4- INDÚSTRIA DE PROCESSOS Qualidade e Manutenção

CET-AII – Sines Outubro de 2007

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Instrumentação e a GestãoInformação e interacção

A instrumentação na industria de processos

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Estrutura hierárquica do processo produtivo

Inter-Fábrica Gestão Global

0Máquina Instrumentação Operações elementaresSensores, actuadores

1Célula Sincronização de Operações

Conjunto de Operações elementares

2Sector Supervisão Objectivos sectoriais dentro da cadeia produtiva

3Fábrica PlaneamentoGestão Produção

Gestão da Produção-Aprovisionamentos-Manutenção

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Processo produtivo- A qualidade

A instrumentação na industria de processos

Gestão da Qualidade•Qualidade define-se como a capacidade de um produto igualar ou, preferencialmente, exceder as expectativas dos consumidores•A qualidade percebida pelos consumidores constitui um importante factor de diferenciação dos produtos, dando às empresas a capacidade de praticar preços superiores aos custos médios –vantagem competitiva•A qualidade pode ser abordada a partir de dois pontos de vista:–Dentro da organização: capacidade de um produto cumprir exatamente as especificações do seu design–qualidade interna ou de design–Fora da organização: capacidade do produto satisfazer as necessidades que motivaram a sua compra –qualidade externa ou percebida

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Evolução do Conceito de Qualidade

Até aos anos 60-70: qualidade é um conceito interno àempresa, que procura manter um nível de produtos defeituosos (sucata) igual ou inferior a 10%A partir dos anos 80: empresas procuram diferenciar-se pela oferta de produtos de “qualidade superior”, introduzindo métodos de controlo total da qualidade (total quality control–TQC)com o objectivo de reduzir os defeitos a menos de 1% da produção (conceito permanece interno à organização)•A partir dos anos 90: conceito de qualidade externa àorganização passa a dominar, sendo definidos sistemas de gestão pela qualidade total (total qualitymanagement–TQM)com o objectivo de garantir junto dos clientes o cumprimento de procedimentos de qualidade (certificação)

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Custos de Qualidade

A gestão da qualidade permite às empresas evitar custos de substituição e reparação (custos de falhas externas) por via da redução da percentagem de materiais ou produtos defeituosos. No entanto, a promoção da qualidade implica custos de três tipos:–Custos de prevenção: despesas com o designde um produto de boa qualidade –desenvolvimento, teste de protótipos, escolha dos materiais e do equipamento, experiência da mão-de-obra–Custos de avaliação: verificação de que a qualidade do produto processado corresponde às especificações do design–controlo de qualidade, inspecções ao longo das fases do fluxo produtivo–Custos de falhas internas: custos dos recursos utilizados no processamento de produtos defeituosos (sucata) detectados pelo controlo de qualidade, bem como da respectiva destruição ou abandono

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Custos de Qualidade

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Controlo de Qualidade Total (TQC)

Descreve uma métodologia de abordagem ao problema da qualidade que envolve a organização como um todo, integrando:

–Desenvolvimento do Produto–Manutenção de equipamento e Inspecção–Melhoria permanente da qualidade quantificada por indicadores estatísticos

Os objectivos do TQC são:Produção sem falhas–Distribuir a responsabilidade pela garantia da qualidade por todos os membros da organizaçãoA diminuição recorrente das falhas deverálevar a um aumento da produtividade (menores custos) a um crescimento do mercado e, consequentemente, a um aumento dos lucros

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ManutençãoManutenção e fiabilidade – Definições introdutóriasComponente - Peça simples que normalmente é não reparávelÓrgão - Conjunto de vários componentes formando um dispositivo de complexidade média e reparável.Equipamento - Vários órgãos que formam um conjunto complexo Sistema ou instalação - vários equipamentos formando um conjunto complexo Vida útil -Eficácia - capacidade de cumprir determinados requisitos dentro de determinadas restrições técnicas, ergonómicas e económicas.Disponibilidade- Tempo dentro da vida útil que o “sistema” se encontra em perfeitas condições de operação. Durabilidade - Característica dependente da exploração concepção e materiais usados que normalmente fixadas durante a fase de projecto.Fiabilidade - Fiabilidade é a probabilidade de um determinado item executar a função requerida, sob determinadas condições especificadas durante um tempo determinado. A fiabilidade é pois uma extensão da qualidade no domínio do tempo. Manutibilidade- Aptidão de um sistema para poder receber manutenção.Manutenção – Conjunto de acções empreendidas com o objectivo de repor as condições operacionais do sistemaConfiabilidade- É normalmente definida como sendo a característica conjunta de durabilidade e de disponibilidade do sistema garantindo o grau de confiança de funcionamento durante a vida útil. Ergonomia – Aptidão para a utilização em condições de segurança e conforto.Produtividade – Aptidão para desempenho máximo a custos mínimos.

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Eficácia

Performancestécnicas Confiabilidade Ergonomia Produtividade

DisponibilidadeDurabilidade

Fiabilidade Manutibilidade Manutenção

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Ciclo de vida

Custo global de um sistema

Fase de selecção – analisar previsionalmente a rentabilidade do investimento, selecção de alternativas.

Fase de exploração – Seleccionar as melhores políticas de Manutenção e, eventualmente, decidir sobre alterações de concepção optimização de processos.

Fase de desactivação - Analisar o melhor momento para concretizar o desinvestimento (ou a substituição e/ou a reciclagem )

C o n c e p ç ã o

E x p lo r a ç ã o

D e s a c t iv a ç ã o

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Manutenção Centrada na Fiabilidade

Tal como já foi referido o conceito de fiabilidade, em termos latos, refere-se a “ausência de avaria”, “operação bem sucedida” ou ainda a “disponibilidade”. O que traduz a probabilidade de um sistema funcionar, durante um intervalo de tempo sob condições especificadas.

A fiabilidade não é mais que a probabilidade de sucesso R (reability) exactamente complementar da probabilidade de insucesso F(fail).

R+F=1

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Definindo probabilidade em Fiabilidade R(t):

A probabilidade constitui uma medida ou conceito de risco que cada vez mais em engenharia substitui a “certeza”. A fiabilidade, sendo uma probabilidade, constitui um “estado de conhecimento das coisas” e não o “estado real ou intrínseco das coisas”.

Taxa de falhas, tempo médio entre falhas e tempo médio de reparação.

Failure rate (λ) – taxa de falhas Mean Time Between Failures ( MTBF ) – Tempo médioentre falhasMean Time To Repair ( MTTR ) – Tempo médio para a reparação

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Taxa de falha ( λ ) – Taxa média de falhasConsidere um número total de itens N e que num determinado tempo t um número X falharam.O tempo acumulado T será dado por : T = [ t1 + t2 + t3 ... tk + ( N –X ) t ] Onde t1 é o tempo para a primeira falha, etc.N – nº total de itensX– nº total dos que falharam( se os itens não forem reparáveis T = Nt ) Define-se então taxa de falhas como sendo o quociente entre o nº total de falhas sobre o tempo total acumulado da observação ( só é valido para avarias segundo um padrão aleatório e uniformemente distribuídas )

Exemplo : Suponhamos que foram testados 10 conversores ( field bus / 4 a 20mA) durante 10.000 horas sob condições previamente especificadas. Considera-se que este tipo de equipamento é não reparável.Durante este teste 4 dos equipamentos falharam na seguinte sequência: 125, 300, 1200, 6400 horas.Qual a taxa de falhas ?

∧

λ

TX=

∧

λ

TX=

∧

λ

TX=

∧

λ

∧

λ

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MTBF – Tempo médio entre falhas ( )Define-se como sendo o tempo médio entre duas falhas consecutivas do sistema considerado.

T tempo total acumulado ( Não entra em conta com o tempo de paragem do equipamento para reparação )X nº de items que falharam

θ

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Vida média Este termo é muitas vezes confundido com o MTBF ou o MTTFOs valores de MTBF e de MTTF são calculados tendo sempre em conta que a taxa de falhas é constante a vida média por seu turno é calculada para a vida total do sistema incluindo a porção de tempo onde os fenómenos tipo desgaste e fadiga do sistema se torna notório.Tomem-mos os seguintes exemplos:Um fósforo possui um tempo médio de vida curta mas possui um elevado MTBF Uma faca de plástico possui uma vida longa ( em termos de desgaste ) mas um MTBF reduzido ( falha muitas vezes ).

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Tempo de paragem ( MDT ) e tempo de reparação ( MTTR ).Será agora necessário introduzir o conceito de Tempo médio de paragem ( MDT )È normal a confusão entre tempo médio de paragem ( MDT) e o tempo médio de reparação ( MTTR ).O tempo médio de paragem é o tempo total em que o sistema estáinoperacional.Este tipo de definição não é pacifico e é muitas vezes diferente nos vários tipos de organização. Levando ainda ao facto que do uso não especificado destes dois indicadores ( MDT, MTTR ) possam surgir algumas incorrecções nos parâmetros de apreciação e produtividade dos serviços de manutenção.De um modo geral pode ser traduzido pelo seguinte esquema:

FalhaAcesso Diagnostico Reservas Substituição Verificação Colocação

em serviço

Tempo de paragem

MDT

MTTR

Realização

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Escolha do parâmetro adequado

Taxa de falhas – é aplicável à maior parte dos componentes. Bastante útil ao nível do sistema com taxas de falha constantes porque é bastante fácil de calcular a Indisponibilidade da instalação através de Ter no entanto em atenção de que se trata de uma média que não nos dá o modo de variação dentro do intervalo.MTBF e MTTF (tempo médio entre falhas / tempo médio para falhar ) – Parâmetro mais usado para descrever a fiabilidade de um sistema e calculo dos custos de manutenção. É útil mesmo para os casos onde a taxa de falha não é constante.R(t) Fiabilidade – Usado no cálculo da probabilidade de falha. Este parâmetro é tanto mais importante quando se fala de segurança ( exemplo da aviação )MTTR (tempo médio para reparação )– Muitas vezes expresso em percentagem com termos do tipo 95% reparáveis em 1 hora ( isto indica que só 5% das avarias éque levam mais de uma hora a reparar).MDT ( tempo médio de paragem ) – Usado na caracterização do sistema em termos de fiabilidade e disponibilidade.Disponibilidade – Usado para caracterizar em termos de custo de processo, uma vez que é obtido através da fiabilidade e Manutibilidade do sistema.Vida média – Usado normalmente para caracterizar um sistema em termos de custos e definição de políticas de substituição ou manutenção mais adequadas.

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Etapas da FiabilidadePartindo do principio de que qualquer sistema deve funcionar em condições que proporcionem eficácia, segurança, e economia de meios, então torna-se necessário percorrer 3 etapas.

Medir – Deduzir o modelo ou modelos de fiabilidade mais adequado à tipologia do sistema, seja este um órgão um equipamento ou uma instalação (ou organização).O cálculo inicia-se com cada componente elementar, prosseguindo depois, tendo em consideração as inter-relações dos vários componentes através dos diversos níveis de integração (vertical e horizontal), até ao nível de todo o conjunto que se pretende estudar

Melhorar- Quando todas as interdependências da fiabilidade do sistema forem compreendidas, há que procurar as formas mais adequadas conducentes à melhoria da fiabilidade global, balizadas por compromissos de custo e de segurança.Será sempre um bom ponto de partida quando se considera que qualquer equipamento quando novo, é o seu pior estado de funcionamento, desta abordagem “obriga” sempre a que o gestor da instalação tome medidas de optimização os quais se traduziram num aumento de eficácia e produtividade.

Reduzir ao mínimo possível a complexidade do sistema;Aumentar a fiabilidade dos componentes;Introdução de redundâncias;Estabelecer o tipo de inspecção e manutenção de rotina.

As duas primeiras medidas encontram-se naturalmente limitadas para além do custo, da tecnologia disponível.As duas ultimas permitem que se possa pensar em estabelecer objectivos ambiciosos de 100% de eficácia de fiabilidade ou zero defeitos

Optimizar- Entender a optimização como um processo continuo ao longo da vida útil do sistema. Traduzir-se-á para além da maximização da fiabilidade uma diminuição do risco de disponibilidade

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ManutençãoTIPOS DE MANUTENÇÃO

MANUTENÇÃO CORRECTIVAA manutenção correctiva é a forma mais óbvia e mais primária de manutenção; pode sintetizar-se pelo ciclo "avaria-repara", ou seja, a reparação dos equipamentos após a avaria. Constitui a forma mais cara de manutenção quando encarada do ponto de vista total do sistema. Pura e simples, conduz a:Baixa utilização anual dos equipamentos e máquinas e, portanto, das cadeias produtivas; ·Diminuição da vida útil dos equipamentos, máquinas e instalações; Paragens para manutenção em momentos aleatórios e muitas vezes, inoportunos por corresponderem a épocas de ponta de produção, a períodos de cronograma apertado, ou até a épocas de crise geral;

É claro que se torna impossível eliminar completamente este tipo de manutenção, pois não se pode prever em muitos casos o momento exacto em que se verificará um defeito que obrigará a uma manutenção correctiva de emergência.

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Manutenção correctivaApesar de rudimentar, a organização correctiva necessita de:

Pessoal previamente treinado para actuar com rapidez e proficiência em todos os casos de defeitos previsíveis e com quadro e horários bem estabelecidos;

Meios materiais necessários para a acção correctiva: aparelhos de medição e teste adaptados aos equipamentos existentes e disponíveis, rapidamente, no próprio local;

Ferramentas necessárias para todos os tipos de intervenções necessárias que se convencionou realizar no local;

Manuais detalhados de manutenção correctiva referentes aos equipamentos e às cadeias produtivas, e sua fácil acessibilidade;

Desenhos detalhados dos equipamentos e dos circuitos que correspondam às instalações actualizados;

Stock racionalmente organizado, em contacto íntimo com a manutenção e contendo, em todos os instantes, bom número de itens acima do ponto crítico de encomenda;

Contratos bem estudados, estabelecidos com entidades nacionais ou internacionais, no caso de equipamentos de alta tecnologia cuja manutenção local seja impossível;

Formação, Reciclagem e actualização periódicas dos chefes e dos técnicos de manutenção;

Registos dos defeitos e dos tempos de reparação, classificados por equipamentos e por cadeias produtivas (normalmente associadas a cadeias de manutenção);

Registro das perdas de produção (efectuado de acordo com a operação-produção) resultantes das paragens devidas a defeitos e das paragens para manutenção;

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MANUTENÇÃO PREVENTIVAA Manutenção Preventiva, como o próprio nome sugere, consiste num trabalho de prevenção de defeitos que possam originar a paragem ou um baixo rendimento dos equipamentos em operação. A prevenção é feita baseada em estudos estatísticos, estado do equipamento, local de instalação, condições eléctricas, dados fornecidos pelo fabricante (condições óptimas de funcionamento, pontos e periodicidade de lubrificação, etc.), entre outros. As vantagens, podem ser enunciadas por:

Diminuição do número total de intervenções correctivas, diminuindo o custo da manutenção correctiva; Grande diminuição do número de intervenções correctivas ocorrendo em momentos inoportunos como por ex.: em períodos nocturnos, em fins-de-semana, durante períodos críticos de produção e distribuição, etc; Aumento considerável da taxa de utilização anual dos sistemas de produção e de distribuição.

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Manutenção preventivaA organização preventiva --> Para que a manutenção preventiva funcione é necessário:Existência de um sector de planeamento da manutenção (Gabinete de preparação e Métodos) composto pelas pessoas mais qualificadas da manutenção e tendo funções de preparação de trabalho e de racionalização e optimização de todas as acções. Objectivo,uma manutenção mais produtiva e mais eficaz. Existência de um arquivo técnico organizado, contendo: manuais de manutenção,

manuais de pesquisas de defeitos, catálogos construtivos dos equipamentos, catálogos de manutenção (dados pelos fabricantes) e desenhos de projecto actualizados (as-built). Existência de ficheiros contendo as seguintes informações:

Fichas históricas dos equipamentos, contendo registo das manutenções efectuadas e defeitos encontrados; Fichas de tempos de reparação, com cálculo actualizado de valores médios; Fichas de planeamento prévio, normalizado, dos trabalhos repetitivos de manutenção. Nestas fichas constam: composição das equipas de manutenção, materiais, peças de reposição e ferramentas, organigramas com a sequência lógica das várias actividades implicadas; Existência de plannings nos quais se mostram os trabalhos em curso e a realizar

no próximo futuro. Devem existir plannings locais nas oficinas; Existência de um serviço de emissão de requisições ou pedidos de trabalho, contendo a descrição do trabalho, os tempos previstos, a lista de itens a requisitar e a composição da equipe especializada; Emissão de mapas de rotinas diárias; Existência de um serviço de controlo, habilitado a calcular dados estatísticos relativos à fiabilidade e à produção; Existência de um serviço de emissão de relatórios resumidos das grandes manutenções periódicas; Existência de interacções organizadas com o stock e os serviços de produção

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MANUTENÇÃO PREDITIVAManutenção preditiva é a actuação realizada e baseada nos de parâmetros de CONDIÇÃO ou DESEMPENHO, cujo acompanhamento obedece a uma abordagem sistemática.O objectivo deste tipo de manutenção é prevenir falhas nos equipamentos ou sistemas através de acompanhamento de parâmetros diversos, permitindo a operação contínua do equipamento durante o maior intervalo de tempo possível.É a primeira grande quebra de paradigma na manutenção, e desenvolve-se tanto mais, quanto mais se desenvolve o conhecimento tecnológico e equipamentos que permitam avaliação fiável das instalações e sistemas operacionais em funcionamento.

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MANUTENÇÃO PREDITIVAo processo de manutenção preditiva: quando o grau de degradação se aproxima ou atinge o limite estabelecido, é tomada a decisão de intervenção. Normalmente esse tipo de acompanhamento permite a preparação prévia do serviço, além de outras decisões e alternativas relacionadas com a produção.

Condições básicas:O equipamento, o sistema ou a instalação devem permitir algum tipo de monitorização/medição; O equipamento, o sistema ou a instalação devem merecer esse tipo de acção, em função dos custos envolvidos; As falhas devem ser oriundas de causas que possam ser monitorizadas e ter sua progressão acompanhada; Deve ser estabelecido um programa de acompanhamento, análise e diagnóstico, sistematizado; É fundamental que a mão-de-obra da manutenção responsável pela análise e diagnóstico seja bem treinada. Não basta medir; é preciso analisar os resultados e formular diagnósticos.

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MANUTENÇÃO PREDITIVAQuando o grau de degradação se aproxima ou atinge o limite estabelecido, é tomada a decisão de intervenção. Normalmente esse tipo de acompanhamento permite a preparação prévia do serviço, além de outras decisões e alternativas relacionadas com a produção.

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MANUTENÇÃO Preventiva Condicionada

Manutenção Preventiva Condicionada ébasicamente a detecção de FALHAS OCULTAS ou não-perceptíveis ao pessoal de operação e manutenção.A identificação de falhas ocultas ou análise de

condição é primordial para garantir a fiabilidade.

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Análise de vibração:É baseada sensores mecânicos (normalmente um acelerómetro) que emite sinais eléctricos conforme a vibração do sistema sendo possível o diagnostico de falhas do sistema e definir se as mesmas estão dentro de um nível tolerável ou não. Existem inclusive normas que definem o que é uma vibração aceitável.

Análise de fluidos:Baseia-se em analisar os lubrificantes utilizados nas partes mecânicas do processo. Através da análise de sua viscosidade e de fragmentos encontrados, épossível detectar a degradação do sistema.É mais aplicável para apontar defeitos mecânicos e requer especialista para aanálise, bem como métodos químicos para a execução da mesma.

TermografiaÉ a análise pela diferença de temperatura (e sobreaquecimentos) em sistemas

eléctricos e mecânicos.Este método bastante eficaz, embora as cameras utilizadas para se obterem imagens detalhadas custem caro e requeiram experiência para sua operação. É um método muito interessante para se detectar degradação em isoladores, caixas de junção, seccionadores e disjuntores, pois os defeitos nestes tipos de componente causam grande variação de temperatura.

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Imagem termográfica

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Análise de sinais eléctricos

Existem diversos métodos de se analisar a condição de um sistema eletro-mecânico através dos sinais elétricos.

Em geral, os sistemas costumam adotar a análise do espectro da corrente, que contém, embora de forma um pouco diferente, as mesmas informações existentes em um espectro obtido por um analisador de freqüência.

Este tipo de análise pode ser feito tanto de forma off-line quanto on-line, sendo o método tradicional pela análise da “assinatura de corrente”. Esta análise baseia-se no princípio de que a corrente do motor sofrerá alterações quando houver alguma falha elétricaou mecânica, ou mesmo uma modificação da forma de trabalho do sistema.

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Porque Fazer uma boa manutenção?

Aumenta a Fiabilidade, a boa manutenção gera menos paragens- Melhora a qualidade, máquinas e equipamentos mal ajustados têm mais probabilidade de causar erros ou reduzidos desempenhos que podem causar problemas de qualidade - Diminui os custos, quando bem cuidados, os equipamentos funcionam com maior eficiência- Aumenta a vida útil, cuidados simples, como limpeza e lubrificação, garantem a durabilidade da máquina, reduzindo os pequenos problemas que podem causar desgaste ou deterioração - Melhora a segurança, máquinas e equipamentos bem mantidos têm menos probabilidade de se comportar de forma não previsível ou não padronizada, evitando assim, possíveis riscos à operação.