P u b l i c a c i o n e s d e I n g e n i e r a d e S i s t e m a s

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Ingeniera de Sistemas

c/ Edison, 428006 MadridTelfono (34-1) 411 50 11Fax (34-1) 411 47 03E-mail: monografias@isdefe.es P.V.P.: 1.000 Ptas.

(IVA incluido)

MANTENIBILIDADpor

Jezdimir Knezevic

Otros ttulos publicados:

1. Ingeniera de Sistemas. Benjamin S. Blanchard.2. La Teora General de Sistemas. ngel A. Sarabia.3. Dinmica de Sistemas. Javier Aracil.4. Dinmica de Sistemas Aplicada. Donald R. Drew.5. Ingeniera de Sistemas Aplicada. Isdefe.6. CALS (Adquisicin y apoyo continuado durante el ciclo de

vida). Rowland G. Freeman III.7. Ingeniera Logstica. Benjamin S. Blanchard.8. Fiabilidad. Joel A. Nachlas.

9COMIT DE REDACCINPresidente Sr. D. Martn Alear Ginard Teniente General (R) del Ejrcito de Tierra

Vocales Sr. D. Eduardo Avanzini Blanco General de Brigada Ingeniero del Ejrcito del Aire

Sr. D. Carlos Casajs Daz Vicealmirante Ingeniero de la Armada

Sr. D. Luis Garca Pascual Vice-Rector de Investigacin y Postgrado de la UPCO

Sr. D. Javier Marn San Andrs Director General de Navegacin Area

Sr. D. Ricardo Torrn Durn General de Brigada Ingeniero del Ejrcito de Tierra

Sr. D. Alberto Sols Rodrguez-Candela Ingeniero de Sistemas. Isdefe

Sra. Da. M Fernanda Ruiz de Azcrate Varela Imagen Corporativa. Isdefe

Jezdimir Knezevic

El Dr. Knezevic tiene msde 15 aos de experienciaen aplicaciones de fia-bilidad, mantenibilidad eingeniera logstica.

Autor de ms de 100 publicaciones tcni-cas y cientficas, es profesor de Fiabilidad eIngeniera Logstica de la Escuela deIngeniera y Director del Centro de Inves-tigacin MIRCE (Management of IndustrialReliability and Cost Effectiveness), de laUniversidad de Exeter. Fue fundador ypresidente del Captulo de Exeter de laSociety of Logistics Engineers, de la queactualmente es Vice-Presidente Interna-cional para Europa.

Pertenece al Comit Asesor de laInternational Foundation in Research inMaintenance. Es miembro de la RoyalStatistical Society y de la Safety andReliability Society. Pertenece al ComitEditor del Quality in Maintenance y delCommunications in Reliability, Maintaina-bility and Supportability.

ILUSTRACIN DE PORTADASeccin semitransversal del reloj de agua de Pseudo-Arqumedes.

MANTENIBILIDAD2

No est permitida la reproduccin total oparcial de este libro, ni su tratamientoinformtico, ni la transmisin de ningunaforma o por cualquier medio, ya seaelectrnico, por fotocopia, por registro o porotros mtodos, sin el previo consentimientopor escrito de los titulares del Copyright.

Primera Edicin: Febrero - 19961.250 ejemplares

' Isdefec/ Edison, 428006 Madrid.

Diseo y fotomecnica:HB&h Direccin de arte y produccin

Traduccin:Joaqun Teigeiro Tarancn

Infografa de portada:Salvador Vivas

Impresin:T. G. Forma, S.A.

ISBN: 84-89338-08-6Depsito legal: M- -1996Printed in Spain - Impreso en Espaa.

3A Sir Geoffrey Holland

MANTENIBILIDAD4

5PRLOGOLos principales objetivos de esta monografa son introducir:

a) Los conceptos de mantenibilidad de un sistema.

b) Las medidas que describen dichas caractersticas, de formacuantitativa y cualitativa.

c) La metodologa para la prediccin de esas caractersticas.

d) La metodologa para la evaluacin cuantitativa de lasmedidas de esas caractersticas, basndose en los datosempricos disponibles.

Para hacer ms fcil la presentacin, se asignan significadosespecficos a determinadas palabras a lo largo de esta monografa.De esta forma, elemento se usa como un trmino genrico para unproducto, mdulo, subsistema, componente, etc. cuando se analizacomo un objeto simple, y sistema se usa como un trmino genricopara productos que se analizan como un conjunto de muchos objetoscoherentes. Ello significa que la palabra elemento se utilizar parareferirse a un coche, de la misma forma que para un motor, uncarburador y una tapa de distribuidor, cuando se trata como un objetosimple. Por otra parte, la palabra sistema se emplear para un coche

MANTENIBILIDAD6

cuando se le trate como un conjunto de objetos coherentes, tales comomotor, transmisin, chasis, frenos, etc.

En el Captulo 2 se definen y deducen las medidas que definencuantitativamente la mantenibilidad de un elemento, junto con unejemplo numrico explicado con objeto de ilustrar su aplicacin prctica.

El Captulo 3 trata de las metodologas para estimacin de lasmedidas de fiabilidad, mantenibilidad y soportabilidad, basadas en losdatos empricos disponibles.

En los Captulos 4 y 5 se abordan las relaciones entre la funcinde promover o rebajar ningn producto, fabricante o usuario.

El Captulo 6 presenta mtodos de prediccin de medidas demantenibilidad, mientras que el Captulo 7 introduce sus aspectosantropmetricos. Por ltimo, el Captulo 8 establece la conexin entrela manteniblidad y el mantenimiento de un sistema.

Como ingeniero mecnico que ha pasado ms de quince aostratando con fiabilidad, mantenibilidad y soportabilidad, tanto eningeniera como en anlisis, terica y prcticamente, me complaceraque mi experiencia, resumida en esta monografa, pueda ser til aingenieros y estudiosos.

J. Knezevic Exeter, cancula de 1995

7

MANTENIBILIDAD8

9AGRADECIMIENTOS

Es un verdadero placer estar en disposicin de escribir estamonografa y formar parte de un equipo de expertos reconocidosinternacionalmente, reunidos bajo la gran visin del equipo de ISDEFE.En particular, deseara mostrar mi ms sincero aprecio por la largacolaboracin y apoyo que me ha prestado Alberto Sols, quien hizoposible mi participacin en este proyecto.

Agradezco tambin a todos los estudiantes no graduados,postgraduados y participantes de cursillos de la industria, que han dadoforma a travs de los aos a mi lnea de investigacin, proporcio-nndome la necesaria realimentacin para su continua mejora. Deseoasimismo extender mi sincero agradecimiento a dos de mis alumnos,Peter Hodson, que ha realizado una extensa investigacin sobre elBoeing 777, y Mohamed El-Haram, por su contribucin a la versinfinal de los diagramas lgicos. Tambin deseo mostrar mi aprecio aThelma Filbee, secretaria del Centro de Investigacin para la Gestinde Fiabilidad, Coste y Eficacia Industrial, MIRCE, por transcribir eimprimir las distintas versiones de esta monografa, y finalmente acortarsus vacaciones veraniegas para cumplir el plazo fijado.

Jezdimir Knezevic

MANTENIBILIDAD10

11

NDICE GENERAL1. INTRODUCCIN 15

1.1. El concepto de perfil de funcionabilidad 181.2. El proceso de mantenimiento 241.3. La importancia de la disponibilidad 271.4. La mantenibilidad como determinante de la disponibilidad 28

1.4.1. Prcticas desafortunadas de mantenibilidad 311.4.2. Prcticas adecuadas de mantenibilidad 33

1.5. Observaciones finales 42

2. EL CONCEPTO DE MANTENIBILIDAD 45

2.1. La definicin de la mantenibilidad 472.2. Enfoque de la mantenibilidad basado en el tiempo empleado 48

2.2.1. Medidas de la mantenibilidad 542.2.2. Caractersticas de mantenibilidad 552.2.3. La funcin de mantenibilidad 572.2.4. El tiempo TTRp 582.2.5. El tiempo esperado de recuperacin 592.2.6. Realizacin de la recuperacin 60

2.3. Factores de horas de mano de obra de mantenimiento 642.4. Factores de frecuencia de mantenimiento 652.5. Factores de coste de mantenimiento 672.6. Otros factores relacionados con el mantenimiento 68

3. DATOS EMPRICOS Y MEDIDAS DE LA MANTENIBILIDAD 713.1. Posibles mtodos de anlisis de los datos existentes 733.2. Mtodo paramtrico para los datos de mantenibilidad 733.3. Mtodo del ajuste de distribucin para los datos de mantenibilidad 75

3.3.1. Anlisis de los resultados experimentales 763.3.2. Mtodo paramtrico 813.3.3. Mtodo del ajuste de distribucin 84

3.4. Observaciones finales 86

MANTENIBILIDAD12

4. LA MANTENIBILIDAD COMO OBJETIVO DEL DISEO 894.1. El papel de la funcin de diseo 914.2. El papel de la funcin de mantenibilidad 934.3. Adecuacin de la funcin de mantenibilidad 944.4. Impacto de los requisitos de mantenibilidad en la ingeniera

de diseo 974.5. Mtodos de diseo para lograr la mantenibilidad 994.6. Anlisis y revisin de mantenibilidad del diseo 1024.7. Demostracin, informe e investigacin de mantenibilidad 1084.8. Comentarios finales 1094.9. Estudio de un caso: mantenibilidad del tren TGV 110

5. LA ASIGNACIN DE MANTENIBILIDAD 1235.1. Las tcnicas actuales de asignacin de mantenibilidad 125

5.1.1. DEF-STAN 00-41 (ediciones 2 y 3) 1255.1.2. MIL-STD 470B 1265.1.3. Literatura publicada 1275.1.4. BRITISH STANDARD 6548 1285.1.5. Mtodo 1 - diseo nuevo 1295.1.6. Mtodo 2 - diseo parcialmente nuevo 1295.1.7. Mtodo 3 - conocimientos previos disponibles 129

5.2. Desventajas de los mtodos actuales 1305.3. Nueva tcnica propuesta - programacin lineal (PL) 1325.4. Aplicacin de la PL a la asignacin de mantenibilidad 1325.5. Ventajas de usar la PL 1335.6. Observaciones finales 1355.7. Ejemplo ilustrativo 135

6. LA PREDICCIN DE LAS MEDIDAS DE MANTENIBILIDAD 1396.1. Diagrama de bloques de la actividad de mantenimiento 142

6.1.1. Mantenimiento simultneo 1436.1.2. Mantenimiento secuencial 1456.1.3. Mantenimiento combinado 146

6.2. Anlisis de la tarea de mantenimiento 1466.3. Medidas de mantenibilidad para tareas de mantenimiento

simultneo 1486.4. Medidas de mantenibilidad para tareas de mantenimiento

secuencial 1496.5. Medidas de mantenibilidad para tareas de mantenimiento

combinado 1506.6. Ejemplo ilustrativo 1506.7. Observaciones finales 157

13

7. LA EVALUACIN ANTROPOMTRICA DE LA MANTENIBILIDAD 1597.1. Descripcin general 1617.2. Identificacin de la poblacin de usuarios 1617.3. Identificacin de los datos antropomtricos del usuario 1627.4. Evaluacin de los planos de ingeniera 1647.5. Maniques y superponibles antropomtricos 1647.6. Herramientas del diseo asistido por ordenador 1647.7. Evaluacin en maqueta del sistema 1657.8. Validacin de la evaluacin antropomtrica 1657.9. Pruebas operativas de prototipos 1667.10. Pruebas de demostracin y de operacin 1667.11. Aplicacin 166

8. LA MANTENIBILIDAD Y EL PROCESO DE MANTENIMIENTO 173

8.1. Clasificacin de las tareas de mantenimiento 1778.2. Mantenimiento centrado en la fiabilidad 1788.3. Niveles de mantenimiento 182

REFERENCIAS 191

BIBLIOGRAFA 195GLOSARIO 203

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15

Introduccin1

MANTENIBILIDAD16

"Todo lo que la raza humana ha realizadoy pensado est relacionado con la satisfaccin

de necesidades y el alivio del dolor."

A.Einstein

La nica caracterstica comn entre todos los sistemas creadospor el hombre es su capacidad para satisfacer una necesidad, desempe-ando una funcin especfica. Consecuentemente, la funcionalidad esla caracterstica ms importante de cualquier sistema creado por elhombre y est relacionada con su capacidad inherente paradesempear una funcin especfica. Por ejemplo, un hervidor es unsistema creado por el hombre, que satisface la necesidad de calentarel agua hasta el punto de ebullicin.

No slo se espera de un sistema dado que realice una funcinespecificada, sino tambin que satisfaga unos requisitos especificados,especialmente unas prestaciones especificadas. Por tanto, un hervidorque necesita, por ejemplo, 45 minutos para calentar un litro de aguahasta que hierva, no ofrecer una prestacin satisfactoria para ciertosusuarios. La expresin prestacin satisfactoria es una descripcincomn para los requisitos que el sistema debe satisfacer, mientrasrealiza la funcin especificada. La mayor parte de las veces, losrequisitos de prestaciones estn relacionados con el tamao, volumen,forma, capacidad, caudal, velocidad, aceleracin y muchas otras

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caractersticas fsicas y operativas. La mayora son numricamentecuantificables, pero quedan otros que slo se pueden describir de formacualitativa. En cualquier caso, suelen estar bien definidos y requeridos.

Es necesario especificar las condiciones de operacin bajo lasque se supone debe funcionar el sistema. En el caso del hervidor, lascondiciones operativas estn primordialmente relacionadas con elvoltaje de alimentacin, vibraciones, humedad y factores similares.

Por consiguiente, para la satisfaccin de las necesidades y elalivio del dolor, se deben reunir los aspectos de funcionalidad,prestaciones y condiciones operativas a fin de obtener una imagencompleta del sistema que satisfaga la necesidad. Esto ha sido realizadopor Knezevic, introduciendo el concepto de funcionabilidad comomecanismo de unin de estos tres aspectos, y definindolo como lacapacidad inherente de un elemento/sistema para desempear unafuncin requerida con unas prestaciones especificadas, cuando esusado segn se especifica [1].

En la definicin anterior, la palabra inherente es usada pararecalcar que todas las decisiones relacionadas con la funcionabilidadde un sistema estn tomadas en la fase de diseo. Por ejemplo, unvehculo motorizado funcionable es aquel que desempea unafuncin de transporte, satisfaciendo unas prestaciones especficas,como velocidad, consumo de combustible y aceite, aceleracin, carga(nmero de pasajeros y equipaje), comodidad y muchas otras caracte-rsticas, cuando es utilizado bajo condiciones operativas especificadas(tipo de superficie de rodadura, configuracin del terreno, temperaturaexterior, octanaje del combustible, etc.). Por supuesto, la lista esmucho mayor y ms exhaustiva en la realidad, porque las nece-sidades estn ms definidas y enfocadas hacia un nivel de precisinsuperior.

De la definicin anterior est claro que hay una diferencia sig-nificativa entre funcionalidad y funcionabilidad de un sistema en

Introduccin

MANTENIBILIDAD18

consideracin. La primera est relacionada puramente con la funcindesempeada, mientras que la segunda toma en consideracin el nivelde prestaciones obtenido. Por ejemplo, la mayora de los motoresusados consumen ms cantidad de combustible que cuando entraronen servicio. As, aunque los vehculos con motores usados desempeanan la funcin de transporte, el nivel de prestaciones obtenido (consumode combustible y aceite, velocidad mxima y dems) no est a la alturadel nivel de un sistema nuevo.

1.1. El concepto de perfil de funcionabilidad

A pesar de que un sistema sea funcionable al comienzo de suvida operativa, todo usuario es completamente consciente de que,independientemente de la perfeccin del diseo de un sistema o de latecnologa de su produccin o de los materiales usados en su fabrica-cin, durante su operacin se producirn algunos cambios irreversibles.Estos cambios son resultado de procesos tales como corrosin, abra-sin, acumulacin de deformaciones, distorsin, sobrecalentamientos,fatiga, difusin de un material en otro, etc. A menudo estos procesosse superponen e interactan los unos con los otros y causan un cambioen el sistema, como resultado del cual cambiarn sus caractersticasde actuacin. La desviacin de esas caractersticas respecto a losvalores especificados es considerado un fallo del sistema.

El fallo del sistema puede, por consiguiente, ser definido comoun suceso cuya realizacin provoca, o bien la prdida de capacidadpara realizar las funciones requeridas, o bien la prdida de capacidadpara satisfacer los requisitos especificados. Independientemente delas razones de su aparicin, un fallo causar la transicin del sistemadesde su estado satisfactorio a un nuevo estado insatisfactorio,conocido como estado de fallo, SoFa (State of Failure).

Por tanto, desde el punto de vista de la capacidad para satisfacerlas necesidades de acuerdo con las especificaciones establecidas,

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todos los sistemas creados por el hombre pueden pertenecer a uno delos dos posibles estados:

Estado de Funcionamiento, SoFu (State of Functioning). Estado de Fallo, SoFa (State of Failure).

Para creaciones humanas como cohetes, satlites, bateras,bombillas, resistencias, fusibles, chips, etc., una transicin al estadode fallo implica su baja. Su perfil funcional puede ser representadocomo se muestra en la Figura 1. Los sistemas de ingeniera de estetipo son conocidos como no recuperables, simplemente porque esimposible recuperar su capacidad de realizar una funcin, una vez queha ocurrido una transicin al estado de fallo.

Por contra, existe una multitud de sistemas cuya funcionabilidadpuede ser recuperada, y son los llamados sistemas recuperables. As,cuando alguien dice que un sistema especfico es recuperable, se

Introduccin

Figura 1 - PERFIL DE FUNCIONABILIDADDE UN SISTEMA DE INGENIERA NO RECUPERABLE -

SoFu

SoFaTiempo

MANTENIBILIDAD20

entiende que despus de haber fallado se puede recuperar su capacidadde realizar una funcin especificada. Consecuentemente, el trminorecuperabilidad ser utilizado para describir la capacidad de un sistemade ser recuperado tras su fallo.

Para que un sistema recupere la capacidad de realizar unafuncin es necesario realizar unas tareas especificadas, conocidascomo tareas de mantenimiento. Las tareas de recuperacin mscomunes son limpieza, ajuste, lubricacin, pintura, calibracin,substitucin, reparacin, restauracin, renovacin, etc.; a menudo esnecesario realizar ms de una tarea para recuperar la funcionabilidadde un sistema. Adems de las tareas de mantenimiento requeridas porel fallo durante la operacin, un sistema puede requerir tareasadicionales para mantenerlo en estado de funcionamiento. Gene-ralmente, estas tareas son menos complejas que las necesarias parala recuperacin de la funcionabilidad estando tipificadas por actividadestales como limpieza, ajuste, comprobacin e inspeccin.

Desde el punto de vista de la funcionabilidad, un sistemarecuperable flucta entre SoFu y SoFa durante su vida operativa hastasu baja, como se muestra en la Figura 2. La configuracin establecidase llama perfil de funcionabilidad porque muestra los estados delsistema durante su proceso de uso [1]. Normalmente se usa el tiempode calendario como unidad de tiempo operativo en la representacindel perfil.

Es extremadamente importante para el usuario del sistema enconsideracin, tener al principio de su vida operativa informacin sobrela funcionabilidad, coste, seguridad y otras caractersticas. Sin embargo,es igualmente importante, si no ms, tener informacin sobre lascaractersticas que definen la forma de su perfil de funcionabilidad, yaque la razn principal para la adquisicin de cualquier sistema es laprestacin satisfactoria de su funcin esperada. Simplemente, elsistema es til cuando, y slo cuando, realiza la funcin exigida. Unavin comercial produce ingresos slo cuando est volando, transpor-

21Introduccin

tando a los pasajeros que han pagado su billete hasta su destino. Lasituacin es similar con coches, hervidores, ordenadores, autopistas,puentes, etc. Esta afirmacin puede representarse grficamente comose hace en la Figura 3, donde el signo (+) significa:

Una fase de ganancia de dinero en todos los sistemas queproducen ingresos, como aviones comerciales, trenes, lneasde montaje, taxis, fbricas de helados, etc.

Una fase de contribucin positiva de todos los sistemas pbli-cos y no lucrativos, como autopistas, hospitales, sistemas dearmas, semforos, y similares, que no producen ingresos enun sentido directo, pero ciertamente suministran sentimientosde satisfaccin al usuario.

De esta manera, una de las mayores preocupaciones de losusuarios es la forma de su perfil de funcionabilidad, con un nfasis

MANTENIBILIDAD22

especfico en la proporcin del tiempo durante el que estar disponibleel sistema en consideracin para el cumplimiento de la funcionabilidad.Claramente, los dos siguientes factores son los principales responsablesde su forma especfica:

a) las caractersticas inherentes de un sistema, como fiabilidad,mantenibilidad y soportabilidad [1], que determinan direc-tamente la frecuencia de presencia de fallos, la complejidadde las tareas de recuperacin y la facilidad del apoyo de laslabores exigidas;

b) la funcin logstica, cuyo objetivo es gestionar el sumi-nistro de los recursos necesarios para la conclusin conxito de todas las tareas operativas y de mantenimiento[2]. El sistema podra permanecer en SoFa por un largoperodo de tiempo, debido a la ausencia de los recursosnecesarios, como repuestos, instalaciones adecuadas,

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personal cualificado, herramientas especiales y equipos,etc.

Consecuentemente, la proporcin de tiempo durante el que elsistema en consideracin es funcionable, depende de la interaccinentre las caractersticas inherentes de un sistema desde el diseo,como fiabilidad, mantenibilidad y soportabilidad, y la gestin y ejecucinde la funcin logstica, relativa al suministro de los recursos necesariospara el xito en la operacin y el mantenimiento.

Por ejemplo, un rpido vistazo al cuaderno de navegacin del primerBoeing 747, propiedad de PanAm, con nmero de registro N747PA, ilustraclaramente la interaccin entre los procesos de operacin y mantenimientodurante los 22 aos de servicio. As, este avin en particular, ha:

volado 80.000 horas; recorrido 37.000.000 millas; transportado 4.000.000 pasajeros; realizado 40.000 despegues y aterrizajes; y consumido ms de 271.000.000 galones de combustible.

Estas son algunas estadsticas relacionadas con el SoFu, dirigidobajo el plan comercial de PanAm.

Para cumplir el escenario operativo anterior, entre otros muchosrecursos llevados a cabo, el avin ha:

gastado 21.000 neumticos; usado 350 sistemas de frenado; incorporado ms de 125 motores; sufrido cuatro reposiciones del compartimento de pasajeros y

de los lavabos; consumido 806.000 horas-hombre de mantenimiento; sido sometido a inspecciones estructurales por fatiga del metal

y corrosin, que han necesitado ms de 9800 radiografas; y

Introduccin

MANTENIBILIDAD24

sufrido 5 reposiciones de su revestimiento metlico en suestructura, alas y fuselaje.

1.2. El proceso de mantenimiento

Hay multitud de sistemas creados por el hombre cuya funciona-bilidad debe ser conservada durante su utilizacin por el usuario. El proce-so durante el que se mantiene la capacidad del sistema para realizaruna funcin, es conocida como proceso de mantenimiento, y se definecomo el conjunto de tareas de mantenimiento realizadas por el usuariopara mantener la funcionabilidad del sistema durante su utilizacin.

Cuando se analizan los objetivos de las tareas de mantenimientorealizadas durante un proceso de mantenimiento, es posible clasificarlosde este modo:

Reduccin de la tasa de cambio de condicin, lo que conduceal alargamiento de la vida operativa del sistema. Ejemplostpicos son: lavado, limpieza, pintura, filtrado, ajuste, lubri-cacin, calibracin, etc.

Garanta de la fiabilidad y la seguridad exigidas, lo que reducela probabilidad de presencia de fallos. Las actividades mscomunes de este tipo son: inspeccin, deteccin, exmenes,pruebas.

Provisin de la tasa ptima de consumo de elementos comocombustible, lubricantes, neumticos, etc., que contribuye alcoste-eficacia del proceso de operacin.

Recuperacin de la funcionabilidad del sistema, una vez quese ha producido la transicin al SoFa. Las actividades msfrecuentemente realizadas para recuperar la funcionabilidadson: sustitucin, reparacin, restauracin, renovacin, etc.

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Es necesario hacer hincapi en que se necesitan algunosrecursos para facilitar este proceso. Los recursos ms frecuentementeusados son: repuestos, material, personal cualificado, herramientas,equipo, manuales, instalaciones, software, etc. Como el fin principalde estos recursos es facilitar el proceso de mantenimiento, se les desig-nar con el nombre de recursos de mantenimiento (MaintenanceResources, MR).

Consecuentemente, el principal inters de un proceso de mante-nimiento est en la tarea de mantenimiento, que se podra definir comoun conjunto de actividades que necesitan realizarse por el usuariopara conservar la funcionabilidad del elemento [1].

Es necesario fijarse que cada tarea especfica requiere unrecurso especfico para su finalizacin, y que cada tarea se realiza enun entorno especfico, por ejemplo a bordo de un barco, bajo lluvia/nieve, en condiciones de guerra, radiacin solar, humedad, tempera-tura y situaciones similares, cada una de las cuales podra tener unimpacto significativo en la seguridad, precisin y facilidad de lafinalizacin de la tarea.

Para ilustrar el concepto de tarea de mantenimiento, se usarun ejemplo simple. Est relacionado con el cambio del conjunto dellanta y neumtico de un turismo pequeo. As, el objetivo de esta tareaes reemplazar una rueda defectuosa por una funcionable. La lista deactividades especificadas que deben ser realizadas en secuencia semuestra en la Tabla 1.

La lista de los recursos necesarios para la finalizacin de la tareaconsiderada se muestra en la Tabla 2.

Una detallada descripcin de todas las tareas de mantenimientopuede encontrarse en el manual de mantenimiento, que es entregadoal usuario por el fabricante, al comienzo de la fase de uso del sistema/elemento.

Introduccin

MANTENIBILIDAD26

Tabla 2 - LISTA DE RECURSOS PRECISOS -

TIPO DE RECURSO

Personal

Material

Equipo

Herramientas

Instalaciones

Datos

Informacin tcnica

Recursos informticos

El existente (el conductor, no precisa informacin)

Rueda de repuesto

Gato mecnico

Destornillador, llave fija de 19 mm.

Las existentes

Presin del neumtico

Manual de usuario

Ninguno

RECURSO ESPECFICO

27

1.3. La importancia de la disponibilidad

"Incluso el mecnico ms jovenpuede mantener un avin en el hangar

si algo no est bien."

American Airlines

Dado que se espera que el cohete enviado a la Luna llegue alla, el tren llegue en tiempo fijado, el avin nos lleve al destino planeado,los coches de bomberos estn disponibles cuando se produce unincendio, los enemigos sean detenidos por un sistema de proteccincuando se solicite, y que muchos otros sucesos ocurran comoesperamos y planeamos, los diseadores, principalmente de productosaeroespaciales y militares, han sido sometidos por los usuarios en losltimos treinta aos a fuertes presiones, para que suministreninformacin sobre la forma esperada del perfil de funcionabilidad, juntocon una lista de todos los recursos necesarios para su consecucin.

La disponibilidad es una caracterstica que resume cuantita-tivamente el perfil de funcionabilidad de un elemento. Es una medidaextremadamente importante y til en casos en los que el usuario tieneque tomar decisiones con respecto a la adquisicin de un elementoentre varias posibilidades alternativas. Por ejemplo, qu elementodebe escoger el usuario, si el elemento A tiene medidas de fiabilidadms favorables, el elemento B es superior con respecto a la manteni-bilidad, y el C podra recibir el mejor apoyo? Claramente es una tareamuy difcil, porque la informacin ofrecida est relacionada concaractersticas diferentes. Por esto, para tomar una decisin objetivacon respecto a la adquisicin del nuevo elemento, es necesario utilizarinformacin que abarque todas las caractersticas relacionadas. As,la disponibilidad es una medida que suministra una imagen mscompleta sobre el perfil de funcionabilidad.

Introduccin

MANTENIBILIDAD28

1.4. La mantenibilidad como determinante de disponibilidad

La mayora de los usuarios afirman que necesitan la dispo-nibilidad del equipo tanto como la seguridad, porque no se puede tolerartener un equipo fuera de servicio. Hay varios medios con los que losdiseadores pueden lograrlo. Uno es construir las cosas extre-madamente fiables y, consecuentemente, costosas. El segundo essuministrar un sistema que, cuando falle, sea fcil de recuperar. As, sitodo est construido muy fiable y todo es fcil de reparar, el fabricantetiene un sistema muy eficaz, que nadie puede permitirse comprar.Consecuentemente, la pregunta es: cunto se necesita la utilidad delsistema, y cunto est dispuesto uno a pagar por ello? Por ejemplo,cunta necesidad tiene el explotador del tren en ponerlo en marcha,cuando 1000 pasajeros que han pagado desean partir a las 6:25 a.m.?Claramente, los pasajeros no estn interesados en saber cul es elproblema, o si es un error de los diseadores, fabricantes, personal demantenimiento o explotadores. Slo les importa salir a las 6:25 a.m.para llegar al destino elegido a las 7:30 a.m. Por ello, si surge cualquierproblema debe ser resuelto.

Consecuentemente, debe disearse para la mantenibilidad,como uno de los factores principales del logro de un alto nivel dedisponibilidad operativa.

Otra rea a considerar en la mantenibilidad es la localizacinde averas del sistema dentro del tiempo permitido. Normalmente,este tiempo es, para las compaas areas, de slo una hora, ms omenos, entre vuelo y vuelo, antes de su salida hacia su destino. Seprecisa un dispositivo fcilmente manejable, para el diagnstico detodos los diferentes sistemas, a fin de determinar su estado e identificarel elemento que falla. La prctica demuestra que una sustitucininnecesaria cuesta prcticamente igual que un fallo real, cuando elcomponente investigado es desmontado y reemplazado. Ladisminucin de estas situaciones sera un gran reductor de coste. Enla industria aeroespacial se han desarrollado dispositivos con esas

29

caractersticas, como resultado de estudios e investigaciones demantenibilidad.

Por ejemplo, el diseo del Boeing 777 incluye el Sistema deMantenimiento a Bordo, con el objetivo de proporcionar a lascompaas areas un dispositivo de mejor coste-eficacia y tiempo derespuesta, a fin de evitar costosos retrasos a la hora del embarque,as como cancelaciones de vuelos. Para propsitos similares, la Divisinde Control de Vuelo del Laboratorio Wright, USAF, ha desarrollado unsistema de deteccin/aislamiento de fallos para el avin F-16, quepermite al personal de mantenimiento, independientemente de suexperiencia, encontrar el componente que ha fallado.

Con las flotas ms viejas, tanto el sector comercial como el militartienen gran necesidad de detectar fcilmente la corrosin. Cuando estosaviones fueron construidos, se disearon para un determinado ciclode vida y sin considerar una prolongacin de su vida en servicio. Amedida que se aumenta el nmero de horas de vuelo de un avin,aumenta tambin la probabilidad de corrosin y fatiga estructural. Unade las tareas potenciales de la investigacin de mantenibilidad es eldesarrollo de un sistema para deteccin e identificacin de fallos, antesde que provoquen que la seguridad del avin se vuelva crtica.

Una de las creencias comunes es que la mantenibilidad es sim-plemente la capacidad de llegar a un componente para reemplazarlo.Sin embargo, eso es slo un pequeo aspecto. En realidad, la mante-nibilidad es una dimensin de la fabricacin del sistema y una polticade gestin del mantenimiento del sistema. Por ejemplo, podrarequerirse al diseador que slo se acepten tres tornillos en undeterminado panel de separacin, para acceder rpidamente a suinterior. Sin embargo, este requisito debe contemplarse en un contextoms amplio y puede llegar a plantear la necesidad de un compromiso.Si el componente tras el panel debe comprobarse slo una vez cadacincuenta y seis aos, o, digamos, cada 50.000 millas, no tiene muchosentido concentrar mucho esfuerzo intelectual y gastar dinero del

Introduccin

MANTENIBILIDAD30

proyecto en lograr un acceso rpido. Se podran tolerar muchos tornillosy conectores, y no disponer de un rpido acceso al componente, perotodo ello tiene que ser sopesado frente al coste y a la eficacia operativadel sistema.

Adicionalmente, los que toman las decisiones deben tener encuenta el entorno en el que se mueve el personal de mantenimiento.Es mucho ms fcil hacer el mantenimiento de un elemento en unbanco de trabajo, que en la puerta de embarque, en un ambiente deguerra, en medio de la congestin del trfico matinal, o en cualquierotro entorno forzado por los resultados a obtener, y con la obligacinde respetar un programa. As, el proceso del compromiso debe teneren cuenta el entorno operativo y la importancia de la consecuenciade que la tarea no sea llevada a cabo satisfactoriamente. SegnHessburg, mecnico jefe de nuevos aviones de Boeing, los gestoresde mantenimiento quieren tener la puerta de embarque despejada;su programa de trabajos de la lnea de mantenimiento debe basarseen una puerta de embarque despejada y en no dar lugar a que seposen los pjaros en los planos de los aviones. Es necesario, pues,intentar influir en el diseo en esa direccin, y decir, esto es lo quelos mecnicos tienen que hacer cuando el avin est en la puerta deembarque.

Actualmente, la mayora de los usuarios se preocupan en laventaja competitiva que la mantenibilidad y el mantenimiento puedenproporcionar a una compaa. Para ilustrar la importancia econmicadel mantenimiento, un estudio reciente de prcticas de ingeniera demantenimiento demostr que:

Los compaas areas de los Estados Unidos gastaron enmantenimiento 9 mil millones de dlares, aproximadamente el11 por ciento de su coste de operacin.

El sector militar muestra incluso ms preocupacin por el costode mantenimiento, que se eleva hasta un 30 por ciento del

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coste del ciclo de vida del sistema de armas. En 1987/88, laRoyal Air Force gast alrededor de 1.900 millones de librasen mantenimiento de aviones y equipos.

La industria de fabricacin britnica, segn el informe realiza-do por el Departamento de Comercio e Industria, gasta cadaao el 3,7 por ciento del valor anual de ventas en el manteni-miento del sistema de produccin directa. Traduciendo esteporcentaje a dinero gastado en mantenimiento por la industriadel Reino Unido, la cuanta se eleva a 8.000 millones delibras en el ao 1988.

1.4.1. Prcticas desafortunadas de mantenibilidad

Se citan aqu varios ejemplos de la vida real, para ilustrar algunasdecisiones desafortunadas de mantenibilidad tomadas en el pasado,que han causado problemas considerables a los usuarios.

EJEMPLO 1. El sistema de arranque de motor en el avin Hunter.Al ser una caracterstica operativa primordial el arranque rpido delmotor Avon 200, pesado y de gran tamao, los diseadores seconcentraron en un pequeo arrancador de turbina alimentada pornitrato de iso-propilo. Su alta inercia forz a la turbina a trabajar en elmximo de sus actuaciones. En caso de sobrevelocidad se podra habercausado dao al motor, lo que ciertamente habra sido catastrfico enel aire. Consecuentemente, se revis el diseo y se introdujo un sistemade rel para desconectar el ciclo de arranque en caso de que la turbinano se hubiese desembragado a las 1600 rpm. Esta fue una buenadecisin de diseo, especialmente desde el punto de vista de seguridad,pero se tomaron poco en cuenta los aspectos de fiabilidad ymantenibilidad. De aqu que, debido a la altsima tasa de fallos delsistema rediseado, la disponibilidad del avin se redujo drsticamente,especialmente debido al hecho de que no poda ser cambiado in situ,salvo si el mecnico hubiese tenido brazos de 3 metros de largo.

Introduccin

MANTENIBILIDAD32

Como consecuencia, tena que retirarse el motor. Desgraciadamente,para conseguirlo deba tambin retirarse la parte posterior del avin.Para lograrlo, haba que desprender los conectores de control de vueloy del motor. Los resultados finales fueron: 40 horas para cambiar unrel, de las cuales aproximadamente 5 minutos eran los necesariospara el cambio del rel en s mismo. Adems, siempre que eradestacado el escuadrn, el personal de mantenimiento deba llevarconsigo un voluminoso equipo de apoyo para cumplir la inevitablenecesidad de cambiar algunos rels.

EJEMPLO 2. El cambio de motor en el Harrier GR3. Pararealizar esta tarea debe desmontarse el ala del avin. Para ello esnecesario desconectar un conjunto de sistemas de control. El totalde la tarea requiere 24 horas, precisando de un voluminoso y pesadoequipo.

EJEMPLO 3. El diario The Times, en fecha 11 de Febrero de1995, relat la siguiente historia: un lujoso Renault 25 TX, con casi75000 kilmetros en el cuentakilmetros, haba estado prcticamentelibre de problemas a lo largo de su vida. Sin embargo, las alarmassonaban suavemente cuando el calefactor dejaba de funcionar y laaguja de la temperatura no se mova, pero transcurridos unos 10minutos, se disparaba a la zona roja. El tcnico del taller Renault seexpres sombriamente, como un doctor diagnosticando una larga,dolorosa y extica enfermedad. La matriz de calefaccin se haestropeado, casi lo peor que poda haber pasado. Es muy raro. Qumala suerte!. La matriz de calefaccin es una pieza rectangular demetal de 30 cm por 15 cm por 5 cm, con forma de pequeo radiador,cuya funcin principal es suministrar aire caliente para calentar el coche.Se supone que nunca falla, por lo que los fabricantes lo instalanprofundamente donde puede quedar sin tocar hasta que se desguaceel coche. Sin embargo, su fallo implica problemas y dinero.

El precio de la matriz de calefaccin en s era 57,50 libras. Sinembargo, el coste total de la reparacin fue 553,30 libras, incluido IVA.

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Esto es debido a que se emplearon 10,5 horas de trabajo en retirar laantigua y colocar la nueva.

En vez de abrir simplemente el cap, desatornillarla y atornillarotra en su lugar, los mecnicos tuvieron que desmantelar virtualmentetodo el salpicadero, desmontar la mayora de sus elementos interioresy por un orificio, al estilo de un cirujano, ingenirselas para sacar lamatriz a travs de la guantera. El trabajo dur un par de das durantelos que el usuario no pudo usar su vehculo, mientras se llevaba acabo la operacin de ciruga.

La oficina central de Renault en Gran Bretaa confirm que 10,5horas era el tiempo de trabajo necesario para reemplazar la matriz enese modelo en particular. Sin embargo, Renault seal que en su ltimomodelo, el Laguna, y como resultado de un cambio de diseo, el mismocomponente poda ser reemplazado en 1,5 horas. La matriz es accesibleahora a travs del motor, en vez de por la guantera.

1.4.2. Prcticas adecuadas de mantenibilidad

Ciertamente, hay muchas ms prcticas de mantenibilidad queson adecuadas, donde se han hecho esfuerzos a nivel de diseo conel objetivo de lograr una positiva contribucin a la precisin y seguridadde conservacin de la funcionabilidad del sistema, por parte del usuario.

EJEMPLO 4. Durante el transcurso de la mayora de las carrerasde Frmula 1, los coches realizan, al menos, una parada en boxes amitad de carrera para cambiar las ruedas. De vez en cuando, elresultado de esta tarea de mantenimiento determina la diferencia entreun primer y un segundo puesto. Por consiguiente, para reducir al mnimoel tiempo usado en boxes, las ruedas de los coches de Frmula 1 sedisean de tal modo que una sola tuerca central proporciona suficientefuerza para su fijacin al eje. En la Tabla 3 se muestran los tiempostpicos de cambio de las cuatro ruedas.

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MANTENIBILIDAD34

Las tareas anteriores requieren quince mecnicos, tres pararetirar y poner cada rueda, dos con gatos de elevacin rpida, y elmecnico jefe que sujeta un cartel delante del coche con rtulos deFrenos apretados / Salida. A ellos se puede unir otro mecnico paraestabilizar el coche.

La situacin es similar con los dems componentes, comomuestra la Tabla 4.

EJEMPLO 5. Este ejemplo est relacionado con prcticas detrabajo aplicadas durante la creacin del nuevo Boeing 777, y estbasado en la comunicacin privada del autor con Mr. Eugene Melnick,Ingeniero de Mantenibilidad de Boeing, Seattle.

El avin 777 ha sido diseado para una vida til de 20 aos.Boeing recomienda, y las autoridades de la FAA y JAA deciden, qumantenimiento es necesario para conservar el avin en condiciones

35Introduccin

de vuelo mientras est en servicio. Ello implica definir qu mantenimientoprogramado y no programado, debe ser llevado a cabo para seguirvolando. El mantenimiento programado se realiza a intervalosdeterminados, ligados al nmero de horas de vuelo, nmero de ciclos(como encendidos/apagados, despegues y aterrizajes), etc. Constaprincipalmente de inspecciones, seguidas por acciones demantenimiento, prevencin de corrosin, etc. El mantenimiento noprogramado se lleva a cabo despus de que se ha producido un fallo.Dependiendo de la criticidad del fallo, el mantenimiento se realiza,bien antes de que el avin sea devuelto a su estado de servicio, o bienen un intervalo especificado.

Cuando se considera el coste total a lo largo del ciclo de vida, esevidente que los costes de operacin y apoyo del avin pueden excederel precio de adquisicin inicial. A fin de que Boeing consiga que elavin sea atractivo para las compaas areas, los ingenieros debenincluir en el diseo ahorros del coste de mantenimiento. Esto se logr

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aumentando la fiabilidad y la mantenibilidad. Una fiabilidad aumentadasignifica menos fallos que reparar. Una mantenibilidad aumentadaimplica tiempos de mantenimiento ms cortos.

La cifra escogida para medir la reduccin de los costesposteriores fue la fiabilidad de programacin. En otras palabras,cuntas veces cumplir el avin, o flota de aviones, el tiempoprogramado de despegue? El objetivo para la entrega inicial es del97,8% con mejora al 98,8% cuando se alcanza la madurez de la flota.Para que el avin alcance tan elevada cifra, debe ser altamente fiable.Se usa redundancia doble y triple en reas crticas, permitiendo elaplazamiento del mantenimiento hasta un perodo nocturno, mientrasel sistema de reserva mantiene el avin en vuelo hasta ese momento.

Debe poderse completar el mantenimiento durante los perodosde inmovilizacin programados, sea durante una inspeccin de 45minutos entre vuelos o durante la noche. Esto implica tener buenosmedios de identificacin y localizacin de fallos, as como un buenacceso a los equipos. Se emplearon unos innovadores modeloshumanos ayudados por ordenador para garantizar un buen acceso demantenimiento, sin hacer uso de maquetas de alto coste. Se refuerzala identificacin y localizacin de fallos mediante el empleo de equiposde prueba integrados, con mensajes indicadores en las pantallas deordenador de los mecnicos. Se tuvo mucha precaucin para asegurarque los mensajes de mantenimiento estuvieran priorizados, fueran defcil comprensin, no dieran informacin errnea y tuvieran la necesariaprecisin. Esta informacin se complementa con los necesariosmanuales de aislamiento de fallos y mantenimiento.

Se transmitieron a los fabricantes de equipos los requisitos defiabilidad, especificando tiempo medio entre fallos (Mean Time BetweenFailures, MTBF) y el objetivo de tiempo medio entre sustituciones noprogramadas (Mean Time Between Unscheduled Removals, MTBUR).Este ltimo se estim entre el 0,8 y el 0,9 del MTBF, pero slo pudo serverificado por la experiencia en servicio. Se reconoci que las sustitu-

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ciones no programadas tambin incluan las veces que el equipo fuesustituido errneamente como consecuencia de la urgencia con queun mecnico de lnea tiene que corregir un fallo durante una revisinde 45 minutos. La tendencia es reemplazar la primera unidad o grupode unidades sospechosos para eliminar del proceso los fallos obvios.As, los mensajes de mantenimiento deben dar la informacin correctaque impida la sustitucin de componentes en buen estado. Laespecificacin del MTBF y del MTBUR implica que se pueden controlarla fiabilidad inherente y la fiabilidad de trabajo.

Para sistemas o componentes tolerantes al fallo, el ndice defiabilidad fue el tiempo medio entre alertas de mantenimiento (MeanTime Between Maintenance Alerts, MTBMA). Las alertas de mante-nimiento son los mensajes de mantenimiento basados en fallos internosde equipo, que no afectan inmediatamente a la funcin.

Boeing tambin document datos sobre lecciones aprendidaspara nutrir el historial de servicio y realimentarse de la experiencia deotros aviones a fin de evitar los mismos errores en el diseo del nuevoavin. Representantes de compaas areas asistieron a las revisionesde diseo y otras reuniones pertinentes de los equipos de ingeniera.De cuando en cuando, sus mecnicos de lnea visitaban Boeing yaportaban sus experiencias. El resultado fue una relacin de trabajoen comn que benefici a ambas partes y que implicar un aumentoen la fiabilidad y mantenibilidad.

Es necesario sealar que siempre ha existido un Piloto Jefe encada modelo de Boeing, pero el 777 es el primer modelo de Boeingcon un Mecnico Jefe. Esto ilustra ciertamente el reconocimiento de laimportancia del proceso de mantenimiento para la acertada operacinde una compaa area.

EJEMPLO 6. Segn Paul Monserie, Ingeniero General Adjuntoal Director de Material Mvil de la SNCF, ha existido sinergia entre losespecialistas de mantenimiento y los equipos de diseo desde el

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MANTENIBILIDAD38

comienzo del proyecto TGV, tren de alta velocidad francs. Se adoptuna estructura de proyecto con un grupo multidisciplinario, donde losingenieros de mantenimiento jugaban un papel importante yoficialmente reconocido. Trabajaban directamente con los ingenierosde diseo del material mvil y les aportaban el beneficio de suexperiencia, evitando as problemas y retrasos. En la prctica, loscriterios aplicados a la mantenibilidad se seleccionan tras un exhaustivoanlisis de los distintos tipos de posibles fallos, incluyendo todos lostipos de operaciones de mantenimiento preventivo y correctivonecesarias y la forma en que se ejecutan.

En el terreno del mantenimiento preventivo:

Se disea un equipo automtico de vigilancia para satisfacerla necesidad de examinar e inspeccionar regularmente elmaterial mvil. El equipo de prueba y deteccin de fallos sedisea para satisfacer la necesidad de restablecer rpidamentela redundancia, en caso de que ocurra un fallo.

Los elementos deben estar convenientemente localizados parafacilidad de su acceso.

Los elementos que utilizan una particular tecnologa debenagruparse en unidades funcionales correspondientes a lamisma especialidad tcnica.

Una aproximacin modular es una garanta fundamental defacilidad de sustitucin; an ms, esto slo puede alcanzarsesi el equipo de interfase est normalizado. El campo devariacin de las magnitudes fsicas en la entrada y salida decada mdulo asegura que no se requieren ms reajustescuando se incorporan en una unidad de equipo.

El desgaste ha sido reducido desde hace algn tiempo lubri-ficando y eliminando elementos mecnicos (engranajes, roda-

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mientos). Pero, ms recientemente, la tecnologa de estadoslido ha reemplazado elementos mviles; por ejemplo, sehan sustituido ventajosamente funciones electromagnticasde conmutacin y contacto por convertidores electrnicosestticos indesgastables y sin mantenimiento.

Tambin se tienen en cuenta la facilidad de limpieza y lasposibilidades de limpieza mecanizada en el diseo del rea depasajeros, por razones higinicas, de comodidad y de esttica.

Con respecto al mantenimiento correctivo:

Se han tomado disposiciones para la facilidad de prueba, loque en la prctica implica la posibilidad de medir la magnitudde los parmetros fsicos que son esenciales para la deteccinde fallos, aunque funcionalmente no sea necesario. De aquque muchas de las funciones complejas incorporadas en elTGV incluyan instalaciones de prueba integradas o un sistemaremoto de deteccin de fallos; estos sistemas pueden funcionarcomo sistemas de anlisis de fallos e incluyen dispositivospara transmitir datos a centros de reparacin.

Para tareas de mantenimiento que impliquen la sustitucin decomponentes averiados, se toman precauciones paragarantizar una sustitucin rpida y segura (acoplamientosautomticos, ranuras polarizadas, mecanismos de elevaciny manejo, etc.).

Se ha considerado la capacidad de reparacin y renovacinde estructuras, esto es, soldabilidad, desmontabilidad deelementos y partes vulnerables a impactos, desgaste y enveje-cimiento.

Seleccin de materiales y alojamientos, con objeto de eliminarproblemas como combustin, oxidacin y envejecimiento, que

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por dcadas ha representado la mayor parte del trabajo dereparacin y renovacin de equipos de ferrocarriles.

Estos criterios para la mantenibilidad han sido aplicados a cadacomposicin de tren como un todo, y, en este particular proyecto, esteconcepto se conoce por mantenibilidad de a bordo del tren.

Adems, en el Captulo 4 se dan detalles sobre el anlisis demantenibilidad y las consideraciones de diseo durante la etapa dediseo de este tren.

EJEMPLO 7. Una preparacin operativa pre-vuelo completa delavin Grippen para una misin de caza en las Fuerzas Areas Suecas,incluyendo reabastecimiento, recarga del can, montaje de seis misilesaire-aire y realizacin de una inspeccin, puede ser realizada en menosde 10 minutos con un equipo mnimo formado por cinco reclutas bajola supervisin de un tcnico. No se necesitan herramientas para abriry cerrar los paneles de servicio, que estn situados a una altura cmodapara trabajar. Todas las luces, indicadores e interruptores necesariosdurante la revisin estn localizados en la misma rea del avin, juntocon las conexiones de combustible y comunicacin con el piloto.

1.4.3. Impacto de la mantenibilidad en la seguridad

Por ltimo, la realizacin de cualquier tarea de mantenimientoest relacionada con un riesgo asociado, tanto en trminos de larealizacin incorrecta de una tarea de mantenimiento especfica, comode las consecuencias que la realizacin de la tarea produce en otrocomponente del sistema, esto es, la posibilidad de inducir un fallo enel sistema durante el mantenimiento.

EJEMPLO 8. El Airbus A320 de Excalibur Airways realiz unbalanceo no controlado a la derecha, debido a la prdida de control deun spoiler (dispositivo hipo-sustentador) justo despus del despegue

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del Aeropuerto de Gatwick en Londres, Reino Unido, en agosto de1993.

Un informe publicado en febrero de 1994 por el Departamentode Investigacin de Accidentes Areos (Air Accidents InvestigationBranch, AAIB), estableca que la emergencia se origin, no en algnfallo mecnico, sino en una compleja sucesin de errores humanospor parte del personal de mantenimiento y de ambos pilotos.Aparentemente, durante el cambio del flap, el personal de mante-nimiento no cumpli con el manual de mantenimiento. Los spoilersfueron colocados en modo de mantenimiento y no se dispusieron lospasadores y banderolas correspondientes. Tampoco se efectu elrestablecimiento en la posicin primitiva y la prueba funcional de losspoilers tras la instalacin del flap.

Adems, los pilotos no se apercibieron durante el chequeofuncional de los mandos de vuelo, de que los spoilers dos al cincodel ala derecha no respondan a las acciones de balanceo hacia laderecha.

El AAIB hizo 14 recomendaciones de seguridad a la Autoridadde Aviacin Civil (Civil Aviation Authority), incluyendo formalmenterecordar a los tcnicos su responsabilidad de asegurar que todo eltrabajo se lleva a cabo de acuerdo con el manual de mantenimiento, yque no se certifique ningn trabajo efectuado de otra forma. Tambinse recomienda que Airbus corrija el manual de mantenimiento del A320en lo referente a la sustitucin de los flaps, y que los captulos sobreel montaje de los flaps y la desactivacin de los spoilers incluyanavisos especficos para reintegrar en condicin y hacer funcionar losspoilers tras su desactivacin.

EJEMPLO 9. Un anlisis de los accidentes de aviacin civil msgraves, como consecuencia de la realizacin no satisfactoria de tareasde mantenimiento, muestra que entre 1981-85 hubo 19 fallos asociadosal mantenimiento que costaron en total 923 vidas. El mayor accidente

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tuvo lugar el 12 de agosto de 1985, cuando el Boeing 747, propiedadde JAL, sufri una descompresin debido a fatiga a causa de unamampara inadecuadamente reparada, con la muerte de 520 personas.

El mismo anlisis muestra que durante 1986-90, hubo 27 fallosasociados al mantenimiento, cobrndose 190 vidas. La ms trgicafue la cada del DC-10 de United, en 1989, cuando la fatiga del discodel fan del segundo motor caus un fallo completo de los sistemashidrulico y de control de vuelo, con la prdida de 111 vidas.

1.5. Observaciones finales

El principal objetivo de la existencia de cualquier elemento/sistema realizado por el hombre es proporcionar utilidad, mediante larealizacin de una funcin requerida. De aqu que, una vez que seproporciona la funcionabilidad, la principal preocupacin del usuarioes alcanzar la disponibilidad y seguridad ms elevadas posibles, conla menor inversin en recursos.

La realizacin de cualquier tarea est relacionada con unoscostes asociados, tanto en trminos de coste de recursos demantenimiento, como de coste de las consecuencias de no tener elsistema disponible para la operacin. Por esto, los departamentos demantenimiento son unos de los centros de mayor coste, requiriendo ala industria miles de millones de pesetas cada ao, y de esa forma sehan convertido en un factor crtico en la ecuacin de rentabilidad demuchas compaas. Por tanto, puesto que las acciones de man-tenimiento se vuelven cada vez ms costosas, la ingeniera demantenibilidad gana reconocimiento da tras da.

Est claro del breve anlisis anterior sobre el papel e importanciade la mantenibilidad, que sta representa uno de los determinantesprincipales de la consecucin de los objetivos de los usuarios en lorelativo a disponibilidad, fiabilidad, coste de propiedad, reputacin, etc.

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Por ello, el principal objetivo de esta monografa es el anlisisde los conceptos, herramientas, tcnicas y modelos a disposicin delos ingenieros de mantenibilidad, para la prediccin, evaluacin y mejorade sus decisiones respecto a la facilidad, precisin, seguridad yeconoma de todas las tareas relativas al mantenimiento en estado defuncionabilidad de los sistemas durante su uso, lo que directamenteinfluye en el tiempo que el sistema pasar en SoFa.

Introduccin

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2El concepto demantenibilidad

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Cunto durar la tarea de mantenimiento? Esta pregunta estdirectamente relacionada con la parte inferior del perfil de funcionabilidadmostrado en la Figura 4. En la mayora de los casos, la respuesta a lapregunta anterior no se hallar en lujosos catlogos de propaganda,porque la principal preocupacin de los diseadores es el logro de lafuncionabilidad. Histricamente se han ignorado los aspectos de larecuperacin, a pesar de que la respuesta depende del diseo.

En la actualidad, la situacin est cambiando gradualmente,gracias a los clientes aeroespaciales y militares, que reconocen laimportancia de este tipo de informacin y que la han convertido en unacaracterstica tan deseable como las prestaciones y la fiabilidad.

Ya que no haba ninguna disciplina cientfica que pudiera auxiliara los diseadores y fabricantes en la respuesta a la pregunta anterior,surgi la necesidad de crear una nueva.

Se cre la ingeniera de mantenibilidad: una disciplina cientficaque estudia la complejidad, los factores y los recursos relacionadoscon las actividades que debe realizar el usuario para mantener lafuncionabilidad de un producto, y que elabora mtodos para sucuantificacin, evaluacin, prediccin y mejora [1].

La importancia de la ingeniera de mantenibilidad est creciendorpidamente, debido a su considerable contribucin a la reduccin decoste de mantenimiento de un producto durante su uso. Al mismo

47El concepto de mantenibilidad

tiempo, el anlisis de mantenibilidad proporciona una potenteherramienta a los ingenieros, para la descripcin cuantitativa de lacapacidad inherente de su producto de ser recuperado para el servicio,mediante la realizacin de tareas de mantenimiento.

2.1. La definicin de la mantenibilidad

En la literatura tcnica podemos encontrar varias definicionesde la mantenibilidad. En esta monografa se usa la siguiente:

La mantenibilidad es la caracterstica inherente de un elemento,asociada a su capacidad de ser recuperado para el servicio cuando serealiza la tarea de mantenimiento necesaria segn se especifica [1].

Para poder usarla en la prctica de ingeniera, la definicinanterior de mantenibilidad debe ser expresada numricamente. De esta

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forma, las caractersticas cualitativas deben ser traducidas en medi-das cuantitativas. De acuerdo con Blanchard [2] se puede expresar entrminos de factores de frecuencia de mantenimiento, tiempo empleadoen mantenimiento y coste de mantenimiento. Estos trminos puedenser presentados como caractersticas diferentes; por tanto, la manteni-bilidad puede definirse segn una combinacin de factores como:

1) Una caracterstica de diseo e instalacin, expresada comola probabilidad de que un elemento sea conservado orecuperado en una condicin especificada, a lo largo de unperodo dado del tiempo empleado en el mantenimiento,cuando ste se realiza de acuerdo con los procedimientos yrecursos prescritos [MIL-STD-721B, DoD, 1966 USA].

2) Una caracterstica de diseo e instalacin, expresada comola probabilidad de que no se necesitar mantenimiento msde x veces en un perodo dado, cuando se opera el sistemade acuerdo con procedimientos prescritos.

3) Una caracterstica de diseo e instalacin, expresada como laprobabilidad de que el coste de mantenimiento de un sistemano supere una cantidad de dinero especificada, cuando seopera el sistema de acuerdo con procedimientos prescritos.

Aunque estas tres maneras de cuantificar la mantenibilidad sontericamente posibles, el enfoque basado en el tiempo empleado en elmantenimiento es, de lejos, el ms usado en la prctica. Consecuen-temente, ser el analizado detalladamente en esta monografa.

2.2. Enfoque de la mantenibilidad basado en el tiempo empleado

Para explicar el significado fsico de la mantenibilidad, vamos aestablecer el enlace entre una tarea especificada de mantenimiento yel tiempo empleado en su realizacin. As, la mantenibilidad puede

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representarse grficamente como muestra la Figura 5, donde Trepresenta el tiempo necesario para la acertada finalizacin de unatarea especificada de mantenimiento.

La recuperabilidad, aun siendo un valor desconocido, es idnticapara todos los elementos en consideracin; por tanto, no hay necesidadde asignarle un valor numrico.

A pesar del hecho de que la Figura 5 representa slo un intentoilustrativo de definir el significado de mantenibilidad, tambin sugiereque la capacidad de recuperar la funcionabilidad mediante la realizacinde una tarea especificada de mantenimiento, puede expresarsenumricamente por el rea indicada. Esto significa que la mantenibilidades inversamente proporcional al rea considerada, es decir, el elementocon mantenibilidad ms deseable cubrir un rea ms pequea, yviceversa. Es necesario hacer hincapi en que el tamao del reaconsiderada, depende principalmente de las decisiones tomadas

El concepto de mantenibilidad

MANTENIBILIDAD50

durante la fase de diseo. En cierto modo, el orden de magnitud deltiempo empleado exigido para la recuperacin de la funcionabilidad (5minutos, 5 horas o 2 das), slo se puede tomar en una etapa muy alinicio del proceso de diseo, por medio de decisiones relacionadascon la complejidad de la tarea de mantenimiento, accesibilidad de loselementos, seguridad de recuperacin, facilidad de prueba, localizacinfsica del elemento, as como con las relacionadas con los requisitosde los recursos de apoyo del mantenimiento (instalaciones, repuestos,herramientas, personal cualificado, etc.).

As, la mantenibilidad podra ser expresada cuantitativamente,mediante el tiempo T empleado en realizar la tarea de mantenimientoespecificada en el elemento que se considera, con los recursos deapoyo especificados. La pregunta que surge inmediatamente aqu es:cul es la naturaleza de T? En otras palabras, es T constante paracada ejecucin de la tarea de mantenimiento considerada, o difiere deun ensayo a otro?

Como lo que fsicamente existen son copias del elemento enconsideracin, la tarea de mantenimiento existe slo mediante laejecucin fsica de las actividades que la componen. Por ello, larespuesta depender del tiempo empleado en cada ensayo para larecuperacin. A pesar del hecho de que cada tarea de mantenimientose compone de las actividades especificadas, que se realizan en unasecuencia especificada, el tiempo empleado en la ejecucin de todosellos puede diferir de un ensayo a otro.

Para ilustrar este punto, en la Tabla 5 se muestra el tiempoempleado en el cambio de una rueda por un grupo de alumnos desegundo ao de la Escuela de Ingenieros de la Universidad de Exeter,siguiendo el procedimiento mostrado en la Tabla 1. Diez alumnosrealizaron esta tarea individualmente en el mismo coche, siguiendouna lista de actividades especificadas que deban ser realizadas ensecuencia. Las herramientas necesarias para la ejecucin de esta tareafueron dispuestas al lado de la rueda a cambiar.

51El concepto de mantenibilidad

Al plantear la tarea, se intent minimizar el efecto de variosfactores externos: la tarea fue realizada en un garaje, para alcanzarcondiciones ambientales estables; y todos los participantes eranestudiantes de ingeniera; se intent seleccionar un grupo con unadisposicin mental similar, minimizando as factores personales.

Sin embargo, las diferencias en el tiempo empleado indicandistintos niveles de habilidad, motivacin, experiencia y capacidad fsica.

Hablando en general, si se analiza el tiempo empleado en larecuperacin a lo largo de varios ensayos de una tarea de mantenimien-to especificada, puede verse que uno de ellos puede ser completadoen el instante indicado por b1, otro en el instante b2 y, de la mismaforma, el ensimo ser ejecutado en el instante b

n (ver Figura 6).

La Figura 6 no hace ms que confirmar lo que cualquier personafamiliarizada con el mantenimiento de elementos de ingeniera ya sabe:

MANTENIBILIDAD52

la ejecucin de cada ensayo de una tarea de mantenimiento especficase completar tras un diferente intervalo de tiempo empleado. As, eltiempo empleado en completar cada tarea de mantenimiento es unacaracterstica especfica de cada ensayo.

La pregunta que, por supuesto, surge es: por qu son necesa-rios diferentes tiempos para la ejecucin de tareas de mantenimientoidnticas?

Para proporcionar la respuesta a esta pregunta es necesarioanalizar todos los factores que intervienen. Los tres grupos que se dana continuacin son los ms influyentes:

factores personales, que representan la influencia de lahabilidad, motivacin, experiencia, actitud, capacidad fsica,vista, autodisciplina, formacin, responsabilidad y otras carac-tersticas similares relacionadas con el personal involucrado;

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factores condicionales, que representan la influencia del entor-no operativo y las consecuencias que ha producido el fallo enla condicin fsica, geometra y forma del elemento enrecuperacin; y

entorno, que representa la influencia de factores comotemperatura, humedad, ruido, iluminacin, vibracin, momentodel da, poca del ao, viento, ruido, etc. en el personal demantenimiento durante la operacin de recuperacin.

As, los diferentes tiempos empleados en la ejecucin de cadaensayo individual de la tarea de mantenimiento, son el resultado de lainfluencia de los factores mencionados anteriormente.

Consecuentemente, la naturaleza del parmetro T para la tareade mantenimiento tambin depende de la variabilidad de esosparmetros. Por tanto, la relacin entre los factores influyentes y elparmetro T podra expresarse por la siguiente ecuacin:

T f factores personales condicionales y ambientales= ( , ) (2.1)Analizando la expresin anterior puede decirse que, como resul-

tado del elevado nmero de parmetros en cada grupo, por un lado, yde su variabilidad, por otro, es imposible encontrar la regla que describi-ra de forma determinista esta compleja relacin representada por f.El nico camino posible en el anlisis de mantenibilidad es recurrir ala teora de probabilidades, que ofrece una herramienta para la des-cripcin probabilstica de la relacin definida por la expresin anterior.

En conclusin, podra decirse que es imposible dar una respues-ta determinista respecto al instante de tiempo operativo en que seproduce la transicin del SoFa al SoFu, para cualquier ensayo individualde la tarea de mantenimiento en consideracin. Slo es posible asignaruna cierta probabilidad de que ocurra en un cierto instante de tiempode mantenimiento, o de que un determinado porcentaje de ensayossean o no completados antes de un tiempo determinado.

El concepto de mantenibilidad

MANTENIBILIDAD54

2.2.1. Medidas de la mantenibilidad

Es extremadamente importante para el usuario tener informacinsobre la funcionabilidad, coste, seguridad y otras caractersticas delproducto en consideracin, al principio de su vida operativa. Sinembargo, es igualmente importante, o incluso ms, tener informacinsobre las caractersticas que definen el tiempo de mantenimiento.

Como la principal preocupacin del usuario es la forma del perfilde funcionabilidad, se asigna un especial inters a la porcin de tiempodurante la que el producto considerado est disponible para larealizacin de la funcin.

Por esto, el tiempo durante el que el producto considerado estdisponible para su operacin, depende de las caractersticas inherentesdel diseo y de las caractersticas relacionadas con la realizacin delas funciones logsticas.

Las medidas de mantenibilidad estn relacionadas con el tiempoque un elemento pasa en SoFa. De aqu que la caracterstica quedefine cuantitativamente la relacin entre ellas, debe basarse en elcorrespondiente tiempo empleado.

El objetivo principal del anlisis es definir las medidas mediantelas que puede ser descrita y definida la mantenibilidad, ya que lafuncionabilidad se expresa numricamente mediante parmetrosconocidos generalmente como prestaciones.

Como ha sido claramente demostrado anteriormente que la tareade mantenimiento considerada representa un proceso que slo puedeser descrito en trminos probabilsticos, establezcamos la relacin entreel concepto de sistema de probabilidad y el concepto de mantenibilidad.

As, la recuperacin de la funcionabilidad de un elemento deingeniera podra ser considerado como un experimento aleatorio, y la

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transicin del sistema al estado de funcionamiento como el sucesoelemental que corresponde al resultado de ese experimento. La funcinque asigna un valor numrico correspondiente ti a cada sucesoelemental bi del espacio muestral S, es una variable aleatoria, que eneste caso se llamar Tiempo de Recuperacin, (Time To Restore, TTR),como muestra la Figura 7. As, la probabilidad de que la variablealeatoria TTR tome el valor ti, es pi = P(TTR = ti). Los valores numricostomados por las variables aleatorias y la probabilidad de su realizacin,definen una distribucin de probabilidad que puede expresarse pordiferentes indicadores. As se establece la completa analoga entre elsistema de probabilidad definido en la teora de probabilidad y la capaci-dad de un sistema de ser recuperado [1].

Debe sealarse a estas alturas que, aunque el tiempo es lavariable real, frecuentemente puede ser ms conveniente usar otrasvariables fcilmente disponibles que representen el tiempo de uso:das, horas, minutos, etc.

El objetivo de la discusin anterior era introducir el concepto de man-tenibilidad y mostrar que tiene una estrecha relacin con la probabilidad;en otras palabras, que utilizando el concepto de sistema de probabilidad,la mantenibilidad del sistema o de sus componentes como caractersticacualitativa, puede ser traducida en una medida cuantitativa.

2.2.2. Caractersticas de mantenibilidad

Puesto que se acepta fcilmente que una poblacin de copiassupuestamente idnticas del elemento en consideracin, recuperadasbajo condiciones similares, vuelve al estado SoFu en diferentes instan-tes de tiempo, se deduce que un proceso de recuperacin slo puededescribirse en trminos probabilsticos.

De aqu que la mantenibilidad est completamente definida porla variable aleatoria TTR y su distribucin de probabilidad, como

El concepto de mantenibilidad

MANTENIBILIDAD56

57

muestra la Figura 7. Las caractersticas de mantenibilidad ms frecuen-temente usadas son:

1. Funcin de mantenibilidad.2. Tiempo porcentual de recuperacin.3. Tiempo medio de recuperacin.4. Realizacin de la recuperacin.

A continuacin se facilita una breve definicin y descripcin deestas caractersticas.

2.2.3. La funcin de mantenibilidad

La funcin de distribucin de cualquier variable aleatoriarepresenta la probabilidad de que tenga un valor igual o menor quealgn valor particular, a por ejemplo, F(a) = P(X a). En el concepto demantenibilidad, la funcin de distribucin de la variable aleatoria TTRse llamar Funcin de Mantenibilidad y se representar por M(t). Indicala probabilidad de que la funcionabilidad del sistema sea recuperadaen el momento especificado de mantenimiento, o antes (tiempoempleado t):

M t P funcionabilidad sea recuperada en el tiempo t o antes

P TTR t

m t dtt

( ) ( )

( )

( )

=

=

= 0(2.2)

donde m(t) es la funcin de densidad de TTR.

La Tabla 6 muestra la funcin de mantenibilidad de varias distri-buciones tericas bien conocidas, donde: A

m, B

m, C

m son los par-

metros de escala, forma y origen de la distribucin de probabilidad, yF es la funcin normal de Laplace, cuyo valor puede encontrarsefcilmente en la literatura de fiabilidad/mantenibilidad [1].

El concepto de mantenibilidad

MANTENIBILIDAD58

Hay que sealar que en el caso de distribucin normal, la funcinde probabilidad existe desde , por lo que puede tener un valorsignificativo en t=0. Como en mantenibilidad no tiene sentido hablarde tiempo negativo, debe tenerse mucho cuidado al utilizar este modelo,a menos que A

m > 3 B

m, cuando su interseccin en t=0 puede

considerarse despreciable.

2.2.4. El tiempo TTRp

Es el tiempo empleado en mantenimiento para el que se recupe-rar la funcionabilidad de un porcentaje dado de una poblacin. Es laabscisa del punto cuya ordenada corresponde a un porcentaje dadode recuperacin. Matemticamente, el tiempo TTRp puede represen-tarse como:

TTR t para el que M t P TTR t m t dt ppt

= = = =( ) ( ) ( )0 (2.3)

59El concepto de mantenibilidad

El ms usado es el tiempo TTR90, que representa el tiempo derecuperacin en el se completarn el 90 por ciento de los ensayos demantenimiento, como muestra la Figura 8.

TTR t para el que M t P TTR t m t dtt

90 00 9= fi = = =( ) ( ) ( ) , (2.4)

En literatura orientada al entorno militar y en contratos que tratande sistemas de armas, el valor numrico de TTR95 se adopta comotiempo mximo de reparacin y se representa por M

max [2,3,4]. As,

Mmax

= TTR95.

2.2.5. El tiempo esperado de recuperacin

La esperanza de la variable aleatoria TTR puede usarse para elclculo de esta caracterstica de proceso de recuperacin:

E TTR t m t dt( ) ( )=0 (2.5)

MANTENIBILIDAD60

La caracterstica anterior se conoce tambin con el nombre deTiempo Medio de Recuperacin (Mean Time To Restore, MTTR).Tambin puede escribirse como:

E TTR MTTR M t dt( ) [ ( )]= = 10 (2.6)

que representa el rea bajo la funcin complementaria de la de mante-nibilidad.

La Tabla 7 muestra el MTTR para distribuciones conocidas,donde G es el smbolo de la funcin Gamma, cuyos valores numricospueden hallarse en la literatura de fiabilidad/mantenibilidad [1].

2.2.6. Realizacin de la recuperacin

La funcin de mantenibilidad, definida por la ecuacin (2.1),representa la probabilidad de que la funcionabilidad del elemento

61

considerado sea recuperada en el instante t o antes. En muchos casosde la vida real, es importante conocer la probabilidad de que el elemen-to que no ha sido recuperado en un tiempo t1, sea devuelto al estadoSoFu antes del tiempo t2. Desde el punto de vista de la probabilidad,este problema representa un ejemplo de probabilidad condicional,porque la recuperacin puede ser obtenida en t2, o antes, nohabindose producido en t1. Este tipo de medida de la mantenibilidadlo llamaremos realizacin de la recuperacin, RS(t1,t2). Esta medidade la mantenibilidad est completamente definida por la siguienteexpresin:

RS t t P TTR t TTR t( , ) ( )1 2 2 1= > (2.7)

Haciendo uso de la ecuacin (2.1), que define la funcin demantenibilidad M(t), y aplicando los principios de la probabilidadcondicional, la expresin anterior para la realizacin de la recuperacinpodra escribirse como:

RS t t P TTR t TTR tM t M t

M t( , ) ( )

( ) ( )( )1 2 2 1

2 1

11= > =

(2.8)

As, la realizacin de la recuperacin es la probabilidadcondicional definida completamente por el cociente anterior.

En el caso de que el comienzo del intervalo coincida con elcomienzo del proceso de recuperacin, t1 = 0, la realizacin de larecuperacin es igual a la funcin de mantenibilidad en el tiempo t2, as:

RS tM t M t

M tM t( , )

( ) ( )( )

( )012

2 1

12=

--

= (2.9)

porque M(0) = 0.

Esta medida de la mantenibilidad proporciona una informacinmuy til para los ingenieros de mantenimiento.

El concepto de mantenibilidad

MANTENIBILIDAD62

Por ejemplo, para la tarea de mantenimiento, cuyo tiempo derecuperacin podra ser modelizado por la distribucin de Weibull conparmetros: A

m = 29, B

m = 2,9 y C

m = 0, determinar: a) la probabilidad

de que el sistema ser recuperado en 20 minutos; b) el tiempo en elque el 20 % y el 95 % de las tareas sern completadas con xito; c) eltiempo medio recuperacin, MTTR; d) la probabilidad de que la tareade mantenimiento que no haya sido completada durante los 29 primerosminutos lo sea en los siguientes 10 minutos.

a) Haciendo uso de la Tabla 6, la funcin de mantenibilidadpara esta tarea particular est modelizada por la expresin:

( )

( )M( ) exp ,

,

20 120 0

29 00 288

2 9

= - ---

= (2.10)

Cul es la probabilidad de que sea recuperada en 35 minutos?

( )

( )M( ) exp ,

,

35 135 0

29 00 82

2 9

= - ---

= (2.11)

b) El tiempo TTRp representa el tiempo de recuperacin en elcual se completar un porcentaje dado de una tarea de mantenimiento.Para la distribucin de Weibull se puede calcular usando la siguienteecuacin:

[ ]t A M tTTR minutos

TTR minutos

mBm= - -

= - - =

= - - =

ln( ( ))

[ ln( , )] ,

[ ln( , )] ,

/

/ ,

/ ,

1

29 1 0 2 17 29

29 1 0 95 42 33

1

201 2 9

951 2 9

(2.12)

c) Tiempo esperado de recuperacin.

Esta medida es la esperanza de la variable aleatoria TTR; tambinse denomina tiempo medio de recuperacin (MTTR). Se calcula usando:

63

E TTR MTTR M t dt( ) [ ( )]= = 10

(2.13)

Para la distribucin de probabilidad de Weibull, el valor numricode E(TTR) = MTTR, ser:

E TTR MTTR minutos( ),

, ,= = +

= =29 1 12 9

29 0 892 25 87G (2.14)

El valor numrico para G(1+1/2,9) = 0,892 se obtuvo de la TablaT2 [1].

d) Realizacin de la recuperacin.

La realizacin de la recuperacin viene representada por laprobabilidad de que un elemento sea recuperado a su estado defuncionamiento en un tiempo t2, no habindolo sido en el tiempo t1. Estoes un ejemplo de probabilidad condicional que se puede definir usando:

RS t t P TTR t TTR t( , ) ( )1 2 2 1= > (2.15)

que puede ser finalmente escrito como:

RS t tM t M t

M t( , )

( ) ( )( )1 2

2 1

11=

(2.16)

Un ejemplo lo aclara a continuacin.

Dado que el proceso de recuperacin no se ha completado enlos primeros 29 minutos, cul es la probabilidad de que se alcanceen los prximos 10 minutos?

RSM M

M( , )

( ) ( )( )

29 3939 291 29

=

(2.17)

As, para la distribucin de probabilidad de Weibull:

El concepto de mantenibilidad

MANTENIBILIDAD64

( )

( )

( )

( )

M

M

( ) exp , ,

( ) exp , ,

,

,

29 129 0

29 01 0 3678 0 632

39 139 0

29 01 0 094 0 906

2 9

2 9

= - ---

= - =

= - ---

= - =

(2.18)

Por tanto:

RS( , ), ,

,, ,29 39

0 906 0 6321 0 632

0 745 73 5%= --

= = (2.19)

lo que significa prcticamente que hay una probabilidad de 0,77 deque la tarea de mantenimiento, que no ha sido completada en losprimeros 29 minutos, lo sea durante los restantes 10 minutos.

2.3. Factores de horas de mano de obra de mantenimiento

Las medidas de mantenibilidad vistas hasta ahora, se refieren alos tiempos empleados en el mantenimiento. Aunque los tiemposempleados son extremadamente importantes en la realizacin delmantenimiento, se deben considerar tambin las horas de mano deobra invertidas en el proceso. Los tiempos pueden reducirse (en muchoscasos) aplicando recursos humanos adicionales en el cumplimientode tareas especficas. Sin embargo, esto puede resultar una alternativacara, particularmente cuando se exigen altos niveles de aptitud pararealizar tareas que se traduzcan en un menor tiempo global. En otraspalabras, la mantenibilidad est relacionada con la facilidad y economaen la realizacin del mantenimiento. Como tal, un objetivo es obtenerel equilibrio apropiado entre el tiempo empleado, horas de trabajo yaptitud del personal para un coste de mantenimiento mnimo. As, debenemplearse algunas medidas adicionales. Segn Blanchard [2] sepueden usar las siguientes medidas:

1. Horas de mano de obra de mantenimiento por hora operativadel sistema (MLH/OH).

65

2. Horas de mano de obra de mantenimiento por ciclo deoperacin del sistema (MLH/ciclo).

3. Horas de mano de obra de mantenimiento por mes (MLH/mes).

4. Horas de mano de obra de mantenimiento por tarea demantenimiento (MLH/MT).

Cualquiera de estos factores puede especificarse en trminosde valores medios. Por ejemplo, MLH

c es la media de horas de mano

de obra de mantenimiento correctivo, expresado como [2]:

( ) ( )MLH

MLHC

i i

i

=

ll

(2.20)

donde li es la tasa de fallos del i-simo elemento (fallos/hora), y MLHila media de horas de mano de obra de mantenimiento necesarias paracompletar la reparacin del i-simo elemento.

Adicionalmente, los valores para la media de horas de mano deobra de mantenimiento preventivo y la media total de horas de mano deobra de mantenimiento (incluyendo mantenimiento preventivo y correctivo)pueden ser calculados con una base similar. Estos valores puedenpredecirse para cada escaln o nivel de mantenimiento y se empleanpara determinar requisitos de apoyo especficos y su coste asociado.

2.4. Factores de frecuencia de mantenimiento

De acuerdo con la discusin anterior, es obvio que fiabilidad ymantenibilidad estn estrechamente relacionadas. Los factores defiabilidad, MTBF y l, son la base para la determinacin de la frecuenciadel mantenimiento correctivo. La mantenibilidad maneja las caracte-rsticas de diseo del sistema, relativas a la minimizacin de los

El concepto de mantenibilidad

MANTENIBILIDAD66

requisitos de mantenimiento correctivo del sistema cuando asumaposteriormente la condicin operativa. As, en esta rea, los requisitosde fiabilidad y mantenibilidad para un sistema dado deben sercompatibles y apoyarse recprocamente.

Adems del aspecto de mantenimiento correctivo del apoyo alsistema, la mantenibilidad tambin maneja las caractersticas de diseoque minimizan (si no eliminan) los requisitos de mantenimiento preven-tivo para ese sistema. A veces se aaden requisitos de mantenimientopreventivo con el objetivo de mejorar la fiabilidad del sistema, (porejemplo, reduccin de fallos mediante la substitucin de determinadoscomponentes en determinados momentos). Sin embargo, la introduc-cin de un mantenimiento preventivo puede resultar muy costoso, sino se controla con precaucin. Ms an, el cumplimiento de un excesode mantenimiento preventivo (particularmente para sistemas/productoscomplejos) tiene a menudo un efecto degradante en la fiabilidad delsistema, ya que con frecuencia se inducen fallos en el proceso. De ahque un objetivo de la mantenibilidad sea suministrar el equilibrioadecuado entre mantenimiento correctivo y mantenimiento preventivo,con el menor coste global. Segn Blanchard [2] las medidas de manteni-bilidad de este tipo ms frecuentemente usadas son:

A) Tiempo medio entre acciones de mantenimiento (MeanTime Between Maintenance, MTBM). MTBM es el tiempo medio entretodas las acciones de mantenimiento (correctivo y preventivo) y sepuede calcular como:

(2.21)MTBMMTBM MTBMu s

=

+

11 1

donde MTBMu es el intervalo medio de mantenimiento no programado

(correctivo) y MTBMs es el intervalo medio de mantenimiento progra-

mado (preventivo). Los recprocos de MTBMu y MTBM

s constituyen las

tasas de mantenimiento, en trminos de acciones de mantenimientopor hora de operacin del sistema. MTBM

u debera estar prximo a

67

MTBF, asumiendo que se usa una tasa de fallos que incluye laconsideracin de fallos inherentes primarios, fallos dependientes,defectos de fabricacin, fallos inducidos por el personal de operaciny el de mantenimiento, etc. El factor de frecuencia de mantenimiento,MTBM, es un parmetro importante en la determinacin de ladisponibilidad operativa y efectiva del sistema.

B) Tiempo medio entre substituciones (Mean Time BetweenReplacement, MTBR). MTBR, un factor de MTBM, se refiere al tiempomedio entre substitucin de un elemento y es un parmetro importantepara determinar requisitos de repuestos. En muchas ocasiones, secumplen las acciones de mantenimiento correctivo y preventivo sinestablecer el requisito de substitucin de una pieza. En otros casos,se exige la substitucin de elementos, lo que a su vez precisa ladisponibilidad de un repuesto y la existencia de un inventario.Adicionalmente, se pueden necesitar niveles superiores de apoyo demantenimiento (es decir, niveles de mantenimiento de 2 y 3er escaln).

En esencia, MTBR es un factor significativo, aplicable tanto enacciones de mantenimiento correctivo como de mantenimiento preventivoque exijan substitucin de elementos, y es un parmetro clave en ladeterminacin de requisitos de apoyo logstico. Un objetivo de manteni-bilidad en el diseo del sistema es maximizar MTBR, cuando sea posible.

2.5. Factores de coste de mantenimiento

Para muchos sistemas/productos, el coste de mantenimientoconstituye un segmento importante del coste total del ciclo de vida.Ms an, la experiencia indica que las decisiones de diseo tomadasdurante las etapas iniciales de desarrollo del sistema, afectan significa-tivamente a los costes de mantenimiento. As, es esencial que elcoste total del ciclo de vida sea considerado como un parmetro dediseo importante, empezando desde la definicin de los requisitosdel sistema.

El concepto de mantenibilidad

MANTENIBILIDAD68

Es de particular inters en este Captulo el aspecto de economaen la realizacin de acciones de mantenimiento. En otras palabras, lamantenibilidad est relacionada directamente con las caractersticasde diseo del sistema que tendrn como resultado final, la realizacindel mantenimiento con un coste global mnimo.

Al considerar el coste de mantenimiento, de acuerdo conBlanchard [2], pueden ser apropiados como criterios para el diseodel sistema, los siguientes ndices relacionados con el coste:

1. Coste por accin de mantenimiento ($/accin).

2. Coste de mantenimiento por hora de operacin del sistema($/H).

3. Coste de mantenimiento por mes ($/mes).

4. Coste de mantenimiento por misin o segmento de misin($/misin).

5. El cociente entre el coste de mantenimiento y el coste totaldel ciclo de vida.

2.6. Otros factores relacionados con el mantenimiento

Es evidente del anlisis del proceso de mantenimiento llevado acabo en el Captulo 1, que hay varios factores adicionales que estnestrechamente relacionados con las medidas de mantenimientodescritas, de las que dependen considerablemente. Segn Blanchard[2] se incluyen varios factores logsticos, como:

1. Respuesta de aprovisionamiento o probabilidad de tener unrepuesto disponible cuando se necesite, tiempos de demoraen la entrega de ciertos elementos, niveles de inventario, etc.

69

2. Efectividad de equipos de prueba y apoyo, fiabilidad ydisponibilidad del equipo de prueba, uso del equipo deprueba, minuciosidad de la prueba del sistema, etc.

3. Disponibilidad y uso de las instalaciones de mantenimiento.

4. Tiempos de transporte entre las instalaciones de manteni-miento.

5. Eficacia de la organizacin del mantenimiento y del personal.

Hay muchos otros factores logsticos que deben ser especifica-dos, medidos y controlados si se quiere cumplir la misin primordial.Por ejemplo, es muy cuestionable especificar un requisito de 15 minutosde M

ct (tiempo medio de mantenimiento correctivo activo) si hay unabaja probabilidad de disponer de un repuesto cuando se necesite(resultando en la posibilidad de un largo retraso); podra no ser apro-piado especificar requisitos especficos de horas de mano de obra demantenimiento, si la organizacin de mantenimiento carece del personaladecuado, o no est disponible para realizar la(s) funcin(es) exigida(s);puede no ser apropiado especificar requisitos de tiempo de prueba delsistema si la fiabilidad prevista del equipo de pruebas es menor que lafiabilidad del elemento estudiado, etc.

Hay muchos ejemplos donde son crticas las interacciones entreel sistema primario y los elementos de apoyo; ambas reas deben serconsideradas al establecer los requisitos del sistema durante el diseoconceptual. La mantenibilidad, como caracterstica de diseo, estestrechamente relacionada con el rea del apoyo del sistema, ya quelos resultados de la mantenibilidad afectan directamente a los requisitosde mantenimiento. As, cuando se especifican los factores de lamantenibilidad, se deben tambin considerar los requisitos cualitativosy cuantitativos para apoyo del sistema, a fin de determinar los efectosde un rea en otra.

El concepto de mantenibilidad

MANTENIBILIDAD70

71

3Datos empricos

y medidasde mantenibilidad

MANTENIBILIDAD72

Durante las fases de diseo, adquisicin y operacin de muchossistemas o productos, los ingenieros de mantenibilidad realizan un altonmero de pruebas y predicciones de mantenibilidad para reunir datosrelativos al tiempo necesario para completar la tarea de mantenimientoconsiderada. As, el producto final de este esfuerzo es una serie denmeros, llamados ttri, donde i = 1,...,n, cada uno de los cualesrepresenta el tiempo necesario para completar con xito la tareaanalizada, cuando se realiza segn se especifica, como se muestraen la Tabla 5. Estos datos son el punto de partida para la inferenciaestadstica sobre una o ms medidas de mantenibilidad, como la funcinde mantenibilidad M(t), el tiempo de recuperacin porcentual, TTRp,TTR95 = t = Mmax, el tiempo medio de recuperacin, MTTR, o larealizacin de la recuperacin, RS(t1,t2).

Las medidas de mantenibilidad indicadas anteriormentesuministran una informacin muy til para los ingenieros de diseo,operacin y mantenimiento relativa a la planificacin de recursos deapoyo logstico (personal, herramientas, equipo, instalaciones,etc.),cuya provisin tiene un gran impacto en el tiempo logstico yconsecuentemente en la disponibilidad operativa de un producto osistema.

El objetivo principal de este Captulo es presentar un mtodoparamtrico y otro de ajuste de distribucin para el anlisis de los datosempricos de mantenibilidad existentes, y comparar su eficacia en laextraccin de informacin de los datos existentes.

73Datos empricos y medidas de mantenibilidad

3.1. Posibles mtodos de anlisis de los datos existentes

La inferencia estadstica es, en general, un proceso para sacarconclusiones sobre una poblacin completa de obje