mueve el punto en el tiempo, un semestre tras otro, se pueden extraer indicios importantes. El gráfico se lee en ocho direcciones, cada una de las cuales tiene su propio significado: Dirección 1: si el balance semestral se desplaza en esta dirección, significa que, manteniéndose los costos, las horas de avería aumentan. Para reducir las horas de avería, es necesario aumentar las actividades y, por consiguiente, los costos. Dirección 2: en esta dirección, las horas de avería disminuyen a igualdad de costos. Las actividades son redundantes y deben reducirse, disminuyendo así los costos. Dirección 3: en esta dirección, los costos aumentan a igualdad de horas de avería. Las actividades son redundantes y deben reducirse, disminuyendo así los costos. Dirección 4: en esta dirección, los costos disminuyen a igualdad de horas de avería; situación buena. 3 5

7 2

1 6

8 4

1º sem ‘96 Valor/ton. 2º sem

1º sem ‘95 Hr averías Fig. 3. Orientación de índice combinado.

813

Dirección 5: en esta dirección, los costos y las averías aumentan. Esta dirección se identifica con un problema de management de la mantención. Dirección 6: en esta dirección, los costos y las averías tienden a disminuir: se trata de una situación óptima. Dirección 7: en esta dirección, los costos aumentan notablemente y las averías tienden a disminuir. El significado es una evaluación errada durante la formulación del presupuesto: se debe disminuir las actividades y, por consiguiente, los costos. Dirección 8: en esta dirección, los costos disminuyen notablemente y las averías aumentan en forma igualmente notable. En este caso, también se trata de una evaluación errada durante la formulación del presupuesto: se debe aumentar las actividades y, por consiguiente, los costos. Los indicadores se “personalizan” para cada sector y empresa. Por ejemplo, en un gran taller de reparaciones, los indicadores más importantes son: • • • • •

puntualidad de intervención (tiempo transcurrido entre la fecha de solicitud y el comienzo de los trabajos); tiempo medio de las órdenes de trabajo (tiempo transcurrido entre la fecha de solicitud y la finalización de los trabajos); diferencia media entre la fecha solicitada para la finalización de los trabajos y la fecha efectiva; porcentaje de las prioridades absolutas sobre el total de órdenes de trabajo y porcentaje de intervenciones repetidas; promedio de intervenciones por componente.

Los parámetros operativos y los indicadores de control que mejor caracterizan las actividades productivas de la empresa, denominados Valores Planificados (PV), están constantemente sometidos al escrutinio de la gerencia. Los PV deben ser realistas, promover actividades de mejoramiento e inducir a esfuerzos para su concreción. Normalmente los PV generales son: productividad, índices de funcionamiento, rendimientos, consumos específicos; es indispensable fijar adecuadamente estos valores para formular los programas de producción, adquisición de materias primas, costos, etc.; son el soporte fundamental para la planificación, para la toma de decisiones y para la ejecución.

814

Los PV de mantención son los valores que se asignan a algunos parámetros de mantención que inciden sobre los parámetros operativos o caracterizan la mantención. En líneas generales, entre los tantos parámetros disponibles, aquellos que se escogen como PV son: • •

el presupuesto de mantención; las horas y la incidencia de las paradas programadas y accidentales.

En la fase de definición de los PV, la mantención debe aportar destacando los mejoramientos, los puntos críticos que hay que controlar y otros requisitos necesarios para elaborar los programas. Una vez efectuada la definición, se deberá evaluar todas las repercusiones en términos cualitativos y cuantitativos que provocarán los PV (planes de mantenimiento, problemas de energía, etc.). Es necesario que los PV sean altamente significativos y dignos de crédito, lo que se puede lograr a través de controles frecuentes y actualizaciones, por ejemplo, trimestrales. El control de la marcha de los consumos de energía, de fluidos, de materiales y lubricantes es otro aspecto importante del sistema de control técnico de la planta: individualizar oportunamente un aumento de los consumos significa tener la posibilidad de intervenir de inmediato para eliminar las anomalías del funcionamiento y neutralizar, por ejemplo, la posibilidad de contaminación. El control se lleva a cabo adquiriendo y analizando periódicamente datos acerca de los consumos. Esto requiere que se instalen contadores y medidores en puntos significativos de la planta, de modo que estos datos de consumo puedan consolidarse con el sistema de control de la producción y con el sistema de control de los costos. Obviamente, qué datos se adquieren dependerá del tipo de planta y del uso que se desea dar a la información obtenida. 5.

El análisis de las averías: procedimientos y metodología

5.1 Contenidos y documentos para el análisis de las averías La avería es un evento que compromete la funcionalidad de máquinas, equipos e instrumentos, y puede limitar la capacidad productiva de la planta en términos cualitativos y cuantitativos: por lo tanto, analizar y reducir las averías es una de las actividades más importantes en mantención.

815

El análisis de las averías se simplifica mediante una clasificación que subdivide las averías: •

•

en familias; por ejemplo, averías tipo “E” (que inciden inmediatamente en la producción) y tipo “F” (que no inciden de inmediato en la producción pero podrían comprometerla), según se definen en el capítulo 1, parte III referente a la planificación; por especialización; por ejemplo, averías mecánicas, eléctricas, de la instrumentación, etc.

El análisis de las averías conlleva una investigación meticulosa de las causas directas e indirectas, la atribución, la responsabilidad y la causa de la avería y una precisa identificación de la máquina y el elemento dañados. Teniendo por objetivo la reducción de los gastos, el análisis permite asimismo identificar: • • • •

ineficiencias de los planes de inspección y de los planes de trabajo; debilidades estructurales de las máquinas; carencias de la bodega de materiales; carencias del sistema y requerimientos de formación (operadores y mantenedores).

Prerrequisito para el análisis de las averías es un buen sistema de adquisición de datos, cuyos elementos principales son: • • • •

los “registros de turno” para los informes de producción y de operaciones de emergencia; los “informes de averías significativas”; los informes de inspección; las “cartas de control” y las “bitácoras de máquina”

El responsable del turno de producción y operaciones de emergencia anota en el “registro de turno” los incidentes y anomalías de funcionamiento que impliquen una merma en la producción o que provoquen un deterioro de la calidad; la anotación debe ir seguida de un informe de avería significativa, completado según un procedimiento y una metodología específica; los datos más importantes se registran en cartas de control y en las bitácoras de máquina.

816

5.2 Metodología de análisis de las averías Las metodologías FMECA y MAGEC (tratadas en otra parte de este manual) son instrumentos metodológicos generales para el análisis de las averías. Un método ágil que ayuda a identificar los defectos de diseño, construcción, operación, mantención y otros es el método “en espina de pez”. La fig. 4 muestra un ejemplo de análisis empleando dicho método. En el caso de plantas especialmente inestables, los datos concernientes a las averías se analizan con la metodología ABC, tomando en cuenta la cantidad de averías, teniendo poca relevancia las horas. Evidentemente, el nivel a que se lleva a cabo la investigación (fábrica, sección, línea de producción, etc.) dependerá de la situación contingente. Este tipo de análisis permite identificar las líneas de producción más afectadas por las averías, interpretar los problemas que se derivan de las causas y estudiar las medidas más adecuadas. Normalmente, las medidas que se adopten apuntan a: • • • • • • • •

mejorar la confiabilidad técnica y de diseño de la planta; llevar a cabo inspecciones sistemáticas para prevenir las averías; mejorar los conocimientos técnicos de las personas; capacitar al personal acerca de las metodologías de inspección; capacitar al personal acerca de las metodologías de inspección; capacitar al personal en las destrezas necesarias para ejecutar los trabajos; mejorar el estándar de restauración y prueba; mejorar las condiciones del entorno, protecciones, limpieza, etc.

817

818

Problemas de Funcionamiento

Motor sobrecalentado

Material usado

Diferencia en el

Motor con alta vibración

Es demasiado alta

Cojinete derruido

Aceite es muy alta

De cojinete

Error en el tipo

La presión del aceite

cojinete

Error dimensionamiento

De la arandela (espesor)

Error dimensionamiento

La temperatura del

Llave dinamométrica

Bloqueo del tornillo con

arándela

Error en el centro de la

De la arándela

Error en dimensionamiento

Defecto de construcción Y error de puesta a punto

Fig. 4. Modelo del método de análisis de avería en “espina de pescado”. Otros problemas

(Perno frágil)

Error calidad

Problema de dilatación

Error

Error de proyecto

Error de proyectación

Perno Cortado

Los tiempos de formulación y de análisis deben ser muy breves; si no es posible establecer claramente las causas en forma inmediata, se deberá por lo menos formular una hipótesis de trabajo, con opción de profundización posterior. Para las averías de una cierta magnitud, que habrá que fijar como norma general, se deben definir en cada área “límites estándar” que permitirán determinar sobre la marcha la necesidad de organizar reuniones para estudiar las averías y establecer el nivel y los participantes. Los principales criterios para la formulación de límites estándar de las averías son: • • • •

importancia de la planta para el ciclo de producción; importancia de la máquina en cuanto a ecología y seguridad; importancia de la máquina para la calidad del producto; límite de horas de parada de la planta con pérdida de producción.

En el transcurso de la reunión acerca de las averías, se procede en forma tal que: • • •

se examine la situación de las averías de la planta, observando la evolución (“carta de control”) de la cantidad de averías y de las horas de producción perdidas; se aclaren las causas y las medidas con la contribución de todos los participantes. Si es necesario adoptar medidas adicionales, se deberá establecer quién se hará cargo y en cuanto tiempo; se evalúe la reparación efectuada con la participación de los ejecutores efectivos.

El acta de la reunión y los informes de avería más relevantes se envían también a otros organismos interesados. 5.3 Procedimiento sobre las averías El procedimiento sobre las averías es el conjunto de modalidades de registro, aviso, análisis y valorización de las averías, que convergen en el “informe de avería”. • •

La emisión y divulgación del informe tienen por objetivo: prevenir averías similares; promover actividades de mejoramiento.

819

Responsable de

producción

MAN operativa Resp.Man Técnico

Confecciona el informe sobre el incidente

Comunica

Ing MAN

ORG

Nota agregada sobre el incidente

Nota adicional sobre el incidente

Reunión

Control, análisis y síntesis Entrada y procesamient o de los datos

Informe al Director General cuando sea necesario

Emisión del documento D

Crea reporte de la avería para la reunión de área

Actividad para la reunión por falla -Analisis de datos (máquinas, organo, causantes, respons.) - Proyecto de mejoramiento - Estado de avance del proyecto

Crea reporte de la avería para la reunión a nivel de Director General.

Fig. 5. Flujograma de trabajo de análisis de avería.

820

Fig. 6 Carta de responsabilidad del análisis de averías

821

GH

,QIRUPH DYHUtD

GH

%DODQFH GHO

,QIRUPH DYHUtD

,QIRUPH GH LQFLGHQWH

,QIRUPH GLDULR

Función Fase

(V UHVSRQVDEOH GH OD UHFRSLODFLyQ GH GDWRV GHO LQIRUPH GH SURGXFFLyQ

(V UHVSRQVDEOH GH OD UHFRSLODFLyQ GH GDWRV GHO LQIRUPH GH HPHUJHQFLD

(V UHVSRQVDEOH GH OD UHFRSLODFLyQ GH GDWRV GHO LQIRUPH GH DYHUtD ILFKD

(V UHVSRQVDEOH GH OD UHFRSLODFLyQ GH GDW GDWRV RV GHO LQIRUPH GH LQFLGHQWH

(V UHVSRQVDEOH GH SUHSDUDU OD ILFKD \ GH VX HQYLR DO 25* GHQWUR GHO SOD]R HVWDEOHFL HVWDEOHFLGR GR

(V UHVSR UHVSRQVDEOH QVDEOH GH DUFKLYDU ORV LQIRUPHV GH LQFLGHQWHV GH ORV DQiOLVLV \ GH OD GLYXOJDFLyQ D RWUDV HQWLGDGHV &RODERUD D OD UHGDFFLyQ GHO UHSRUWH GH LQFLGHQWH FRQ QRQRWDV DQH[DV

6H HQFDUJD GH WHQHU GLVSQLEOH FRSLDV GH OD VtQWHVLV GH DYHUtDV SDUD ODV UHXQLRQHV GH iUHD &RQWUROD HO EDODQFH HODERUDGR GHVGH SUHVHQWDU DO 'LUHFWRU GH iUHD ORV HOHPHQWRV SDUD 25* SUHSDUDFLyQ \ GLYXOJDFLyQ GH ORV OD UHXQLyQ FRQ HO 'LU GRFXPHQWRV D ORV *HQ LQWHUHVDGRV

(V UHVSRQVDEOH GH SUHSDUDU HO LQIRUPH \ GH VX HQYLR DO ,QJ 0$1 GHQWUR GHO SOD]R HVWDEOHFLGR

&RODERUD FRQ OD UHGDFFLyQ GHO LQIRUPH GH LQFLGHQWHV FRQ QRWD DGMXQWD

9HULILFD FRQ (6( OODV DV FDUDFWHUtVWLFDV GH OD DYHUtD

$QDOL]D ORV GDWRV \ FRPSLOD HO LQIRUPH SDUD ODV UHXQLRQHV D QLYHO GH 'LUHFWRU GH $UHD \ 'LUHFWRU *HQHUDO

(V UHVSRQVDEOH GH FRPSLODU HO LQIRUPH RILFLDO GHO FRQWURO WpFQLFR GH ODV LQVWDODFLRQHV

CARTA DE RESPONSABILIDAD DEL ANÁLISIS DE AVERIAS Ing. MAN Jefe de (QFDUJDGR GH WXUQRMAN Operativa 0$1 Responsable Control de MAN Técnico MAN Técnico Turno

(V UHVSRQVDEOH GH OD FRUUHFWD UHFROHFFLyQ GH GDWRV \ GH OD HODERUDFLyQ GHO PLPVPR (QYtD DO ,QJO 0$1 ORV GDWRV SURFHVDGRV

ORG

En el caso de averías importantes, es recomendable emitir un informe específico. En función de cada organización, se establecen detalladamente los criterios para identificar los tipos de averías para los cuales se debe redactar el informe, el encargado de redactarlo, el tiempo, el formulario, el destinatario, etc. El tema tratado prosigue con el job flow del análisis de las averías (fig. 5), la Carta de responsabilidad del análisis de las averías (fig. 6) y el formulario “Informe de avería significativa” (fig. 7). Fecha de recopilación del informe

INFORME DE AVERÍA SIGNIFICATIVA INFORME INCIDENTE

Area:

Instalación:

Sec:

Detención de la producción Disminución de la producción Fecha

Rep.:

Incidente:

De

Tiempo total

A

U U

Pérdida de producción (Ton)

Detención de la Instalación. De

A

Tiempo total

Atribución (responsabilidad) MAN

Descripción del incidente;

Balance de la reparación:

Causa y medida a tomar

Firma y fecha Nota et al ___________________:

Fig. 7. Modelo de reporte por avería significativa.

822

ESE

OTROS

6.

Adquisición de datos y gestión de las informaciones técnicas

Los datos de los índices de control pueden consolidarse utilizando la clasificación técnica de los trabajos y de los materiales (ambas discutidas en la parte III - La planificación de la mantención), con la cual se afinan los análisis y se determinan las medidas específicas. Por lo menos una vez al mes se actualizan y analizan las “cartas de control”, formularios en los cuales se registra sistemáticamente los datos más importantes de una planta. Las cartas de control permiten tener una visión sintetizada de la evolución en el tiempo del evento examinado. La fig. 8 muestra, como ejemplo, la carta de control del uso de un horno eléctrico en una acerería. La carta registra los gráficos y los datos numéricos correspondientes a las horas de funcionamiento efectivo del horno y a las horas de parada, consolidadas por responsabilidad. En la “bitácora de máquina”, se registran todos los hechos ocurridos a un medio de producción (eventos, intervenciones, notas, etc.). Hacia ella confluyen también las “cartas de control”. Ya sea manual o computarizada, la bitácora es un instrumento fundamental para conocer y comprender el comportamiento y el estado de los equipos. Si es manual, la adquisición de la información se realiza mediante cuadernos y fichas, lo que implica que habrá que desviar recursos para su actualización, y que su disponibilidad es limitada. Si es computarizada, consiste simplemente en el compendio de los datos correspondientes a la máquina presentes en el sistema informativo, y utilizados a su vez en la gestión de las actividades de mantención; presenta la gran ventaja de estar disponible para cualquiera. Las reuniones de control técnico constituyen un punto de referencia general y tienen por finalidad promover constantemente el mejoramiento, partiendo siempre de un conocimiento real de la marcha de la planta. En estas reuniones, se analizan los datos de resultado, se comparan con los presupuestados, se comprueban las tendencias, se identifican las desviaciones y se adoptan las medidas necesarias con el compromiso de verificar los resultados. El tipo de reunión, los participantes, el período y la frecuencia, los contenidos, la documentación, el relator, etc. se determinan en función de la organización y de la configuración de la planta. La parte dinámica de la “memoria histórica” de la empresa está formada por la recopilación de los informes mensuales, trimestrales y anuales que contienen todos los datos de resultado referentes a los índices de control técnico y económico. También forman parte de la memoria histórica de la empresa la recopilación de los estudios sobre modificaciones y mejoras, de los 823

%

80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60

I.U.

% h. no OPERATIV

EneFeb

Mar

Abr

May

Jun

JulAgo

Se

16 15 14 13 12 11 10 9 8

Tiempo Ind. Oper.vo

EneFeb

Mar

Abr

May

Jun

JulAgo

Se

% NO operativo

14 12 10 8 6 4

Ejercicio Mantención Sincro y otras

2 0

EneFeb

Mar

I.U: Incidente:

May

Jun

JulAgo

Se

Ene-Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul-Ago

Sep

71,79

68,63

66,01

72,56

66,42

65,22

67,17 0,76

ESE

1,66

1,17

0,98

0,82

0,19

2,28

MAN

1,59

4,22

3,22

2,06

0,27

0,25

0,36

ESE

0,85

0,97

4,51

1,76

0,42

0,79

3,64

MAN ESE

3,34 3,78

2,57 3,93

1,59 3,45

0,55 5,07

3,65 4,63

3,84 3,37

0,26 4,02

MAN

2,38

1,73

3,94

1,39

2,48

5,33

6,39

1,38 1,15 12,08

2,17 0,61 14

3,22 1,18 11,9

3,41 1,01 11,37

9,87 2,29 9,78

4,85 1,69 12,38

4,52 1,58 11,3

Colada certificada Continua: Alter attese:

Abr

Sincronización Otras: Tiempo Ind. Oper.vo

Fig. 8. Carta de control del horno eléctrico “A”.

824

informes técnicos sobre los incidentes y de los estándares generales de las máquinas. En función de la estructura y de la organización de la empresa, esta documentación se istra y archiva a nivel central o en forma descentralizada en las distintas áreas operativas. La adquisición y difusión de informaciones técnicas de interés para la mantención deben ser objeto de una cuidadosa atención: mediante ellas, se facilita la búsqueda de datos y noticias por parte de cualquier persona que necesite ayuda para resolver un problema. Las fuentes de información técnica son: • • • • •

reuniones periódicas con los equipos de mantención periférica y con los talleres especializados para estudiar casos o aspectos de especial interés; encuentros con otros estamentos técnicos de la planta (departamento técnico, laboratorio de pruebas); revistas técnicas y asociaciones del ramo; vínculos con universidades e institutos de investigación; vínculos con otros establecimientos de la propia empresa y de otras.

La gestión de los documentos y de las informaciones es indispensable para el crecimiento de la mantención, puesto que permite: • • •

almacenar la “ingeniería” de mantención que de otra forma se perdería; proporcionar nuevas informaciones técnicas a las personas interesadas; generalizar las experiencias individuales de mantención.

Por lo general, estas tareas son desempeñadas por personal técnico de Ingeniería de Mantención que periódicamente publica un boletín donde se resumen los temas de mayor interés.

825

7.

El control de los efectos de la mantención y los análisis técnicos

7.1 La medición de los efectos de la mantención El control de los efectos de la mantención consiste en medir cuánto aumenta la capacidad productiva de las máquinas después de haber llevado a cabo la mantención. La fórmula es:

η = efecto de mantención =

entrada aumento de la confiabilidad = salida mano de obra, materiales, equipos

No existe un parámetro real de este tipo, de modo que se recurre a un conjunto de parámetros simples:

η=

horas de avería en el mes promedio mensual de horas de avería (últimos 12 meses)

η= η=

horas de avería en el mes horas de funcionami ento en el mes

número de averías en el mes promedio mensual del número de averías (últimos 12 meses)

7.2 Los análisis técnicos El examen de los rendimientos, junto a otros datos acerca de los costos, la frecuencia y la duración de las intervenciones, etc., permite identificar las medidas adecuadas para dejar la planta en condiciones de responder a los objetivos de producción en cuanto a cantidad, calidad y costos. Se puede distinguir cuatro corrientes/objetivos: • • • •

extender la vida de los materiales; prevenir las averías; mejorar la calidad del producto; establecer metodologías de acción: cómo reparar, cómo inspeccionar, etc. La ingeniería de mantención siempre tiene “responsabilidad y autoridad” sobre estos análisis, tanto si los ha llevado a cabo directamente como si ha recibido la colaboración de otros. 826

Normalmente, las entradas parten de la mantención periférica o del taller que señala el problema adjuntando datos históricos y referencias técnicas (dibujos, diagramas, etc.) e indica los juicios personales y los posibles beneficios. La ingeniería de mantención evalúa la incidencia de la máquina o de la modificación en cuestión en relación con la productividad, la calidad, los costos, la seguridad y el ambiente, los problemas sindicales, etc., lleva a cabo el análisis, elabora una propuesta completa y la somete al área y a la coordinación de la fábrica para su estudio y aprobación. Cada vez que nos enfrentamos a tener que escoger una entre varias propuestas (o soluciones), percibimos la necesidad de efectuar una elección lo más objetiva posible. En este sentido, puede resultar de utilidad comparar las distintas hipótesis en función de parámetros significativos, ponderados adecuadamente. La fig. 9 muestra un ejemplo de evaluación comparativa entre tres soluciones posibles, con referencia a: • • • • • •

confiabilidad; facilidad de fabricación; maniobrabilidad de operación; facilidad de inspección y reparación; facilidad de alternación; economía.

Obviamente, estos parámetros pueden integrarse o completarse con otros, en función del asunto específico. También puede variar la escala de valores de cada parámetro: por ejemplo, la facilidad de fabricación y alternación van de 1 a 5, mientras que los demás van de 1 a 10.

827

Factores

Plan 1

Plan 2

Plan 3

Confiabilidad

10

8

6

Facilidad de fabricación

6

9

7

Facilidad de insp. y repar.

8

9

7

Maniobrabilidad de operac.

7

8

7

Alternación (Fac. de fabric.)

5

5

5

Costo (economía)

7

8

9

Evaluación total

43

47

41

Fig. 9. Ejemplo de evaluación comparativa.

10% Productividad

20% Calidad

15% Costo

Cuellos de botella de la planta. Máquinas que no tienen repuestos. Plantas con demasiadas averías. Máquinas muy importantes.

Máquinas que tienen gran incidencia sobre la calidad. Instalaciones cuyas averías afectan substancialmente la calidad.

Instalaciones que consumen mucha energía eléctrica y combustibles. Instalaciones cuyas averías producen desperdicios de energía.

25% Entrega Instalaciones próximas al producto terminado. Instalaciones estrechamente vinculados al tiempo de producción.

30% Seguridad Instalaciones que causan problemas sindicales. Instalaciones cuyas averías pueden provocar situaciones peligrosas.

Fig. 10. Ejemplo de factores de evaluación para las prioridades.

7.3 Investigaciones preliminares para mejoras y modificaciones a nivel de fábrica Las investigaciones preliminares son actividades indispensables para definir el plan de modificaciones y mejoras de las instalaciones a nivel de fábrica. Consisten en el análisis técnico-económico comparado de las propuestas de mejoramiento formuladas para todas las plantas de la fábrica, hayan sido gatilladas por análisis técnicos, por la medición de los efectos de la mantención o por otros aspectos. Tienen por finalidad determinar las 828

prioridades y el momento más oportuno para actuar, sin riesgo de inversiones excesivas o inútiles. En líneas generales, las investigaciones preliminares son conducidas por la ingeniería de mantención, involucrando a los demás estamentos interesados (equipos de mantención periférica, departamento técnico, control de calidad, departamentos económicos, etc.) y coordinándolos. La ingeniería de mantención estudia las propuestas desde la perspectiva de la fábrica y proporciona elementos para escoger entre las prioridades. La tabla de la fig. 10 muestra algunos factores de evaluación útiles para la elección de prioridades junto a los criterios técnicos señalados en la fig. 9. Los resultados de las investigaciones preliminares se vierten en el plan de modificaciones de fábrica, el que se somete a la discusión y aprobación de la gerencia de la fábrica en una reunión citada para tal efecto con participación de las áreas operativas, la ingeniería de mantención y los demás estamentos interesados. Naturalmente, la decisión final la adopta la gerencia de la fábrica.

8.

Control de la productividad y eficiencia del personal

8.1 Actividades de mantención realizables por los operadores En las plantas modernas, la separación entre la mantención y la operación surgió como consecuencia del avance tecnológico y de la expansión de la mantención misma. Sin embargo, muchas actividades de mantención pueden ser ejecutadas por los operadores. Y ello es posible no solamente porque la automatización intensiva ha hecho que muchas funciones operativas hayan pasado del operador a la máquina misma, sino porque los operadores conocen bien las condiciones y los requerimientos de las máquinas. Cuando tenemos que conducir un automóvil para llegar en forma rápida y segura a nuestro destino, nos aseguramos de tener bencina, de que los frenos y neumáticos estén en buen estado, que los niveles sean adecuados, que funcionen correctamente los focos y las luces indicadoras, etc. El operador de la planta debe comportarse del mismo modo que el conductor de un automóvil. La industria japonesa ha racionalizado estas cosas y ha desarrollado la “Mantención productiva - TPM” (tratada en otra parte de este manual). Como es natural, las actividades de mantención que se encomienden al personal operativo habrán de ser definidas concretamente para cada realidad específica. En la mayoría de los casos, las actividades que pueden desempeñar los operadores son:

829

• • • • • • • • •

efectuar y verificar la lubricación y el engrase; ajustar los frenos y los dispositivos de seguridad; revisar instrumentos de medición y registro, reemplazando el papel, la tinta, etc. revisar el apriete entre piezas; reemplazar ampolletas de iluminación y de advertencia; realizar limpiezas; realizar inspecciones al comienzo del turno con la máquina en marcha; controlar el nivel de ruido de rodamientos y juntas, fugas de tuberías, collarines, etc., datos de presión, temperatura, etc. colaborar con los especialistas en caso de operaciones complejas.

Obviamente, los operadores colaboran con los organismos técnicos que elaboran los estándares de las inspecciones, de los controles y de los trabajos por realizar, y se les adiestra para llevar a cabo correctamente las tareas asignadas. Se debe cuidar especialmente la capacitación para la lubricación; desde siempre, y en todos los sectores, se ha dado la contradicción entre la “humildad del engrasador” y la importancia de la lubricación. Igualmente importante es la capacitación referente a las inspecciones, que son principalmente de tipo sensorial. El jefe de mantención, en pleno acuerdo con el jefe operativo, debe comprobar periódicamente cuánto consigue realizar el personal operativo en el campo de la mantención, recogiendo y valorando sus observaciones, que sentirá como propias. 8.2 Análisis de la productividad y del rendimiento del personal de mantención Las grandes industrias de proceso y las industrias manufactureras pesadas destinan una gran cantidad de personal a la mantención, tanto en recursos internos como en recursos de terceros, dimensionados según la actividad que deben desempeñar. Sucede a menudo que, en ciertas ocasiones, hay un exceso de personal y, en otras, una escasez: casi siempre esto es consecuencia de una falta de organización de la mantención, de una falta de costumbre de planificar que conduce al personal de mantención a vivir permanentemente en situaciones de emergencia, con “una sobrecarga de compromisos que atender que les llueven de todos lados y no les dan tiempo siquiera de levantar la vista para ver de dónde vienen los problemas”. Es un círculo vicioso del que se puede salir obligándose a adoptar comportamientos racionales, estableciendo a 830

toda costa actividades programadas que permiten tomar aliento, además de acarrear beneficios en el largo plazo. La automatización de las plantas ha reducido el personal de producción, y alienta también una reducción del personal de mantención, cuyas exigencias cambian pero no desaparecen. La eficiencia y la productividad del personal influyen sustancialmente en los costos, como consecuencia de un correcto uso de los materiales y equipos, tiempos de ejecución, cantidad de personal empleado, etc. Normalmente, los recursos de mantención se manejan de forma distinta según estén ocupados en acciones de “emergencia” o de mantención programada. La cantidad de personal para emergencias es función no tanto de criterios de productividad y saturación como de consideraciones estratégicas e incluso de conveniencia temporal. El análisis de la eficiencia de los mantenedores directos empleados en los trabajos es, asimismo, una excelente herramienta para poner de manifiesto las principales disfunciones en la organización de las operaciones y en el sistema de mantención en su conjunto, en cualquier empresa. El procedimiento para determinar la productividad se basa en técnicas de muestreo estadístico (work sampling), en el control y análisis de presupuestos y balances, y en la comparación con otras realidades. Evaluar el dimensionamiento y el rendimiento de los recursos de mantención es una tarea compleja, justamente porque no existen métodos matemáticos para determinar la cantidad “correcta” de mantención. ¿Quién puede aseverar a priori que una acción de mantención dada no puede de ninguna manera postergarse unos días? ¿O que puede ser llevada a cabo cada diez días en vez de siete? Estos ejemplos sólo pretenden destacar que, en este campo, prima sobre todo la experiencia, el pragmatismo, el sentido de responsabilidad y el análisis cuidadoso de los resultados. Frente a las dificultades objetivas, podemos ofrecer algunas sugerencias prácticas que podrían ser de utilidad. El jefe responsable siempre debe tener bajo control los datos acerca de la evolución y los resultados, y “oler” los peligros de escasez o exceso de recursos. Es importante realizar visitas sorpresa de inspección a la planta y los lugares de trabajo, en horarios poco habituales. Como ya se ha dicho, hay que medir periódicamente el nivel efectivo de saturación del personal de emergencia. Periódicamente se deben verificar las funciones de cada puesto, preguntándose siempre qué valor agregado aportan. Periódicamente se deben analizar los materiales de más alto consumo, las operaciones más repetitivas y las más costosas, preguntándose siempre qué se puede hacer para mejorar.

831

8.3 Evaluación de la organización del trabajo (estructuras, roles y tareas) Controlar la mantención significa también monitorear con frecuencia la idoneidad de la estructura organizacional, la definición de los roles y la distribución de las tareas. Siempre que se introduzcan variaciones importantes en los objetivos de la mantención, habrá que revisar rápidamente las tareas y responsabilidades, compatibilizándolos con los nuevos criterios. La revisión debe involucrar directamente a los técnicos de mantención, auxiliados por los estamentos de especialidad (organización y personal). Las preguntas que se deben plantear son siempre las mismas: • • • • • •

quién (ejecutor); qué (acciones a ejecutar); cómo (procedimientos operativos); dónde (cuáles máquinas); cuánto (plan de mantención); cuándo (programa de mantención).

8.4 Desarrollo de los recursos humanos y planificación de las actividades formativas La mantención es una actividad que hace un uso intensivo de mano de obra (el 70% de los costos de mantención es atribuible al recurso mano de obra). La escasa repetitividad de los procesos, la adaptación a distintas situaciones en condiciones de incertidumbre, las exigencias de diagnósticos/controles, etc. hacen que el hombre prime sobre la tecnología. Por lo tanto, el desarrollo y la consiguiente gestión de los recursos humanos es una actividad fundamental. La fuerte componente del “oficio” y la conciencia de su propio rol son las motivaciones del mantenedor. El jefe de equipo se vivencia como líder del proceso de mantención (habitualmente se trata de un operario experimentado), que trasmite seguridad y buenas recomendaciones, ambas útiles para la seguridad y la eficiencia de la operación: un rol que se debe conquistar durante el desarrollo de la carrera. Así, el trabajador de mantención recibe una gratificación por realizar un trabajo que, al fin y al cabo, no es agradable. La introducción de la automantención y el traspaso de la responsabilidad desde la mantención de los medios productivos directamente a la operación, aconsejan adoptar algunas iniciativas referentes al nuevo papel que juega el mantenedor:

832

• • • •

difundir a todo nivel una cultura de “gestión por objetivos”; tender a la máxima autonomía del mantenedor, reduciendo su dependencia de los jefes de equipo; reducir, y en lo posible eliminar, las fronteras entre los oficios, desarrollando la polivalencia, evitando que el mantenedor perciba su especialidad como una diversificación de funciones; estimular su interés mediante actividades en grupos pequeños, que llevan al mantenedor a enfocar su atención sobre el proceso productivo.

La mantención productiva considera al operario como un protagonista, responsable de la organización de su trabajo. A través de la configuración de pequeños grupos, se estimula la motivación y la autoestima del operario, modificando los tradicionales paradigmas del desarrollo de los recursos y logrando los beneficios siguientes: • • • • • • •

participación en los problemas de la empresa; aumento de la satisfacción en el trabajo; aumento del sentido de pertenencia a la empresa; mayor integración entre mantención/producción; mayores conocimientos técnicos del personal de producción; mayor conciencia de las problemáticas de producción por parte del personal de mantención; aumento de la capacidad para el trabajo en grupo.

El servicio de mantención como “prestador de servicios” tiene su punto fuerte en la actividad de formación. El mantenedor, después de la transferencia de las operaciones de inspección, de mantención menor y de emergencia, se identifica cada vez más con el hombre de planta. De este modo, se convierten en roles primordiales del personal de mantención los siguientes: • •

•

adiestrar a los operarios acerca de qué hacer y cómo hacerlo; analizar los datos (referidos a defectos de los componentes, capaces de describir una evolución diferente del análisis estadístico; por ejemplo, la distribución de la frecuencia de los defectos; este análisis es tarea para los expertos); desmontar e inspeccionar periódicamente las instalaciones.

833

El mantenedor, por lo tanto, debe regresar con frecuencia a la sala de clases para comprender las modificaciones tecnológicas introducidas por los procesos de innovación y para comprender el desarrollo de las herramientas de gestión, que varían en consonancia a medida que cambia el ambiente tecnológico y las políticas de intervención. De esta manera, la actividad formativa se convierte en una actividad de rutina que debe ser planificada en forma adecuada: en Japón, donde la mantención productiva se ha venido aplicando desde hace tiempo, la escolaridad de los encargados de mantención es muy alta (el 75% técnicos especializados y el 20% ingenieros) y el número de horas dedicadas a la formación continua es muy elevado (aproximadamente un mes al año por cada empleado, esto es 170 horas). 9.

El presupuesto como herramienta de control de los costos

9.1 El sistema de costos El objetivo de las empresas es fabricar productos de calidad a precios reducidos. Esto requiere no sólo el esfuerzo coordinado de todos quienes participan en la producción, sino también la disponibilidad de mediciones y comprobaciones de las actividades. El sistema de control de costos es una herramienta indispensable para ello. Todos los operadores económicos, productores o consumidores, concientemente o no, implementan un “control de costos”: elaboran presupuestos de gastos para programar las actividades futuras y comparan los gastos efectivos con los programados para obtener de esa comparación una guía para mejorar los resultados. Hasta el más sofisticado sistema de control de costos que utilicen las empresas aplica el concepto básico de comparar las previsiones o programas (presupuestos) y los resultados (balances). De esa comparación surgen de inmediato elementos orientadores para todos los niveles directivos de la empresa. El presupuesto, en sentido estricto, es una asignación de recursos programados para cumplir con objetivos determinados. Hace referencia al “programa operativo” que involucra eventos influenciados por nuestras acciones e incluye también el “gasto previsto” para eventos que se escapan de nuestro control y que no son influenciables por nuestras acciones. En el lenguaje común, se atribuye al término “presupuesto” en sentido amplio el significado de mix de asignación de recursos, gastos previstos y programa de actividades, todo ello condensado en un solo documento.

834

A través del presupuesto, es posible: • • • •

medir las dimensiones de todas las actividades; analizar cómo se gasta el dinero en las distintas áreas; planificar acciones correctivas; controlar el estado de avance de las acciones correctivas.

En las industrias de proceso con uso intensivo de capital, como la petroquímica y la siderurgia, la disponibilidad de la planta es fundamental: la mantención juega un papel fundamental, se dedica la máxima atención a todos sus aspectos, incluidos los aspectos económicos, y los sistemas de mantención se encuentran mucho más desarrollados que en otros sectores. Por este motivo, hemos tomado como referencia general, y específicamente para los temas desarrollados en este capítulo, el sistema adoptado en una planta siderúrgica de gran tamaño y complejidad. En cambio, en las industrias manufactureras, los sistemas de mantención por lo general no se encuentran tan desarrollados: el papel que juega la mantención es menos importante, puesto que los objetivos de producción se pueden alcanzar incluso con bajos índices de disponibilidad de la planta, supliendo las carencias con un aumento del stock, con mano de obra adicional o con redundancia de maquinarias. Actualmente, como hemos señalado en repetidas ocasiones, la evolución de la gestión de empresas obliga a optimizar todos los componentes del proceso, de manera que la medición y la gestión de la mantención se convierten en un asunto muy importante, incluso para la industria manufacturera. Sin embargo, conviene señalar que, en una fábrica pequeña y sencilla, es impensable aplicar todo lo indicado: la decisión acerca de cuáles aspectos corresponde aplicar a los responsables de la función técnica y de gestión, teniendo bien presente la necesidad ineludible de crear un sistema adecuado para las dimensiones de la empresa.

9.2 Centros de costo y de responsabilidad El sistema de control de los costos se estructura en torno a los centros de costo y de responsabilidad (CDC), que representan áreas bien definidas, cada una de ellas con una estructura organizacional igualmente bien definida, donde tienen origen los costos y donde pueden ser identificados. Los CDC constituyen el primer nivel del control de costos y se agrupan a nivel de sección, fábrica, producto y división en función de la organización y de la estructura de la empresa. 835

Cada CDC se considera como una entidad circunscrita y el sistema se concibe como si el responsable del CDC trabajase “por cuenta propia”. El responsable compara el presupuesto asignado con el balance: si el balance es superior al presupuesto, significa que el responsable del CDC tuvo una pérdida, de manera que registra una “variación negativa”; por el contrario, si su balance es inferior al presupuesto, significa que obtuvo una ganancia, de manera que registra una “variación positiva”. Los centros de costo, según las funciones que desarrollen, pueden clasificarse en CDC de producción, auxiliares y de servicios.

9.3 Características y composición de los parámetros generales del costo El costo es, en general, la evaluación global de todas las actividades y materias primas que participan en el proceso de obtención y transformación de un bien. El costo se distingue por una serie de características y parámetros: • •

• • • • •

el costo siempre implica la definición del objeto a que hace referencia (secciones específicas, productos, fases del proceso, plantas o máquinas individuales, etc.); el costo es por “imputación directa” si se refiere directamente al objeto de referencia, por “imputación indirecta” si la imputación al objeto de referencia implica una repartición según criterios bien definidos; cuando se habla de “costos directos”, a veces se confunde la imputabilidad cierta del costo a un producto y la proporcionalidad entre costo y volumen de producción; según su marcha en el tiempo, el costo puede ser “variable”, “fijo”, “mixto” o “escalonado”; según el momento en que se calcula, el costo puede ser “por balance” o “por canon” (predeterminado); con respecto a la controlabilidad, el costo puede ser “controlable” o “no controlable”, esto es, influenciable o no influenciable por las decisiones del centro de responsabilidad; en función del grado de controlabilidad, el costo puede ser: • vinculado, si se deriva de decisiones que no se pueden modificar a corto plazo; • técnico, si se puede identificar el output (ideal para el canon); 836

•

• discrecional, si no es posible identificar el output con precisión; en la cuenta económica “con costo total”, los costos de la estructura industrial se incluyen en los costos del producto, de modo que se agregan a los costos directos y variables.

Los datos acerca de los costos, indispensables para llevar a cabo la comparación entre el presupuesto y el balance, provienen de la contabilidad en términos monetarios, es decir, carentes de atributos cualitativos y de interpretación de los resultados. La contabilidad es de tipo analítico, es decir, reclasifica los costos de la contabilidad general, el contenido de las bodegas, las producciones, los envíos, los costos comerciales, etc. Proporciona datos para efectuar cálculos y análisis económicos de segmentos de gestión (máquinas, plantas, secciones, divisiones, fábricas) y para orientar la programación y el control de gestión.

Costo indirecto Costo directo Costo inducido

1 Gastos generales coord. Planif. 2 Terceros 3 Material y equipamiento 4 Personal operativo 5 Costos inducidos logísticamente 6 Pago judicial 7 Daño ambiental 8 Mala calidad 9 Utilización fallida de la instalación

Fig. 11. Clasificaciones de costo.

9.4 Los costos de la planta imputables a la mantención Los costos de la planta son aquellos que se refieren a todas las actividades que hacen crecer el valor patrimonial de la empresa, como las nuevas instalaciones, los reemplazos y las modificaciones.

837

Las actividades de mejoramiento y modificación deberían gravitar sobre los costos de la planta, dado que alteran el valor patrimonial en ese momento de la máquina o planta. En realidad, en función de los planes financieros y de la política de la empresa con respecto a las amortizaciones, es posible que algunas actividades de mejoramiento y modificación se imputen a los costos de mantención, con un límite de costo fijado convencionalmente en cada empresa y susceptible de variaciones en el tiempo. Por lo general, se trata de actividades orientadas a: • • • • 10.

mejoramiento cualitativo del producto; incremento de la productividad; mejoramiento de las condiciones ambientales y de seguridad; mejoramiento de la máquina para fines de mantención y de consumos específicos. El “costo global” y el “costo propio” de mantención

10.1 Clasificación de los costos Los costos de mantención (fig. 11) se subdividen en: • •

•

costos directos (personal operativo, materiales y equipamiento, terceros); costos indirectos (participación en gastos generales, coordinación-planificación-ingeniería de mantención, gestión de los materiales técnicos, participación en servicios técnicos, auxiliares, istrativos e informáticos); costos inducidos (falta de uso de las instalaciones por accidentes, averías, disminuciones de la marcha, set-up, atrasos; costos adicionales por descartes y refabricaciones por mala calidad; pago de penalizaciones; costos logísticos inducidos tales como la movilización e inmovilización de materiales y repuestos, distribución de materiales).

El costo “global” de mantención, suma de los tres tipos de costo, es difícil de calcular debido al componente de costos inducidos; la detención de la máquina por paradas de mantención accidentales y programadas puede representarse mediante una ganancia fallida o mediante el margen de contribución en relación con la producción “perdida” a causa de las paradas; asimismo, es bastante difícil la imputación de los costos inducidos por calidad 838

y los de tipo logístico que a menudo van a parar entre los costos generales de funcionamiento de la empresa, como los costos de gestión y de apoyo, atribuidos en distintas formas; también es difícil imputar en el momento adecuado los costos por perjuicios al medio ambiente y por penalizaciones. Más fácil de determinar es el costo “propio” de la mantención, formado por la suma de costos directos e indirectos: es la evaluación económica global de todas las actividades específicas. Los materiales de cualquier tipo, retirados de bodega o adquiridos y utilizados directamente, sin pasar por bodega, se adeudan según los procedimientos del sistema de adquisiciones y la contabilidad, el adeudamiento por equipamiento e infraestructura es convencional. Contribuyen a los costos “propios” de la mantención las prestaciones de: • •

• •

secciones y talleres sociales propios: horas de trabajo suministradas por las secciones y talleres, evaluadas a costos estándar; terceros internos: remuneraciones reconocidas a las empresas por actividades de mantención efectuadas dentro de las instalaciones, incluyendo el suministro de materiales y el uso de equipamientos, aunque en menor medida en relación a las prestaciones; terceros especialistas: remuneraciones reconocidas a técnicos, consultores o especialistas; terceros externos: remuneraciones reconocidas a las empresas por actividades de mantención efectuadas fuera de las instalaciones (restauraciones y construcciones).

El método de atribución de los costos indirectos es compuesto: algunos se adeudan sobre bases estadísticas, otros como porcentaje en relación con el personal empleado, otros en función de los consumos efectivos. Las horas asignables son las horas que pueden entregar en conjunto los operadores que “distribuyen” prestaciones, es decir, los operadores que intervienen en trabajos específicos, restando las horas de capacitación, de formación en prevención de riesgos, los permisos sindicales, etc. No se considera el personal de bodega, los juniors, el personal de limpieza, etc. El costo por hora es la razón entre la suma de los costos directos e indirectos y las horas asignables. 10.2 Efecto sobre los costos de los distintos tipos de mantención El costo “propio” se ve afectado también por la distribución entre la mantención preventiva y por avería. El diagrama de la fig. 12 muestra que el costo de las reparaciones de emergencia disminuye al aplicar una mantención 839

preventiva. Viceversa, si se aplica en un 100% la mantención preventiva, los costos totales aumentan asintóticamente. Como es natural, la forma y la pendiente de las curvas de costo varían de una planta a otra; además, estas curvas no son estáticas, sino que varían también en función de los costos externos, de las modificaciones de la planta, de la presión del mercado, etc. A= Costo de una reparación de emergencia B= Costo de la MAN preventiva C= A+B C B

A

% MAN preventiva/costo total Fig. 12. Influencia en los costos del tipo de mantención.

10.3 Evaluación del costo de mantención El sistema de los costos de mantención, en teoría, puede indicar cuánto “debería” costar la mantención, tomando en cuenta: • • • •

todas las actividades ajenas a la mantención, como la limpieza, las nuevas construcciones y las modificaciones; la edad y el estado de las instalaciones; la calidad de la mantención orientada no sólo a las máquinas, sino a las condiciones ambientales, al orden, en definitiva, al hombre; la eficiencia del servicio de mantención en términos de una adecuada supervisión, equipamientos modernos, función de programación y control de los trabajos.

El costo de la mantención se podría evaluar desarrollando las previsiones de todas las pautas de las actividades de mantención que toman en cuenta las condiciones reales y adaptándolos a las plantas en cuestión. Habría que construir las curvas de mantención preventiva y por avería que, en conjunto

840

con la información sobre producción “perdida” por razones de mantención, permitirían decidir el nivel óptimo de mantención. Esta construcción, posible en teoría, en la práctica es difícil de implementar, de modo que se recurre a métodos más pragmáticos: • • • •

se definen las áreas de responsabilidad, denominadas centro de costo CDC; se establece para cada centro de costo un “volumen normal”, es decir, la cantidad de producto o servicio realizado en condiciones normales de funcionamiento; se establecen las pautas de procedimientos operativos para obtener ese volumen normal; se indica la asignación de recursos (mano de obra, materiales, medios, servicios, etc.) para realizar una unidad de ese volumen normal.

En función de estos parámetros y de los volúmenes de producción prefijados, se asigna un presupuesto y se adquieren en forma periódica los datos de resultado que habrá que comparar con el presupuesto. El cálculo del costo de mantención tiene la doble finalidad de controlar los costos mismos y promover el mejoramiento de los planes de mantención. A través del análisis de las variaciones entre presupuesto y balance, es posible evaluar en cada instante la marcha de las actividades, evitando así arduos estudios y enfocando la atención solamente en aquellas fases o personas que requieren una acción correctiva. Una variación del costo de mantención constituye una ineficiencia que se debe eliminar tomando medidas de índole técnica. Normalmente, los costos de mantención se expresan como razones con la producción, la facturación, el costo del producto, las inversiones, etc. (véase el párrafo 15 más adelante). El sistema de costos permite “ponderar” solamente el rol pasivo de la mantención. Por ningún motivo debemos subestimar, aunque sea imposible “ponderarlo”, el rol activo y positivo que desempeña la mantención: al contribuir en forma decisiva al mantenimiento de los estándares de calidad exigidos y al participar en forma determinante en la selección del bien o en su renovación tecnológica, la mantención actúa como factor esencial en la obtención de las ganancias y utilidades de la empresa.

841

11. Ítemes de gastos, modalidades de cálculo, agrupaciones y periodicidad de los balances 11.1 Ítemes de gastos de los costos directos y modalidades de cálculo El costo directo de mantención normalmente se subdivide en ítemes de gastos “propios” y “de terceros”, como se indica en el esquema de la fig. 13. El cálculo de la mano de obra parte de la determinación del número de trabajadores asignados y determina el número de horas asignables. La fig. 14 muestra un ejemplo del cálculo de las horas “trabajables”, “disponibles” y “asignables”. Propios Costo mano de obra directa Terceros Costo mdo total Propios Costo mano de obra indirecta Terceros Costo Total

Propios Costo material directo Terceros Costo mat. Total Propios Costo material indirecto Terceros

Fig. 13 Subdivisión de los costos en los ítemes de gastos.

En la fábrica, la jornada laboral se subdivide en turnos de ocho horas cada uno. La “rotación” se establece en función del ciclo productivo y de las necesidades: se va desde un turno al día cinco días por semana (pequeñas industrias manufactureras) hasta tres turnos al día siete días a la semana (fábricas siderúrgicas de ciclo continuo, centrales de generación de energía eléctrica, etc.). Para el cálculo de la mano de obra, se debe tomar en cuenta la existencia de dos familias distintas de trabajadores: los de “horario fijo”, que trabajan durante las mismas horas cada día, y los de “turno”, que van alternando sus horarios de manera que pueda implementarse la rotación establecida para el funcionamiento de la planta (por ejemplo, 21 turnos/semana, 18 turnos/semana, 10 turnos/semana, etc.) sin que se vean 842

obligados a trabajar siempre en un mismo horario, por ejemplo, el horario nocturno. Para fines de cálculo, la principal diferencia reside en el hecho de que los trabajadores de turno no pueden hacer uso de días festivos (pero su remuneración compensa las molestias que ocasiona el trabajo en turnos). (I) Ejemplo de fórmula de cálculo de la disponibilidad (HH) para trabajadores de horario fijo N. operarios · N. semanas/año · Índice de trabajo* - (N. operarios · HH/día · N. días festivos) El índice de trabajo* es: Índice de trabajo = 1 - (HH inasistencias + HH capacitación + HH indirectas)/N. operarios · HH /año Las “HH inasistencias” son las horas consideradas por enfermedad, accidentes, permisos sindicales, etc., corregidas según un índice de mejoramiento (cuyo valor se determina en el plan) definido en función del análisis del balance y la evaluación del futuro (por ejemplo, mejoramiento del clima sindical a consecuencia de la negociación colectiva). Días calendario

365

Sábado y Domingo

104

Fiestas nacionales Fiestas locales

9 1

Días laborables

251

Horas diarias Horas laborables

8 2008

Horas correspondientes a vacaciones

216

Resto de horas de vacaciones del año

40

Otras horas

48

Horas dedicadas a asambleas y permisos sindicales

2

Horas de ausentismo (huelga y manifestaciones)

3

Horas por enfermedad y accidentes

8

Horas disponibles

1691

843

Horas de reuniones antinfortunistiche

4

Horas de instrucción

8

Horas de automantención

4

Horas distribuibles

1675

Subordinado

10

Supervisor

2

Almacenamiento, mensajeros, etc.

0,5

ESTRUCTURA

2,5

TRABAJO

7,5

DISTRIBUCION TOTAL DE HORAS

12562,5

Fig. 14. Ejemplo del cálculo de la distribución hora/año.

Las “HH capacitación” son las horas empleadas por el personal en adiestramiento. Las “HH indirectas” son las del personal no directamente operativo (por ejemplo, choferes, personal de bodega, guardias, etc.). (II) Ejemplo de fórmula para el cálculo de la disponibilidad (HH) para los trabajadores de turno N. operarios · HH/semana · N. semanas/año · Índice de trabajo* El costo de los materiales, en general, es un costo variable, con distinto grado de variabilidad: el consumo de algunos materiales refractarios está directamente vinculado al nivel de producción, mientras que el de otros depende de un plan de trabajo, por ejemplo, la reconstrucción de un horno; el consumo de lubricantes está vinculado al número de horas de funcionamiento de las máquinas, independientemente de los niveles de producción; el costo de

844

los repuestos necesarios para faenas de gran magnitud está vinculado al plan de trabajo, etc. El valor unitario de cada material individual queda definido según la pauta del subsistema de materiales. 11.2 Agrupaciones, subdivisiones y periodicidad de los gastos de mantención Para facilitar el control y el análisis, los gastos directos de mantención subdivididos por ítem de gastos (mano de obra, materiales y terceros) se agrupan a nivel de planta productiva autónoma y/o centro de costo y a nivel superior (sección, fábrica, producto, división) según la organización y la estructura de la empresa. Una caracterización más detallada toma en cuenta el “ítem de mantención”, entendido como: • cada máquina claramente identificable en la planta y en su función; • cada grupo de equipamiento semejante que forma parte de una planta, por ejemplo cañerías, válvulas, instrumentos; • cualquier otro ítem identificable en su conjunto que no se utiliza directamente para el funcionamiento de la planta, por ejemplo, la red antiincendios, la red caminera, el alcantarillado, etc. Resultan útiles las agrupaciones, discutidas en la parte III, La Planificación, en función de: • la tipología de mantención; • la clasificación técnica de las faenas; • la clasificación técnica de los materiales. Los costos de mantención se compendian y se controlan en base mensual, trimestral, semestral y anual. 12. El plan guía El plan guía es el documento que contiene el planteamiento técnicoeconómico de la firma, consistente con la situación de mantención de las instalaciones y con la orientación productiva y general de la empresa. Tiene por finalidad guiar a las distintas estructuras de la fábrica (secciones operativas y talleres) en la implementación de las políticas de la empresa y en la redacción del presupuesto. Es elaborado por el organismo central del staff y se somete a la aprobación de la gerencia general.

845

Los posibles escenarios del plan guía son: •

•

•

•

una fábrica donde las condiciones económicas de la empresa son normales y el nivel de producción es constante: el plan guía confirma las directrices anteriores y contempla un costo de mantención constante; una fábrica donde las condiciones económicas no son buenas y el nivel de producción está aumentando ligeramente: el plan guía establece que el aumento del costo de mantención frente a una mayor producción debe compensarse con objetivos de mejoramiento de la mantención y contempla, por consiguiente, un costo de mantención constante; una fábrica donde las condiciones económicas son normales y el nivel de producción está aumentando considerablemente: el plan guía indica un incremento de la actividad de mantención para mejorar las prestaciones y la confiabilidad de la planta, y contempla un costo de mantención creciente; una fábrica donde las condiciones económicas no son buenas y el nivel de producción ha disminuido notablemente: el plan guía indica una reducción substancial de las actividades, conservándose solamente aquellas destinadas a mantener la seguridad de las instalaciones y contempla una disminución considerable del costo de mantención.

Para la formulación del plan guía (véase el esquema gráfico de la fig. 15), se toman en cuenta los siguientes documentos y entradas: • • • • • • • •

políticas financieras de la empresa; plan y balance de producción; balance de los costos de mantención; análisis de averías, de los índices de control y de los valores planificados de mantención; plan y balance de las paradas programadas, periódicas y anuales; plan y balance de las faenas y de los materiales (con clasificación técnica); disponibilidad de la mano de obra; plan de capacitación del personal.

846

En resumen: • • • • •

se analizan las horas-hombre utilizadas en cada planta de producción, incluyendo los talleres centrales; se establece un nivel de partida para los nuevos volúmenes de mantención; se analizan los resultados del control técnico (averías, índices de control y valores planificados); se comprueban las disponibilidades globales de mano de obra y de materiales; se efectúa un precálculo para cada línea de producción según las políticas financieras, el plan de producción y los factores de corrección que surjan de los análisis.

El plan guía, conjunto de precálculos, de análisis y de factores de corrección, se discute en las distintas áreas de producción y se somete a la gerencia general. El plan aprobado se divulga y constituye la base para la redacción del presupuesto. Los procedimientos de detalle para la elaboración y la aprobación del plan guía son semejantes a los del presupuesto.

847

Plan estratégico empresarial

CONTROLLER

Modelo organizativo de referencia

Estándares generales de mantención

ING. MAN

Índices de control de mantención

Evaluación del curso de la operación de mantenimiento

Índice del Plan de Producción (IFP)

ING. MAN

PLAN GUIA ING. MAN

Indicaciones para la formulación del presupuesto de manutención para:

Isp.

Plan STD, Isp STD, Labores

Spot de trabajo, inspección, lubricación, minuto mantenimiento, emergencia, pequeña mejoría

Mejoramiento de las instalaciones

Plan de Inversión

Fig. 15. Esquema gráfico del plano guía.

848

13. 13.1

El presupuesto de mantención Concepto de presupuesto - Asignación de recursos

El presupuesto de mantención es la traducción en términos monetarios del programa de actividades contemplado para el año bajo consideración. Es el principal instrumento de control operativo y de gestión de los gastos de mantención. En términos concretos, consiste en la asignación, a cada área autónoma, de “dinero para gastar” en mano de obra y materiales para la gestión de mantenimiento de las instalaciones, en forma consistente con el programa de producción del área. La redacción del presupuesto se simplifica mediante la subdivisión de los costos en: • costos fijos: son los costos que no se ven afectados por los niveles de producción ni por los planes de mantención; • costos semifijos: son los costos que se ven afectados por las variaciones de la producción; • costos variables: son los costos que se derivan de los planes de mantención. Durante la etapa de redacción del presupuesto, para los costos fijos no hace falta analizar cada ítem en particular, sino que basta tomar en cuenta los balances y el programa de producción. Los costos semifijos y variables, en cambio, se someten a estudios en profundidad para conseguir que se respeten las directrices contenidas en el plan guía. El método de cálculo de la disponibilidad de mano de obra ya fue discutido en el párrafo 11, arriba. Para las inasistencias (enfermedad, accidentes, permisos sindicales, etc.), se introduce un índice de mejoramiento (cuyo valor se determina en la redacción del plan) definido en función del análisis del balance y de la evaluación del futuro (por ejemplo, un mejoramiento del clima sindical como consecuencia de la negociación colectiva). El costo de la mano de obra asignada en forma estable al área debe considerarse constante, aun cuando la cantidad de trabajo realizado sea variable. En cambio, el costo de la mano de obra de los talleres centrales, si bien es fijo a nivel de fábrica, es variable para cada área específica. El costo de los recursos de terceros es variable. Una buena política de gestión recomienda tener recursos internos dimensionados de forma tal que se garantice el empleo durante todo el año, cubriendo las necesidades extraordinarias con empresas externas. La cuadratura entre requisitos y disponibilidad se realiza en base anual,

849

efectuando los cálculos de detalle mensual que sean necesarios para poder planificar oportunamente los aportes externos para enfrentar los picos. El costo de los materiales, en general, es un costo variable, con distinto grado de variabilidad según la categoría de pertenencia (véase el párrafo 11, más arriba). El cálculo de la asignación (presupuesto) de materiales, cuyo consumo es directamente proporcional a la producción (por ejemplo, materiales refractarios), se obtiene aplicando la fórmula costo = balance · producción programada / producción efectuada Para los materiales, cuyo consumo no está directamente vinculado con la producción, se procede por “estimaciones razonables” en base a los balances y se identifican específicamente los materiales y repuestos que se utilizarán en grandes faenas o para ejecutar modificaciones y mejoras. 13.2 Identificación de los trabajos Utilizando la clasificación ilustrada en la parte III, La Planificación, los trabajos clasificados según su contenido son: A. B. C. D. E. F. G. H. I.

trabajos de rutina; trabajos repetitivos; trabajos periódicos; trabajos de inspección; trabajos por averías que interrumpen la producción; trabajos por averías que no interrumpen la producción; modificaciones y mejoras de mantención; modificaciones y mejoras de operación y calidad; restauraciones y fabricación de repuestos.

Para fines del presupuesto, estos trabajos conforman cuatro grupos, a cada uno de los cuales le corresponde su propio método de cálculo para la asignación (presupuesto): (I)

Grupo “Trabajos de mantención de la planta”. En este grupo, se encuentran los trabajos de rutina y repetitivos (ítemes A y B): la previsión de ejecución se basa en una extrapolación estadística de lo ocurrido en el pasado. La asignación (presupuesto) se calcula según la fórmula costo = balance · ¥SURGXFFLyQ SURJUDPDGDSURGXFFLyQ HIHFWXada 850

(II)

Grupo “Trabajos planificados”. En este grupo, se encuentran los trabajos periódicos (ítem C), incluyendo los trabajos “a plazo”, esto es, determinados en forma estadística o según parámetros de funcionamiento y de duración preestablecida. La periodicidad puede variar en función de la producción: se define la asignación (presupuesto) basándose no en los balances, sino en el plan de paradas, y se valorizan las faenas de gran magnitud que requieren un uso considerable de mano de obra.

(III) Grupo “Trabajos de mantención no programados”. En este grupo, se encuentran los trabajos derivados de inspecciones, averías, restauraciones y fabricación de repuestos (ítemes D, E, F e I). Para definir la asignación (presupuesto), es necesario realizar un análisis técnico del balance, plantearse un objetivo de mejoramiento establecido por el encargado del presupuesto y calcular los montos mediante la fórmula costo = balance · ¥SURGXFFLyQ SURJUDPDGDSURGXFFLyQ HIHctuada · µ (IV) Grupo “Trabajos de mantención correctiva”. En este grupo, se encuentran los trabajos de modificación y mejoramiento de la operación y de la mantención (ítemes G y H). La atribución a la mantención de estas actividades queda a discreción de la gerencia de la empresa. Las modificaciones y mejoras son, obviamente, un costo variable, y el cálculo de la asignación (presupuesto) se realiza en base a criterios fijados por la gerencia y por el plan de trabajo. 13.3 Redacción del presupuesto El proceso de redacción del presupuesto se muestra esquemáticamente en el “Diagrama de bloques para la redacción del presupuesto” de la fig. 16. Para destacar su importancia, los pasos más significativos de su redacción se verifican y se aprueban en reuniones formales a nivel de gerencia de planta. El presupuesto está compuesto por compromisos cuantificados de recursos, subdividido según los distintos grupos de ejecutores, según los distintos ítemes de gastos, según el tipo de trabajo, todo ello subdivido en períodos mensuales. Se pueden deducir indicaciones más detalladas estudiando el “Formulario para

851

FLUJO GENERAL DE REFERENCIA PLAN GUÍA ING. MAN

PRESUPUESTO DE MANTENCIÓN (BDG)

MAN OP.

FACT. PROD.

MANTENCIÓN DE MEJORAMIENTO

PLAN DE INVERSIÓN

VERSIÓN DEL PRESUPUESTO UPE/DIV

FACT. PROD.

MERCADO DE COMPETENCIA

PRESUPUESTO VALORIZADO

APROBACIÓN DEL PRESUPUESTO

no

ING. MAN

CONTROLLER

JEFE DE ÁREA

sí

OK? sí

AMM ING.MAN

AGREGADO DEL ÁREA Y DEL ESTABLECIMIENTO

PLAN OPERATIVO DE MANTENCIÓN

PROPUESTA DE ACTIVIDADES DE MEJORAMIENTO

Fig. 16. Esquema en bloque para la formulación del presupuesto.

852

MAN OP.

MAN OP.

853

Reagrupamiento

Contenido

FABRICA:

9DULDEOH

PRG0$1 PRG(6(

Trabajo de mantención correctiva

35(6838(672 727$/

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio TOTAL ENE-JUN Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre TOTAL JUL-DIC

TOTAL GENERAL

SHULyGLFDPHQWH

7UDEDMR GH PDQWHQLPLHQWR GH ODV LQVWDODFLRQHV

Trabajo de mantenimiento de las instalaciones

UXWLQD UHSHWLWLYR (VWDEOHFLGR LQVSHFFLyQ \ VHPL DYHUtDV$ HVWDEOHFLGR Trabajos de mantenimiento DYHUtDV% no programados UHS \ FRQVWU

Costos

Fi

P.I. TOTAL

Intemo

TERCEROS Externo Spec. Spot TOTAL

MANO DE OBRA

TOTAL

MATERIALES

INSTALACION

TOTAL REPUESTOREFRACT. OTROS

Fig. 17. Módulo para el ensamble del plano guía y el presupuesto.

PROPIA MAN Op OFF.

AREA

GEN.

TOTAL

construir el plan guía y el presupuesto”, reproducido en la fig. 17, que, mejor que cualquier descripción, pone de manifiesto toda la complejidad de esta materia. El presupuesto, aprobado en los distintos niveles, no sufre modificaciones durante el año de referencia. En cambio, en el transcurso del año, pueden producirse modificaciones importantes en: • • •

el programa de producción; las faenas de mantención, en cuanto a fechas o contenidos; los recursos.

Para tomar en cuenta las variaciones importantes, se actualiza el presupuesto con frecuencia trimestral. De este modo, se tiene la posibilidad de conocer en tiempo real: • • • • •

cuánto se había contemplado gastar (presupuesto); cuánto se contempla gastar ahora (presupuesto actualizado); cuánto se ha gastado (balance); la diferencia entre gastos y previsiones; la proyección de gastos para fin de año.

13.4 Análisis, responsabilidad y control del presupuesto Las empresas orientadas fuertemente al lucro no permiten que los jefes deleguen a funciones de staff la definición de los objetivos y estrategias, ni, por lo tanto, del presupuesto. Por este motivo, el controller tiene la responsabilidad de exponer los números analizados, mientras que será tarea del gestor responsable del presupuesto vincular los resultados numéricos con materias de gestión. Él discutirá con su superior jerárquico los “por qué” y “por cuánto” de los asuntos, teniendo “fuera del cuadro” al controller que proporcionó los números y que destacó los puntos críticos. El trabajo de preparación y esbozo de los datos se lleva a cabo mediante la colaboración entre el gestor y el controller, de modo que las tablas sean fáciles de leer e interpretar. Es indispensable que el gestor no sólo sea competente en materias técnicas, sino también que esté capacitado para pasar del análisis a la síntesis y para obtener de ello la directriz más eficaz. Los cotejos entre presupuesto y balance de varios años son fructíferos sólo si los datos se refieren a situaciones homogéneas y comparables, es decir, con igualdad de condiciones de la planta, de los compromisos de producción, de clasificación de gastos, etc.

854

La comparación entre el presupuesto y el balance se realiza siempre con un fuerte espíritu crítico. De ella pueden surgir tres resultados, todos ellos dignos de atención: • • •

el presupuesto y el balance coinciden; el presupuesto es inferior al balance; el presupuesto es superior al balance.

En caso de coincidencia, se debe determinar aquellos puntos donde es posible reducir en cierta medida la acción de mantención, economizando en costos pero sin poner en riesgo la eficiencia. En caso de gastos inferiores a lo previsto, se debe comprender si el presupuesto era exagerado o si hubo actividades no efectuadas, con los peligros que ello acarrea. En caso de gastos superiores a lo previsto, se debe comprender si la previsión estaba equivocada o si, efectivamente, hubo anomalías impredecibles. En todo caso, los procedimientos deben ser objetivos, realistas y orientados al mejoramiento. El control se aliviana al máximo, y los escalones más altos de la pirámide jerárquica del servicio de mantención podrán formarse una idea clara de lo que está ocurriendo en la base, y proceder a informar de manera oportuna y justificada a las otras jerarquías de la empresa. Es absolutamente ilusorio pensar que se podrá obtener lo señalado en un tiempo corto o por imposición disciplinaria: es una educación que debe madurar con el tiempo y que se debe cultivar con paciencia y perseverancia, porque de lo contrario todo se diluye tristemente en un academicismo estéril del que se obtendrán esquemas gráficamente inobjetables pero inútiles en la práctica. El trabajo de mantención es un servicio que no produce en sentido estricto, sino que pone a los otros sectores de la empresa en condiciones de producir: el análisis del costo de mantención no puede desconocer el hecho de que una disminución de este último debe corresponder, si las demás circunstancias no varían, con un mejor rendimiento del servicio, pero por ningún motivo debe incidir en el volumen de trabajo desarrollado sin que haya una justificación técnica. Este volumen queda determinado por las condiciones específicas de la planta, por las prestaciones que se exigen de ella y por cómo es manejada: cualquier disminución aumenta la posibilidad de una interrupción del ciclo de producción, con un aumento del costo de producción. La acción debe conducir al técnico a tomar decisiones teniendo siempre en cuenta las exigencias económicas.

855

14.

La imputación de los costos – Informes periódicos

La imputación de los costos de mantención se lleva a cabo con la documentación específica de los recursos empleados, utilizados antes por los sistemas istrativos y de gestión del personal. Adoptando las definiciones vigentes en un complejo siderúrgico de grandes dimensiones, los llamaremos • • •

“Informe de asistencia” referido a los recursos propios; “Recibo de liquidación de trabajos” referido a recursos de terceros; “Recibo de retiro de materiales” referido a los materiales y repuestos.

En estos documentos, se indican también los datos específicos para el sistema de costos de mantención: centro de costo del área beneficiaria de la faena, códigos del destinatario y del proveedor de la actividad, códigos de clasificación técnica de los materiales y de los trabajos, el código de comisión cuando corresponda, etc. Para evitar deformaciones, es conveniente que los sistemas estén enlazados, o por lo menos que haya una transferencia de datos económicos desde los sistemas de istración de la empresa al sistema de costos de mantención. Los balances de los costos de mantención se adjuntan a fascículos/informes a nivel de detalle y según agrupaciones distintas, en función de la finalidad del análisis y del destinatario. En las páginas siguientes se describe un procedimiento y un sistema de formularios del sistema de costos de mantención propios de una realidad industrial compleja, pero que se pueden aplicar a situaciones de menor complejidad con las modificaciones del caso. En líneas generales, las tablas de resumen más importantes son: 1. Tabla de gastos por área y por planta. Esta tabla es indispensable para el encargado del área y para el encargado de cada planta de producción: al estudiar esta tabla, surgen las áreas y máquinas que requieren atención especial. 2. Tabla de gastos por clasificación técnica de los trabajos. Esta tabla es importante como verificación de las orientaciones productivas: por ejemplo, puede revelar que la cantidad de operaciones por averías es demasiado alta y la cantidad por inspecciones es demasiado baja, de lo cual se deduce que la mantención preventiva es insuficiente o ineficaz (fig. 18).

856

Fig. 18. Tabla de gastos de mantención por clasificación técnica del trabajo.

857

“1”

I N S T A L A C I O N

SECCION

TOT. TEC. 1

TEC 1

TECNICO De AREA

Total

4 Anual

Total

3 Períodica

Total

2 Liberar

Total

1 Emergencia

TIMING

A B C D E F G H I

A B C D E F G H I

A B C D E F G H I

A B C D E F G H I

CLASSIFIC TECNICA MAN/DIV

PROPIOS OFF TOTAL

INTERNOS

EXTERNOS

TERCEROS

MANO DE OBRA

TOTAL

MATERIALES

GEN

TOTAL NOTAS

858

Propio

Materiales Total

Terceros

“3”

STA

TOT

Materiali Totale

Materiales Totale Sociali Terzi

Total Propio Terceros

Terceros Materiales

Propio

Total

Propio Terceros “2” Materiales

OFF

a

e

r

A

“1”

Avería:

b)

Presupuesto para 6 meses

Trimestre: Presupuesto

Balance

Diferencia

2 – COMPARACIÓN DEL COSTO ENTRE EL PRESUPUESTO Y EL BALANCE

Costo:

a)

1- CONDICIONES GENERALES

% Desviación

H

H/ton

Nr

Nr/ton

costos

/ton

produc. (ACERO)

F M

A

M

J

J

A

S

O

N

E

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

4 – Índice de Control de Averías (General)

E

3 – Índice de Control de Costos (General)

COMPARACIÓN ENTRE EL PRESUPUESTO Y EL BALANCE

D

D

Fig. 19. Modelo de síntesis del control de costos de mantención.

3. Tabla de gastos de mano de obra para ejecutores. Esta tabla sirve para comprobar la eficiencia de los equipos ejecutores: por ejemplo, esta tabla puede poner de manifiesto que las operaciones de algunos talleres son demasiado costosos. Las agrupaciones a nivel de área y de fábrica se obtienen sencillamente sumando los datos de las plantas correspondientes, hasta obtener el cuadro de síntesis esencial para el análisis de costos. La “Plantilla de síntesis del control de costos de mantención”, que se reproduce a título de ejemplo en la fig. 19, permite tener una visión de conjunto de la comparación entre el presupuesto y el balance en relación con los elementos fundamentales y las agrupaciones más importantes. 15.

Los índices como medio de gestión y de previsión

A continuación, presentaremos una selección de índices económicos que permiten evaluar la eficacia y la eficiencia de la mantención, las políticas adoptadas, los tipos de recursos empleados y la organización. Índices generales Los índices generales, que sirven para evaluar someramente la mantención, proporcionan datos generales acerca de los recursos empleados y el resultado de la acción de mantenimiento a través del costo de mantención en relación con la facturación (y por lo tanto con los volúmenes producidos), con le costo de transformación (y por lo tanto con la utilización) y con el capital invertido. Estos indicadores son: 1. 2. 3. 4.

Gasto anual de mantención/Facturación; Gasto anual de mantención/Costo de transformación; Gasto anual de mantención/Inmovilizaciones técnicas brutas; Gasto anual de mantención/Costo de adquisición de la planta.

El uso de estos índices no está generalizado aún; tanto es así que en la literatura se encuentran solamente los índices 1 y 3. Haciendo la salvedad que todos los datos deben ser leídos y utilizados con la máxima prudencia, indicamos a continuación valores conocidos para cada índice.

859

Valores para el índice 1. 1,5-2% en las industrias mecánicas, electromecánicas, electrónicas. 7-8% en las industrias siderúrgicas y del cemento. 2-3% en las industrias de alimentos. 2-4% en las industrias químicas y petroquímicas. Para el índice 3, los valores varían entre 3 y 7%, con un máximo en las industrias de proceso y un mínimo en las industrias de manufacturas ligeras. Índices de eficiencia Los índices de eficiencia entregan datos generales acerca de los recursos utilizados, y son los siguientes: 5. Gasto anual por mano de obra interna/Gasto total de mantención 6. Gasto anual en materiales/Gasto total de mantención; 7. Gasto anual en terceros/Gasto total de mantención; 8. Gasto anual en materiales/Permanencia promedio materiales (Índice de rotación). Con la salvedad de que todos los datos deben ser leídos y utilizados con la máxima prudencia, presentamos a continuación los valores de algunos índices. Valores para los índices 5 y 7 sumados (incidencia de terceros en aumento). 70-80% en las industrias ligeras (electromecánicas, electrónicas, de alimentos) 60-70% en las industrias pesadas (siderúrgicas, del cemento, petroquímicas) Valores para el índice 6. 20-30% en las industrias ligeras (electromecánicas, electrónicas, de alimentos) 30-40% en las industrias pesadas (siderúrgicas, del cemento, petroquímicas) Valores para el índice 8. La tasa de rotación de un repuesto determinado indica el número de veces que, en un período dado, se retira (consume) el repuesto en relación con el stock establecido para ese repuesto. El mismo concepto se aplica al total de materiales consumidos sobre el total en stock. El valor óptimo del índice de rotación es mayor que 1, aunque en la realidad nos encontramos con valores entre 0,5 y 2.

860

Una diferencia muy marcada con los valores señalados más arriba podría indicar ineficiencia de la mano de obra, uso inadecuado de los materiales, anomalías o carencias en la gestión de materiales. Índices referidos a las políticas Los índices que se refieren a las políticas están representados por la incidencia de los distintos gastos sobre el total y permiten evaluar los criterios adoptados para la mantención y la utilización de los recursos disponibles. Estos índices son: 9. 10. 11. 12. 13.

Gastos de mantención incidental/Gastos totales Gastos de mantención preventiva cíclica/Gastos totales Gastos de mantención según condición y predictiva/Gastos totales Gastos de mantención mejorativa/Gastos totales Gastos de mantención por ejercicio/Gastos totales

Una baja incidencia de la mantención incidental es casi siempre un síntoma de “buena mantención”, puesto que las operaciones requeridas por una avería son generalmente “caras” o más caras que otras soluciones basadas en la prevención. En esta evaluación de los costos, debemos considerar también, por supuesto, los costos de las inmovilizaciones de materiales técnicos, los costos de carencias y de deterioro cualitativo por “capability” insuficiente. Para muchos casos, podemos decir que la mantención incidental debe ser inferior a un 10% del total de gastos de mantención. Para los demás tipos de mantención, es imposible entregar pautas acerca de la incidencia óptima de las distintas especies de mantención preventiva. En los entornos de producción donde predominan las máquinas rotativas, la mantención según condición y predictiva adquieren una importancia fundamental, pero existen contextos en los cuales este tipo de mantención es escasamente aplicable. En todo caso, la actitud más promisoria en mantención tiene que ver con una tendencia a la prevención ligada a la percepción o a la medición del deterioro, adelantándose a la parada o a un funcionamiento que no garantice los niveles estándar. Índices organizacionales Para completar un cuadro resumen general sobre el estado de la mantención, es conveniente evaluar también la organización, especialmente la incidencia de los costos indirectos sobre los costos directos. Los índices empleados son: 861

1. 2.

Gastos por personal indirecto/Gastos totales en personal de mantención Número de Jefes no “ejecutivos”/Número total del personal de mantención Para este último índice, los valores óptimos deberían estar comprendidos entre 0,2 y 0,1. Como es natural, este índice se ve muy influenciado por los niveles y los tipos de tercerización. Una gran incidencia de la tercerización por obra vendida, a la medida y más aún de global service, implica un aumento inevitable y fisiológico de este índice. Índices de eficacia y eficiencia Los índices económicos señalados anteriormente permiten evaluar en forma rápida y con una buena aproximación el posicionamiento de la mantención. Para profundizar en la materia, se utilizan los así llamados índices de eficiencia y eficacia, basados en la confiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad. Los índices se discuten en el párrafo sobre el control técnico. El conjunto de los índices técnicos y económicos de la mantención se puede representar mediante la pirámide de la fig. 20. En ella, los índices se ubican según el nivel y el tipo de análisis y de decisión: - en el vértice, hallamos los índices de gerencia que permiten comprender la incidencia de la mantención en el resultado de la empresa; - en el centro, se encuentran los índices técnicos de sección que sirven para comprender cuánto afecta a la producción la carencia de las plantas individuales; - en la base, se encuentran los índices de máquina y de componente que permiten identificar los cuellos de botella y los puntos débiles.

A NIVEL DE: Fábrica Área Instalación -

Costo de la mantención en facturación Costo de la mantención en el costo del producto Costo por sección

Presupuesto de mantención por valor de la instalación

Índice técnico por sección

Horas/Hombre por pieza producida

Datos técnicos a Nivel de máquina

Horas de detención por horas de producción

Datos técnicos de fiabilidad Y mantención de la máquina Datos técnicos de fiabilidad De los componentes

M T B F

M T T R

Fig. 20. Pirámide de los índices para el control de la mantención.

862

16. Procesamiento y evaluación de los datos Acerca de la adquisición y el procesamiento de los datos, es necesario hacer algunos alcances: El gasto de mantención debe comprender tanto la mantención expendible como aquella que debe ser capitalizada, porque ambas sirven para mantener el bien, tanto en lo que se refiere a funcionalidad como a su calidad de patrimonio. El costo de la mantención debe comprender también los costos indirectos, ya sea valorizando según pautas adecuadas las horas de mantención directa cedidas o agregando los costos indirectos a los costos directos. El costo de la mantención realizada directamente por los operadores de las máquinas (automantención) se debe computar entre los gastos de mantención: conceptualmente, se trata de gastos destinados a mantener en funcionamiento un medio de producción. La última observación se refiere a la división entre mantención ordinaria y extraordinaria, todavía muy difundida, pero que no permite ningún tipo de enriquecimiento informativo acerca de cómo se gestiona y cómo se implementa la mantención. Sin embargo, esta clasificación de la mantención en ordinaria y extraordinaria se encuentra muy difundida tanto en el campo operativo (en la industria y en los servicios) como a nivel legislativo. En algunas leyes, cuando se trata el tema de la mantención, se hace referencia a esta clasificación, incluso dándole distintas interpretaciones. Según la interpretación más común, la mantención ordinaria es aquella que se contabiliza en los gastos del ejercicio en que se desarrolla, mientras que la extraordinaria es la mantención capitalizable. Para aclarar estos conceptos, reproducimos en el Apéndice las “Recomendaciones del Consejo del Colegio de Contadores”. Cualquier evaluación de la mantención (eficacia, estructura y políticas adoptadas) expresada a través del análisis de los índices no estará completa ni será válida a menos que vaya acompañada de una evaluación del estado de las máquinas, instalaciones y edificios de la unidad productiva bajo consideración. Esta evaluación debe realizarse en relación con la vida útil de cada elemento relevante que forme parte del sistema productivo. Es decir, se debe evaluar si la acción de mantenimiento ha sido consistente con uno de los principales objetivos de la mantención, cual es la conservación del patrimonio de la empresa. El enfoque que hemos descrito es de tipo determinista; es decir, se elabora una serie de índices que permiten evaluar las tendencias y dan lugar a un “benchmarking” (índices/valores de referencia) de la mantención. De manera que es posible extraer en base a los análisis de posicionamiento que deben tomarse en cuenta, más que un juicio, un estímulo para mejorar. 863

De hecho, un juicio acerca del sistema productivo, y sobre esa parte importante del sistema productivo que es la mantención, debe hacerse sobre todo evaluando además algunos elementos organizacionales. El primero es la efectiva integración organizacional y de comportamientos de la mantención con respecto a la operación, pero también con respecto al diseño, la logística, la seguridad y las demás funciones de empresa con las que interactúa. Se debe valorar la tendencia de la mantención a superar la “separación” cultural. El otro elemento distintivo es la presencia dentro de la estructura productiva, en su sentido más amplio, de una ingeniería de mantención, entendida como “cerebro” que piensa en el diseño de la mantención, en su enriquecimiento cultural permanente, en las opciones de make or buy, en la capacidad de comprobar los resultados de la acción de mantenimiento en forma consistente con los objetivos de la empresa. Un tercer elemento es el desarrollo de la automantención, es decir, de la difusión de una cultura de mantención en el universo productivo total, y en especial la ejecución efectiva de muchas operaciones de mantención, pequeñas pero fundamentales, por parte de los operadores que manejan las máquinas y las instalaciones. Finalmente, uno de los aspectos más relevantes para evaluar las características de dinamismo de la organización es la capacidad del sistema productivo en su totalidad para realizar mejoramiento continuo, es decir, poseer siempre los recursos intelectuales a todo nivel para estar en condiciones de poner en tela de juicio los resultados ya logrados. Esto es lo que caracteriza a la “mantención productiva”, uno de los pilares de la organización liviana o lean production. Para evaluar cabalmente la mantención en la empresa, es necesario entender también el nivel de dinamismo y de adaptación del sistema: las informaciones contenidas en los índices son necesarias, pero no suficientes para precisar el estado de salud de una mantención integral. 17.

Consideraciones finales

Los temas abordados en este capítulo cubren todo el proceso de mantención: el control técnico y económico de las instalaciones intersecta todas las actividades conducentes a interpretar el comportamiento de las máquinas, a fijar las faenas de mantención preventiva y mejorativa, a orientar las opciones en política de mantención y gestión de materiales, a evaluar la eficacia del servicio de mantención, transformando todo asunto técnico en un asunto económico. Dicho control se expresa en los informes de los eventos, en la identificación de los puntos críticos de los medios productivos, en la medición de los resultados y en la determinación de los rendimientos. Se 864

miden no sólo costos y tiempos, sino también la eficiencia del personal y la estandarización del trabajo. Hemos visto que evaluar el dimensionamiento y el rendimiento de los recursos es muy complicado, porque no existen métodos matemáticos para determinar la cantidad “correcta” de mantención: se requiere experiencia, pragmatismo, sentido de la responsabilidad, análisis de los resultados y un monitoreo frecuente de la idoneidad de la estructura organizacional, de la definición de los roles y de la distribución de las tareas. El sistema de control de los costos es indispensable para ello: dicho sistema se basa en la comparación entre el presupuesto y el balance que, si se lleva a cabo con un fuerte espíritu crítico, proporciona elementos inmediatos de orientación para todos los niveles directivos de la empresa. El presupuesto de mantención, traducción en términos monetarios del programa de actividades, es la principal herramienta de control operativo y de gestión de los gastos de mantención, de manera que hablar de control de los costos de mantención equivale a hablar de control de las actividades de mantención desde el punto de vista técnico. Hemos destacado que el sistema de costos permite “ponderar” el rol de la mantención, y que la evaluación de la mantención expresada a través del análisis de los índices debe ir acompañada de una evaluación del estado de las máquinas, instalaciones y edificios de la unidad productiva, en relación con la vida útil de cada elemento. Esto es, se debe evaluar si la acción de mantenimiento ha sido consistente con la conservación del patrimonio de la empresa, con la mantención de los estándares cualitativos y con el nivel tecnológico. Asimismo, hemos demostrado que uno de los aspectos más relevantes de la organización de la mantención es la capacidad de llevar a cabo un mejoramiento continuo, de tener recursos intelectuales a todo nivel capaces de poner en tela de juicio y superar los objetivos ya alcanzados: esto es lo que caracteriza a la “mantención productiva”, pilar de la lean production (organización liviana). Finalmente, hemos señalado que la propia “memoria histórica técnica” de la empresa está conformada por el conjunto de informes mensuales, trimestrales y anuales del control técnico y económico, junto con las pautas generales de las máquinas, los informes técnicos de accidentes y los estudios sobre modificaciones y mejoras. La mantención está lejos de haber resuelto sus problemas, y todavía absorbe gran cantidad de recursos en la mayoría de los sectores tanto industriales como no industriales. Su reorganización y mejoramiento exige tomar decisiones, puesto que los enfoques con respecto a los problemas de mantenimiento son distintos y están siempre condicionados por el nivel 865

cultural tanto del empresario como de los operarios. El capítulo contiene observaciones y experiencias concretas de técnicos que se han desempeñado en mantención por largo tiempo, cubriendo tanto roles operativos y gerenciales como roles de consultoría y de estudio: pueden ser de utilidad para establecer los criterios, los métodos y los contenidos de nuestros propios proyectos de mejoramiento. Para no sufrir fracasos estrepitosos, es insoslayable definir anticipadamente con la gerencia de la empresa la política de mantención, o sea, establecer los objetivos, criterios, normas y reglamentos que se tiene intención de seguir para llevar a cabo la tarea de reestructurar y mejorar la mantención. Ninguna directriz ideológica puede reemplazar el análisis del “técnico”, que siempre debe verificar que existe la posibilidad concreta de implementar un enfoque en lugar de otro y elegir no el más “bonito” sino el “menos costoso y más eficaz”. Un buen sistema de control técnico y económico ayuda a: S S S S

S

rechazar la mentalidad de “la práctica y la experiencia bastan”; oponerse al empiricismo y la improvisación que siempre existen; transformar la índole de la actividad de casual a previsible y, por lo tanto, programable; vincular las elecciones a elementos concretos (costos, tiempo, parámetros significativos, comparaciones temporales y sectoriales, equilibrio de la razón gasto/eficiencia); adoptar una postura de mantención flexible, que implemente siempre la combinación más adecuada y conveniente de factores técnicos, económicos y humanos, dosificando su uso en función de las exigencias de la situación.

Un buen sistema de control técnico y económico permite escoger las máquinas que serán sometidas a mantención preventiva, seleccionándolas en base al compromiso de utilización de la máquina, a elementos de costo, a datos técnicos y comerciales, al balance económico: son las máquinas que tienen la más alta saturación, las que tienen los costos globales de mantención más elevados y las que, a pesar de constituir un “cuello de botella”, no tienen reservas instaladas. Se deja de lado las máquinas que no registran paradas significativas. Operando con estas directrices, se evita realizar faenas redundantes, efectuar reparaciones aproximadas y limitadas, y postergar la operación más allá de un cierto límite. El patrimonio instalado se conserva desde una perspectiva de mejoramiento y adecuación permanente que favorece la realización de pequeñas modificaciones y mejoras aconsejadas por la experiencia y compatibles con el presupuesto, cuidando de no alterar las condiciones de 866

seguridad consignadas en el proyecto original. Muchos desastres en las plantas han sido causados por modificaciones aparentemente intrascendentes y, a menudo, ni siquiera señaladas en los planos. Un buen sistema de control técnico y económico es necesario pero no suficiente: debe ser acompañado por procesos de mejoramiento continuo y de desarrollo organizacional centrados en la persona, el recurso estratégico por excelencia.

867

2. El benchmarking en mantención por Fabrizio Panzeri

1.

Introducción

Es un hecho que, desde hace algunos años, se han dado pasos de gigante en el tema de la mantención y de las nuevas metodologías de gestión que se le aplican. Pero si, por un lado, existen sectores donde históricamente la mantención y los procesos de gestión correspondientes han sido siempre el centro de la atención, en otros la mantención es un descubrimiento relativamente reciente. En cualquier caso, el denominador común, experimentado en la realidad, es el deseo de aprender que impulsa a las empresas a buscar nuevas modalidades para profundizar los temas relacionados con mantención y para verificar el state of the art tras los substanciales cambios de los últimos años. El benchmarking es herramienta de aprendizaje por excelencia, pues permite establecer vínculos cruzados entre las experiencias adquiridas en distintos sectores y ayudar a la empresa a encontrar aplicaciones creativas de dichas experiencias en su propia realidad; es también una herramienta para conocerse a sí mismos y para comprender en qué dirección nos movemos. El benchmarking en Italia, a diferencia de otros países donde constituye un mecanismo de aprendizaje consolidado junto a otras herramientas de calidad total, ha tenido un destino caprichoso. Hoy ensalzado como solución a todos los problemas de la empresa, mañana tachado de práctica inútil o de mera copia, el benchmarking de seguro no se ha visto beneficiado por su escasa divulgación, y aun menos por la forma desestructurada (para no usar términos más severos) en que se han conducido algunos proyectos. Hemos llegado al convencimiento de que para que esta práctica pueda rendir un servicio fructífero a la empresa, deben coexistir dos condiciones: 1. la comprensión de los fundamentos lógicos del benchmarking, de qué es, y más aún, de qué no es, tanto por parte del management como de todo el personal de la empresa, y la consiguiente inserción del benchmarking dentro de una visión más amplia de aprendizaje organizacional; 2. la definición de una metodología seria y rigurosa: el benchmarking tiene sus propias herramientas y métodos, y por cierto no se trata de un asunto fácil. En este sentido, adquiere un carácter crítico la

869

existencia de instituciones y estructuras adecuadas que sepan apoyar a las empresas en este aspecto. Las consideraciones siguientes se desarrollarán a la luz de estas premisas; así, intentaremos delinear los fundamentos del benchmarking, tocando los temas más críticos en cuanto a gestión y ejecución del benchmarking; luego entraremos más en detalle, delineando un modelo para la mantención en relación con algunas temas críticos, identificados sobre la base de la experiencia de un proyecto institucional ya en marcha. 1.1 Una historia para comprender Desde muchos sectores, se destaca que el benchmarking nació en verdad gracias a los esfuerzos desplegados en la Xerox; el benchmarking no sólo ayudó a esta empresa a salir de una grave crisis, sino que, de hecho, se convirtió en una de las vigas maestras de la cultura de empresa. Dentro de la Xerox, se han desarrollado muchísimas metodologías acerca del benchmarking, y esta empresa, gracias también a la obra de R. Camp, se convirtió en su paladín. Será bueno hacer un recorrido somero, sin pretender ser exhaustivos, por la historia del benchmarking. A través de esta historia, comprenderemos cuán distinto es el benchmarking de la mera copia, dónde residen sus potencialidades y su complejidad. Intentaremos comprender qué es lo que, en la Xerox y en otras empresas, convirtió al benchmarking en una herramienta ganadora para la calidad, en un credo empresarial propiamente dicho. El comprender cómo y dónde ha sido exitoso nos ayudará a identificar bajo qué condiciones de método y cultura de empresa el benchmarking puede crear ventajas competitivas15. Hablamos de ventaja competitiva porque, hoy más que nunca, la capacidad de aprender con rapidez, de ser creativos y de no “quedarse rezagados” constituye la única ventaja real y sustentable. El hecho de que una empresa deba aprender con rapidez, ser innovadora, ir al paso con el cambio del entorno son verdades tan viejas como el management moderno, pero mientras en el pasado los que se quedaban atrás tenían un cierto espacio para recuperarse, hoy ya no es posible, o lo es en medida mucho menor. Podemos aseverar que, correctamente concebido, el benchmarking puede ser

15

Porter M. E., Competitive advantage. Creating and sustaining superior performance, Free Press, 1985. 870

uno de los elementos críticos que estimulen a la empresa a adoptar una actitud proactiva16 ante los cambios. 1.2 Análisis de un caso exitoso Durante los años ’80, en la Xerox Reprographics Manufacturing Group, se hallaba en marcha un programa de mejoramiento continuo que proporcionaba aumentos marginales en la productividad. Ya habían pasado los años ’60, los años del éxito en grande, cuando la Xerox había desarrollado modelos de vanguardia como la fotocopiadora 914; habían pasado también los años ’70, a mediados de los cuales la empresa gozaba de una participación en el mercado de un 80%. El mercado se hallaba invadido por fotocopiadora esencialmente idénticas, con un precio de venta inferior a los costos de producción de Xerox. Diferencia de precio que de ningún modo podía justificarse y explicarse solamente en términos de los componentes empleados en las máquinas de la competencia. Charles Christ, entonces presidente de la firma, envió a un grupo de técnicos de producción a Japón para estudiar en detalle el proceso de producción, el producto y los materiales. Sus palabras de despedida fueron: “Necesito un punto de referencia, algo que me sirva como vara para comprender qué rumbo debemos tomar”. Este símil dio lugar a objetivos específicos hacia los cuales tender, objetivos y resultados surgidos del cotejo con otras empresas, y no meras intuiciones subjetivas. La calidad pasó de 91 defectos por cada cien máquinas a catorce. Las trabas en la línea de montaje (definidas por el número de elementos descartados en la línea) bajaron de 30.000 por millón a 1.300 por millón. Los costos de fabricación bajaron en un 50%, se redujo a la mitad el número de piezas únicas, se redujo en un 66% el tiempo de desarrollo17. Ya hemos mencionado que esta historia nos debe ayudar a comprender qué es el benchmarking y cuáles son sus condiciones de éxito, además de las potencialidades inherentes a esta herramienta.

16 Valdani E., Dall’evoluzione alla coevoluzione, dalla concorrenza all’ipercompetizione, Università Commerciale L. Bocconi, 1996 y Vicari, S., Nuove dimensioni della concorrenza, Egea, 1989. 17 Los datos presentados han sido tomados de: Leibfried K. H. J., McNair C. J., Benchmarking, Il Sole 24-Ore Libri, 1995, pp. 21-22.

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Señalemos, en particular, los siguientes temas para reflexionar: • el benchmarking va más allá del reverse engineering18 y el análisis competitivo; en efecto, la mera referencia al producto y a los índices de rendimiento de los competidores no habrían bastado para garantizar el salto de las prestaciones experimentado por Xerox; • el benchmarking define referencias que permiten que la empresa se oriente, puesto que las metas fijadas son objetivas; • el benchmarking no se limita a medir la brecha de prestaciones, sino que van en busca de las causas del éxito, es decir, las opciones de planteamiento organizacional y la praxis de gestión; • el benchmarking requiere humildad para aprender de los demás y paciencia para conocerse a sí mismos; • el benchmarking es un instrumento que activa el cambio, pues demuestra dentro de la empresa que es factible conseguir ciertos resultados, dado que alguien más ya lo ha logrado; • el benchmarking tendrá éxito sólo si todos en la empresa comprenden la metodología y el significado, y si el vértice gerencial lo patrocina en forma adecuada. Es esencial comprender qué es el benchmarking en cuanto a sus fundamentos lógicos; muy a menudo, las empresas ponen en marcha o se inscriben en proyectos institucionales19 de benchmarking pensando que se trata sólo de un problema de método; en realidad, un proyecto de benchmarking comienza mucho antes del día en que algunas empresas se intercambian información más o menos detallada, en forma más o menos estructurada. Un proyecto de benchmarking comienza cuando el vértice de una empresa, dentro de su visión, postula el benchmarking como elemento crítico para promover el aprendizaje y actúa en consecuencia, difundiendo una cultura dentro de la organización: sólo cuando exista claridad dentro de la empresa sobre el por qué se debe hacer benchmarking, se podrá discutir cómo hacerlo.

18 Reverse engineering: es el procedimiento que permite determinar la tecnología de producción de un producto dado a través de su descomposición y del análisis de los materiales que lo componen. 19 Se entiende por proyecto institucional de benchmarking un proyecto sobre un tema de interés que involucra a empresas pertenecientes a un consorcio o network.

872

2. Una definición Hallar una definición exhaustiva de una realidad en permanente evolución como es el benchmarking no es cosa fácil; en primer lugar, muchas empresas han desarrollado su propia definición de benchmarking, enfatizando a veces el cotejo con la competencia, otras veces el cotejo con las mejores empresas (best class) en ciertas funciones y procesos; en otros casos, prevalece el concepto de que el benchmarking es, ante todo, una comparación de prestaciones. Intentaremos ordenar este universo abigarrado de definiciones proponiendo una que enfatice los elementos estructurales y característicos del benchmarking y concentrándonos en aquellos aspectos que, si son desatendidos, pueden comprometer su éxito. “El benchmarking es un proceso, continuo y sistemático, de medición y de comparación de productos, servicios, funciones y procesos de la empresa, con los competidores y las empresas excelentes, para comprobar el estado de salud de la empresa propia, desarrollar objetivos para productos/procesos, identificar las prácticas excelentes, activar procesos de cambio e incentivar el aprendizaje y la creatividad dentro de la organización”. Analizaremos en detalle qué es el benchmarking y también qué no es. A menudo no se ha comprendido el benchmarking, o no se ha comprendido del todo, y esto ha llevado a obtener resultados poco significativos y a tacharlo de práctica ineficaz; por ello, nos detendremos primeramente en los principales objetivos y aportes que el benchmarking puede ayudar a conseguir. 3. Los objetivos del benchmarking A partir de la definición citada arriba, centraremos nuestra atención en los resultados que se pueden obtener a través de la aplicación del benchmarking, con las variaciones que corresponda realizar en cada ámbito específico de aplicación; la exposición procederá en orden creciente de complejidad de su logro. 3.1 Conocerse a sí mismo Uno de los aportes más inmediatos e importantes del benchmarking es que la empresa aprende a conocerse a sí misma. El benchmarking requiere tomar conciencia de los procesos críticos dentro de la empresa20, requiere que se definan las políticas en términos de aprendizaje de la empresa. Con frecuencia

20

Con respecto a la gestión por procesos, véase: Melan E. M., Process management, McGraw-Hill, 1993. 873

olvidamos que el benchmarking, antes de compararnos con los demás, requiere que nos comparemos con nosotros mismos. 3.2 Cuánto mejorar La identificación de la brecha de prestaciones en términos de productos, pero sobre todo de funciones y de procesos, sigue siendo uno de los contenidos de fondo del benchmarking. La identificación de brechas de prestaciones en un proceso determinado y la adquisición de parámetros de excelencia para programas de mejoramiento y reingeniería es un primer paso hacia el mejoramiento continuo. Sin embargo, se debe ser cauteloso por dos motivos: a.

la observación no guiada y sin el apoyo de un fundamento lógico y de un método, lleva a la imitación. Por definición, el imitador es un seguidor, uno que llega después, y bien sabemos que en los contextos competitivos actuales, el que gana es el que se adelanta, no el que sigue; b. la excelencia a la cual nos referimos está circunscrita y contextual izada. En esencia, se refiere a empresas excelentes no en un sentido general, sino en relación a procesos específicos que logran gestionar mejor que otros. En este sentido de cotejo de prestaciones, si se quiere aprovechar el potencial innovador del benchmarking, se debe ir más allá de la comparación con los competidores21. 3.3 Cómo mejorar A diferencia del análisis competitivo de matriz estadounidense que proporcionaba el posicionamiento de la empresa con respecto a sus competidores, el benchmarking, además de salir de los confines sectoriales, investiga las causas del éxito y trata de identificar las praxis y soluciones organizacionales excelentes. De modo que se trata siempre de correlacionar un rendimiento dado con determinadas opciones de disposición y gestión de los procesos. Esto no significa tener soluciones a la mano, sino más bien disponer de información circunstanciada acerca de la fuente de la excelencia. No se trata de redactar un compendio de prácticas para aplicarlas en forma mecánica, sino de obtener ideas para innovar en forma creativa.

21 Algunos de estos conceptos se ilustran en: Beretta S., “Il benchmarking: una metodologia innovativa?”, en Sviluppo e Organizzazione, septiembre-octubre de 1995, p. 77-82.

874

3.4 Activar procesos de cambio Kurt Lewin describe el proceso de cambio como el paso de un estado de equilibrio a otro. Si el cambio se impone en forma demasiado rápida, se altera el equilibrio y se generan actitudes de resistencia. Lewin22 describe el cambio como un proceso que consta de tres fases, compuesto por: 1. deshacer; 2. plasmar; 3. y consolidar. Concentrándonos en la primera fase –“deshacer”–, observamos que su objetivo es generar en el grupo o en la persona una predisposición al cambio. Una forma de hacerlo es creando una sensación de incomodidad o insatisfacción con la situación actual. El benchmarking tiene un enorme potencial en este sentido: demostrar que otros ya han logrado ciertos resultados, que en otros contextos se manejan los procesos en formas novedosas, tiene un gran impacto en movilizar las energías de las personas de la empresa. 3.5

Incentivar el aprendizaje y la creatividad Hemos dicho que gana el que innova, no el que sigue. Hacer benchmarking de manera proactiva significa utilizar creativamente23 las informaciones adquiridas. Significa comprender que lo que se obtiene del benchmarking no son soluciones prefabricadas, sino informaciones que una vez compartidas en la empresa estimulen la búsqueda de soluciones innovadoras. Adaptar prácticas desarrolladas en otros sectores no es tarea fácil; sólo si se aborda desde esta perspectiva, el benchmarking podrá tener éxito y desplegar en plenitud su potencial. 4.

El benchmarking como proceso

La definición establece que el benchmarking es un proceso. Un proceso es un conjunto de actividades, decisiones o eventos que se articulan

22

Lewin K., Teoria e sperimentazione in psicologia sociale, Il Mulino, 1972. Un aporte original acerca del aprendizaje dentro de las organizaciones se encuentra en: Senge P. M, La quinta disciplina, Sperling & Kupfer, 1992, pp. 159-269. 23

875

Incentivar el aprendizaje y la creatividad Activar proceso de cambio

Cómo mejorar Cuánto mejorar Fig. 1. Los objetivos del benchmarking.

Conocerse a sí mismo

secuencialmente, generando determinadas salidas a partir de determinadas entradas. Vemos que esta definición, así como otras24, subraya el hecho de que el benchmarking implica una serie de fases y subfases que definen problemas, cuestiones; que requiere adquirir informaciones y medir las prestaciones propias y ajenas; que extrae conclusiones en base a los datos adquiridos y activa acciones de cambio y mejoramiento. Existen innumerables procesos de benchmarking, desde aquel en diez fases de Xerox hasta el de catorce fases de IBM, o el de nueve fases de AT&T, y otros más. Sin embargo, no importa tanto el número de fases como el hecho de que exista claridad en la empresa

24 Véase a este respecto: Spendolini M. J. Fare benchmarking, Il Sole 24-Ore Libri, 1996, pp. 10-12, y Camp R., en su último Business Process Benchmarking, Editorial Itaca, 1996, pp. 18-19.

876

de que el benchmarking es un proceso, y en cuanto tal requiere una codificación y una definición de las fases a través de la cuales se articula. Por lo general, podemos identificar a lo menos cinco macro-fases esenciales en un proceso de benchmarking: 1. definir el objeto del benchmarking; 2. conformar un grupo de trabajo; 3. identificar al partner; 4. adquirir informaciones y mediciones; 5. y reconocer las prácticas excelentes. El proceso de benchmarking

Definir el objeto del benchmarking

Conformar un grupo de trabajo

Reconocer Adquirir Identificar las informaciones el partner y mediciones prácticas excelentes

Reiteración del proceso.

Fig. 2. Fases del proceso de benchmarking.

877

4.1 Identificar el objeto del benchmarking: ¿qué hacen o cómo lo hacen? No es fácil definir qué es lo que se debe comparar mediante el benchmarking. Por cierto que en sus comienzos el benchmarking, concentrándose en productos y servicios, dio la impresión de ser solamente una variante del análisis competitivo. Hoy son objeto de comparación cada vez más los procesos de la empresa, enfocándose la atención sobre el método mediante el cual proceden los otros. Esto permite poner de manifiesto las enormes potencialidades del benchmarking: si el objeto de comparación es un proceso, la empresa puede compararse no sólo con otras empresas de su mismo sector, sino también con empresas de otros sectores; sobre todo puede compararse con quien desempeña mejor que nadie una actividad determinada. Todo ello permite salir de los esquemas convencionales de sector según los cuales las cosas se deben hacer siempre de un cierto modo, lo que impide visualizar el por qué se debe cambiar. Salir de los esquemas convencionales permite romper los llamados “paradigmas de sector” y abrirse a formas significativa o radicalmente nuevas de gestionar los procesos. Se debe tomar en cuenta que es precisamente el abandono de la sensación de seguridad que se obtiene de la comparación con nuestros semejantes, lo que constituye la fuerza avasalladora del benchmarking: salir de los confines del sector y compararnos con los best performers. Esto hace más delicada la gestión del benchmarking; de aquí la importancia de un método, de aquí el énfasis en la creatividad, es decir, la capacidad de los estamentos directivos para introducir en la empresa soluciones desarrolladas en contextos incluso radicalmente distintos. Facturación Contratación de personal Investigación para una estrategia publicitaria Definición de las necesidades del cliente Gestión de inventario

Investigación nuevos productos Logística integrada Programación de la manutención Introducción del TQM Proyectación de la línea de producción

Fig. 3. Algunos ejemplos del proceso.

878

“Explicar qué sin decir cómo no significa nada”, cita Robert Camp en su Business process benchmarking. Concentrarse en los procesos significa tener bien claros los objetivos del benchmarking. Esto implica que las personas deben conocer bien el funcionamiento de los procesos básicos de su empresa y saber describirlos mediante un mapeo. La fig. 3 muestra algunos ejemplos de procesos. Después de estos alcances, podemos analizar ahora las distintas subfases, ilustradas en la fig. 4, que conducen a identificar el objeto del benchmarking de un proyecto específico. Definir el Objeto del Benchmarking Definir las finalidades del proceso de mejoramiento

Identificar los procesos de la empresa y su misión

Seleccionar los procesos Documentar que se los procesos identificados analizarán

Identificar las medidas de rendimiento

Identificar las áreas críticas de gestión

Fuente: Adaptación de Camp R., Business Process benchmarking, Itaca, Milán, 1996

Fig. 4. Primera fase del proceso de benchmarking.

Definir las finalidades del proceso de mejoramiento. Es esencial que la investigación para el benchmarking nazca con un objetivo bien definido. Las investigaciones con objetivos amplios, por no decir globales y vagos, caen en la superficialidad y conducen a adquirir nociones superficiales. Se deberá controlar periódicamente, durante las distintas etapas de despliegue de la investigación, que el objetivo de partida siga estando claramente a la vista. Identificar los procesos de la empresa y su misión. Hemos visto cómo cada vez más son los procesos el objeto del benchmarking. Por lo demás, esto no se contradice con el planteamiento funcional clásico de la empresa. En efecto, dentro de las distintas funciones, podemos identificar los procesos esenciales y definir su misión. Así, dentro de la mantención por ejemplo, hallamos la programación de la mantención, cuyo objetivo principal es definir los niveles óptimos de mantención, y también la prestación de faenas de mantención de 879

emergencia, cuyo objetivo es la reparación oportuna y eficiente de las averías, y así sucesivamente. Lo que debe quedar claro es la identificación de los procesos y su misión, para poder enfocar en la mejor forma posible la investigación de benchmarking. Seleccionar los procesos que se analizarán. No se puede someter todo a benchmarking; difícilmente, las empresas contarán con recursos suficientes para acometer semejante tarea. Difícil es también imaginarse que una organización pueda aceptar los cambios y prácticas que surgen del benchmarking si éstos se deben aplicar a varios procesos a la vez. De modo que se debe definir un orden de prioridad, partiendo de los procesos cuya incidencia sobre las prestaciones de la empresa es mayor. Este orden puede ser definido por la gerencia o estableciendo analíticamente la importancia de cada proceso individual mediante la combinación de un conjunto de parámetros, como por ejemplo el valor agregado del proceso o su impacto sobre los costos. Se empleó una metodología de este tipo en IBM cuando obtuvo el premio Malcolm Balridge National Quality Award25 en Rochester, Minnesota. Documentar los procesos identificados. Mapear el proceso es esencial, puesto que antes de todo, se deben definir sus fronteras. Se debe producir una representación gráfica que facilite la comprensión del proceso, acompañándola con una descripción escrita de las distintas fases. Hemos visto que un proceso es una secuencia de fases, trátese de decisiones, producción de informaciones, operaciones manuales u otras. El punto clave es que para cada fase existe un método, una praxis, es decir, una modalidad operativa. Identificar cuál es el mejor “cómo” constituye uno de los objetivos del benchmarking. Identificar las medidas de rendimiento. Esta fase responde a dos finalidades: 1. poder efectuar comparaciones y posicionamientos respecto de las otras empresas; 2. poder correlacionar cierto rendimiento a ciertas opciones de configuración y praxis. En general, es conveniente distribuir los indicadores en las tres categorías de costo, tiempo y calidad, asignando una ponderación relativa a estas tres dimensiones según las prioridades de la empresa. Identificar las áreas críticas de gestión del proceso seleccionado. En este caso, también se trata de optimizar los esfuerzos de investigación. Así, debemos concentrarnos en aquellas fases que tienen una mayor incidencia en 25

Este premio a la calidad fue instituido por decreto del presidente Ronald Reagan y otorgó gran impulso al benchmarking como instrumento para obtener calidad. 880

los resultados del proceso que se desea analizar, sin perdernos en los elementos de detalle. 4.2 Constituir un grupo de trabajo Por lo que se refiere a la constitución del grupo de trabajo, es importante destacar dos aspectos: • •

el benchmarking es una actividad en grupo, no sólo por el volumen de trabajo, sino por su naturaleza intrínseca, que requiere personas con atributos y competencias diferentes; el benchmarking requiere que los participantes sean personas preparadas y brillantes: por ningún motivo se debe asignar a esta tarea personal poco motivado o inexperto en el tema en cuestión. Además, el benchmarking no es, en ningún caso, un campo de entrenamiento para funcionarios con rendimiento o competencias inferiores al promedio.

Identificar a los especialistas internos y externos. Es conveniente que la empresa cuente en su interior con personal que tenga un mínimo de familiaridad con los conceptos de benchmarking y cumpla una función de difusión de los contenidos y las metodologías del benchmarking. En ningún caso, se debe excluir la presencia de apoyos externos. Por lo general, hoy en Italia las empresas que desean implementar un proyecto de benchmarking recurren a networks que ofrecen su experiencia y sus competencias, además de un amplio de empresas asociadas y bases de datos estructuradas. Estas networks son especialistas en establecer canales de comunicación entre empresas y garantizan un sello de imparcialidad a la actividad de benchmarking. En algunos casos, emiten informes “anónimos”, sin revelar la identidad del partner de referencia. Definir los criterios de selección. Como ocurre con cualquier otra actividad, es conveniente definir algunos criterios de selección para los actores internos del proyecto de benchmarking. En síntesis: 1. competencia funcional y de proceso: los participantes deberían ser competentes en las temáticas funcionales o de proceso que se deberán enfrentar; 2. credibilidad, tanto dentro de la organización propia como con el partner de referencia; 3. capacidad de comunicar. Es una cualidad indispensable tanto para interactuar con el partner como para comunicar en la empresa lo que se ha 881

logrado mediante el benchmarking, a fin de implementar los resultados obtenidos; 4. y fuerte motivación26 y espíritu de equipo; el benchmarking es una actividad ardua y delicada que necesita personas intensamente concentradas en los objetivos y capaces de interactuar con otros. Capacitar para el benchmarking. No se puede pensar siquiera en participar en un benchmarking con personas que desconozcan sus herramientas o, peor aun, su lógica básica y sus fundamentos. Cuando se recurra a personal interno ya capacitado o a especialistas externos, habrá que entregar información base no sólo al personal directamente involucrado en el proyecto, sino también a quienes de alguna manera se verán afectados por los resultados del mismo. Escoger al líder del proyecto. El project leader es el responsable del proyecto en su totalidad. Es el principal o con quien promovió el proyecto dentro de la empresa, con los partners y con las instituciones o networks que apoyen a la empresa en el proyecto. Es importante que esta persona haya sido legitimada por la organización, que sepa istrar adecuadamente los recursos y que goce de credibilidad tanto dentro de la empresa como fuera de ella. 4.3 La búsqueda del partner: ¿de quién y con quién aprender? De cualquiera organización que produzca datos y output semejantes o que maneje procesos de gestión similares, inclusive de unidades organizacionales dentro de la misma empresa. A muchos les cuesta aceptar que se puede aprender de los demás, y esto a menudo es una cuestión cultural; por otra parte, a muchos les cuesta comprender la utilidad de analizar procesos operativos de organizaciones muy diferentes de la propia, y esto es a menudo una cuestión de experiencia directa y de comprensión de los fundamentos lógicos del benchmarking. Ocurre frecuentemente que las empresas estén convencidas de que no necesitan cotejar sus propias experiencias con un patrón de excelencia. No consideran necesario mirar hacia afuera, y mucho menos fuera del propio sector. Muchos no creen poder aprender de otros, porque esto significa también realizar una autocrítica: a menudo, estas empresas creen ser las mejores. Cerrarse significa exponerse a un riesgo y perder una oportunidad. Exponerse al riesgo de perder el pulso de la situación: muchas veces, la posición de la empresa se desploma repentinamente, cuando sólo unos momentos antes todo parecía normal. Bastará citar el hecho de que pocas empresas alcanzan a durar incluso la mitad de la vida de una persona: en 26

Véase el clásico: Maslow A. H., Motivazione e personalità, Armando Editore, 1973. 882

1983, una investigación de la Royal Dutch/Shell reveló que un tercio de las empresas situadas entre las Fortune 50027 había desaparecido. En la mayoría de las empresas que desaparecen, surgen previamente síntomas de crisis, pero a menudo se los ignora o no se los pondera adecuadamente: el benchmarking tiene un enorme potencial en este sentido, puesto que la comparación directa con los otros revela en forma objetiva y oportuna las carencias de la empresa. Pero no medirnos con otros que se encuentren fuera de nuestro propio sector significa también perder la oportunidad de descubrir formas radicalmente nuevas de hacer las cosas. Un ejemplo clásico, que ilustra con propiedad lo señalado, es el cotejo realizado por Xerox entre su praxis y la de L. L. Bean28. Xerox buscaba empresas donde se hallara presente la misma función, el mismo proceso o, por lo menos, un conjunto de operaciones muy similares. En este caso, se estudió el proceso de retiros de bodega. Se descubrió que dicho proceso era en L. L. Bean tres veces más rápido que en Xerox. Ello indujo a Xerox a incluir L. L. Bean como partner de benchmarking. La fig. 5 ilustra el potencial de aprendizaje que se puede obtener mediante benchmarking según la empresa con la cual nos comparemos. Como hemos señalado, al salir de los confines del sector, aumenta el potencial de aprendizaje, pero aumentan también dos variables críticas: • la complejidad de gestión del proyecto de benchmarking, puesto que puede resultar más difícil hacer comparables algunos índices y el homogeneizar los objetos que se someterán a benchmarking; • la complejidad de la implementación al adaptar lo que se aprende de otros crece enormemente, puesto que se exige un esfuerzo por parte de la empresa para aplicar a su contexto prácticas que han sido desarrolladas en otras realidades; y, en este sentido, se comprende la complejidad del benchmarking, que no siendo una mera copia requiere creatividad y participación de toda la organización.

27 Arie de Geus, “Planning as learning”, Harvard Business Review, marzo-abril de 1988, pp. 70-74. 28 L. L. Bean es la empresa estadounidense líder en el comercio detallista, con artículos que van desde los artículos deportivos hasta rios para el hogar, de la pesca al camping, con un número extraordinariamente elevado de códigos en inventario.

883

Aprendizaje

Benchmarking con empresas best class Benchmarking con empresas de la competencia

Benchmarking con Unidades de la misma empresa

Complejidad Fig. 5. Influencia del tipo de partner de benchmarking en la relación aprendizaje/complejidad.

En cuanto a la elección del partner de proyecto, podemos identificar también algunas actividades críticas, a saber: Identificar las empresas donde los procesos que se desea analizar son críticos. Como se ha dicho, los partners ideales son aquellos para los cuales son críticos los procesos que la empresa desea mejorar a través del benchmarking. Para obtener esta información, se puede recurrir a la prensa especializada, a asociaciones industriales y profesionales, a universidades, a networks de benchmarking que istran bases de datos, incluso a clientes y proveedores. Adelgazar la lista de partida. Una vez que se dispone de una lista, habrá que reducirla a un número razonable de empresas para ar. Después de eliminar los candidatos no relevantes o imposibles de ar, se procede a definir criterios de selección para decidir a quién dejar de lado. Encaminar os exploratorios. Es una etapa delicada, pues no necesariamente las empresas estarán interesadas en participar en el proyecto. Hoy, se tiende cada vez más a entregar la gestión del proyecto a

884

terceros, o a formar consorcios de empresas adherentes a un network que, si lo estiman conveniente, participan en proyectos institucionales iniciados por el mismo network acerca de temas de interés común para los asociados. 4.3.1 Tipos de benchmarking Una forma útil de identificar las empresas con las cuales compararse consiste en examinar los distintos tipos de benchmarking (tabla 1) que pueden llevarse a cabo y escoger la tipología más adecuada para los objetivos de mejoramiento y aprendizaje que se desea perseguir. Analizaremos los siguientes tipos: • • • •

benchmarking interno; benchmarking competitivo; benchmarking funcional; benchmarking genérico;

De aquí deberían obtenerse luego indicaciones útiles acerca del tipo de empresas con las cuales hacer benchmarking. 4.3.2 Benchmarking interno Consiste en comparar operaciones o procesos similares dentro de una misma empresa. Muchas grandes empresas someten a benchmarking las prestaciones de sus fábricas repartidas por el mundo, de manera que la mejor praxis desarrollada dentro de una de ellas se convierte en el modelo por seguir para todas las demás. El potencial de este tipo de benchmarking no reside sólo en la identificación de praxis óptimas, sino también en conseguir una descripción de los procesos en las distintas unidades y divisiones de la empresa, logrando una descripción común y realista de los distintos procesos. También se puede considerar el benchmarking interno como propedéutica para el benchmarking externo, familiarizando a los participantes con la lógica y las herramientas del benchmarking. Un buen benchmarking implica comunicación e intercambio de informaciones, y si es correctamente conducido y apoyado por la gerencia, constituye una instancia de integración entre funciones y divisiones de la empresa. Una limitación importante de este tipo de comparación es que no se mira más allá de los límites de la propia empresa. Las prácticas identificadas como óptimas lo son solamente a nivel de la empresa, y pueden hallarse aún muy lejos de los estándares de la competencia o de las organizaciones mejores, y en este sentido no se puede

885

886 Ruptura de los paradigmas de la empresa y del sector. Posibilidad de aprender reglas radicalmente nuevas. Comparación con un best performer y un proceso dado.

•

Identificación de productos, servicios y procesos de empresas que se consideran excelentes e innovadoras.

Genérico

Ruptura de los paradigmas de la empresa y del sector. Posibilidad de aprender reglas radicalmente nuevas. Comparación con un best performer y una función o proceso dado

•

Comparación de prácticas, opciones de configuración y operaciones de empresas que utilizan los mismos procesos dentro de la misma función, pero que operan en sectores distintos.

Funcional

•

•

•

•

• •

Posicionamiento respecto a la competencia. Individualización de la brecha. Mejoramiento de la problemática de interés común.

•

Identificación de productos, servicios y procesos de empresas que son nuestros competidores directos.

Competitivo

•

Descripción común y realista de los distintos procesos. Preparación propedéutica al benchmarking externo. Mejoramiento respecto al pasado Adopción del mismo estándar al interior de todas las unidades de la empresa

Ventajas

Comparación de actividades, • operaciones y procesos similares realizados dentro de • Unidades de la misma • Empresa.

Definición

interno

Tipología

•

•

•

•

•

• •

•

• •

•

Complejidad de gestión del benchmarking. Necesidad de mayor adaptación a las reglas.

Complejidad de la gestión del benchmarking. Necesidad de mayor adaptación a las reglas.

Refuerzos de paradigmas del sector. Desconfianza. Problemas de transparencia y franqueza. Problemas relativos a legislación antitrust

Reforzamiento de los paradigmas de la empresa. Dificultad de implementación. Posibilidad limitada para innovar.

Desventajas

tomar el benchmarking interno como substituto para el benchmarking externo. Tampoco podemos ignorar las rivalidades y lealtades localistas existentes dentro de una misma empresa, que pueden conducir a algunas unidades a rechazar la idea de compartir prácticas desarrolladas internamente y, a la vez, a rechazar la idea de aplicar lo que “no hayamos desarrollado nosotros mismos”. 4.3.3 Benchmarking competitivo El benchmarking competitivo implica identificar los productos, servicios y procesos de las empresas que son nuestros competidores directos en el sector. Es útil para posicionar a la organización con respecto a la competencia. Por lo general, la gestión de un proyecto de benchmarking competitivo presenta aspectos críticos y requiere una mayor cautela, en relación con el hecho de que “…queremos vencerlos, no adiestrarlos…k” y “…no tengo por qué entregar información a nuestros competidores…”. La franqueza y la honestidad son el punto de partida para establecer una relación fructífera y, por lo demás, hace tiempo que las empresas de un mismo sector, agrupadas en consorcios, colaboran en forma sistemática para hacer frente a temas comunes como las problemáticas referidas a la protección ambiental, a la salud, a todos los procesos de apoyo como la seguridad, la capacitación, etc. ¿Qué motivo podrían esgrimir las empresas para negarse a colaborar para resolver problemas de cuya solución se benefician todas las empresas pertenecientes a un mismo sector? Con respecto al benchmarking competitivo, cabe destacar la tendencia de las empresas a compararse, sin por ello ceder informaciones, con los competidores para poder posicionarse con respecto a ellos, lo que entraña el riesgo de que si la empresa se percibe a sí misma como alineada con los competidores, se sentirá segura, y viceversa. Es cierto que, de este modo, se puede evaluar la brecha con respecto a los competidores, pero el elemento central del benchmarking es hallar ideas innovadoras y todo ocurre en forma fructífera fuera de los límites del sector, gracias al benchmarking funcional y al benchmarking genérico.

4.3.4 Benchmarking funcional El benchmarking funcional consiste en comparar prácticas, opciones de configuración y operaciones de empresas que utilizan los mismos procesos dentro de la misma función, pero que operan en sectores distintos. En ese caso, la selección del partner debe realizarse cuidadosamente, con el fin de 887

hallar las prácticas más innovadoras. Por lo general, se buscan empresas donde el proceso funcional que se desea comparar sea especialmente crítico. Así, muchas empresas productoras de bienes durables se han comparado con empresas de correo expreso en lo referente al proceso de tramitación de las órdenes de los clientes. Aparentemente fascinante en sus premisas, el benchmarking funcional requiere una mente despejada de prepucios y requiere también que la gerencia sepa preparar al personal para la posibilidad de poner en tela de juicio prácticas, ideas y premisas que, por años, han estado vigentes en la empresa. 4.3.5 Benchmarking genérico Contempla la comparación entre los procesos operativos de la empresa y aquellos que se consideran excelentes e innovadores en otras empresas, independientemente del sector al que pertenezcan. En este caso, nos concentramos exclusivamente en el proceso que se desea mejorar, ya sea un proceso de apoyo o un proceso operativo. Ya hemos mostrado que dicho enfoque ofrece la posibilidad única de introducir en la empresa prácticas que nuestros competidores no han adoptado aún, permitiéndonos adelantarlos en forma substancial. 4.4 Adquirir informaciones y medir Medir, comparar para establecer nuevos objetivos, para investigar las raíces del éxito. Muchas veces, las empresas que participan en proyectos de benchmarking esperan obtener respuestas inmediatas. Este enfoque simplista implica que todo lo que otros han desarrollado puede aplicarse sin más en nuestra empresa. Pero no es así: el benchmarking proporciona información útil, incluso esencial, para quien tenga a su cargo la toma de decisiones. El benchmarking ayuda a la empresa a conocerse a sí misma y a los demás, y por esa vía provee los elementos sobre los cuales construir soluciones innovadoras. Muchas veces se cae en una especie de delirio de medición, sin saber bien cómo, y sobre todo por qué. El disponer de mediciones sin poderlas vincular con las prácticas que las originan no permite avanzar mucho, y es por ello que se dice que en el benchmarking “…se mide demasiado y se dejan de lado los procesos”. El benchmarking no es sólo una comparación de prestaciones; por supuesto que medir sirve para definir objetivos de mejoramiento, pero sirve sobre todo para comprender dónde se origina la ventaja competitiva, dónde está la excelencia en la gestión de los procesos. Dentro de esta fase existen dos subprocesos especialmente críticos. 888

Definir un plan de adquisición de datos. En esencia, se trata de definir prioridades y modalidades de adquisición de datos, recurriendo a tres grandes fuentes de informaciones: 1. informaciones internas que se pueden obtener de los encargados de funciones, de procesos; 2. informaciones externas que se pueden adquirir a través de bancos de datos públicos y bases de datos de networks de benchmarking; 3. informaciones originales que se pueden adquirir mediante la redacción de cuestionarios ad hoc que las empresas partners deberán responder; dicho cuestionario puede ser redactado por expertos en los temas tratados o por expertos en benchmarking, posiblemente externos. Redactar un código de conducta. La definición de un código de conducta comprende todos aquellos aspectos referidos a aspectos protocolares, a cuestiones legales y a aspectos éticos del benchmarking. Por lo que se refiere a los aspectos de comportamiento correcto, bastará recordar aquí algunos principios esenciales: •

• • •

respeto por la confidencialidad: mantener los compromisos de discreción, no divulgar los resultados de los estudios de benchmarking sin contar con la autorización previa de los participantes; equidad en el intercambio de informaciones: no pedir lo que no se esté dispuestos a entregar; corrección en el uso de las informaciones: no utilizar la información reunida a través de los partners para fines distintos de los acordados; eficiencia y eficacia recíprocas: respetar los tiempos y plazos del proyecto.

En resumen: tratar a las empresas partners como desearíamos ser tratados.

4.5

Identificar las prácticas excelentes Los datos referidos a las prestaciones y a las opciones de configuración y praxis se seleccionan y se ordenan para llegar a una identificación de las

889

prácticas mejores. En particular, podemos identificar dos momentos esenciales: Procesar y evaluar los datos. El primer esfuerzo que se debe realizar una vez reunidos los datos, incluso provenientes de fuentes diversas, lo que supone, en algunos casos, un análisis estadístico de los cuestionarios elaborados para la investigación, consiste en integrarlos siguiendo un orden de significancia y confiabilidad. El primer aspecto tiene que ver con la significancia de los datos, tanto en el sentido de la relevancia para el objeto de benchmarking como en el sentido de significancia estadística si la investigación sobre los índices de prestaciones se lleva a cabo mediante muestras; esto se aplica especialmente en el caso de aquellos índices según los cuales a menudo se comparan empresas que, por tecnología u otras razones, no son comparables. En cuanto al segundo aspecto, siempre se debe verificar quién reunió los datos y con cuáles métodos; a veces existe el riesgo de utilizar datos reunidos en forma no metódica y poco confiable. Identificar las opciones de configuración y las prácticas excelentes. Hemos visto que uno de los objetivos principales del benchmarking es identificar las mejores opciones de configuración organizacional y las prácticas excelentes en la gestión de los procesos. La identificación de las mejores prácticas puede realizarse de distintas maneras29; algunas de ellas contemplan evaluaciones cualitativas, otras se apoyan también en evidencias numéricas, como veremos a continuación. Varias fuentes validan la práctica Que una misma práctica se encuentre en distintos casos puede ser sintomático de que se trata del mejor método operacional. A menudo, una práctica desconocida en un sector se encuentra muy difundida en otros donde el proceso en estudio es especialmente crítico. En este caso, que las empresas de un sector que se considera a la vanguardia en un proceso determinado adopten frecuentemente una práctica dada, constituye un indicador de la validez de la práctica en cuestión. La práctica es evidentemente innovadora En estos casos, la práctica permite un incremento en las prestaciones tal que se legitima por sí misma. Por ejemplo, la adopción de los terminales que

29

Algunos de estos criterios se presentan en: Camp R., Business Process Benchmarking, Editorial Itaca, 1996. 890

optimizan los recorridos de retiro de las bodegas se identificó de inmediato como una práctica excelente y se aplicó rápidamente a muchos contextos. Línea de Recorrido /Empleado

Empresa

Fig. 6. Proceso de evasión ordinario: medida del proceso.

La práctica es legitimada por el juicio de los expertos Estos expertos pueden ser encargados de función, clientes o proveedores, gerentes, encargados de proceso, en suma, todas aquellas personas que de alguna manera se ven afectadas por la práctica en cuestión. La práctica es adoptada por empresas que prestan servicios de outsourcing Las empresas que prestan en outsourcing servicios tales como logística de distribución, istración de bodegas, servicios de mantención, son empresas cuyos procesos y prácticas de gestión se encuentran bajo el escrutinio del mercado: su éxito en el mercado es síntoma de prácticas excelentes. La práctica se puede correlacionar con mediciones de prestación En este caso, se trata de identificar para un proceso dado una serie de medidas de prestaciones y luego correlacionar las distintas opciones de gestión de proceso (prácticas) con los resultados obtenidos. Así, en el ejemplo ilustrado en la fig. 6, los resultados de la empresa designada con “E”, 891

notablemente superiores a los de las otras empresas, se vinculaban con el hecho de que, a diferencia del resto, la empresa “E” adoptaba un sistema de optimización de los recorridos para los retiros de bodega30. En este caso, podemos ver que es posible vincular la práctica “Adopción de sistemas de optimización de los recorridos para los retiros de bodega” con un alto rendimiento, permitiéndonos calificar como excelente la práctica en cuestión (best practice).

La práctica es evidentemente innovadora La práctica es legitimada por el juicio de los expertos

Varias fuentes convalidan la práctica

PRÁCTICA EXCELENTE

La práctica se puede correlacionar con mediciones de prestación

La práctica es adoptada por empresas que prestan servicios de outsourcing Fig. 7. Los atributos de la práctica excelente. 31

30

El ejemplo se ha tomado de un proyecto sobre el proceso de “gestión de los pedidos de los clientes” a cargo del grupo “Producción y logística” del “Benchmarking Network SDA Bocconi”, 1996. Algunos de los resultados de este proyecto se presentan en: Buttolo N., Saibene M., “La revisione del processo di ‘gestione ordini clienti’: un progetto di benchmarking”, en Economia & Mangement, nº 2, 1997.

892

Sin embargo, hay que tener mucho cuidado con esta metodología. Es claro que posee el atractivo propio de las tesis que se pueden apoyar en evidencia numérica, pero hay que proceder con cautela por dos motivos: 1. no siempre existe una correlación inmediata y evidente entre una práctica dada y un indicador de rendimiento dado; 2. se debe poner de manifiesto que el perfil de rendimiento de un proceso está ligado por lo general a tres dimensiones: tiempo, calidad, costo. Ahora, se deben monitorear las tres dimensiones, y mientras en ciertos casos una práctica determinada permite mejorar el perfil de rendimiento en sus tres dimensiones, en otros es posible que existan trade-offs entre ellas, los que deberán ponderarse en forma adecuada y en relación a las prioridades asignadas al proceso en términos de prestaciones.

&UHFLPLHQWR 5 6 HQ GH IDFWXUDFLyQ

En definitiva, las prácticas se deben evaluar en sentido relativo, no absoluto. Al escoger la práctica mejor, se debe acoplar estos distintos enfoques evaluativos, de modo que la existencia de múltiples confirmaciones de la efectividad de una práctica nos permita con justa razón calificarla como best practice.

Empresa A Empresa B

)XHQ )XHQWH WH $GDSWDGD GH 6SHQGROLQL 0- )DUH %HQFKPDUNLQJ ,O 6ROH 2UH /LEUL

Fig. 8. Un ejemplo de análisis basado en un período extenso de tiempo.

893

5.

Acerca de la continuidad del benchmarking

Uno de los eventos más comunes a los que nos toca asistir es el encontrarnos con empresas que tienen la expectativa de participar en un proyecto institucional de benchmarking, comprender qué están haciendo y considerar cerrado el asunto por un largo tiempo. Pero el benchmarking no es una actividad para realizar una sola vez y a corto plazo. El contexto ambiental no es estático, la realidad de las organizaciones no es estática, de manera que no hay motivo por el cual el benchmarking no deba tener también una dinámica temporal. Una medición instantánea de una organización determinada no nos dice nada acerca de la naturaleza dinámica de sus estrategias; una instantánea puede incluso inducir a errores de apreciación, como en el caso ilustrado en la fig. 8, que muestra las políticas de investigación y desarrollo de dos empresas31. Tomando en cuenta solamente el dato de 1995, ¿cuáles serían sus consideraciones? ¿Y si su análisis se basara solamente en el año 1997? ¿Cómo cambia la evaluación tomando en cuenta todo el espacio temporal? 6. Acerca del método Hemos definido el benchmarking como proceso sistemático y, por ende, metódico. Éste es otro tema central: para que los proyectos de benchmarking resulten, es necesario que cuenten en la base con un método bien definido, es decir, algún tipo de modelo, una serie de diagramas que describan el proceso, una serie de prescripciones que permitan a todos los de la empresa comprender qué es el benchmarking y cómo se debe aplicar. El benchmarking no es una recopilación informal de algunos datos. No se debe esperar que nadie en la empresa invente el benchmarking o dé su interpretación personal. Pensemos en la importancia de un vocabulario común, el mismo método por seguir cuando un proyecto de benchmarking involucra a distintas funciones, plantas o secciones de una empresa. Contar con una definición y una metodología común permite que todos comprendan mejor la finalidad del benchmarking en esa empresa, y que se dediquen en forma plena y correcta a conseguir los objetivos de los distintos proyectos. Se debe evitar por todos los medios que el benchmarking se convierta, como a veces ocurre, en una serie de encuentros informales y poco estructurados entre empresas, y en procesos burocráticos e inespecíficos de

31

Adaptado del ejemplo propuesto en: Spendolini M. J., Fare becnhmarking, Il Sole24Ore Libri, 1996, p. 13. 894

medición de las prestaciones que no tienen relación alguna con la identificación de las prácticas que permiten obtener resultados excelentes. 7. Gestión e implementación del benchmarking En ciertos casos, nos lamentamos por la dificultad en aplicar lo aprendido en un proyecto de benchmarking. Algunas empresas participan en proyectos de benchmarking por iniciativa aislada de algunas personas, no constituyen un grupo de trabajo sino que asignan una o dos personas sin capacitación específica, y cuando el benchmarking no produce aportes significativos, se quejan de la inutilidad o del academicismo de la herramienta. En realidad, la escasez de los resultados obtenidos se puede imputar a dos órdenes de factores: 1. una comprensión incorrecta de qué es efectivamente el benchmarking, con expectativas no conmensuradas con lo que puede entregar la herramienta; 2. el benchmarking no se inserta en un contexto empresarial que apoye sus resultados y que permita su implementación; es decir, se lleva a cabo un proyecto de benchmarking, pero no se gestiona el benchmarking32. Con respecto al primer punto, ya a nivel de definición se ha intentado poner en evidencia muchos de los enfoques errados en relación con el benchmarking, tales como la falta de una metodología y la falta de continuidad en su aplicación. Muchas veces, existe la idea de que el benchmarking sirve para echar un vistazo más o menos indiscreto a los que hacen los demás, sin mostrarnos demasiado, y esto, aunque permita medir las brechas existentes, no permite por cierto aprovechar el potencial del benchmarking. Además, aún subsiste en algunas empresas la idea de que el benchmarking significa poco más que copiar. Se necesita un método, se necesitan personas preparadas y apoyadas por expertos en la metodología del benchmarking, personas que conozcan los procesos de la empresa, pero sobre todo se necesita que el benchmarking sea considerado como una instancia para aprender en forma creativa de los demás, vale decir, innovar a partir de la experiencia de otros. En cuanto al segundo punto, como se ilustra en la fig. 933, debemos distinguir entre:

32

Algunas consideraciones a este respecto se pueden hallar en: Camp R., Business Process Benchmarking, Editorial Itaca, 1996, pp. 8-10. 33 Desarrollada a partir de un modelo presentado en: Camp R., Business Process Benshmarking, Editorial Itaca, 1996, pp. 8-10. 895

•

•

proceso de gestión del benchmarking, que comprende toda una serie de actividades implementadas por la gerencia para crear en la empresa un ambiente dispuesto a acoger el benchmarking y a apoyar los proyectos; proceso de implementación del proyecto de benchmarking, que contempla la aplicación de una metodología con varias etapas.

Nos detendremos ahora en el proceso de gestión del benchmarking, no siempre bien comprendido ni valorizado en las empresas. 7.1 Gestión: instauración, apoyo, implementación El proceso de gestión está orientado a garantizar el éxito del benchmarking en la empresa, y contempla en cuanto tal: a. la instauración de un ambiente abierto al benchmarking y conciente de las razones por las cuales la empresa recurre a esta herramienta. En este sentido, cada empresa debería elaborar su propia operación estratégica con respecto al benchmarking, evidenciar sus fundamentos lógicos, permitir que todos comprendan cómo se inserta esta herramienta dentro de la realidad de la empresa. Indudablemente, esto ayudará a crear en la plantas, en las secciones y en las divisiones de la empresa un ambiente abierto y de colaboración, tanto en la fase de realización del proyecto (por ejemplo, durante la fase de mapeo de los procesos y adquisición de datos) como en la fase de implementación. Las actividades del equipo encargado de ejecutar el proyecto de benchmarking no serán percibidas como una caprichosa ingerencia en la gestión operacional, sino más bien como una acción destinada a proporcionar elementos de aprendizaje y de innovación dentro de las unidades involucradas. Gestion del Benchmarking

Instauración

)XHQWH $GDSWDGR GH &DPS 5 %XVLPHVV SURFHVV EHQFKPDUNLQJ ,WDFD 0LOiQ

Implementación

Apoyo

IMPLEMENTACIÓN PROYECTO BENCHMARKING

Fig. 9. Gestión de implementación del benchmarking.

896

b. apoyo a las actividades del equipo encargado de llevar a cabo los proyectos de benchmarking. Una clara definición de los encargos, tareas y finalidades del grupo, de los plazos y tiempos de los trabajos, son sólo algunas de las acciones básicas de apoyo, como lo son asimismo la asignación de recursos adecuados y la selección de personal motivado y flexible. Sólo si la gerencia posee una clara visión del papel que el benchmarking puede jugar en el aprendizaje, se podrá contar con el apoyo adecuado. Muchos proyectos fracasan justamente porque falta esta visión. Muchas veces se constituyen equipos de benchmarking sólo porque otras empresas lo han hecho, y luego estos equipos son abandonados a su destino, desperdiciando recursos y no obteniendo resultados; c. la implementación de los resultados. Se trata de una fase muy crítica que involucra a la gerencia como patrocinador, al equipo de benchmarking como proveedor y formulador de innovaciones, al personal de las unidades organizacionales como integrador de las propuestas surgidas y como implementador. Ya se ha dicho que es errado esperar que un proyecto de benchmarking proporcione soluciones prefabricadas: todos en la empresa deben tener claro este punto. Innovación, creatividad, aprendizaje evocan una situación en la cual se obtienen del benchmarking pautas para innovar, para crear soluciones nuevas, para aprender cosas que se deberán aplicar en formas nuevas en la empresa. En esta fase, que necesita tiempo, tendrá especial importancia la relación de colaboración que se deberá establecer entre el equipo de benchmarking y los actores involucrados en el cambio. Por cierto, no es éste el lugar para tratar temas relacionados con la gestión del cambio; sólo nos interesa subrayar que las acciones de cambio no pueden presentarse sólo como resultados de un proyecto de benchmarking, sino que obtienen sus pautas de este proceso y requieren integración. Esto significa contar con personas abiertas y flexibles, dispuestas a poner en discusión prácticas y modalidades de gestión, sobre todo cuando el potencial de innovación del benchmarking (pensemos en el benchmarking funcional y genérico) es muy elevado y podría generar resistencias del tipo “aquí eso no se puede hacer” y “nosotros somos diferentes, nunca podríamos adoptar una práctica semejante”. El éxito de esta fase depende de la primera en la cual se muestra a todos qué es el benchmarking, con el fin de crear una situación ideal donde todos esperen obtener algo del proyecto, el top management por cierto, pero también el personal operativo que ve en el benchmarking un apoyo para mejorar su trabajo.

897

La gestión del benchmarking es la actividad que hace posible su éxito en la empresa; de otra manera, se corre el riesgo de ver un buen proyecto quedar reducido a mero ejercicio académico para unos pocos. 8. El benchmarking en mantención Al introducir una temática nueva como es el benchmarking en mantención, nos detendremos fundamentalmente en dos aspectos: •

•

proponer algunas pautas temáticas para tratar en un proyecto de benchmarking referido a la mantención, identificando aquellos temas donde el benchmarking puede permitir obtener una visión panorámica de lo que es la mantención en la empresa, y poner en marcha proyectos de mejoramiento sobre aspectos específicos que van desde los procesos típicos de la mantención hasta la introducción de nuevas opciones de gestión tales como el global service; tocar algunos puntos de diseño y gestión de un proyecto de benchmarking referido a la mantención; dado que el modelo conceptual es el que se ha expuesto en las páginas anteriores, propondremos algunas sugerencias y un modelo tomado de la realidad34.

Identificar las áreas de mayor interés a nivel de benchmarking en mantención es relativamente sencillo. Junto a temas clásicos como la ingeniería de mantención, existe también por parte de las empresas un marcado interés en explorar los resultados logrados y las políticas por implementar en el futuro, por lo que se refiere a la integración entre mantención y producción (TPM)35 y la tercerización de los servicios de mantención, sobre todo las últimas tendencias en cuanto a global service. Al definir un enfoque temático del benchmarking en mantención, identificaremos dos grandes áreas: 1. el análisis de algunos temas que nos muestren un cuadro evolutivo de la mantención, como los cambios en la forma de hacer mantención desde las intervenciones de emergencia hasta la mantención según condición, las

34 Estas notas se refieren a un primer proyecto de benchmarking “Mantención de plantas productivas”, puesto en marcha en 1997 por el grupo “Producción y logística” del “Benchmarking Network SDA Bocconi”, y toman en cuenta las expectativas de las empresas participantes. 35 Nakajima S., TPM, Isedi, 1992.

898

tendencias en lo que se refiere a tercerización, la configuración organizacional; 2. el análisis de algunos procesos de mantención que se consideran más importantes dentro de la función. Debemos precisar que las propuestas presentadas no son exhaustivas, pero constituyen, sin embargo, una primera referencia para comprender los ámbitos de la mantención que se pueden beneficiar a través de la aplicación del benchmarking. 8.1 Evolución de la mantención La aplicación del benchmarking a la mantención es un tema muy reciente; nos parece oportuno, por lo tanto, manifestar que el primer paso de un proyecto debería ser tomar una fotografía del estado de desarrollo de la mantención en cada empresa desde una perspectiva evolutiva. Identificar la distinta asignación porcentual de recursos según las políticas de mantención, esto es, entre: • • • •

mantención por avería (emergencia); mantención preventiva estadística; mantención según condición; mantención mejorativa;

permite tener una medida muy resumida, pero significativa, de qué es la mantención en esa empresa. No sólo esto, sino que midiendo, cuando sea posible, la evolución de estos datos con el paso de los años, se puede construir un cuadro dinámico de la situación36. En un contexto donde la mantención ha pasado “…de una actividad meramente operativa de reparación a un complejo sistema de gestión orientado principalmente a la prevención de las averías…”37, conviene saber si las empresas se están moviendo en esta dirección y con qué rapidez. Al trazar una evolución histórica de la mantención, observamos que la mantención preventiva estadística ha dejado el paso a la mantención según condición; pero si éste es el caso en muchas empresas, en muchas otras todavía se encuentran en la etapa de la mantención de emergencia, una forma histórica de hacer mantención, o cuando mucho en la etapa de mantención 36

Este análisis puede llevarse a cabo tanto en relación al pasado, cuando se puedan reconstruir los datos, o en forma proyectiva, monitoreando año tras año los ejercicios venideros. La medición se efectuará midiendo la incidencia porcentual de las distintas tipologías de faenas sobre el costo de mantención total. 37 Furlanetto L., Mastriforti C. y Cattaneo M., Manutenzione produttiva, Isedi, 1991, p. 80. 899

preventiva, en boga durante los años ’70. Una empresa, gracias al benchmarking, puede así ubicarse en este contexto, y sobre todo comprender en qué dirección se está moviendo, lo que es aun más importante. A este respecto, debemos enfatizar que las comparaciones entre empresas se llevan a cabo en dos niveles: •

•

a nivel sectorial, o en todo caso entre empresas que poseen tecnologías y ciclos de producción similares, puesto que antes que nada la empresa debe colocarse en un contexto que le resulte familiar en términos tecnológicos e identificar las macrotendencias del sector; a nivel intersectorial, para ver qué está pasando en sectores donde la mantención ha sido históricamente una función avanzada o dónde está sufriendo cambios significativos, para obtener pautas más innovadoras.

En el benchmarking de mantención, habrá que compatibilizar tanto como sea posible estas dos perspectivas. El elemento distintivo que deseamos explorar en esta fase del benchmarking es el nivel de planificación de la mantención, donde la fuerza de la función para la empresa reside en la prevención de las averías, en eliminar las causas de las averías y las faenas de mantención. Entre los estamentos situados por debajo, habrá que promover una discusión para profundizar estas opciones de política de mantención, y habrá que integrarlas con datos complementarios: una mantención orientada principalmente a políticas según condición será, por lo general, una función fuertemente integrada con la producción, y una función que vive en un determinado contexto organizacional y cultural. Identificar las condiciones que hacen que todo ello sea posible debe ser una preocupación central del benchmarking, ya sea, como hemos dicho, a través de discusiones y averiguaciones informales, o mediante profundizaciones adicionales que especificaremos a continuación. 8.2 Outsourcing o servicio de terceros. La delegación de una parte de la actividad de mantención a terceros ha incrementado su importancia durante los últimos años, entre otras cosas, mediante las últimas tendencias de global service. En esta primera fase, no será necesario analizar el proceso de outsourcing en sus varias fases críticas, lo que se llevará a cabo en un segundo momento; lo que es más urgente, en este caso también, es dar una primera visión general en relación al recurso a terceros. Habrá que medir qué parte de la actividad se delega a terceros y qué

900

parte de la actividad se entrega en global service, mediante los siguientes indicadores: • •

Costo de servicios de terceros/Costo total de mantención; Costos de servicios en global service/Costo total de mantención.

Como en el caso anterior, se trata de trazar la base sobre la cual se construirá el cuadro de la mantención en cada empresa, especialmente en lo referido al global service, para el cual habrá que verificar la etapa de implementación efectiva. También habrá que investigar el tipo de actividades cedidas a terceros y las razones por la cuales se recurre a terceros, y asimismo las distintas modalidades contractuales de asignación de trabajos a terceros, mediante la obtención de los siguientes datos: • • •

Costo de servicios de terceros por istración/Costo total servicios de terceros; Costo de servicios de terceros por obra vendida/Costo total servicios de terceros; Costo de servicios de terceros por estado de avance/Costo total servicios de terceros;

8.3 El modelo organizacional La evolución que ha experimentado la mantención en los últimos años ha reflejado en forma notoria el aporte de los sistemas de información; incluso a nivel de modelos teóricos ha habido una contribución significativa, pero indudablemente el cambio del papel que juega la mantención en la empresa es un fenómeno organizacional y cultural. El TPM es un fenómeno organizacional; en efecto, cambian las tareas asignadas a la mantención, se delinean nuevas figuras profesionales y las viejas figuras asumen nuevas fisonomías (baste pensar en las nuevas tareas adquiridas por el operador de máquina). Pero integrar mantención y producción, activar el mejoramiento continuo, aprovechar a fondo el potencial de cada operario es también una cuestión cultural. Y es así que analizar los modelos organizacionales, las figuras profesionales, el rol del equipo, la capacitación, la participación, son todos elementos que no se pueden dejar de lado en un benchmarking de mantención. También aquí cada empresa deberá trazar su propio modelo organizacional, que luego será sometido a análisis y discusión. Dentro de esta temática macro, cuyos detalles deberán ser afinados por el grupo de trabajo de benchmarking, se puede identificar algunas pautas. En primer lugar, un tema 901

clásico de disputa entre producción y mantención: de qué costo es responsable el jefe de la unidad productiva38 (costo de transformación o costo total). O qué tareas se asignan al equipo de producción dentro de la Unidad Productiva y cuáles a la mantención. En una situación ideal de TPM, tendríamos que todas las inspecciones sensoriales simples, la mantención de detalle, las operaciones de emergencia, están a cargo del operador de la máquina. Averiguar si esto es efectivamente así, por qué y qué resultados se logran, es tarea del benchmarking. Siguiendo en esta línea, es esencial identificar las figuras profesionales involucradas en mantención, desde el operador al ingeniero de mantención, definiendo en detalle las tareas y responsabilidades. En este caso, también surgirán importantes diferencias en términos del número de figuras profesionales involucradas y sus roles, diferencias que deberán ser sometidas a escrutinio. A este respecto, haremos un alcance referido a la necesidad de homogeneizar la terminología: es recomendable ponerse de acuerdo en los términos y definiciones, a fin de hablar un mismo idioma. 8.4 Los procesos de la mantención En la primera parte de este capítulo, hemos insistido mucho en que cada vez más el objeto del benchmarking son los procesos, tanto interfuncionales como funcionales. El sistema de mantención, integrado con otros sistemas dentro y fuera de la empresa, tiene también sus macroprocesos principales. Más específicamente, tiene, entre otros, los siguientes39: • • • • • •

gestión de recursos y faenas (programación y ejecución de las faenas); gestión de las prestaciones externas; gestión de los materiales técnicos; planificación de la mantención; actividades de mejoramiento; diseño de la mantención.

En los párrafos siguientes, se desarrollará el análisis delineando las varias fases de los procesos que habría que profundizar en términos de prácticas adoptadas y las áreas de mayor interés. En todo caso, las empresas que participan en el benchmarking deberán: 38 Por Unidad Productiva se entiende aquel segmento de producción donde se asignan todos los factores que inciden en el resultado, principalmente el control de calidad y la mantención. 39 Véase a este respecto Furlanetto L., Mastriforti C. y Cattaneo M., Manutenzione Produttiva, Isedi, 1991, pp. 201-251.

902

1. acordar una definición común del proceso y definir claramente los límites del proceso mismo; 2. trazar un mapeo y una descripción de las fases a través de las cuales se articula el proceso en cada una de las empresas. Esto permite observar cómo cada empresa maneja el proceso en la práctica, con fases distintas, con actores distintos, etc. También será interesante observar cómo una misma fase se maneja con prácticas diferentes según la empresa; en este caso, habrá que hacer el esfuerzo de identificar las prácticas óptimas y más innovadoras. Con el cuidado y la cautela que hemos señalado en la primera parte del capítulo, habrá que proceder, en lo posible, a ir más allá de las peculiaridades del sector e implementar los primeros esfuerzos para visualizar la aplicación de las prácticas así identificadas en contextos distintos de aquellos que las generaron.

8.4.1

Programación de las faenas

La fig, 10 muestra un modelo general del proceso de programación de las faenas. Programación de las Faenas Solicitud de Intervención

Inspección y Diagnóstico

Apertura y Estimación Autorizadefinición. de costos ción Orden de Trabajo.

Preparación

Calendariza- Verifica ción recurso

Sin entrar en detalles, pareciera ser que lo primero que se debe comprobar es que exista un proceso de programación de faenas y que esté bien definido y bien estructurado. Luego se deben verificar las herramientas utilizadas para la programación de las faenas: por ejemplo, en la actividad de calendarización, la cartilla de faenas programadas, la carta Gantt o la malla Pert. Siempre dentro del ámbito de la calendarización, las técnicas de optimización de los tiempos de espera de trámite, o la optimización de los atrasos.

903

Un indicador de síntesis de una buena gestión del proceso será: Horas trabajadas/Horas programadas en relación con el programa de trabajo semanal. 8.4.2

Ejecución de las faenas

Por lo que se refiere a la ejecución de las faenas, la fig. 11 presenta un esquema base donde se ilustran algunas fases dignas de atención especial. Asignación y coordinación. La finalidad de esta fase debería profundizarse, yendo más allá de un mero reparto de la carga de trabajo, para observar si la empresa gestiona esta fase de forma tal que permita al ejecutor de las faenas actuar con plena autonomía. Se debe especificar asimismo el papel del jefe de equipo para verificar si su trabajo posee un carácter operativo o de coordinación. Retiro de materiales y medios. En este caso, se deberá estudiar las herramientas informáticas para la planificación de los recursos necesarios. Estandarización y normalización de procedimientos, listas de piezas, clasificación merciológica, etc. Ejecución de las Faenas Asignación Y Coordinación

Retiro de Materiales Y Medios

Realización

Balance

Control de Avance

Cierre Y archivo

Fig. 11 Un modelo del proceso de ejecución de faenas.

Realización. En este caso, los esfuerzos deberán encaminarse a medir detalladamente la productividad de los mantenedores. Clasificar el trabajo en: • • •

trabajo productivo; trabajo rio; inactividad.

904

proporciona informaciones interesantes y confiables sobre la eficacia y, por ende, sobre la eficiencia de la mantención. La mantención productiva, poniendo el énfasis en la preparación de las operaciones por parte de los estamentos superiores, debe permitir un mejoramiento de los resultados en términos de productividad. Una preparación meticulosa de los trabajos permite evitar ineficiencias como: • • •

solicitudes de ayuda al jefe del equipo; solicitudes múltiples de retiro de materiales; solicitudes múltiples de equipamiento.

En este caso, se debería elaborar una correlación entre determinadas prácticas de programación y ejecución de las faenas y los resultados obtenidos en términos de productividad. 8.4.3

Adquisición de prestaciones

Ya nos hemos referido al recurso a prestaciones externas cuando analizamos las opciones de configuración referidas a la mantención. En este caso, lo que se desea analizar es el recorrido por seguir entre la preparación de la solicitud de adquisición y la tramitación de la orden (fig. 12). Adquisición de Prestaciones Preparación de la solicitud de adquisiciones

Selección de los proveedores

Contratación

Definición de la orden

Gestión de la orden y del tiempo de entrega

Fig. 12. Un modelo para el proceso de adquisición de prestaciones.

A menudo es el departamento de adquisiciones el que maneja una parte significativa de este proceso, y en todo caso la interacción entre mantención y departamento de adquisiciones es esencial para el proceso. Una vez mapeado el proceso, se deberán identificar las fases que competen al departamento de adquisiciones y las que competen a la mantención. Sería interesante explorar también los diferentes mecanismos de coordinación e integración entre 905

mantención y adquisiciones que adoptan las empresas. Es posible que, dentro de una fase, haya operaciones a cargo de adquisiciones y otras a cargo de mantención. Además, algunas de estas fases deberían ser sometidas a una profundización. Selección de los proveedores. Es una actividad especialmente crítica y, a menudo, fuente de discusiones. Se trata de hallar un equilibrio entre las consideraciones de precio, típica preocupación de adquisiciones, y los aspectos técnicos de las alternativas, área preferencial de la mantención. Otras prácticas que se deben verificar son, por ejemplo, aquellas relativas al hecho de que se exija siempre más de un presupuesto para cada bien o servicio, o que se distinga entre prestaciones extemporáneas de bajo costo y prestaciones más críticas y de valor elevado. En suma, las empresas deberán cotejar los criterios empleados en la selección de proveedores y la distribución de responsabilidades entre mantención y adquisiciones. Gestión de la orden y tiempos de entrega. En este caso, también existe una gran disparidad entre las opciones de distintas empresas, y se producen situaciones en las cuales se asigna competencia al departamento de adquisiciones, cuando en realidad es la mantención la que puede visualizar en mejor forma el problema. Todas estas modalidades de manejo del proceso deberán ser evaluadas tanto a nivel de discusión como a nivel de cotejo, en términos de resultados. La búsqueda de medidas de proceso, cuando sea posible, permite validar adicionalmente una práctica ya identificada como válida a nivel de discusión. Así, por ejemplo, prestaciones a nivel de tiempo de los proveedores pueden correlacionarse con los distintos tipos de contratos adoptados con terceros, permitiendo así identificar las modalidades de contratación más fructíferas para la gestión de terceros, según los tipos de operaciones. 8.4.4

Control de las actividades de las empresas

Los temas de mayor interés dentro de esta actividad tienen que ver con la comprobación de la existencia de acciones de estandarización y normalización progresiva de las faenas de mantención. Además, es esencial para la eficiencia del recurso a terceros que existan reglas que definan los mecanismos que rigen el trade-off entre mantención interna y externa. Los mecanismos mediante los cuales se comprueba la productividad de terceros y la existencia en la empresa de figuras expresamente dedicadas a la verificación y gestión de las relaciones con terceros, son áreas en las cuales se podrán comparar las opciones de cada empresa.

906

8.4.5

La gestión de los materiales técnicos

Sin entrar en los detalles de las distintas actividades40 en que se articula el proceso de gestión de los materiales técnicos, conviene detenerse brevemente en la fase de aprovisionamiento, que agrupa todas aquellas actividades destinadas a garantizar la mantención de las reservas de materiales, según lo establezca la mantención. Un buen nivel de servicio no significa necesariamente contar con reservas abultadas. Se debe explorar toda el área de los acuerdos con proveedores y el papel que puede jugar en este sentido una mantención programada. Además, la medición de las carencias de materiales (porcentaje de solicitudes insatisfechas) debería permitir evaluar las políticas adoptadas. Sobre todo habrá que comprobar la existencia de una correlación entre aquellas empresas que adoptan políticas de mantención orientadas a la programación y los niveles de reserva: en caso de existir dicha correlación, quedaría demostrado que la programación de la mantención permite ser no sólo eficaces, sino también eficientes41. Más específicamente, se deberá monitorear: • la incidencia porcentual en códigos, al valor de inventario y al valor de consumo de los distintos materiales de mantención sobre el total de los materiales de mantención, como se muestra en la tabla 2. Materiales

% de códigos

% en inventario

% en consumo

100%

100%

100%

Materiales técnicos específicos42 Materiales técnicos de uso común Materiales auxiliares o de consumo

Total

Tabla 2. Incidencia porcentual de los materiales en la mantención.

40 Entre otras: ingreso de un nuevo artículo al inventario, eliminación de un artículo del inventario, carga de materiales, descarga de materiales, almacenamiento, aprovisionamiento, adquisición de materiales, control de la gestión de bodega y materiales, mejoramiento de la gestión. 41 A este respecto, véase: Furlanetto L., Mastriforti C. y Cattaneo M., Manutenzione Produttiva, Isedi, 1991, cap. 14. 42 Ejemplo: (Número códigos Mat. Téc. Espec.)/(Número códigos Mat. Téc. Espec. + Número de códigos Mat. Téc. de Uso Común + Nimero de códigos Mat. Aux.). Se utiliza el mismo procedimiento de cálculo para los valores de inventario y los valores de consumo del período.

907

•

• •

las políticas de gestión de materiales, distinguiendo para los distintos tipos de material el porcentaje de códigos el porcentaje en valores de inventario y el porcentaje en valores de consumo, istrados por cantidad y según requerimientos; las modalidades de gestión adoptadas en el caso de gestión por cantidad (restauración de reservas, gestión por punto de orden); las políticas de orden adoptadas, distinguiendo entre órdenes cerradas, abiertas/cerradas y abiertas43, como se muestra en la tabla 3;

Tipo de materiales

Orden cerrada (% de códigos)

Orden abierta/cerrada (% de códigos)

Orden abierta (% de códigos)

Materiales técnicos específicos Materiales técnicos de uso común Materiales auxiliares o de consumo Tabla 3. Políticas de orden para los distintos tipos de materiales, porcentaje de códigos.

•

8.4.6

las políticas de aprovisionamiento adoptadas, distinguiendo para los distintos tipos de material entre aprovisionamiento a distancia y aprovisionamiento en la plaza.

La planificación de la mantención

El proceso de planificación de la mantención está orientado a asegurar que todas las operaciones planificadas se ejecuten, con el fin de garantizar la confiabilidad de las maquinarias durante todo su ciclo de vida. El proceso de 43

Orden cerrada: las cantidades a ordenar han sido definidas y fijadas de antemano, y existen plazos de entrega rígidos; este tipo de orden se emite ad hoc para una lista determinada de artículos, y su vigencia se extingue con la entrega de los mismos. Orden abierta/cerrada: las cantidades han sido definidas y fijadas de antemano, pero las fechas son discrecionales, sin comprometer ni al cliente ni al proveedor; aunque ite entregas múltiples, su vigencia se extingue una vez completadas las entregas contempladas. Orden abierta: no se especifican las cantidades a ordenar, sino solamente la lista de artículos con un costo unitario preestablecido; los requisitos y entregas se manejan directamente entre el y el proveedor. 908

planificación comprende muchos procesos44 y subprocesos a los que ya nos hemos referido y en los cuales no nos detendremos. En el ámbito de la planificación, nos encontramos con procesos que, si bien no caen dentro de la planificación en sentido estricto, pueden de todas formas asignarse a ella. Entre otros, podrían constituir objeto de interés los procesos de análisis de las renovaciones y las propuestas de proyectos de nuevas plantas. En el primer caso, se procederá a verificar las diferentes metodologías empleadas por las empresas, como el Lora (Level of Repair Analysis) enfocado hacia la solución con costo mínimo. Sería interesante verificar también el impacto de la mantención productiva sobre el tema de la reconstrucción o adaptación de las maquinarias, en lugar del mero reemplazo. Por lo que se refiere al segundo proceso, baste recordar que más del 95% de los costos de mantención tienen su origen en la fase de diseño y adquisición de las maquinarias. Por lo tanto, es fundamental comprobar cuántas empresas están haciendo participar a la mantención en el diseño de nuevas plantas, según cuáles procedimientos y con qué resultados. 8.4.7

La actividad de mejoramiento

El primer paso que debemos dar cuando se habla de mejoramiento en el ámbito de la mantención es definir sus rangos de aplicación: por actividad de mejoramiento se debe entender no sólo aquella que se refiere a las plantas, sino también la del ambiente organizacional. En este caso, si bien se puede identificar algunos subprocesos críticos, como la identificación de las causas recurrentes de averías, o el análisis de las modalidades de avería, será interesante analizar cómo cada empresa concibe y estimula el mejoramiento en mantención, en cuáles subprocesos concentra sus esfuerzos, qué métodos emplea, y antes aún, si existe un esfuerzo de mejoramiento claramente definido e integrado con la misión del estamento de mantención.

8.4.8

Diseño de la mantención

Diseñar45 la mantención y definir sus niveles óptimos son problemas que acosan a quien opera en mantención. En esta actividad especialmente difícil y

44

Entre otros: ingeniería de mantención, programación de la mantención, gestión de los recursos de mantención, programación de la producción, gestión de los materiales. 45 Al hablar de diseño de la mantención nos referimos específicamente al “Proyecto del modelo de mantención”, es decir el modelo que define la cantidad de mantención. 909

crítica, las empresas han recurrido a distintos modelos46, con resultados variables. El benchmarking debería tener por objeto no sólo el tipo de modelos que emplean las empresas, sino qué evolución se ha producido con respecto al pasado y por qué. Junto a los modelos analíticos, parecen especialmente interesantes las posibles comparaciones a nivel de modelos globales como la Reliability Centered Maintenance y la Total Productive Maintenance. Al estudiar estos modelos, un enfoque que puede resultar fructífero tratándose de medir las prestaciones, es observar la variación experimentada en el tiempo por algunos ítemes a consecuencia de la adopción de ciertos modelos, como la mantención cíclica, el consumo de repuestos, pero también elementos cualitativos como las relaciones entre producción y mantención. 8.5 El papel del sistema informativo La informatización de la mantención es un fenómeno en continua expansión; cada vez más, el mantenedor necesita herramientas que le proporcionen parámetros de evaluación para fenómenos complejos que conllevan una enorme cantidad de información. Antes que todo, el análisis de benchmarking deberá entregar un marco de referencia a nivel del sistema informativo. Por lo tanto, como primer paso habrá que verificar la existencia de un banco de datos de mantención, si se istra mediante sistemas computarizados, si existe un sistema informativo de mantención completo, las funciones que ofrece el sistema (lista de piezas, gestión de recursos, descripción del comportamiento de las máquinas, control técnico, control económico)47. Habrá que verificar también la presencia de sistemas expertos. Dentro de los muchos temas que se pueden explorar a nivel de sistema informativo de mantención, dos son dignos de mención: 1. los niveles de integración del sistema informativo; 2. el papel del sistema informativo experto en el ámbito del diagnóstico.

46

Una descripción resumida y exhaustiva de dichos modelos, clasificados en “Analíticos” y “Globales”, se encuentra en Furlanetto L., Mastriforti C. y Cattaneo M., Manutenzione Produttiva, Isedi, 1991, pp. 186-200 47 Se entiende por sistema informativo completo un sistema que ofrezca los siguientes módulos fundamentales: archivos técnicos; gestión de averías; gestión de recursos; control de costos.

910

En relación al primer aspecto, habría que comprobar los vínculos entre todo lo que concierne a las máquinas en términos de comportamiento, por ejemplo, la detección del estado de las máquinas y el diseño de la mantención, el análisis de las modalidades de avería, la mantención mejorativa. El segundo tema es decisivo en el momento en que se adopte la tesis de la mantención preventiva; en este caso, será esencial verificar en qué dirección se están moviendo las empresas, especialmente qué están haciendo para aislar las escasas informaciones relevantes y ponerlas a disposición del mantenedor. 8.6 Los índices de mantención Hemos visto anteriormente que el benchmarking no es simplemente una comparación de índices; sin embargo, una comparación tal puede ser en ocasiones una referencia útil y un punto de partida para investigaciones más profundas. Además, muchas empresas manifiestan un deseo de construir bases de datos especiales sobre índices de mantención. Es necesario hacer notar que el uso de los índices debe llevarse a cabo con mucha cautela, a fin de evitar sacar conclusiones inexactas o, peor aun, engañosas. Desde ya digamos que cada índice es una medida sintética de un fenómeno complejo, hecho que de por sí debería constituir un elemento para la reflexión y hacernos comprender que los índices representan sólo una de las formas de describir el fenómeno en cuestión. Junto a este elemento de fondo, haremos otros dos alcances: • un índice es significativo y comparable con el de otras empresas siempre y cuando los datos empleados en el cálculo correspondan a la definición de los términos de la relación y si el valor se ha obtenido sobre bases homogéneas entre sí; se deberá prestar especial atención a los procedimientos de redacción de los balances y a intervenciones fiscales que pueden modificar en el tiempo la base de datos; • no siempre es posible efectuar una comparación de ciertos índices entre empresas pertenecientes a sectores distintos; en particular, las distintas tecnologías de producción pueden afectar significativamente los valores de los índices; un ejemplo clásico es el del gasto de mantención como porcentaje de la facturación. En las tablas 4-5, se muestran algunos índices de mantención clasificados en: 1. índices de eficiencia, que indican hasta qué punto “las cosas se hacen bien” en mantención; 2. índices de eficacia, que indican hasta qué punto “se hace lo que se debe hacer”; 911

3. índices de estructura organizacional, sintomáticos de las modalidades de gestión de la mantención. Aunque estas tablas no pretenden ser exhaustivas, entregan pautas de gran utilidad, entre otras cosas, porque estos índices pueden servir para evaluar los procesos de mantención y no sólo para una simple comparación entre empresas. 8.7 Pautas de proyectos y gestión Junto a las pautas temáticas presentadas en los párrafos anteriores, parece conveniente presentar un modelo operacional de conducción de un proyecto de benchmarking tomado de la realidad. Dicho modelo48, presentado en la fig. 13, se articula en cuatro jornadas de encuentro entre los representantes de las empresas participantes y contempla la redacción de tres cuestionarios con la participación de expertos en benchmarking y de los responsables de mantención de las empresas participantes. A tal fin, conviene enfatizar que además de uno o más expertos y del encargado de mantención, deberían integrar el grupo de trabajo de cada empresa figuras con cargos directivos dentro de la producción, y ello porque la exploración de las relaciones entre mantención y producción, entre las cuales se cuenta la implementación del TPM, requieren un grupo de trabajo interfuncional. Analizaremos a continuación las principales fases a través de las cuales se puede articular un proyecto sobre mantención.

Primera fase La primera fase, que pone en marcha el proyecto, contempla el encuentro durante una jornada (primer taller) que se articula en dos momentos: 1. la presentación a todos los participantes de los objetivos del benchmarking de mantención, explicitando cuáles son los objetivos que persigue la empresa promotora y las empresas participantes en general; en este primer momento también se procede, por lo general, con el apoyo de expertos en benchmarking, a explicitar la metodología del benchmarking y su lógica, con el fin de uniformar las competencias de los participantes sobre este tema y establecer un idioma común; 48

La referencia base de este modelo ha sido desarrollada dentro del “Benchmarking Network SDA Bcconi”. 912

2. el segundo momento en el desarrollo de la actividad en grupo lo constituye la identificación de las áreas de interés común por explorar; más exactamente, los participantes deberán definir las opciones de configuración que desean comparar (políticas de mantención, niveles de tercerización, opciones de organización…) y los procesos que piensan cotejar. El output de esta jornada de trabajo será el bosquejo sobre el cual se construirá, durante las jornadas siguientes, un cuestionario destinado a verificar las áreas temáticas seleccionadas. Las respuestas al cuestionario, oportunamente procesadas, serán el punto de partida del segundo taller, que dará inicio a la segunda fase. Segunda fase La segunda fase del proyecto contempla también una jornada de trabajo en grupo, que se articula igualmente en dos momentos: 1. la discusión de los resultados del cuestionario; la finalidad es verificar el estado de desarrollo de la mantención en las distintas empresas en cuanto a opciones de configuración y comparar los distintos perfiles de los procesos sujetos a análisis. Por lo tanto, cada empresa debería obtener un parámetro comparativo de su posicionamiento en cuanto a perfiles organizacionales, políticas de gestión y tercerización. La dinámica del grupo de trabajo debería permitir profundizar las razones de ciertas decisiones. Lo mismo se aplica a los procesos cuyo perfil de prestaciones será objeto de estudio. 2. la búsqueda de indicadores para evaluar las opciones de configuración y los procesos será el tema de la segunda parte del taller, así como la búsqueda de algunos índices básicos en base a los cuales comparar las prestaciones de empresas pertenecientes a sectores tecnológicamente similares. El output de este trabajo será un cuestionario de exploración de las prestaciones en mantención, tanto a nivel general como a nivel de los procesos específicos seleccionados. También en este caso serán los resultados del cuestionario, oportunamente procesados, los que marcarán el punto de partida de la tercera fase.

913

Índices de eficiencia

Descripción

Notas

Costo de la mantención autónoma Costo total de mantención

Entrega indicaciones acerca del grado de desarrollo de la mantención productiva

Índice de comparabilidad general

Costo de servicios de terceros Costo total de mantención

Entrega indicaciones sobre la eficiencia de los servicios suministrados por terceros en referencia a los volúmenes que se les han asignado

Índice de comparabilidad general

Costo de los materiales Costo total de mantención

Pone de manifiesto el modo de hacer mantención (materiales reemplazados o reparados), la correcta operación de las plantas y los resultados positivos de las faenas.

Índice de comparabilidad general

Costo de mantención por avería Costo total de mantención

Entrega indicaciones sobre las políticas de mantención adoptadas. Este índice depende del estado y del tipo de planta.

Índice de validez general cuya comparabilidad se ve limitada a plantas tecnológicamente similares.

Costo de mantención preventiva Costo total de mantención

Entrega indicaciones sobre las políticas de mantención orientadas a optimizar la disponibilidad de las máquinas e instalaciones.

Índice de validez general cuya comparabilidad se ve limitada a plantas tecnológicamente similares.

Costo de mantención cíclica Costo total de mantención

Entrega indicaciones sobre las políticas de mantención orientadas a optimizar la disponibilidad de las máquinas e instalaciones en relación con los costos.

Índice de validez general cuya comparabilidad se ve limitada a plantas tecnológicamente similares.

Costo de mantención según condición Costo total de mantención

Entrega indicaciones sobre las políticas de mantención orientadas a optimizar la disponibilidad de las máquinas e instalaciones en relación con los costos.

Índice de validez general cuya comparabilidad se ve limitada a plantas tecnológicamente similares.

Costo de materiales consumidos Tiempo promedio de permanencia

Entrega indicaciones sobre el dimensionamiento de las reservas en relación a las necesidades.

Índice de comparabilidad general

Horas trabajadas productivas Total horas disponibles

Entrega indicaciones sobre la productividad de la mano de obra. Da indicaciones sobre pérdidas de tiempo, esperas, mala preparación y organización del trabajo

Índice de comparabilidad general

Entrega indicaciones sobre la capacidad de programación, que es también función del nivel de planificación de las faenas de mantención.

Índice de comparabilidad general

Costo de los trabajos programados Costo total de mantención

Tabla 4. Algunos índices de eficiencia de la mantención.

914

Índices de eficacia

Descripción

Notas

Entrega indicaciones sobre el aprovechamiento del bien en relación con la mantención; los valores bajos (<1) indican una mantención poco eficaz o una planta obsoleta

Índice de validez general cuya comparabilidad se ve limitada a plantas tecnológicamente similares.

Número de averías Tiempo de funcionamiento

Entrega indicaciones sobre la confiabilidad de las instalaciones

Índice de validez general cuya comparabilidad se ve limitada a plantas tecnológicamente similares.

Costos de carencias globales Producción valorizada

Entrega indicaciones sobre la eficacia de la mantención en relación con parámetros específicos de la planta y al valor producido

Índice comparable para producciones similares. Pierde su significado en presencia de sobrecapacidad productiva

Costos de carencias globales Valor agregado

Entrega indicaciones sobre la eficacia de la mantención en relación con el valor producido al término del ciclo productivo, menos los costos debidos a terceros

Índice de validez general cuya comparabilidad se ve limitada a plantas tecnológicamente similares.

Descripción

Notas

Costos de formación en mantención Costo total de formación

Entrega indicaciones sobre las políticas de la empresa en relación con la formación y la actualización de los mantenedores

índice de validez general

Costos de formación en mantención Costo del personal de mantención

Entrega indicaciones sobre las políticas de la empresa en relación con la formación y la actualización de los mantenedores

índice de validez general

Costo del personal de mantención Costo del trabajo directo del personal de mantención

Entrega indicaciones sobre cuánto pesa la estructura de control para la gestión de los trabajos ejecutados con personal de mantención propio

índice de validez general

Horas de trabajos solicitados Horas de mantención interna disponibles

Entrega indicaciones sobre la saturación del servicio de mantención. Un índice <1 es inaceptable para la economía de gestión de la mantención. El índice óptimo es función de la organización del trabajo y de las exigencias de operaciones en la plantas, con especial atención a las emergencias

índice de validez general

Tiempo de disponibilidad Tiempo requerido

Índices de estructura organizacional

Tabla 5. Algunos índices de eficacia y de estructura organizacional de la mantención.

915

Tercera fase Los objetivos de la tercera jornada de trabajo, que abre la tercera fase, son: comparar la brecha entre las prestaciones de mantención dentro de grupos de empresas homogéneas y tratar de comprender de qué manera esta brecha se puede atribuir a determinadas opciones de configuración; por ejemplo, comprender qué vínculo existe entre la tasa de rotación de los materiales y las políticas de mantención, y la modalidad de gestión de los materiales; 2. identificar las prácticas excelentes en la gestión de los procesos de mantención seleccionados durante la primera fase, según los principios enunciados en el párrafo 4.5. 1.

El resultado final de este trabajo será un último cuestionario de autoevaluación. Dicho cuestionario comprende un cierto número de opciones de configuración y de prácticas de gestión que el grupo, en base al trabajo y a las investigaciones desarrolladas, calificará como excelentes. Cada empresa se deberá autoevaluar, situándose en una escala de 1 a 7 para cada práctica, siendo 1 el nivel mínimo de implementación de dicha práctica y 7 el nivel máximo. Los datos del cuestionario se procesan y pasan a constituir la base para la cuarta jornada de trabajo.

Cuarta fase La cuarta fase, que coincide con el cuarto taller, será una instancia de identificación, por parte de cada empresa, de las áreas de mejoramiento. En efecto, será posible comparar, gracias al cuestionario de autoevaluación, el posicionamiento de cada una de las empresas con respecto a las demás en lo referente a las prácticas identificadas como excelentes. Esta última fase pretende ser, en definitiva, el punto de partida para las acciones de mejoramiento que las empresas deberán emprender luego de conocerse los resultados del benchmarking, una vez que hayan tomado conciencia de la brecha (cuánto mejorar) que las separa de las demás empresas en cuanto a la implementación de las prácticas excelentes (cómo mejorar).

916

9.

Conclusiones

Los conceptos presentados en este capítulo no se pueden considerar exhaustivos en lo que se refiere al benchmarking en general, habiendo tocado solamente sus puntos esenciales, ni en cuanto a su aplicación a la mantención. En relación a este aspecto en particular, hemos intentado, por una parte, identificar algunas temáticas de especial interés y, por otra, identificar algunos procesos que se consideran significativos para el tema de la mantención, proponiendo posibles esquemas de análisis que, obviamente, no son los únicos. La finalidad era mostrar el potencial del benchmarking para una función que evoluciona marcadamente, y dentro de la cual no faltan temas a partir de los cuales desarrollar comparaciones fructíferas y nuevos aprendizajes.

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918

Análisis del Proceso

Cuestionario para verificar calidad de orden y mapeo del proceso crítico

Individualización de las reglas de excelencia. (Matriz de correlación regla/desempeño)

Análisis crítico de datos y tipos empresariales. (variedad de prestaciones

3º Workshop

Análisis de prestaciones

Cuestionario Encuesta de prestaciones No obstante las reglas

Definición de la metodología de datos de encuesta (calidad variable y datos reservados)

Discusión de los resultados del cuestionario. (Diferentes perfiles)

Presentación del contenido del Proyecto y metodología de benchmarking

Individualización de áreas comunes de intereses.

2º Workshop

1º Workshop

Análisis re glas

Cuestionario de autoevaluación de objetivos de mejoramiento

Profundización en los temas de interés particular.

Identificación del área de mejoramiento

4º Workshop

Bibliografía

C. Argyris, Strategy, change, and defensive routines, Pitman, London, 1985. A. De Geus, “Planning as learning”, Harvard Business Review, mar.-apr. 1988. S. Beretta, “Il Benchmarking: una metodología innovativa?”, Sviluppo & Organizzazione, set-ott. 1995. N. Buttolo, M. Saibene “La revisione del processo di “gestione ordini clienti”: un progetto di benchmarking”, Economía & Management, n° 2, 1997. R. C. Camp. Benchmarking: come analizzare le prassi delle axiende migliori per diventare i primi, Editoriale Itaca, Milano, 1991. R. C. Camp, Business Process Benchmarking, Editoriale Itaca, Milano, 1996. L. Furlanetto, M. Cattaneo, C. Mastriforti, Manutenzione produttiva, Isedi, Torino, 1991. A. Grando (a cura di), Produzione e logistica, Utet, Torino, 1996. G. Hamel, C. K. Prahalad., Alla conquista del futuro, Il Sole 24-Ore Libri, Milano, 1995. H. J. Kathleen, C. J. Leibfried McNair, Benchmarking, Il Sole 24-Ore Libri, Milano, 1995. K. Lewin, Teoria e sperimentazione in psicologia sociale, il Mulino, Bologna, 1972. A. H. Maslow, Motivazione e personalità, Armando, Roma, 1973. E. M. Melan, Process management, McGraw-Hill, New York, 1993. S. Nakajima, TPM, Isedi, Torino, 1992. M. E. Porter, Competitive advantage. Creating and sustaining superior performance, Free Press, New York, 1985. C. Sarah, Guida pratica al benchmarking, Franco Angeli, Milano, 1996. P. M. Senge, La Quinta Disciplina, Sperling & Kupfer, Milano, 1992. M. J. Spendolini, Fare benchmarking, Il Sole 24-Ore Libri, Milano, 1996. E. Valdani, Dall’evoluzione alla coevoluzione dalla concorrenza all’ipercompetizione, Università Commerciale L. Bocconi, Milano, 1996. S. Vicari, Nuove dimensioni della concorrenza, Egea, Milano, 1989. M. Zairi, Practical benchmarking, Chapman Hall, New York, 1994.

919

Apéndice 1.

Términos relativos a la mantención

Mantención: combinación de todas las acciones técnicas y istrativas, incluyendo las acciones de supervisión, destinadas a mantener o restablecer un bien a un estado tal que pueda desempeñar la función requerida. Mantención “por avería”, mantención correctiva: la mantención que se lleva a cabo después de manifestarse una avería, y destinada a restablecer un elemento al estado en que pueda desempeñar la función requerida. Intervención parche: intervención provisoria que puede implicar una variación temporal de las condiciones establecidas. Mantención preventiva: mantención realizada a intervalos predeterminados o según criterios prescritos, orientada a reducir la probabilidad de avería o el deterioro del funcionamiento de un bien. Mantención cíclica: mantención preventiva periódica en base a ciclos de utilización predeterminados. Mantención predictiva: mantención preventiva efectuada tras la identificación y medición de uno o más parámetros y la extrapolación según modelos apropiados del tiempo restante antes de la avería. Mantención según condición: mantención preventiva supeditada a un valor límite preestablecido. Mantención oportunista: la mantención oportunista está constituida por operaciones que se pueden adelantar o postergar con respecto al plazo prefijado, aprovechando las situaciones especiales que se puedan presentar (máquina parada por limpieza, otras mantenciones, etc.). Mantención mejorativa: conjunto de las operaciones de mejoramiento o modificaciones menores que no incrementan el valor patrimonial del bien. Mantención productiva: conjunto de acciones orientadas a la prevención, al mejoramiento continuo y a la transferencia de funciones elementales de mantención al operador de la máquina. Mantención autónoma: mantención efectuada directamente por el operador de la máquina. Asistencia operativa: asistencia para ajustes, puesta a punto e intervenciones sobre máquinas e instalaciones que son requeridas por exigencias de tipo productivo, no vinculadas a deterioros o fallas de funcionamiento. Estas actividades pueden ser llevadas a cabo por personal de mantención debido a exigencias específicas de competencias profesionales. No son actividades de mantención, de manera que no se deben considerar en los gastos de mantención. 921

Falla: el cese de la capacidad de un bien para desempeñar la función requerida. Avería: estado de un bien caracterizado por su incapacidad para desempeñar una función requerida. Tasa instantánea de avería (símbolo: λ(t)): el límite cuando ∆t tiende a cero de la razón entre la probabilidad condicional de que el instante T de un ítem caiga dentro de un intervalo dado de tiempo (t, t + ∆t) y la duración ∆t del intervalo, suponiendo que el ítem esté disponible al comienzo del intervalo. Tasa media de avería (símbolo: λ(t1, t2)): la integral de la tasa instantánea de avería en un intervalo dado de tiempo (t1, t2). Tiempo de preparación: tiempo trascurrido entre el momento en que surge la necesidad de un trabajo y el momento en que comienza su ejecución. Tiempo potencial de disponibilidad: parte del tiempo no requerido durante el cual un bien se encuentra en estado de reposo. Tiempo de activación de la faena: intervalo de tiempo trascurrido entre el momento en que se detecta una avería y el momento en que comienza la faena de mantención. Es la suma de los atrasos logísticos. Tiempo de reposición del servicio: tiempo transcurrido entre la finalización de las operaciones de mantención activa y el momento en que el bien se pone nuevamente en funcionamiento respetando las condiciones establecidas (pruebas adecuadas, puesta en marcha) hasta alcanzar las condiciones establecidas. Sistema informativo de mantención (SIM): conjunto de normas, procedimientos y herramientas capaces de adquirir y procesar la información necesaria para la gestión de las actividades de mantención y para el monitoreo de la actividad de las instalaciones. Orden de trabajo (OT): instrucción mediante la cual se solicita la operación de mantención que se debe llevar a cabo. Orden de trabajo normal: documento mediante el cual se gestionan los trabajos “normales” de mantención “a pedido” de un organismo que puede no ser Mantención (por ejemplo, Producción, Calidad, istración, etc.). La OT normal se abre específicamente para la gestión de un trabajo determinado y se cierra al finalizar éste. Orden fija o encargo: documento con el cual se gestionan los trabajos de mantención cuando no se considere necesario diferenciar los recursos involucrados en cada uno de ellos. Las OT fijas no están ligadas a un trabajo específico de mantención, sino más bien a una familia de trabajos de tipo homogéneo (inspecciones, operaciones de pequeña magnitud, limpiezas, etc.) asociados respectivamente con una máquina, una planta o un centro de costos en función del nivel de detalle con que se desee 922

efectuar el análisis de costos. Por la forma en que se la ha definido, la OT fija generalmente es emitida por Mantención y permanece abierta mientras subsista el interés en clasificar una familia de trabajos según los criterios señalados. Ciclo de trabajo normalizado: documento que describe las fases de un trabajo de mantención normalizado con los mismos procedimientos utilizados para las OT normales. Se utiliza en la definición de trabajos repetitivos para los cuales se identifican los presupuestos y las especificaciones de la tarea. Comportamiento ante averías: conjunto de los posibles desperfectos de un sistema y de los “objetos de mantención” que lo constituyen, asociados con las causas que deberían producir estos eventos y con los síntomas y/o indicios premonitorios que deberían permitir determinar dichas causas. Costos de mantención - Distinción entre mantención ordinaria y extraordinaria (tomado de “Principios Contables” del Consiglio Nazionale di Dottori Commercialisti (Consejo Nacional de Contadores): costos de mantención son aquéllos en que se incurre para mantener operativas las inmovilizaciones técnicas a fin de garantizar su vida útil prevista, además de su capacidad y productividad originales; y costos de “reparación” son aquellos en que se incurre para remediar averías y desperfectos. Las mantenciones pueden ser planificadas en función de los programas de utilización de las inmovilizaciones. Las reparaciones no pueden ser planificadas, pero sí previstas dentro de ciertos límites. Las mantenciones y reparaciones, desde un punto de vista práctico, constituyen una sola clase de costos pertinentes a las inmovilizaciones, designadas con el nombre de “mantenciones”, que junto a las cuotas de amortización conforman la contribución de las inmovilizaciones al logro de los resultados del ejercicio. En la práctica, a menudo se hace referencia a la distinción entre mantención ordinaria y mantención extraordinaria. La primera es aquélla constituida por las mantenciones y reparaciones que representan gastos de naturaleza recurrente que se efectúan por concepto de limpieza, pintura, reparaciones, reemplazo de piezas deterioradas por el uso, etc.; es decir, gastos que sirven para mantener los bienes de capital en buen estado de funcionamiento. Los gastos de mantención ordinaria representan elementos negativos de renta en el ejercicio en que se realizan. La segunda la constituyen los costos que implican un aumento significativo y tangible de la productividad o de la vida útil del bien, de manera que estos costos se inscriben dentro de los costos capitalizables.

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Este libro se terminó de imprimir en los talleres digitales de RIL editores Teléfono: 225-4269 / [email protected] Santiago de Chile, julio de 2005.

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