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Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 1 Manutenção Industrial 4.0 – Estratégia da Manutenção e a Inteligência Artificial no monitoramento de equipamentos críticos. Autores: Eng. Mec. Ary Jorge F. B. Ribeiro Eng. Mec. Luiz Gustavo Guermandi PIRACICABA Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 2 2020 Sumário 1. Objetivo desse trabalho: ........................................................................................................................ 3 2. Diagnóstico da situação atual do Brasil e sua inclusão no mercado mundial: ............................... 3 3. DEFINIÇÕES: ........................................................................................................................................... 4 3.1. Manutenção - Conforme Gil Branco (2006) é definida como: .................................................... 4 3.2. Defeito: ............................................................................................................................................ 4 3.3. Falha: ............................................................................................................................................... 5 3.3.1. Tipos de Falha: ............................................................................................................................ 5 3.4. Custos ............................................................................................................................................. 7 3.5. Análise de modos de falha e seus efeitos (FMEA) ..................................................................... 7 3.6. Confiabilidade: ............................................................................................................................... 8 3.7. Índices de Confiabilidade: ............................................................................................................. 8 3.7.1. MTBF/ TMEF................................................................................................................................ 9 3.7.2. MTTR/ TMR ................................................................................................................................. 9 3.7.3. RCM: ............................................................................................................................................ 9 3.7.4. RCM-II: ......................................................................................................................................... 9 3.8. Reprojeto: ....................................................................................................................................... 9 3.9. Disponibilidade (Availability): ..................................................................................................... 10 3.10. Estratégias de Gerenciamento de Manutenção: ....................................................................... 10 3.10.1. Estratégias: ............................................................................................................................ 11 3.10.2. Planejamento: ........................................................................................................................ 11 3.10.3. Programação: ........................................................................................................................ 11 3.10.4. Controle: ................................................................................................................................ 11 3.10.5. Manutenção: .......................................................................................................................... 11 3.10.6. Planejamento e Controle de Manutenção: ............................................................................ 11 3.11. Estratégias usadas em manutenção: ......................................................................................... 11 3.12. Manutenção Corretiva: ................................................................................................................ 11 3.13. Manutenção Preventiva: .............................................................................................................. 12 3.13.1. Manutenção Preventiva: ........................................................................................................ 12 3.13.2. Manutenção Preventiva Baseada na Condição ou Preventiva por Condição: ..................... 12 3.13.3. Manutenção Preventiva Sistemática: .................................................................................... 12 3.14. Manutenção Preditiva: ................................................................................................................. 12 3.15. Modos de Falha: ........................................................................................................................... 13 3.16. TAG: ............................................................................................................................................... 13 3.17. Taxa de Falhas: ............................................................................................................................ 14 4. Estratégia de Gerenciamento da Manutenção 4.0: ............................................................................ 14 4.1. Equipamentos – problemas identificados nas empresas brasileiras ..................................... 15 4.2. Custos no Brasil ........................................................................................................................... 17 4.3. Estratégia de Manutenção proposta .......................................................................................... 18 4.3.1. Definição da Criticidade dos equipamentos: ............................................................................. 18 4.3.2. Modos de Falha ......................................................................................................................... 21 4.3.3. Indicadores para acompanhamento do desempenho da Estratégia de Manutenção ............... 22 4.3.4. Definição dos Planos de Manutenção a serem utilizados ......................................................... 23 4.3.5. Monitoramento continuo de equipamentos Classe A ................................................................ 29 5. O uso da Inteligencia Artificial na Estratégia de Manutenção ......................................................... 31 5.1. Objetivo ......................................................................................................................................... 31 5.2. Funcionamento do Algoritimo de Prognose mais utilizado .................................................... 33 5.3. Importância do tratamento de sinais brutos e extração da características para realizar previsões ........................................................................................................... Erro! Indicador não definido. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................................... 35 Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 3 Autor: Engenheiro Ary Jorge F. B. Ribeiro 1. Objetivo desse trabalho: Esse trabalho foi elaborado para expor o caminho para o desenvolvimento da Manutenção nas Indústrias e Serviços visando apresentar o passo a passo para sua adequaçãoaos novos desafios de custos e eficiência, de forma que as empresas possam ter condições de competir nos diferentes mercados em que está inserida, principalmente com a globalização, se adaptando aos novos recursos de comunicação, automatização e telecomunicação que se desenvolveram nos últimos anos. 2. Diagnóstico da situação atual do Brasil e sua inclusão no mercado mundial: A manutenção na organização empresarial está em processo de evolução continua devido às mudanças de tecnologia e à adequação das empresas para enfrentamento da concorrência em que as fabricantes do Brasil estão inseridas visando o abastecimento do mercado mundial. Até mesmo comodities, linha em que o Brasil tem forte condições de competitividade, apresenta grandes desafios no controle de custos e aumento de produtividade para que possa ser rentável e tenha condições de fornecer empregos e renda na cadeia de negócios em que está incluída. Segue de forma ilustrativa apresentação criada pela empresa Technik para elucidar essa realidade: Fonte: LESCOVAR, F. - Grupo Technik, 2020. Aos desafios que a tecnologia e a competição já delineavam para as empresas, somaram- se ao ambiente de negócios a grave crise sanitária introduzida pela pandemia da COVID- Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 4 19 e as consequenciais desta, com a resseção econômica mundial que está sendo ainda definida. Com estas novas variáveis, a gestão de Manutenção Tradicional que tem foco em Disponibilidade e Custo de manutenção, onde disponibilidade é a relação entre o tempo em que determinado equipamento, sistema ou planta esteve disponível para operar e o tempo total considerado, deverá se alterar, sendo a transição proposta neste trabalho da Manutenção nos moldes tradicionais para o modelo de Confiabilidade do Processo, a custos de produção aceitáveis para o negócio, como será apresentado neste documento. 3. DEFINIÇÕES: Segue abaixo alguns dos termos e referencias que permitem entender o vocabulário da Gestão da Manutenção e esclarecer as dúvidas que o documento possa criar: 3.1. Manutenção - Conforme Gil Branco (2006) é definida como: (1) Todas as ações tanto técnicas como administrativas que visem preservar o estado funcional de um equipamento ou sistema, ou para recolocar o equipamento ou sistema de retorno a um estado funcional no qual ele possa cumprir a função para o qual foi adquirido ou projetado; (2) Conjunto de atividades técnicas, administrativas, financeiras e de suprimentos, cuja finalidade é conservar um item, restituir o item às condições que lhe permitam realizar sua função pretendida ou desejada. (3) Conjunto de ações para detectar, prevenir, ou corrigir falhas e defeitos, falhas funcionais e potenciais, com o objetivo de manter as condições operacionais e de segurança dos itens, sistemas ou ativos. As ações cuja finalidade é modificar um item para que ele desempenhe a função pretendida pelo usuário ou proprietário, mas não alcançada, são ações de engenharia, mas podem ser consideradas como ações de manutenção, normalmente apontadas pela de Engenharia de Manutenção e detalhadas pelos diversos ramos da engenharia (civil, mecânica, elétrica, eletrônica, etc.) Outras definições que são necessárias para entender e prestar o trabalho de manutenção; Segundo Gil Branco (2006) temos: 3.2. Defeito: (1) Na área da Manutenção Centrada na Confiabilidade (MCC), a alteração das características de um item que não causa a perda de função imediata, mas se não tratada ou não resolvido poderá vir a tornar-se uma falha funcional; (2) Na área da manutenção é a alteração das condições de um item, máquina, sistema operacional, de importância suficiente para que sua função normal, ou razoavelmente previsível, não seja satisfatória. Um defeito não torna a máquina indisponível, não é uma falha funcional, mas se não for reparada ou se não corrigida Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 5 levará a máquina ou item a falha e à consequente indisponibilidade com perda da função. A aceitação majoritária e consensual tem sido de que o reparo de um defeito é sempre manutenção preventiva, pois a máquina não falhou. Assim a troca de peças com defeito deve ser encarada como manutenção preventiva. 3.3. Falha: (1) Perda da capacidade de um item para realizar sua função específica. Pode equivaler ao termo Avaria. É a diminuição total ou parcial da capacidade de uma peça, componente ou máquina de desempenhar a sua função durante um período de tempo, onde o item deverá sofrer manutenção ou ser substituído. A falha leva o item ao estado de indisponibilidade. (2) O término de capacidade de um item desempenhar a função requerida. 3.3.1. Tipos de Falha: 3.3.1.1. Falha Aleatória: (1) Aquela que não apresenta relação ou nenhuma característica determinística, quando estudada. Os equipamentos se comportam sempre como novos. Com isto a probabilidade de ocorrência é a mesma em períodos iguais, e sempre a mesma em qualquer período. O comportamento do item é o mesmo comportamento do item no decorrer do tempo. Não existe período de falhas prematuras ou de falhas de fim útil. (2) Falhas que ocorrem em um equipamento ou peça e que não tem padrão de comportamento previsível. São características de equipamentos em período de vida útil, vida econômica ou vida adulta. Os itens estudados se comportam sempre como novos. As falhas aleatórias normalmente são estudadas com o uso da Função Exponencial Negativa. A distribuição de Weibull, com β = 1 corresponde a esta etapa. Recomenda-se o uso da equação de Weibull porque podem representar as três diferentes épocas da vida de um equipamento (falha prematura, aleatória e por desgaste). Alguns autores entendem que a natureza é organizada demais para aceitar ocorrências ou comportamento imprevisíveis, mas que é isto acontece devido a incapacidade humana de entender ou sentir sinais que precedem o acontecimento dito como “imprevisíveis”. 3.3.1.2. Falha Prematura: Falhas características de um equipamento recém instalado e recém ligado (fase de partida ou Start-up) onde as peças mais fracas falham e como o correr do tempo diminuem as chances de falha. As equações de Weibull com β < 1 (menor que um) representam esta fase da vida do equipamento. Lembrar que as modernas técnicas de Qualidade Total estão fazendo o possível para que esta fase seja eliminada ou reduzida a valores insignificantes. Sempre que puder, estude a fase da vida dos Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 6 equipamentos pela Distribuição de Weibull já que ela pode ser aplicada a todas as fases de vida do equipamento. Ver também mortalidade infantil. 3.3.1.3. Falha por desgaste: Falhas que acontecem devido desgaste acima do aceitável em uma máquina, item ou sistema. Normalmente são devido à falta de manutenção preventiva adequada ainda que a falta de manutenção seja intencional, ver falha por fim de vida econômica ou útil. 3.3.1.4. Falha por fim de vida útil: Falhas regidas pela Distribuição Normal, onde, em manutenção devem ser entendidas como falta de manutenção preventiva ainda que intencional até por interesse econômico. A distribuição de Weibull, com β > 1 (maior que 1) corresponde a esta etapa da vida da máquina. Com β = 3,5 a Distribuição de Weibull comporta- se como a Distribuição Normal. Recomenda-se o uso das Equações de Weibull porque podem representar as três diferentes épocas da vidade um equipamento (falha prematura, aleatória e por desgaste) e a análise é sempre feita por apenas uma equação. 3.3.1.5. Falha Catastrófica: Modo de falha na qual pode haver perigo de morte para as pessoas com mortes múltiplas ou danos à propriedade com degradação do sistema. É importante que ao ser feita uma análise se seja corretamente estabelecida uma definição para as palavras que irão ser usadas para classificar os efeitos das falhas. A FMEA se executada dentro de uma MIL – STD, usa quatro definições para os tipos de falha e seus efeitos: Catastrófica, Crítica, Marginal e Segura. Em MCC (RCM) existem valores máximos aceitáveis e tarefas (FTT) a serem executadas para evitar este tipo de falha. Outros FMEA usam graduações de 0 a 10. 3.3.1.6. Falha Crítica: Maneira de definir um tipo de falha na qual pode haver perigo para as pessoas ou dano à propriedade. É importante que ao ser feita uma análise, seja corretamente estabelecida uma definição para as palavras que irão ser usadas para classificar os efeitos das falhas. 3.3.1.7. Falha Marginal: Falhas nas quais não existe perigo para as pessoas ou danos à propriedade, mas que degrada o sistema. É importante que ao ser feita uma análise seja corretamente Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 7 estabelecida uma definição para as palavras que irão ser usadas para classificar os efeitos das falhas. 3.3.1.8. Falha Segura: Falhas nas quais não existe perigo para as pessoas ou danos à propriedade, e que ocorrendo promove a parada e bloqueio do sistema ou equipamento de forma segura para as pessoas. É importante que ao ser feita uma análise seja corretamente estabelecida uma definição para as palavras que irão ser usadas para classificar os efeitos das falhas. 3.3.1.9. Falha Oculta: Um modo de falha que, ao acontecer, o efeito não é evidente ao operador do sistema ou do equipamento, quando este operador está no desempenho normal de suas funções. Note bem, no desempenho norma de sua função. 3.4. Custos (1) Quantidade ou valor despendido para a aquisição ou posse de algum bem ou de algo. É tratado em alguns estudos como a quantia que se despende para, ao receber o bem, transformar em algo mais desejável pela sociedade, ao agregar valor, e que adicionado ao preço de aquisição, forma o preço mínimo de venda. É o preço que se paga pelo funcionamento interno da empresa. Assim, se o preço final de venda do bem for maior que o preço de aquisição acrescido do componente adicionado devido ao custo, que é o preço do funcionamento interno, houve lucro. Desde modo o custo possui duas parcelas que se somam para sua composição: o custo interno e o custo externo. (2) Os custos de manutenção numa empresa são basicamente, a soma das seguintes parcelas: custo da intervenção da manutenção com uso de recursos (materiais, sobressalentes e Homem x hora), custos próprios (internos) da equipe de manutenção (administração, treinamento, etc.), custos de perdas de produção (se houver) e custos da perda de oportunidade pela falta de produtos se houver demanda. 3.5. Análise de modos de falha e seus efeitos (FMEA) (1) Procedimento usado para efetuar uma análise de como uma máquina ou sistema pode falhar, e que enumera todas as possibilidades de falha, todas as falhas possíveis, e todos os graus de reação adversas que podem resultar de tais falhas assim analisadas. É uma técnica para melhorar a confiabilidade de uma máquina ou sistema com a indicação de procedimentos para atenuar o efeito de uma falha. É importante que também seja adicionado uma estimativa da frequência com que estas falhas podem ocorrer. As falhas devem ser divididas em classes, conforme sua Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 8 gravidade e normalmente são classificadas em Catastróficas, Críticas, Marginais e Seguras. Ver também Análise de Modos de Pane e seus Efeitos. (2) Um método sistemático, uma aproximação estruturada para obter um processo de melhorias no projeto e nos estágios de desenvolvimento de processos. (3) Técnica que analisa os Modos de Falha de um ativo, de um sistema, de um equipamento ou de seus componentes, para obter o efeito da falha sobre os demais componentes, sistemas ou ativo, e seus componentes, para obter o efeito da falha sobre os demais componentes, sistemas ou ativo, e suas consequências. Como resultado obtém-se um grande conhecimento do sistema, equipamento ou módulo em estudos, e possível fazer determinação de ações para evitar que o item falhe. Teremos então um excelente plano de manutenção, ou recomendação, ou recomendação para modificar o item. (4) Método qualitativo de estimativa de confiabilidade que envolve o estudo de todos os modos de panes que possam existir para cada subitem, componentes ou peças e a determinação de cada um dos efeitos de cada um dos modos de pane sobre os outros componentes, subitens ou sistemas e sobre a função que se pretende de cada item. A consequência de falha de um subitem pode ser uma pane do item, equipamento ou sistema, mas não obrigatoriamente. Para isto é que se faz a análise: para a avaliação dos efeitos e eventuais mudanças no projeto ou especificação, visando a melhoria da confiabilidade. 3.6. Confiabilidade: Segundo Gil Branco (2006): (1) Probabilidade de um item ou uma máquina funcione corretamente em condições esperadas durante um determinado período de tempo ou de ainda estar em condições de trabalho após um determinado período de funcionamento. (2) Capacidade de um item para realizar a função especifica nas condições e com o desempenho definidos durante um período de tempo determinado, Ex.: A máquina pode ser 100% confiável para trabalho em jornada de até 200 horas ininterruptas, mas ser apenas 80% confiável para jornadas de até 250 horas ininterruptas. Isso quer dizer que estatisticamente, que até o momento não foram registradas, que não existem falhas até 200 horas, mas que entre 200 e 25 horas cerca de 20% das máquinas falharam. 3.7. Índices de Confiabilidade: Índices que tratam de confiabilidade são vários e estão entre falhas: TMEF (tempo médio entre falhas), MTBF(Mean Time Between Failures), KMEF (quilometragem média entre falhas), MMEF (milhagem média entre falhas), PMEF (produção média entre falhas), TMPR (tempo médio para reparo), MTTR (Mean Time to Repair), TXFO (taxa de falhas observadas), etc. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 9 3.7.1. MTBF/ TMEF Iniciais da expressão em inglês “Mean Time Between Failures", ou seja, "Tempo Médio entre Falhas". Refere-se à média dos tempos em que um componente, equipamento ou sistema operacional consumiu sem ocorrência de falhas, durante um período definido. 3.7.2. MTTR/ TMR Iniciais da expressão em inglês "Mean Time to Repair", ou seja, "Tempo Médio para Reparo". Refere-se à média dos tempos que um componente, equipamento ou sistema operacional consumiu com intervenções durante um período definido. 3.7.3. RCM: Reliability Centered Maintenance, ou seja, em português, Manutenção Centrada em Confiabilidade (MCC), que trata sobre novos modos de tratar manutenção de sistemas complexos, onde torna-se possível reduzir custos de manutenção, com melhorias em projetos, em técnicas de manutenção e em rotinas, possibilitando uma disponibilidade maior com maior confiabilidade e menor dispêndio de mão de obra. 3.7.4. RCM-II: Reliability Centered Maintenance II, marca registradada Aladon, que é uma visão modificada da RCM, mais apurada que a RCM original, e voltado para a indústria conforme tratado por Moubray (1997), em suas obras. 3.8. Reprojeto: (1) A mudança de qualquer das especificações de qualquer parte de um equipamento; mudanças na especificação dos componentes adicionando um novo item, substituindo toda a máquina por uma de outro fabricante ou de ouro tipo, reposicionar a máquina ou qualquer mudança no processo ou procedimento que afete a operação do equipamento ou sistema, normalmente visando a melhoria da qualidade do processo, a disponibilidade ou a confiabilidade do item; (2) Uma ação padrão de MCC para modificar um sistema, um equipamento ou a maneira de usar, para que ele seja mais seguro ou mais efetivo. Introduzir alterações para melhoria da confiabilidade, mudar o método usado pelo operador ou pelo mantenedor ao executar uma determinada tarefa, mudar o contexto operacional do sistema, ou mudar a capacidade do operador ou mantenedor, pelo treinamento adequado e novos conhecimentos correlatos. Nem sempre é possível essa medida, a partir da manutenção, devido interface com fabricantes, entidades reguladoras, fiscais e órgãos governamentais. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 10 3.9. Disponibilidade (Availability): (1) Probabilidade de que um Item possa estar disponível para utilização em um determinado momento ou durante um determinante período de tempo; (2) Capacidade de um Item para desenvolver sua função em um determinado momento, ou durante um determinado período de tempo, nas condições e rendimento definidos. A disponibilidade de um item não implica necessariamente que esteja funcionando, mas que se encontra em condições de funcionar. Uma medida prática da Disponibilidade de um Item como parâmetro de referência é a definida pela relação entre o Tempo de Operação (tempo real de funcionamento correto produzindo) e o tempo total que se necessita que funcione (tempo durante o qual se deseja produzir). Probabilidade de, em um dado momento, uma unidade estar no estado disponível; (3) Em produção ou manutenção é aquilo que se pode usar ou que se está usando para produzir; (4) A probabilidade de uma máquina estar produzindo ou disponível para produzir. A representação é DISP. Se a disponibilidade média é de 80%, que dizer que, em média se pode ter o item ou a máquina trabalhando ou disponível para trabalhar em apenas 80% do tempo embora não se possa precisar quanto tempo funcionará continuamente. Nos outros 20% do tempo o item ou máquina não estará disponível, por diversos fatores que devem ser investigados. Note que uma parada de equipamento por falta de matéria prima ou por falta encomendas não deve se computada como indisponibilidade pela manutenção. É discutível se qualquer atividade de manutenção dentro deste período de parada devido à falta de matéria prima deve ser contata como indisponibilidade. O trabalho programado, neste tempo de máquina parada por falta de matéria prima, computado como trabalho programado, e que só pode ser executado com a máquina parada, deve ser computado apenas o tempo desta intervenção de manutenção com máquina não disponível. Normalmente é calculada pela razão entre o (tempo calendário total menos o tempo de manutenção) dividido pelo (tempo calendário total) ou, as vezes, (TMEF/(TMEF +TMPR). Existem mais de seis fórmulas diferentes para cálculo da Disponibilidade. Ex.: Quando as máquinas ou linhas de produção trabalham continuamente, isto é, de forma ininterrupta, usar (TOPT/ TOPT +TRPT). Quando a máquina ou item trabalha apenas em parte do dia, usar (TTO – TRPT/TTOT). 3.10. Estratégias de Gerenciamento de Manutenção: Segundo Gil Branco (2006) para resolver os problemas que irão acontecer, o Gerente de Manutenção deverá pensar e planejar com antecedência como irá equacionar e resolver os eventos em sua área. A seguir algumas definições: Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 11 3.10.1. Estratégias: Arte de aplicar os meios disponíveis com vista à consecução de objetivos específicos; 3.10.2. Planejamento: Processo que leva ao estabelecimento de um conjunto coordenado de ações visando à consecução de determinado objetivo; 3.10.3. Programação: O plano de trabalho de uma empresa ou organização para ser cumprido ou executado dentro de um determinado tempo; 3.10.4. Controle: Fiscalização exercida sobre atividades de pessoas ou departamentos para que não se desviem de normas preestabelecidas. Deve incluir atividades de correção de eventual desvio; 3.10.5. Manutenção: Todas as ações técnicas e administrativas que visem preservar o estado de um equipamento ou sistema, ou para recolocar o equipamento ou sistema de retorno a um estado no qual ele possa cumprir a função; 3.10.6. Planejamento e Controle de Manutenção: Conjunto de ações para preparar, programar, verificar o resultado da execução das tarefas de manutenção contra valores preestabelecidos e adotar medidas de correção de desvios para a consecução dos objetivos e da missão da empresa, usando os meios disponíveis. 3.11. Estratégias usadas em manutenção: Para melhor descrição das atividades que a manutenção deve prover para evitar as falhas dos equipamentos ou sistemas, segundo Gil Branco (2006), temos que desenvolver as seguintes ações e atividades: Estratégias de uso de Manutenção Corretiva, Preventiva e Preditiva. 3.12. Manutenção Corretiva: Segundo a Norma NBR 5462 (1994), manutenção corretiva é a manutenção efetuada após a ocorrência de uma falha, destinada a recolocar um item em condições de executar uma função requerida. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 12 A manutenção corretiva pode ser planejada ou não. Aquela que não puder ser adiada ou planejada de ser considerada Manutenção Corretiva de Emergência (aconteceu agora e precisa fazer agora). Note que existe uma interdependência entre qualidade dos serviços e qualidade de produto. Se houver um abrandamento de qualidade o equipamento ainda pode ser considerado como bom para produzir. Em situações extremas um equipamento pode ser mantido em serviço apesar de não mais satisfazer a plenitude de suas funções. Esta área é a área cinzenta entre a definição de manutenção corretiva e a definição de manutenção preventiva. 3.13. Manutenção Preventiva: Segundo a Norma NBR 5462 (1994), manutenção preventiva é a manutenção efetuada em intervalos predeterminados, ou de acordo com critérios prescritos, destinada a reduzir a probabilidade de falha ou a degradação do funcionamento de um item. Segundo Gil Branco (2006), a Manutenção Preventiva pode ser dividida em: 3.13.1. Manutenção Preventiva: Todo o trabalho de manutenção realizado em máquinas que estejam em condições operacionais, ainda que com algum defeito. 3.13.2. Manutenção Preventiva Baseada na Condição ou Preventiva por Condição: Todo o trabalho de manutenção realizado em máquinas que estejam em condições operacionais, devido à detecção de degradação de parâmetros do equipamento. É feita na proximidade da falha ou no momento mais adequado, considerando outros requisitos operacionais e financeiros. 3.13.3. Manutenção Preventiva Sistemática: Todo trabalho de manutenção realizado em máquinas que estejam em condições operacionais, de modo sistemático, seja por tempo transcorrido, seja por quilômetros rodados ou qualquer outra variável.3.14. Manutenção Preditiva: Segundo a Norma NBR 5462 (1994), manutenção preditiva é a manutenção que permite garantir uma qualidade de serviço desejada, com base na aplicação sistemática de técnicas de análise utilizando-se de meios de supervisão centralizados ou de amostragem, para reduzir ao mínimo a manutenção preventiva e diminuir a manutenção corretiva. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 13 Segundo Gil Branco (2006), todo o trabalho de acompanhamento e monitoração das condições da máquina, de seus parâmetros operacionais e sua degradação. Ao final todo o gasto de mão de obra e material gasto na Manutenção Preditiva e Manutenção Preventiva se somam para obtenção do percentual da Preventiva e de Corretiva da Instalação, máquina ou equipamento. A monitoração e os procedimentos a seguir determinados é uma das formas mais eficientes e mais baratas de estratégia de manutenção. 3.15. Modos de Falha: Segundo Gil Branco (2006), a maneira como o evento falha pode ocorrer causada por um exemplo simples. A maneira como pode ocorrer uma parda de função. Um equipamento pode falhar de diversas maneiras diferentes, de diversos modos diferentes. A estas maneiras diferentes de falhar chamamos de modos de falhas. Neste caso não importa se a falha é sobre uma função primaria ou sobre uma função secundária. Nota1: Tudo na natureza, portanto, também nos equipamentos, tem uma vida útil definida no seu projeto (na vida no próprio DNA), logo, a única certeza está no final da vida ou que em algum momento o equipamento falhará, impedindo de atender sua função no processo. Da mesma forma, os ciclos econômicos e as modificações de mercado e demanda do consumidor levam a que equipamentos tenham uma vida útil definida dentro do processo ou projeto de negócio em que está inserido. As falhas não catastróficas que ocorrem a intervalos estatísticos são a base para os planos de manutenção visando recuperar a confiabilidade deste para que possa retornar a um novo ciclo de operação, dentro de uma confiabilidade, que dependerá a criticidade do equipamento para o processo de produção. Em razão desse fato, todo investimento identifica que o ativo industrial (equipamento) tem uma curva de vida esperada e a gestão financeira tem uma depreciação para esse bem. 3.16. TAG: (1) Em manutenção. O código que é atribuído ao equipamento quando ele é identificado no Plano de Manutenção. Note que, quem é identificado, na realidade, não é o equipamento, mas sim a função que ele executa no processo. Deste modo se o TAG de uma bomba de água for “01.A.BO.01”, por exemplo, se a bomba for substituída por outra, no mesmo local e na mesma função, deverá possuir o mesmo código de TAG. Nota2: Se houver necessidade de controle de equipamentos que mudam de posição deverá ser criado um sistema de código especial para esses equipamentos. Nesse novo código deverá ser realizado os controles de componentes utilizados nesse equipamento. Exemplo: para motores elétricos é comum a utilizar os códigos MOT -XXX. Utilizamos a definição de NI (Número Individual) para identificar os equipamentos que giram em diferentes TAGs. Importante identificar que as falhas de operação, no histórico de manutenção, ocorrem no TAG, pois as causas de sua falha estão associadas à sua função na operação da planta. Os históricos de reparos e gastos devem ocorrer no NI. A Manutenção deve fazer a gestão do giro dos NIs dentro dos TAGs da Planta. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 14 3.17. Taxa de Falhas: (1) Estimador de Confiabilidade. Com efeito, ela representa uma proporção de unidades que sobrevive num instante “t”. A taxa de falha pode ser calculada numa base anual, no sentido de ter-se um mesmo referencial para comparação de índices. Assim definida a taxa de falhas expressaria a incidência de falhas num período de observação de 8760 de horas (um ano) de serviço das unidades de mesma família. (2) Failure rate – Número de avarias de um item por unidade de tempo. É o inverso do Tempo Médio Entre Falhas (TMEF) ou MTBF. Quando as falhas por unidade de tempo dentro de intervalo de classe, considerando os equipamentos que ainda estão operando na data do início do intervalo de classe. 4. Estratégia de Gerenciamento da Manutenção 4.0: Esse trabalho está estruturado para buscar a otimização da confiabilidade para os equipamentos ao melhor custo. Lembramos que o custo de manutenção faz parte do custo de Operação. Confiabilidade x Custos de Produção Fonte: Alan Kardec & Julio Nascif – Manutenção Função Estratégica, 2012. Para a condução do nosso trabalho básico precisamos nos ater a importância dos Indicadores de Manutenção necessários para a gestão de Confiabilidade: Medir o MTBF e o MTTR para se obter os indicadores necessários para se ter a medição de Confiabilidade. É, portanto, necessário para todo o trabalho ter a identificação dos equipamentos da planta onde será conduzido o trabalho adequadamente identificado e com as medições de Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 15 histórico de falhas e manutenção disponíveis por pelo menos um período mínimo de um ano. Precisamos identificar os TAGs dos equipamentos de forma que todas as falhas ocorridas possam ser claramente alocadas no sistema computadorizado utilizado pela empresa para a gestão da manutenção. A área de Engenharia de manutenção ou Confiabilidade da empresa encarregada de elaborar a Arvore de TAGs e a posterior carga no sistema informatizado utilizado na Gestão da Manutenção da empresa precisa fazer o detalhamento da identificação do equipamento até o nível nessa arvore em que todas os equipamentos importante ou malhas de instrumentação e controle/ automação da planta possam ser identificados. O TAG dos equipamentos deve ser colocados no equipamento, preferencialmente na base onde ele está montado, ou em um suporte metálico que permita aos operadores ou mantenedores de forma clara e sem possíveis erros de identificação realizar a suas tarefas. Exemplo ilustrativo da Arvore de TAGs Fonte: Ary Ribeiro – Engenharia e Consultoria 4.1. Equipamentos – problemas identificados nas empresas brasileiras No Brasil a grande maioria das empresas ainda não entendem que o que importa está em manter os equipamentos enquanto eles podem operar dentro da tecnologia em que foram projetados. Não é esperado que plantas e equipamentos tenham sua vida útil por longo período pois a evolução da tecnologia e as demandas de produtos estão sempre em grande evolução no mercado consumidor. Os operadores e as equipes de Processo não entendem claramente que equipamentos são fabricados dentro de uma especificação de processo, que define limites de sua capacidade de produção para se manter em um nível adequado de Confiabilidade (por exemplo, o FS definido para a projeto de um redutor ou o Ponto de Operação de uma bomba centrifuga define a Confiabilidade do equipamento). Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 16 Indústrias brasileiras operam com equipamentos projetados e fabricados há muitos anos, portanto, onde a tecnologia utilizada é muito conservativa, o que, se de um lado limita sua capacidade, ofereceFator de Segurança elevado, que explica sua utilização até hoje. Falta sistematizar a gestão de manutenção em muitas empresas para que as informações de Confiabilidade possam ser adequadas e facilmente obtido; Muitas empresas não entendem a importância de se fazer a estruturação da manutenção com foco na Gestão de Ativos, ou seja, não somente se ater a controle de Ordens de Serviços e custos de manutenção. Falta a estruturação adequada da base para o bom funcionamento da manutenção: - Estruturação da árvore dos equipamentos com os devidos dados técnicos deles; - Identificação dos equipamentos no campo para a correta implementação dos planos de manutenção básicos de check list e inspeções periódicas bem como fazer a execução dos reparos nos equipamentos corretos; - Estruturação de um software adequado ao número de equipamentos e estrutura da empresa para gestão do sistema de manutenção; Nota3: a definição do software (CMMS – Computer Maintenance Management System - Sistema computadorizado de Gestão da manutenção), EAM – “Enterprise Asset Management” ou ERP – Enterprize Resource Planning – Planejamento de Recursos Empresarial) devem ser atualizados para que possam ser acessíveis por meios digitais alinhados com redes de internet segura para que possam cumprir as exigências da automação que estaremos apresentando nesse trabalho. As empresas devem seguir no caminho de evolução de seus sistemas de Gestão de Manutenção para uso de EAM integrado em sistema seguro, para que toda gestão das atividades de manutenção, como solicitações de serviços, apontamento de serviços de manutenção realizado pelo mantenedor, requisição de materiais, execução de inspeções sensitivas ou preditivas, etc. possam ser realizadas em Tablet, Celulares, etc. para que mão de obra para geração de documentos em papel ou para digitação seja reduzida, gerando ganhos de produtividade e muito melhor controle. Sistemas de apontamento em meios digitais, como colocado acima, permitem altos ganhos de produtividade da mão de obra na execução de serviços, pois este estará sendo realizado dentro de uma programação previamente negociada, aprovada, com ferramentas e materiais de aplicação antecipadamente preparados por pessoal de suporte estruturado para essa função, almoxarifado e suprimentos integrados para atendimento de prazos, financeiro organizado para liberação de verbas e controle de orçamento. Fonte: Alan Kardec & Julio Nascif – Manutenção Função Estratégica, 2012. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 17 - Estruturação de equipe de manutenção, com recursos humanos, instruções de trabalho e ferramentas; Gestão de Ativos é um processo complexo e que demanda uma construção estruturada como ilustrado, como exemplo, figura abaixo: Fonte: MESSIAS, L. - FATECO Consultoria em Gestão de Ativos, 2015. As empresas brasileiras estão, em geral, muito distantes de atender ainda completamente a parte de baixo da pirâmide, e mesmo assim investem e apresentam mecanismos na sua estrutura de manutenção objetivando os estágios superiores dessa pirâmide. É recomendável rever seus investimentos para que possa apresentar sua base da pirâmide consolidada e robusta para que os passos superiores tenham o alicerce que necessitam. 4.2. Custos no Brasil O aumento da concorrência entre as organizações, acompanhado da necessidade de maior lucratividade, inclusive com redução de custos, têm pressionado as empresas a exercer rígidos controles de todos os seus processos de produção, despesas, receitas, etc. Nestas circunstâncias, destaca-se a necessidade de controle dos gastos nas atividades de manutenção. Para isso, as organizações examinam suas despesas com manutenção e, com rígido controle administrativo, encontram um montante de dinheiro apropriado a essas despesas, utilizando para isso métodos padronizados de organização. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 18 Muitas vezes equipamentos antigos demandam maior custos pois normalmente é maior a necessidade de reparos e troca de componentes para serem mantidos confiáveis; Tarefas básicas de manutenção como limpeza, lubrificação e inspeção precisam ser atendidas, o que demanda um orçamento mínimo, que necessitam ser corretamente identificados. Identificação de materiais sobressalentes ou equipamentos reserva para a recolocação de equipamento crítico em operação também concorre por recursos financeiros do orçamento da empresa. 4.3. Estratégia de Manutenção proposta Estabelece as diretrizes para a definição da estratégia de manutenção mais adequada a cada equipamento das instalações industriais. Essa sistemática determina que cada equipamento deve ser analisado quanto à sua importância para o processo produtivo, ou seja, quais são as suas funções dentro do processo produtivo, bem como quanto à consequência das suas falhas, de tal forma que o tratamento a cada caso seja diferenciado. Importante é a análise dos riscos que o processo apresenta após as falhas dos equipamentos quanto a importância dos equipamentos dentro do processo baseado nas consequências dos riscos que pessoas, meio ambiente e os compromissos de entrega dos produtos sofrem por essa falha. Temos diversas curvas de confiabilidade definidas e estudadas nos trabalhos de manutenção desenvolvidos à partir dos trabalhos de RCM, portanto, é sempre necessário identificar a diversidade de possibilidades que temos para desenvolver o melhor método e a mais assertiva prática de manutenção preventiva para haver a mais adequada estratégia de manutenção para adequação da operação do equipamento, conforme a sua importância para o processo, dentro da Confiabilidade esperada para o atendimento da demanda de processo da planta onde está inserido. A definição da Estratégia de Manutenção de qualquer equipamento, busca sempre dois critérios aparentemente antagônicos: Fonte: Ary Ribeiro – Engenharia e Consultoria 4.3.1. Definição da Criticidade dos equipamentos: Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 19 A Classificação dos equipamentos é a base do estudo de RCM para identificar a importância dos Equipamentos/ Ativos Industriais para a “Função” da Planta no negócio. A análise se baseia na verificação das Consequências da Falha do equipamento dentro do processo normal da Planta: É uma avaliação baseada em seis fatores pré-determinados, com gradação relativa a cada um deles, conforme um fluxograma decisório (ALGORÍTMO). A Classificação dos Equipamentos é que vai nos orientar no uso das políticas e práticas mais apropriadas para combater o modo de falha atual dos equipamentos, dentro da confiabilidade necessária para o processo. Os equipamentos em um processo produtivo podem ser agrupados em CLASSES, com características específicas. Temos muitos modelos de algoritmo para fazer essa analise bem como diferentes CLASSES descritas na literatura. Estamos conduzindo a proposta de trabalho com base na experiência desenvolvida a partir do trabalho de RCM2, por ser um material consolidado em muitas empresas, com resultados satisfatórios. Esse modelo também tem a qualidade de ter uma relação direta com os históricos de MTBF e MTTR. Fonte: Ary Ribeiro – Engenharia e Consultoria Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 20 As três classesresultante da avaliaçao das consequencia das falhas dos equipamentos está conforme abaixo: Classe A – Confiabilidade Máxima. São equipamentos que não podem operar com defeito e que qualquer consequencia da falha pode ser grave para Segurança e Meio Ambiente, Qualidade dos produtos objeto da planta e para o resultado financeiro da planta. Portanto necessitam de planos de manutenção rigorosos, sem possibilidade de operar sem todos os dispositivos de segurança em plena função. Classe B – Produtividade Máxíma – São equipamentos que têm grande demanda e importancia no processo de produção, pois desenvolvem funções importantes para a entrega dos produtos objeto do processo. Podem eventualmente operar com deteito ou mesmo apresentar flalhas, porem, deve ser rapidamente posto novamente para operar para não apresentar comprometimento do plano de vendas da empresa. Classe C – Custo Mínimo – São equipamentos que oferecem funções auxiliares, não oferecem riscos para segurança, qualidade ou comprometimentos da produção, possuem redundância operacional imediata em caso de falha. Segue os fatores utilizados no Algoritmo proposto para a análise dos equipamentos: Fonte: Ary Ribeiro – Engenharia e Consultoria Nota 4: Esse algoritmo demonstra que equipamentos Classe A deveriam ser focados em fatores como Segurança e Qualidade, portanto, se existem equipamentos Classe A por apresentarem MTBF e/ou MTTR inadequados, existe forte indicativo que esses ativos não foram adequadamente projetados para atender o processo onde estão inseridos e devem ser objeto preferencial dos esforços para investimentos de Melhoria. GRAU 1 GRAU 2 GRAU 3 G R A D A Ç Ã O A falha provoca graves efeitos sobre o homem, o meio ambiente ou instalações. A falha acarreta riscos para o homem, o meio ambiente ou instalações. A falha não produz conseqüências. A falha afeta muito a qualidade, gerando produtos fora da especificação. A falha faz variar a qualidade do produto. A falha não produz efeito sobre a qualidade do produto. É exigido em tempo integral em operação. É exigido aproximadamente a metade do período ou por um turno. Uso ocasional. A falha provoca interrupção total do processo produtivo. A falha provoca interrupção parcial na produção ou cria restrições operacionais. A falha não provoca interrupções do processo produtivo ou existe componente reserva. Muitas paradas devido as falhas (mais de 1por semestre). Paradas ocasionais ( 1 a cada ano). Paradas pouco frequentes (menos de 1por ano). O tempo de reparo (MTTR) e custos são muito elevados.> USD 10,000.00 O tempo de reparo/ MTTR e custos são elevados entre USD 1,000.00 e 10,000.00. O tempo de reparo/ MTTR e custo não são relevantes.< USD 1,000.00 FATORES DE AVALIAÇÃO SEGURANÇA Riscos potenciais para as pessoas, meio ambiente e instalações. QUALIDADE Efeito da falha dos equipamento. sobre a qualidade dos produtos. REGIME DE TRABALHO Tempo de operação do equipamento quando programado. ATENDIMENTO DO PROCESSO Efeito da falha sobre as interrupções do processo FREQUÊNCIA/MTBF Quantidade de falhas por período de utilização (taxa de falha). CUSTO/ MTTR Mão de obra e materiais envolvidos no reparo Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 21 4.3.2. Modos de Falha Após a identificação da Classe dos equipamentos dentro do processo produtivo, para a definição do Planejamento de Manutenção é necessário identificar os Modos de Falha que esse equipamento oferece. Esse Modo de Falhas será analisado a partir da forma com que determinada falha do equipamento se apresenta no que diz respeito a sua periodicidade, frequência e facilidade de identificação. Falhas aleatórias ocorrem fruto de falta de conhecimento do mecanismo de desgaste ou que ocorre por falha de processo de produção, manutenção e/ou operação. A falha aleatória deve ser analisada com base na sua frequência de ocorrência, ou na falta de histórico, na probabilidade esperada de sua ocorrência. Nota5: Existem várias curvas de confiabilidade para equipamentos, porém, o desgaste de alguns componentes ocorrerá dependendo de agentes como corrosão, contaminação, fadiga, erosão, envelhecimento etc. que ao longo do tempo levarão a falha do equipamento. A detecção da eminência da falha pode ser fácil, com equipamento operando normalmente ou difícil, apenas com a desmontagem para permitir fazer a inspeção dos componentes do equipamento, portanto sendo necessário colocá-lo fora do fluxo de produção. Segue a figura ilustrativa das diferentes curvas de confiabilidade e da preponderância em famílias de equipamentos: Tipos de curvas de desgaste Tipo A – motores elétricos, engrenagens, controles; Tipo B – máquinas a pistão, discos, aerofólios; Tipo C – turbinas, compressores, selos de ar, engrenagens, rolamentos; Tipo D – flaps de turbinas, itens pré-testados; Tipo E – lâmpadas; Tipo F – eletrônicos, softwares. Fonte: Iony Patriota de Siqueira – Manutenção Centrada na Confiabilidade, 2012. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 22 A figura abaixo ilustra os Modos de Falha que os equipamentos podem ser identificados: Fonte: Ary Ribeiro – Engenharia e Consultoria A partir da definição da Classe dos equipamentos e dos Modos de Falha presente no equipamento é possível definir a Estratégia da manutenção a ser adotada para que o processo possa ser mantido dentro da Confiabilidade necessária e economicamente viável para a operação da planta. Esse balanço de levantamento dos custos deverá ser definido pela equipe de Gestão da Manutenção com base no volume de atividades a serem desenvolvidas para acompanhar os equipamentos, recursos humanos e financeiros utilizados e a Confiabilidade resultante da planta com essa estratégia. 4.3.3. Indicadores para acompanhamento do desempenho da Estratégia de Manutenção A Gestão de Manutenção deverá acompanhar os resultados obtidos, a partir dos indicadores de manutenção abaixo, específicos para avaliação da Confiabilidade do Processo. Os indicadores básicos que devem ser utilizados são: MTBF dos equipamentos Classe A e B; MTTR dos equipamentos Classe A e B; Disponibilidade dos equipamentos Classe A e B; Confiabilidade dos equipamentos Classe A e B; Manutenibilidade dos equipamentos Classe A e B; Custos de Manutenção resultante nos relatórios financeiros da empresa; O levantamento dos relatórios de MTBF são fundamentais para se obter a Confiabilidade dos equipamentos; Outro indicador importante está nos relatórios de MTTR, pois, a manutenibilidade da planta, portanto a eficiência do plano, é identificada claramente por esse indicador. Algumas fórmulas para obtenção dos indicadores disponíveis na literatura especializada: Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 23 Cálculo de taxa de Falhas: 1 MTBF Fonte: Alan Kardec & Julio Nascif – Manutenção Função Estratégica, 2012 Cálculo da Confiabilidade: R(t) = e-t Fonte: Alan Kardec & Julio Nascif – Manutenção Função Estratégica, 2012. Onde: o R(t) – Confiabilidade a qualquer tempo; o e – base dos logaritmos neperianos (e=2,718); o t = tempo previsto de operação. Cálculo de Disponibilidade: MTBF (MTBF -MTTR) Fonte: Alan Kardec & Julio Nascif – Manutenção Função Estratégica, 2012. Cálculo de Manutenibilidade: M(t) = 1 – e-t Fonte: Alan Kardec & JulioNascif – Manutenção Função Estratégica, 2012. Onde: o M(t) a função manutenibilidade representa a probabilidade de que o reparo comece no tempo t=0 e esteja concluído satisfatoriamente no tempo t; o e – base dos logaritmos neperianos (e=2,718); o μ - taxa de reparos ou numero de reparos efetuados em relação ao total de horas de reparos do equipamento; o t – tempo previsto de reparo; Cálculo de taxa de reparos: 1 MTTR. Fonte: Alan Kardec & Julio Nascif – Manutenção Função Estratégica, 2012. 4.3.4. Definição dos Planos de Manutenção a serem utilizados Para os equipamentos críticos pode ser necessário ou recomendável a aplicação de planos de manutenção preventiva e preparação para ter a manutenção corretiva planejada estruturada. x 100 λ(t) = μ = Disponibilidade (%) = Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 24 Nas falhas aleatórias para equipamentos críticos, estudos para Melhoria são mandatórios. Os planos de manutenção são conforme figura abaixo: Fonte: Ary Ribeiro – Engenharia e Consultoria Fonte: Ary Ribeiro – Engenharia e Consultoria A atividade de Melhoria pode ser detalhada conforme o esquema a seguir: ATIVIDADE DE MELHORIA Prolongar a vida útil Diminuir o tempo para Manutenção Eliminar a manutenção Aumentar o desempenho (melhoria) Aumentar a confiabilidade Fonte: Ary Ribeiro – Engenharia e Consultoria POLÍTICA DE MANUTENÇÃO FORMA DE APLICAÇÃO CÓDIGO CARACTERÍSTRICA Preventiva Baseada na condição/ Preditiva PD Manutenção planejada baseada no acompanhamento da condição ou desempenhodo equipamento. Utilizada quando se dispõe de um parâmetro que permite o monitoramento da deterioração. Permite maximizar a vida útil dos componentes e a disponibilidade do equipamento. Baseada no tempo (periódica) PT Manutenção planejada, com intervenções programadas com base em períodos de tempo ou deslocamento/utilização pré-determinados, definidas a partir da probabilidade de ocorrência de falhas. Corretiva - CO Política onde não são tomadas ações pré- determinadas para evitar a falha. A ênfase é dada para a correção eficiente do problema. Normalmente é utilizada com base na avaliação econômica. Melhoria - ME Política onde a ênfase é atuar no processo de falha, evitando a sua reincidência. Visa ainda introduzir facilidades para a monitoração de parâmetros, estabilizar o processo de ocorrência de falha, aumentar o MTBF e o desempenho do equipamento. MANUTENÇÃO DE MELHORIA PREVENÇÃO DA MANUTENÇÃO PROJETO QUE DISPENSA MANUTENÇÃO MELHORIA DA CONFIABILIDADE MELHORIA DA MANUTENIBILIDADE Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 25 Para as atividades de melhoria é essencial o trabalho de Engenharia de Manutenção ou Engenharia de Confiabilidade, utilizando Análise de Falhas e FMEA (Failure Mode Effect Analisys)/ FMECA (Failure Mode Effect and Critical Analisys). Para a definição de qual seria o melhor plano de manutenção o engenheiro responsável se baseará, como recomendado nos trabalhos de RCM (Molbray 1996), para evitar intervenções desnecessárias aos equipamentos e tarefas que não contribuem com a melhoria da Confiabilidade desse. Antes de qualquer tarefa é necessário garantir que todos os equipamentos tenham os Planos de Lubrificação elaborados, com as Rotas de lubrificação, cadastro de lubrificantes e periodicidade de inspeção e troca de lubrificantes incluídas no Software de Gestão de Manutenção. A lubrificação não pode excluir nenhum equipamento, independente da sua Classe. A implementação de programas como House Keeping e o Programa 5S são ferramentas necessárias para que a manutenção possa manter as instalações e oficinas de manutenção em bom estado de limpeza e higiene. A manutenção de limpeza dos equipamentos auxilia e reduz em muito os riscos de contaminação dos sistemas internos que levam ao desgaste prematuro deles. A identificação adequada dos TAGs no campo e a existência de Instruções de Trabalho para a execução das diferentes operações de manutenção e operação dos equipamentos também leva a ganhos expressivos de redução de falhas prematura dos equipamentos. Se os operadores e mantenedores sabem o que, como e os riscos de segurança potenciais de suas atividades rotineiras e não rotineiras, temos muito menos acidentes com pessoas, meio ambiente e operacional. A estratégia, em primeiro lugar, está em garantir que todos os equipamentos Classe A tenham planos de manutenção preventivo definidos. O estudo deve incluir a realização do levantamento e cadastro de todos os equipamentos reserva ou peças necessárias para a execução de manutenção dos equipamentos. Esse estudo inclui o levantamento de subconjuntos de maior valor, adquiridos com verbas de investimento, como material estratégico, necessários para a recolocação do equipamento em condições de confiabilidade. Esse estudo depende de probabilidade de falha dos subconjuntos, disponibilidade e prazo de entrega informado com os fabricantes dos equipamentos. A próxima tarefa está em definir que todos os equipamentos Classe B tenham planos de manutenção preventivo definido. O trabalho deve incluir o levantamento e cadastro de peças a serem armazenados no almoxarifado de manutenção para pronta colocação do equipamento em operação. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 26 Os equipamentos Classe C devem apenas receber planos de inspeção sensitiva realizadas, preferencialmente, pela equipe de Operação. Para a manutenção de equipamentos Classe C, estes devem operar até apresentar Falha – Corretiva Planejada (CO), visto que, se corretamente realizado o trabalho de definição de criticidade, não apresentam impacto no Processo, exceto se as inspeções sensitivas indicarem que pode ocorrer um evento que apresente custos elevados, se não for programado com antecedência. Neste caso, a preferência está na programação do serviço de desmontagem do equipamento do campo e sua substituição por um reserva alternativo ou seu retorno após realizar a manutenção em condições normais de planejamento, A orientação de como se escolher as tarefas mais adequadas para os planos de manutenção seguem a figura: Fonte: Ary Ribeiro – Engenharia e Consultoria Sempre é prioridade realizar as tarefas de Manutenção Preventiva por Condições (PD), implementar inspeção sensitiva (check list) realizada pela equipe de manutençao e operação, inspeções preditivas, partindo que o Modo de Falha é PDF (Periódica de Detecção Facil). A Manutençao Preventiva por Condições (PD) é o modelo preferivel, pois, essa técnica permite acompanhar o desempenho e identificar os desgastes que podem iniciar como um Defeito, permitindo a programação da execução da manutenção Corretiva Planejada, antes da Falha operacional do equipamento ocorrer e comprometer o processo da planta por um tempo mais longo e com maiores custos. A figura abaixo ilustra o principio da Manutenção Preventiva por Condições, onde o desejavel está em otimizar a utilização do equipamento e de seus componentes, evitando a troca de peças que ainda possam operar, otimizando os custos de manutenção. Os equipamentos Classe A demandam, portanto, que o maximo de ferramentas e instrumentos de monitoramento devem ser utilizados para otimizar a confiabilidade do ativo. Obviamente que acidentes ou erros graves de operação não podem evitar Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o própriodocumento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 27 a falha do equipamento, porem, podem ter as consequencias do evento reduzido se houver instrumentação de segurança instalada nesses equipamntos. Normal – antes da falha potencial; Defeito – após a falha potencial mas antes da falha funcional; Falha – após a falha funcional. Fonte: Iony Patriota de Siqueira – Manutenção Centrada na Confiabilidade, 2012. Se o Modo de Falha for PDD (Periódica de Detecção Dificil ou muito onerosa) o Plano de Manutençao estará exigindo a necessidade de ser realizada a Manutenção Preventiva por Tempo (PT). A Manutenção Preventiva por Tempo (PT) exige a programação da suspenção da utilização do equipamento pelo processo, portanto, gera perda de produção e exige uma cuidadosa programação para otimizar o retorno da produçao no menor tempo. Mesmo a tarefa de manutenção por tempo mais simples, como, por exemplo, a inspeção de motor de um veiculo, exige a sua indisponibiidade para operar pelo tempo necessário para a tarefa. O desenvolvimento dos Planos de Manutenção são elaborados, a principio, com base nas recomendações dos fabricantes dos equipamentos, e refinados ao longo do tempo, de acordo com os indicadores de confiabilidade e as recomendações dos estudos de analise de falhas. Não havendo documentação dos equipamentos, os planos devem ser elaborados com base na similaridade de equipamentos por especialista de manutenção. Sendo o modo de falha predominante PDF (Peripódica de Detecção Facil), desenvolve-se Planos de Manutenção por Condição (PD). Para isso, são criadas as rotas de inspeção sensitiva (check list) para os operadores e mantenedores e os Planos de Inspeção Preditiva, desenvolvidos com base nas melhores técnicas de análise de vibrações, tribologia, ferrografia, termografia, ultra som, etc. Para melhor Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 28 detalhamento, recomenda-se a leitura de Nepomuceno L.X.2011 e Alan Kardec & Julio Nascif 2012. A definição dos intervalos para a realização das tarefas de inspeção exige experiência do especialista de manutenção para sua definição. Em geral, esse intevalo deve ser mais curto para os equipamentos críticios A do que para os equipamentos críticos B. A disponibilidade dos recursos humanos e orçamento para execução da tarefa é necessária para o ajuste desses recursos. Como orientação geral, o intervalo para definição desse período entre Inspeções (FFI) seria definido como: FFI = 2 x Indisponibilidade x MTBF Fonte: Denis Mortelari, Kleber Siqueira, Nei Pizzati - O RCM na quarta Geração da Manutenção - 2019 A fórmula ilustra que o intervalo de inspeção, portanto, função dos recursos disponíveis e a indisponibilidade, indica o resultado da confiabilidade do processo e, deste modo, o resultado que levará ao faturamento da empresa. Esse equlibrio entre orçamento e confiabilidade depende das exigências que o processo está inserido no momento, portanto, na ociosidade dos equipamentos. Nesse caso, o MTBF aqui colocado refere-se ao equipamento e a capacidade de identificação da falha do método utilizado para a inspeção preditiva ou da inspeção sensitiva (check list) e da capacidade da mão de obra utilizada para fazer os check list. O check list realizado por operadores tem menor acuracidade, normalmente, que a inspeção realizada pela manutenção, que pode utilizar ferramentas mais precisas, como as canetas de vibração, por exemplo; Abaixo figura ilustrando periodicidade recomendada para inspeção de mancais de rolamento de acordo com a técnica de inspeção preditiva e a relação entre Ponto de identificação do defeito e a ocorrencia da Falha (PF). Fonte: Iony Patriota de Siqueira – Manutenção Centrada na Confiabilidade, 2012 Quando o modo de falha predominante for PDD, os planos devem ser desenhados prevendo a desmontagem dos equipamentos para as inspeções dos componentes Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 29 internos que sofrem os desgastes através de END (Ensaios Não Destrutivos), como inspeção visual, dimensional, Particula Magnética, Ultra Som, medição de espessura, IRIS e por modernas tecnicas de inspeção, menos intrusivas, como Boroscopia, etc. Vide Alan Kardec & Julio Nascif 2012. As ações corretivas são geradas a partir da constatação da necessidade após as inspeções ou para a troca dos componentes que sofrem fadiga, cuja experiência do fabricante ou de análises de falha indicam que precisam ser substituidos, por indicação de métodos estatisticos de confiabilidade. O TAG onde o equipamento está instalado pode resultar em periodicidade de manutenção diferente para cada equipamento, mesmo que similares, pois os fatores de degradação são especificos para a função no processo em que o equipamento está instalado. Exemplo: Um mesmo modelo de bomba pode ter mecanismo de degradação diferente em razão de fatores como, fluido, cavitação, rigidez de base, demanda de tempo em operação, etc., implicitos na sua posição (TAG) e exigências do processo. A definição da classe dos equipamentos tem consequências importantes: Equipamentos Classe A não podem operar sob falha, somente recebe peças e serviços do fabricante e têm prioridade nos investimentos; Sendo possível, implementar a Inspeção automática e continua para todos os equipamentos Classe A; Avaliar a tecnologia para definir o melhor sensor para o monitoramento das principais causas de falhas para o equipamento; Equipamentos Classe B são foco de manutenção por condição, precisam ter sobressalentes disponíveis para as manutenções de emergência; Equipamentos Classe C não precisam ter sobressalentes em estoque, devem receber o mínimo de serviços de manutenção e não tem planos de investimento para melhoria ou troca. Periodicamente, pelo menos após o final de cada exercicio anual, deve ser realizada a revisão dos Planos de Manutenção, com base principalmente em resultados obtidos com o acompanhamento dos Indicadores de confiabilidade e modificações de projeto ou modificações do mercado que estão ocorrendo, ou por ocorrer no proxímo exercício, no processo de produção. Na revisão do plano está incluída a reavaliação da periodicidade das inspeções e/ ou tempo entre as atividades de manutenção. 4.3.5. Monitoramento continuo de equipamentos Classe A É realidade há várias decadas a existência de sistemas de Instrumentação e Automação na industria objetivando a segurança de equipamentos e operadores, bem como programados com algoritmos específicos para realizar a operação de plantas industriais. Esses equipamentos, malhas de instrumentação e softwares são extremamente importantes para a operação das plantas e, portanto, precisam ser cuidadosamente documentadas, organizadas nos software de manutenção e passarem pelo Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 30 processo descrito anteriormente de definição de criticidade e planos de manutençao. A criticidade deve ser realizada para as malhas de instrumentação, visto que a falha de qualquer dos seus componentes leva ao impedimento operacional de todos os demais componentes da malha de instrumentação. Os programas de manutenção para essa família de equipamentos, pela caracteristica de falhas (vide Curva tipo F das caracteristicas de falha conforme Siqueira 2012), normalmente falhas aleatórias e com baixa frequência, precisam ter sistemas de controlede componentes reserva e malhas criticias com redundância. Se a falha indicar que esta tem a criticidade Classe A, back up dos programas e ajustes dos software, controle de modificações e Jumps de sistemas devem ser mantidos com rigorosos cuidados pela equipe de manutenção. Para os componentes sujeitos a desgastes, fadiga, corrosão, erosão, encrustação, como válvulas e equipamentos hidráulicos, são necessários rigorosos planos de calibração e controle de erros decorrentes ao tempo de operaçao. Válvulas inteligentes conseguem fazer sua propria verificação de desgastes e vazamentos. O Monitoramento Contínuo de Preditiva dos equipamentos críticos está em franca divulgação e uso, em razão de redução de custos e do visível retorno de investimentos para a confiabilidade das plantas que esses instrumentos apresentam. Seguem algumas soluções disponíveis para esse monitoramento: Fontes: EHS Engemaq Equipamentos Hidráulicos (CARLEVARO, R.) e IFM eletronic Ltda, 2020. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 31 Fonte: empresa INFRARED/ Wireless, 2020. O mercado oferece produtos que podem realizar o monitoramento de vários equipamentos ao mesmo tempo, utilizando redes em Wireless ou por Internet. A chegada das redes de Internet 5G permitirá aumentar a segurança e a qualidade dos serviços prestados por essa rede de instrumentos. 5. O uso da Inteligencia Artificial na Estratégia de Manutenção Autor: Engenheiro Mecânico Luiz Gustavo Guermandi CREA SP 5069226819 5.1. Objetivo “Realizar o Prognóstico e gerenciamento da Saúde do Equipamento (PHM) “Prognostics and Health Management” para agendar manutenção sem afetar a operação e somente quando a parada do processo for realmente necessário”. O prognóstico, em si, está preocupado principalmente com a Estimativa da Vida Útil Restante (RUL) “Remaining Useful Life” ou Tempo para Falha (TTF ) “Time to Fail”, extraindo caracterísitcas do sinais, que nada mais são como sintomas. Além disso, pode-se avaliar a eficiência operacional do equipamento ao longo do tempo e a correlação entre os sintomas dos sinais aquisitados. Uma possibilidade é trabalhar com a previsão do TTF com base nos dados históricos de sensores correlacionados com eventos de falhas. Porém, muitas plantas não possuem essa base de dados ou essa correlação. Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 32 A segunda opção (mais utilizada) é analisar os dados em paralelo com a operação do equipamento para identificar anomalias e a partir da identificação de anomalias, avaliar a evolução destas ao longo do tempo. As técnicas de análise e previsão de dados, utilizadas nesses dois casos, estão baseadas em algoritmos de aprendizado de máquina, em particular, as redes neurais artificiais. Em ambas opções de tratativa do problema de prognóstico, também é possível realizar correlações entre as características dos sinais aquisitados (dados) e juntamente com o conhecimento de engenharia embarcado no algorítimo de prognose, com base na experiência do engenheiro de manutenção, do operador do equipamento e até mesmo do fabricante, o computador aprenderá e dirá além do TTF, mas também qual componente é o responsável pela falha ou se certa correlação entre os dados é apenas um efeito de mudança de condição operacional ou devido à falha de um sensor. Para se atingir um bom resultado na implementação dos algoritimos de prognose, é muito importante o tratamento dos sinais brutos para eliminar ruídos e principalmente extração da características para realizar previsões. A seguir algumas caractéristicas no dominio do tempo / frequência / tempo-frequência: Fonte: : KImotho et al 2014 Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 33 Conforme imagem abaixo, o sinal bruto, além de ter ruído, pode indicar visualmente uma tendência (figura a), mas, conforme (figura b), muitas vezes não a indica antes da ocorrência de uma falha. Por isso a importancia em se extrair as caracterísitcas dos dados. Fonte: KImotho et al 2014 Adicionalmente, o sinal bruto com ruído (cinza na figura a seguir) não indica nenhuma tendência também, mas quando filtrado e extraída a característica, nota-se que a tendência do sinal fica mais clara, principalmente na faixa destacada pela seta vermelha. Através das informações dessa faixa, seria possível prever a evolução da anomalia (mudança de tendência na caracterísitca) e prever quanto tempo até a falha: Fonte: KImotho et al 2014 5.2. Funcionamento do Algoritimo de Prognose O algoritimo funciona nas seguintes etapas, de forma automática, após captura dos sinais: Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 34 1. Tratamento dos sinais para eliminação de ruídos; 2. Extração das características no domínio do tempo, domínio da frequência e domínio tempo-frequência (sintomas); 3. Selecionar as características que realmente indicam degradação da saúde do equipamento e apresentam certa tendência para cada tipo de sinal aquisitado; 4. Alimentar o algoritimo inteligente, que está dentro do algoritimo de prognose, com as saídas do item 3. Através dos valores ao longo do tempo das características que indicam degradação e tendência, o algoritimo inteligente procura por anomalias; 5. Em seguida, esse algoritimo realiza a correlação entre as anamolias nas características dos sinais e fornece uma matriz de correlação; 6. Um sub algoritimo inteligente identifica o significado das correlações para identificar o causador de uma possível falha no equipamento, baseado no conhecimento de engenharia embarcado no algoritimo; 7. Por fim, o algoritimo inteligente principal realiza a previsão da evolução da anomalia com o tempo para calcular o tempo residual até a falha (TTF). Abaixo é ilustrado o fluxograma de trabalho do algoritimo de prognose. Nota-se as técnicas de redes neurais artificais empregadas: Fonte: Dong et al 2017 Portanto, o uso de um algoritimo inteligente baseado em inteligência artificial e aprendizado de máquina tem a capacidade de identificar a causa de uma possível falha futura e se antecipar a mesma, calculando o tempo residual desde o presente até que essa falha futura venha a ocorrer. Todo o mecanismo anterior de tratamento de sinais, extração de informações através das caracterísitcas do sinais e alimentação do algoritimo inteligente, Este documento possui direitos AUTORAIS. O seu conteúdo, assim como o próprio documento não devem ser copiados ou divulgados a qualquer terceiro sem a autorização dos autores ou divulgação da autoria 35 faz parte do software global de PHM e todos esses processos são realizados de forma automática. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABERNETHY, R. “The New Weibull Handbook Fifth Edition, Reliability and Statistical Analysis for Predicting Life, Safety, Supportability, Risk, Cost and Warranty Claims “, Amazon, 2006 BRANCO, G. “Dicionário de Termos de Manutenção, Confiabilidade e Qualidade”. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna, 2006 CARLEVARO, R. EHS Engemaq Hydraulic Service. Monitoramento contínuo de equipamentos classe A, 2020. DONG, D., LI, X.-Y., & SUN, F.-Q, Life prediction of jet engines based on LSTM- recurrent neural networks. 2017 Prognostics and System Health Management Conference (PHM-Harbin),