Habla del mantenimiento de la empresa, estrategias de mantenimiento,estructura de costo,costo de falla de grupo de equipos disponibilidad y costos de intervención, planificación y gestión estratégica.
1. El Arte de Mantener
Rodrigo Pascual J.
rpascual@ing.uchile.cl
Dpto. Ing. Mec´anica, U. de Chile.
Beauchef 850,
Santiago, Chile.
Versi´on 2.85, abril 2005 1
1
Apuntes de los cursos ME57A ”Mantenci´on de Maquinaria2
ME707 ”T´opicos Avanzados en Gesti´on de Man-
tenimiento”. Esta es una versi´on preliminar, en constante evoluci´on, y con numerosas faltas de ortograf´ıa y otros er-
rores no forzados. Agradezco sus aportes. Se encuentran disponibles en http://www.cec.uchile.cl/˜rpascual/me57a.
La figura representa un modelo para la tasa de fallas λ de un equipo vs las frecuencias de dos tipos de inspecci´on
fa y fb respectivamente.
19. ´INDICE GENERAL 1
S´ımbolos
S´ımbolo Definici´on
α numero adimensional
a coeficiente
a vector
A matriz
um unidad monetaria
ut unidad de tiempo
ud unidad de distancia
u unidad
t instante (ut)
T periodo de tiempo (ut)
f frecuencia (ut−1
)
Cx costo tipo x (um)
cx costo tipo x por unidad de tiempo (um/ut)
B presupuesto (um)
R confiabilidad
A disponibilidad
D no disponibilidad
f funci´on densidad de probabilidad
F funci´on de probabilidad acumulada de falla
MTTR Tiempo medio para reparar (ut)
MTTF Tiempo medio para fallar (ut)
MTBF Tiempo medio entre fallas (ut)
λ tasa de fallas (fallas/ut)
λ tasa de arribos (arribos/ut)
µ tasa de servicio (intervenciones/ut)
ι tasa de descuento por unidad de tiempo
θ tasa de descuento continua
p probabilidad
20. 2 ´INDICE GENERAL
Terminolog´ıa
Sistema Conjunto de componentes interdependientes, concebidos para realizar una funci´on dada, en
condiciones dadas, y en un intervalo de tiempo dado.
Equipo Es una parte de sistema con un prop´osito expl´ıcito (funci´on), por ejemplo: clasificar , mezclar,
transportar.
Componente Parte fundamental del equipo. Puede ser reparable o no.
Unidad Es un conjunto de equipos que cumplen una funci´on agregada, por ejemplo: chancador
L´ınea Conjunto de unidades. Reciben como entrada la materia prima y entregan el producto terminado.
Ello define su funci´on.
Planta Conjunto de l´ıneas en el sentido de producci´on. Agrega adem´as todas las funciones requeridas
para entregar producto terminado. Por ejemplo: producci´on, mantenimiento, contabilidad, ingenier´ıa,
inform´atica, etc.
Intervenci´on o trabajo Es una acci´on realizada sobre un componente. El objetivo de una intervenci´on
es lograr que el equipo est´e operativo e incrementar la disponibilidad del mismo.
Confiabilidad Probabilidad de que un sistema logre su funci´on, en sus condiciones de uso, durante un
intervalo de tiempo dado.
21. Prefacio
The study of the art of motorcycle maintenance
is really a miniature study of the art of rationality
itself. Working on a motorcycle, working well,
caring, is to become part of a process, to achieve
an inner peace of mind. The motorcycle is
primarily a mental phenomenon.
R. Pirsig[181]
...a vital component of making sure that one’s models are reliable
because they do the same things as the real system
and for the same reasons. G. Coyle[129]
La continua expansi´on de la sociedad de la informaci´on en que vivimos impone cada vez mas requeri-
mientos tanto en los productos y servicios como en los sistemas de producci´on y manufactura. Ello obliga
a acelerar los procesos de toma de decisiones para satisfacer las necesidades impuestas por el mercado.
En el contexto planteado, el mantenimiento es una funci´on clave para lograr la satisfacci´on de las
demandas al proceso productivo. Cualquier mejora en su manejo puede tener un impacto importante en
la competitividad de la empresa. En esa l´ınea, el desarrollo e implementaci´on de las tecnolog´ıas de la
informaci´on apoyado por el modelamiento matem´atico para la toma de decisiones permite visualizar una
gesti´on del mantenimiento centrada en la informaci´on. En ella la informaci´on correcta est´a disponible en el
momento adecuado y para la persona adecuada. La visi´on incluye la gesti´on de la calidad, el procesamiento
y agregaci´on de la informaci´on que se genera en producci´on, y su transferencia a los modelos para la toma
de decisiones.
Los cursos ME57A y ME707 muestra algunos progresos recientes en metodolog´ıas para optimizar la
gesti´on del mantenimiento de sistemas industriales, y en estrategias para transformar el mantenimien-
to en una actividad que agregue valor a la empresa e incremente su competitividad. El curso ha sido
orientado fuertemente a la investigaci´on de operaciones. Ello conlleva a un esfuerzo de modelamiento
importante de los procesos de decisi´on que ocurren en la industria. Creemos importante que el alumno
comprenda el porqu´e la construcci´on de modelos simples pueden ser de gran apoyo para su labor y para
eso, comenzaremos por definir modelo:
Un modelo es un prototipo de algo que es real.[2]
Una definici´on m´as detallada es:
Un modelo es una abstracci´on de la realidad que captura la esencia funcional del sistema, con el detalle
suficiente como para que pueda utilizarse en la investigaci´on y la experimentaci´on en lugar del sistema
real, con menos riesgo, tiempo y costos. En la medida en que un modelo particular es una
representaci´on adecuada del sistema, puede ser una ayuda muy valiosa para el anlisis de pol´ıticas, la
toma de decisiones y la resoluci´on de problemas.[7]
El disponer de un modelo, en nuestro caso un modelo de costos y confiabilidad, tiene una serie de
ventajas para la gesti´on:
3
22. 4 ´INDICE GENERAL
es una herramienta de aprendizaje permite establecer las relaciones e importancia de los dife-
rentes par´ametros en la respuesta del sistema.
permite un acercamiento al problema el proceso de construcci´on del modelo permite resaltar
variables que pasar´ıan desapercibidas de otra manera por la complejidad del sistema.
permite filtrar aquellos par´ametros y condiciones que tienen poca incidencia en la respuesta del
sistema
es un medio de discusi´on si dos partes concuerdan en que las hip´otesis y par´ametros que se
usaron para construirlo son v´alidas y suficientes entonces los resultados ser´an aceptados por las partes;
las limitaciones ser´an discutidas
es una herramienta de predicci´on es muy f´acil realizar an´alisis de sensibilidad; lo que guiar´a el
proceso de redise˜no o mejoramiento
es una herramienta de optimizaci´on por lo anterior, un modelo puede reducir significativa-
mente los costos de desarrollo o mantenimiento de un sistema y acelerar sustancialmente el proceso de
decisi´on; en nuestro caso, a nivel de dise˜no o mantenimiento.
Complementariamente, un ingeniero mec´anico posee la gran ventaja de comprender o poder compren-
der las causas ra´ıces de los problemas t´ecnicos que afectan a los sistemas mec´anicos y que generan la
necesidad de mantenimiento: las fallas.
En base a lo mencionado, el curso ha sido estructurado en tres partes:
en la primera se entrega el marco general del problema de costos que se enfrenta el mantenimiento.
Adem´as se estudian varias t´ecnicas de an´alisis de fallas.
En la segunda parte, que representa el n´ucleo del curso, se estudian modelos de confiabilidad
combinados con modelos de costos.
En la tercera parte, se ven estrategias globales tales como el mantenimiento basado en la confia-
bilidad, el mantenimiento productivo total.
Habilidades potenciadas por el curso
En julio de 2001 se realiz´o en la facultad un taller denominado The Learning Factory. En ´el se
discutieron los nuevos enfoques que se deben dar a la ense˜nanza. En particular se invit´o a un panel de
ingenieros con puestos de mando en la industria nacional y se les pregunt´o cuales eran las falencias m´as
comunes de los ingenieros reci´en egresados y principalmente se mencion´o (sin orden espec´ıfico):
Capacidad de trabajo en equipo
• Aporte cr´ıtico constructivo al grupo
Dominio del ingl´es o de una segunda lengua
Actitud de aprendizaje continuo
Capacidad de vender y defender sus ideas
Capacidad de innovar
Como una forma de colaborar con estas habilidades, el curso, aparte de entregar los contenidos per-
tinentes incluir´a:
Un trabajo de duraci´on semestral en equipo
23. ´INDICE GENERAL 5
Trabajos de investigaci´on bibliogr´afica (en anexo E se entrega una gu´ıa para una b´usqueda bibli-
ogr´afica eficiente)
Varias exposiciones de parte de los alumnos (en anexo F se entrega una gu´ıa para presentaciones
orales)
Si es posible, un taller corto de creatividad
Por otro lado, la era de la informaci´on en que vivimos est´a desplazando al papel como principal medio
de transmisi´on de informaci´on. El standard actual son los documentos PDF. Una forma de producirlos
es a trav´es de procesadores de palabras WYSIWIG (What You See Is What You Get) o trav´es de
compiladores tales como LATEX. Las ventajas principales de usar esta ´ultima opci´on son:
el autor se concentra ´unicamente en el contenido y no en el formateo,
est´an especialmente preparados para el tipo de datos manejados constantemente en ingenier´ıa:
ecuaciones, tablas y figuras.
Lo anterior reduce el tiempo destinado a realizar el trabajo y ayuda a mejorar la calidad de los
contenidos. Este semestre las entregas de tareas e informes se har´an en formato PDF via email. El
auxiliar impartir´a una clase tutorial de LATEX. Con ello se espera que los alumnos queden preparados
para publicar sus memorias ME-69 en la biblioteca virtual del departamento.
Charlas y visitas
Como una forma de acercamiento al medio industrial y tecnol´ogico aplicado se programan varias
charlas, entre ellas:
gesti´on de mantenimiento
• sistemas de informaci´on de mantenimiento
• m´etodos de mantenimiento sintom´atico
An´alisis de fallas
• sistemas expertos
Consejos para las clases
Les aconsejo aprovechar el material disponible en la red:
Impriman las presentaciones en powerpoint antes de cada clase en modo ’documento’, con 3 dia-
positivas por p´agina; as´ı pueden comentarlas.
Impriman los apuntes por capitulo y no el apunte completo a la vez. Frecuentemente agrego, ac-
tualizo o quito cap´ıtulos durante el semestre.
El Proyecto
El proyecto (en grupos de 3 alumnos) corresponde a un 30 % de la nota del curso. Tiene por obje-
tivo desarrollar los t´opicos que se dar´an durante el curso para un sistema mec´anico en particular. Al
final el alumno tendr´a un conocimiento acabado (tanto t´ecnico como econ´omico sobre el equipo) y el
mejor informe quedar´a en el Web para ser usado a conveniencia por los interesados. Los equipos deben
corresponder a maquinas que jueguen un rol importante en la l´ınea de producci´on; con un grado de
complejidad suficiente para realizar an´alisis interesantes, y que sea de uso en una empresa seleccionada
24. 6 ´INDICE GENERAL
por ustedes. Como novedad, este semestre el proyecto debe ser revisado por un ingeniero responsable
(similar a una pr´actica). El proyecto adem´as tiene car´acter de competencia: ganar´a aquel grupo que logre
la mejor relaci´on entre ahorros provocados en un a˜no vs el valor del equipo nuevo.
El proyecto debe incluir:
principio de funcionamiento, montaje, t´ecnicas de inspecci´on disponibles, condiciones de operaci´on
en la empresa donde opera.
Desarrollo de un programa de mantenimiento centrado en la confiabilidad
• Plan t´ecnico de mantenimiento
• Plan de mantenimiento preventivo
Evaluaci´on de costos asociados a mantenimiento correctivo, preventivo y centrado en la condici´on
An´alisis de modos de falla, sus efectos y criticidad
Desarrollo del ´arbol de fallas
Necesidades de repuestos en bodega, estudio de plazo ´optimo de reemplazo, tama˜no ´optimo de
pedido, costo de almacenamiento asociado
Estudio de ahorros provocados como consecuencia del estudio, conclusiones
Otros puntos relevantes
Observaci´on 1 El proyecto ser´a evaluado por los informes escritos (75 %) y por las presentaciones
realizadas en clase (25 %). En las presentaciones se evaluar´a: calidad del contenido (50 %), calidad del
material audiovisual (25 %), claridad al explicar (15 %), calidad de las respuestas (10 %).
Observaci´on 2 El proyecto considera tres presentaciones parciales y una presentaci´on final:
semana 3
semana 8
semana 13
semana 15
Algunos consejos
El proyecto ha sido evaluado en varios semestres. Se aconseja:
Buscar equipos con historial de fallas y costos suficiente.
Se recomienda usar empresas que dispongan de un sistema de informaci´on.
Dado que el curso se centra en la minimizaci´on del costo global (y no de la seguridad) considerar
equipos donde ese sea el par´ametro mas importante a considerar.
Los modelos que se propondr´an en el curso se basan en una serie de hip´otesis que deben cumplirse
para que el resultado sea valido. Ello obliga a verificar su cumplimiento (y estamparlo en el informe).
En caso de que un modelo no represente adecuadamente la situaci´on real; ser´a evaluado muy
positivamente la modificaci´on del mismo por parte de los alumnos. Sean cr´ıticos y constructivos.
Las conclusiones emitidas de los resultados de los an´alisis son ponderadas de manera importante
en la nota. Traten siempre de evaluar los ahorros y otras consecuencias de las acciones propuestas
tras los an´alisis. Comente cada cap´ıtulo; explote sus resultados al m´aximo.
25. ´INDICE GENERAL 7
0 50 100 150
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
x 10
4
Tamaño de lote
Costoglobal(en$det=0)
Figura 1: Costo global acumulado vs intervalo entre pedidos).
Lleve una tabla de actividades donde registre los siguientes campos: fecha, tipo de actividad (entre-
vista, estudio de los apuntes para el proyecto, implementaci´on de modelos, redacci´on de informe),
tiempo efectivo que requiri´o la actividad, tiempo muerto que requiri´o la tarea (transporte, ..). Al
final del proyecto haga un resumen (como anexo del proyecto ) por tipo de actividad y genere
indicadores estad´ısticos. Este punto tambi´en es evaluado.
Traten siempre de comparar los resultados obtenidos con la manera en que actualmente se hace en
la empresa. Busque ahorros y ventajas provenientes de su trabajo.
Las unidades de tiempo m´as frecuentes son los dias, las semanas, los meses. El sentido pr´actico
indica usar valores enteros de estas unidades de tiempo. Por ejemplo, en caso de que un modelo
resulte en un intervalo ´optimo de 3.8678 semanas para intervenciones preventivas, eval´ue el aumento
de la funci´on objetivo si se hace cada 4 semanas.
Cuando usen un modelo matem´atico, justifiquen la estimaci´on inicial de los par´ametros requeridos.
En caso de incertidumbre, realicen an´alisis de sensibilidad.
cuando se refieran a probabilidades o costos sean espec´ıficos; son costos de falla o de interven-
ci´on?; por unidad de tiempo, por intervenci´on o por intervalo?, sobre qu´e intervalo se eval´ua la
probabilidad? en qu´e condiciones de operaci´on?, etc.
en general es muy conveniente mostrar soluciones gr´aficas. As´ı es f´acil observar el efecto de imple-
mentar alguna estrategia de mantenimiento que no necesariamente sea la optima seg´un el modelo
matem´atico pero que este en la region cercana. Por ejemplo, la figura (1) muestra un estudio del
efecto del intervalo entre pedidos sobre el costo de disponer repuestos en bodega. Observamos que
si bien el ´optimo es puntual, la region aleda˜na ofrece posibilidades razonables tambi´en (ver capitulo
§28).
Para el caso de tablas y figuras, evitar en lo posible las capturas de pantalla. Ello hace perder la
resoluci´on y dificulta la lectura; sobre todo para las tablas.
Al final del proyecto, haga un abstract de no m´as de 30 l´ıneas que resuma el trabajo y los logros
del mismo.
26. 8 ´INDICE GENERAL
Desaf´ıo 2005
Este a˜no se plantea nuevamente el desaf´ıo. Consiste b´asicamente, en tomar un art´ıculo de journal
a ser propuesto por el profesor, el cual debe ser traducido e implementado. Adem´as se debe repetir el
ejemplo num´erico presentado en el mismo.
El desaf´ıo pretende:
acercar al alumno a la actualidad en investigaci´on de operaciones orientado a mantenimiento;
que realice una investigaci´on bibliogr´afica necesaria para alcanzar la meta;
que eventualmente continue trabajando el tema con miras a su tesis de grado;
que logre dominar las herramientas de optimizaci´on inform´aticas;
que sea capaz de escribir un articulo de conferencia.
Otras caracter´ısticas del desaf´ıo:
es alternativo al proyecto;
es posible la renuncia. Dada la posibilidad de que requiera un tiempo excesivo, se abre la posibilidad
de comenzar un proyecto en forma tard´ıa (hasta la semana 8);
es individual;
su grado de supervisi´on es mayor, se fijaran reuniones peri´odicas con el profesor para verificar
avances;
sigue el calendario de presentaciones orales del proyecto.
Las desventajas del desaf´ıo frente al proyecto son:
es espec´ıfico, los alcances del proyecto son mayores;
es experimental, por ser la primera vez que se realiza.
Conocido lo anterior, los desafiantes deben ser muy motivados, inquietos y dispuestos al aprendizaje.
Forma de evaluaci´on
El curso ser´a evaluado con 3 controles y un examen (50 %), el proyecto/desaf´ıo (30 %) y las notas de
tareas y tests (20 %).
Las fechas fijadas para los controles son los jueves:
semana 5
semana 10
semana 15
27. ´INDICE GENERAL 9
Contenidos del curso
El curso consta de las siguientes partes:
Estudio de costos
T´ecnicas para an´alisis de falla
An´alisis de confiabilidad
Modelos para minimizar el costo global de mantenimiento
Planificaci´on de actividades
Mantenimiento centrado en la condici´on
Hemos dejado en anexos, otras materias que pueden ser utilizadas durante el curso:
Sistemas de informaci´on de mantenimiento
Mantenimiento centrado en la confiabilidad
Mantenimiento productivo total
Otros temas han sido dejado de lado, por la duraci´on limitada del curso:
organigrama del mantenimiento
certificaciones de calidad
codificaci´on de equipos y repuestos
etc.
Bibliograf´ıa recomendada
Gran parte del curso de basa en las siguientes referencias:
Campbell, J.D., Jardine, A.K.S., Maintenance Excellence, Marcel Dekker, Inc., 2001.
P. Lyonnet. Maintenance Planning, Methods and Mathematics. Chapman & Hall, 1991.
A.K.S. Jardine. Maintenance, Replacement and Reliability. Pitman Publishing, 1973.
Eppen, G.D. et al., Investigaci´on de Operaciones, Prentice Hall, 5ta edici´on, 2000.
Varios, Pratique de la Maintenance Industrielle. Dunod Ed., 1998.
Pascual, R., El Arte de Mantener, Apuntes del curso ME57A, Universidad de Chile, 2004. bajar
No quisiera terminar este prefacio sin agregar una cita muy adecuada al desarrollo de este curso:
To do work in computational mathematics is ...a commitment to a more demanding definition
of what constitutes the solution to a mathematical problem. When done properly, it conforms
to the highest standard od scientific research.
Neuts, M.F[1]
29. Bibliograf´ıa
[1] Neuts, M.F., Computer power of the liberation of applied probability, Technical report 312, Department
of Statistics, Purdue University, 1973.
[2] Bisschop, J. Optimization Modelling, Paragon Decision Technology, The Netherlands, 2004. [bajar]
[3] Drew, D.R, Din´amica de Sistemas Aplicada, Isdefe, Madrid, 1995. [bajar]
[4] Coyle, G., The practice of system dynamics: milestones, lessons and ideas from 30 years experience,
System Dynamics Review, 14(4), 343–365, 1998. [bajar]
11
33. Cap´ıtulo 1
El mantenimiento dentro de la
empresa
If I have seen further,
it is by standing on the shoulders of giants.
Isaac Newton
Maintenance is the combination of all technical and administrative actions, intended to retain
an item in, or restore it to a state in which it can perform its required function
British Standards Institution, 1993.[16]
1.1. Introducci´on
Seg´un el diccionario (2001) de la Real Academia Espa˜nola de la lengua se define sem´anticamente
mantenimiento como.
1. m. Efecto de mantener o mantenerse.
2. m. Conjunto de operaciones y cuidados necesarios para que instalaciones, edificios, industrias, etc.,
puedan seguir funcionando adecuadamente.
Seg´un la norma francesa AFNOR 60.010, mantenimiento se define como:
El conjunto de acciones que permiten mantener o restablecer un bien a un estado especificado o en
capacidad de asegurar un servicio determinado.
Wireman [187] lo define como toda acci´on o actividad necesaria para mantener un sistema o compo-
nentes del equipo en el estado operacional deseado o restaurarlo a dicho estado.
Hay que agregar a este concepto las nociones de acciones a tomar antes del montaje de los bienes
(etapa de dise˜no) y la de la vida ´util nominal del equipo, que determina tambi´en las acciones a tomar.
1.1.1. Una funci´on de apoyo
La funci´on mantenimiento cubre el conjunto de actividades que deben existir en una planta para
obtener un costo global de mantenimiento m´ınimo durante la vida prevista para los equipos.
Se trata de una funci´on de apoyo tal como las funciones:
calidad
seguridad
recursos humanos, etc.
15
34. 16
Para optimizar la funci´on mantenimiento es necesario situar esta funci´on en el marco de una funci´on
m´as global llamada funci´on equipos.
En una planta, para producir se requiere:
uno o mas productos terminados definidos;
materias primas;
proceso de producci´on;
personal;
equipos.
La funci´on equipos incluye todas las actividades que conciernen a los activos f´ısicos de la empresa.
Ella se descompone en varias funciones:
mantenimiento;
inversiones en renovaci´on,
inversiones de productividad;
mejoras de equipos;
desarrollo de nuevos equipos.
Estas funciones est´an ligadas unas a otras:
por su inter-dependencia econ´omica
por ser realizadas por el mismo grupo de personas.
La funci´on equipos ser´a bien manejada si hay un presupuesto para cada una de las funciones que la
componen, y por tanto se realizan an´alisis de necesidades para c/u de ellas.
1.1.2. Sistemas de gesti´on
Las auditorias de mantenimiento muestran, en general, que el mantenimiento es visto en el contexto
de las funciones de la empresa como un centro de costos, y concebido con una vision parcelaria. Los
problemas que se resaltan m´as com´unmente son: escasez de recursos humanos competentes, insuficiencia
en recursos materiales, falta de un sistema de informaci´on capaz de indicar qu´e hacer, cuando hacerlo y
como hacerlo.
La informaci´on disponible, consignada por diferentes participantes, es en general incompleta, poco
fiable y muy dispersa. Uno de los factores responsables de esta situaci´on anarqu´ıca es la falta de visi´on de
los responsables y la ausencia de un sistema de informaci´on que no solo colecte y registre la informaci´on,
pero que tambi´en la verifique y la administre de manera que los participantes puedan tomar decisiones
objetivas. La ausencia de datos confiables y de herramientas eficaces para el an´alisis de la informaci´on
lleva al mantenimiento a convertirse en un bombero apaga-incendios. Con esa forma de proceder, los costos
asociados a mantenimiento solo pueden crecer, con lo que la contribuci´on de la funci´on mantenimiento
a la empresa no parece evidente. En este marco, los responsables del mantenimiento no son capaces, en
general, de defender rigurosamente su presupuesto y aun menos de mostrar cuantitativamente su aporte
a la eficacia de la empresa. Adem´as de lo anterior, las PYMES com´unmente no disponen de recursos para
implementar sistemas eficaces para la gesti´on del mantenimiento.