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Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
Ludovico Morais
Licenciado em Engenharia Mecnica pela Faculdade de Engenharia da Universidade
do Porto
Dissertao submetida para a obteno do grau de mestre em Manuteno Industrial
Dissertao realizada sob a orientao do Professor Doutor Lus Andrade Ferreira, do Departamento de Engenharia Mecnica e Gesto Industrial da Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto
Porto, Dezembro de 2005
Resumo _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
I
Resumo
A manuteno uma das funes mais importantes de uma empresa. Atravs dela
possvel manter ou restabelecer um sistema produtivo num estado ou em condies
prprias de segurana e de funcionamento para que este realize a funo que lhe
requerida com o nvel de performance desejado e com um custo de ciclo de vida
previsvel. Quando bem organizada e programada, um factor fundamental para a
qualidade e segurana dos sistemas produtivos, para a reduo de atrasos e para a
produtividade das empresas. Para isso necessrio integrar os pressupostos RAMS
ao longo de todo o ciclo de vida de um sistema produtivo, e no estabelecimento e
definio das tarefas de manuteno a implementar. Assim, no mbito da actividade
efectuada pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto no Projecto
SITEM Sistema Integrado de Engenharia e Gesto da Manuteno de Instalaes e
Equipamentos Industriais, foi desenvolvida uma metodologia de anlise de
equipamentos industriais, baseada nos critrios definidos no RAMS. Esta composta
pelas seguintes treze etapas: 1. Definio do sistema a analisar; 2. Descrio funcional
do sistema; 3. Diviso do sistema; 4. Realizao do diagrama funcional do sistema; 5.
Identificao da (s) avaria (s) do sistema e subsistemas; 6. Realizao de uma anlise
HAZOP e seleco dos subsistemas para aplicao de um estudo FMECA; 7.
Definio dos critrios de severidade, ocorrncia e detectabilidade para o sistema; 8.
Realizao da anlise FMECA; 9. Realizao da rvore de falhas; 10. Realizao da
matriz criticidade; 11. Realizao da rvore de eventos (se necessrio); 12. Realizao
da anlise de Pareto e 13. Aplicao da metodologia RCM e planeamento da
manuteno. Esta metodologia permite, atravs da utilizao de ferramentas como a
anlise HAZOP, FMECA e anlise Pareto, entre outras, e recorrendo a metodologias
como o RCM, identificar os subsistemas e respectivos componentes crticos dos
sistemas analisados e proceder seleco das tarefas manuteno e respectivas
frequncias adequadas a implementar.
Resumo _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
II
A metodologia desenvolvida foi ento aplicada aos precipitadores electrostticos de
duas empresas de produo de pasta de papel. Numa primeira abordagem,
utilizando valores para as taxas de avarias calculados com base nos histricos das
empresas, de forma a poder comparar os componentes dos sistemas das duas
empresas. Numa abordagem seguinte, utilizando valores para as taxas de avarias
retirados de bases de dados, de forma a poder comparar para cada empresa os
resultados utilizando os dados para as taxas de avarias calculadas com base no seu
histrico com os dados retirados de bases de dados e assim aferir a aplicabilidade das
bases de dados a este tipo de sistemas.
Da aplicao da metodologia conclui-se que esta permite seleccionar de uma forma
objectiva, completa e organizada os subsistemas e respectivos componentes crticos,
classificados com a classe de risco intolervel, e para eles definir as tarefas de
manuteno adequadas e a respectiva frequncia com que se devem realizar. Permite
ainda, que na aquisio de novos equipamentos, esses subsistemas e respectivos
componentes crticos possam ser melhorados ou modificados na fase de projecto,
diminuindo assim os custos de ciclo de vida do equipamento, tornando-o mais fivel
e disponvel ao longo de todo o seu ciclo de vida.
Foi ainda possvel concluir que os histricos de avarias das empresas so
incompletos e pouco precisos, principalmente no que definio de modos de falha
diz respeito, sendo necessrio que as empresas se consciencializem que para realizar
uma manuteno adequada e rentvel necessrio ter histricos objectivos,
organizados e completos.
No caso dos valores para as taxas de avarias retirados de bases de dados verificou-se
que mesmo efectuando uma seleco criteriosa e que retratasse o mais fielmente
possvel o caso em estudo, os resultados obtidos so muito diferentes dos obtidos
com os valores calculados com base no histrico, o que se previa, visto tratar-se de
bases de dados no especficas para este tipo de aplicao. Assim, estas s devero
ser utilizadas quando no se tiver qualquer informao relativa aos componentes e
Resumo _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
III
uma anlise deste tipo seja necessria, tendo em ateno que ser sempre uma
anlise subjectiva, pois depende de quem est a seleccionar os componentes das
bases de dados, e que poder levar a discrepncias em relao realidade existente
em cada empresa ou ambiente operativo.
Summary _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
IV
Summary
Maintenance its one of the most important functions in one company, through it is
possible to keep or re-establish a productive system in one state or in proper
conditions of safety and operation, so it can perform its required function with the
desired level of performance and with predictable life cycle costs. When well
organized and scheduled, maintenance its one basic factor for the quality and safety
of the productive systems, as well as for the reduction of delays and for the
companies productivity. In order to accomplish that it is necessary to include the
RAMS elements in the entire productive system life cycle, and in the definition and
implementation of the maintenance tasks. So, in the scope of the activity performed
by Faculty of Engineering of the University of Porto in the Projecto SITEM Sistema
Integrado de Engenharia e Gesto da Manuteno de Instalaes e Equipamentos
Industriais, was developed an analysis methodology for industrial equipments
based in the RAMS elements. This methodology has thirteen stages: 1. Systems
definition; 2. Functional description of the system; 3. Division of the system; 4.
Construction of the functional diagram of the system; 5. Systems and subsystems
failure identification; 6. HAZOP analysis and selection of the subsystems for the
FMECA study; 7. Definition of the severity, occurrence and detectability criteria; 8.
Perform the FMECA analysis; 9. Perform the failure tree; 10. Perform the criticality
matrix; 11. Perform the event tree (if necessary); 12. Pareto analysis and 13.
Application of the RCM methodology and maintenance planning.
This methodology allows, using tools like HAZOP analysis, FMECA and Pareto
analysis, among others, and appealing to methodologies like RCM, to identify the
critical subsystems and the critical components of the analysed system and to
proceed to the selection of the maintenance tasks to use, as well as the frequency that
they should have.
Summary _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
V
The develop methodology was applied on the electrostatic precipitators of two paper
mills companies. For the first application were used failure rates values calculated
from the companies failure records, in order to compare the components of the
electrostatic precipitators of the two companies. In the second application, were used
failure rates values collected from databases, in order to compare for each company
the results using the failure rates calculated from the companies failure records with
the results using the failure rates collected from databases, allowing, this way, to
survey the applicability of the databases to this kind of systems.
From the application of this methodology results that its implementation allows an
objective, complete and organized selection of the critical subsystems and
components of one system, and to them define the adequate maintenance tasks and
frequency that they must be carried out. Also allows, the improvement or
modification of those critical subsystems and components in project phase of one
system, decreasing this way the life cycle costs of the system, becoming it more
reliable and available throughout all its life cycle.
It was also possible to conclude that the companies failure records are incomplete
and ambiguous, specially in the failure modes definition, so it is extremely necessary
that the companies take conscience that in order to make the adequate and profitable
maintenance it is necessary to have precise, organized and complete failure records.
For the case of the failure rates collected from databases it was verified that even
making a rigorous selection and close as possible to the case study, the results were
very different from the ones using the failure rates values calculated from the
companies failure records. This was in some way, predictable, because the databases
didnt deal specifically with this kind of application. So, for this application the
failure rates collected from databases should only be used when there isnt any kind
of information for the components and when this kind of analysis is necessary, being
aware that the analysis will always be subjective and that can lead to significant
Summary _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
VI
differences, because it depends on the person that makes the components selection
from the databases.
Agradecimentos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
VII
Agradecimentos
Por todo o apoio e ajuda para a realizao deste trabalho gostaria de agradecer s
seguintes pessoas:
- ao Prof. Lus Andrade Ferreira por toda a orientao, ajuda, disponibilidade e
fornecimento de informao para a realizao deste trabalho, bem como, pela sua
anlise crtica sempre to necessria e bem-vinda;
- aos co-promotores do Projecto SITEM Sistema Integrado de Engenharia e
Gesto da Manuteno de Instalaes e Equipamentos Industriais, pela
disponibilizao de informaes e esclarecimento de algumas dvidas
relacionadas com o funcionamento dos equipamentos;
- ao Sr. Eng. Jorge Aguiar da SEW-Eurodrive, pelo fornecimento de catlogos de
manuteno para a anlise aos moto-redutores;
- Sr. Fernanda Fonseca, secretria da Seco de Mecnica Aplicada do DEMEGI
da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, por todo o apoio logstico
prestado, e pela compreenso e amizade;
- a toda a minha famlia, em especial aos meus pais, irm e irmo, e amigos pelo
seu apoio incondicional, pacincia, dedicao, amizade, compreenso e anlise
crtica, que tanto contriburam para que eu pudesse realizar este trabalho.
ndice _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
VIII
ndice
Resumo.......................................................................................................................................I
Summary.................................................................................................................................IV
Agradecimentos ................................................................................................................... VII
ndice ....................................................................................................................................VIII
ndice de Figuras................................................................................................................. XIII
ndice de Tabelas ................................................................................................................ XVI
Lista de Abreviaturas ......................................................................................................... XIX
Lista de Smbolos ................................................................................................................ XXI
Glossrio .............................................................................................................................XXII
1 INTRODUO E OBJECTIVOS ........................................................................................1
1.1 Objectivos........................................................................................................................2
1.2 Desenvolvimento do trabalho .....................................................................................3
2 CICLO DE VIDA DOS SISTEMAS PRODUTIVOS E ESTRATGIAS DE
MANUTENO......................................................................................................................6
2.1 Fases do ciclo de vida dos sistemas produtivos........................................................8
2.1.1 Planeamento do sistema produtivo .....................................................................9
2.1.2 Projecto do sistema produtivo ............................................................................10
2.1.2.1 Projecto Conceptual...........................................................................................12
2.1.2.2 Projecto Preliminar e Final ...............................................................................13
2.1.3 Planeamento do processo de fabrico .................................................................14
2.1.4 Fabrico do sistema produtivo .............................................................................14
2.1.5 Venda, Distribuio e Instalao ........................................................................14
2.1.6 Operao e manuteno ......................................................................................15
2.1.7 Desactivao e Desmantelamento......................................................................16
2.2 Anlise dos custos do ciclo de vida ..........................................................................16
2.2.1 Definio de custo de ciclo de vida....................................................................16
2.2.2 Etapas de uma anlise de custos de ciclo de vida............................................18
2.3 ESTRATGIAS DE MANUTENO.......................................................................19
ndice _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
IX
2.3.1 Terotecnologia.......................................................................................................19
2.3.1.1 Modelo de base da Terotecnologia..................................................................19
2.3.1.2 Modelo avanado da Terotecnologia..............................................................21
2.3.2 Modelo EUT (The Eindhoven University of Technology Model) .................21
2.3.3 TQMain Total Quality Maintenance...............................................................23
2.3.4 TPM Total Productive Maintenance ...............................................................25
2.3.5 RCM Reliability Centred Maintenance........................................................26
2.3.6 RAMS Reliability, Availability, Maintainability and Safety .......................28
3 RAMS ...................................................................................................................................31
3.1 Definio de RAMS e as interaces entre os elementos RAMS, fiabilidade,
disponibilidade, manutenibilidade e segurana...........................................................31
3.1.1 Elementos RAMS ..................................................................................................31
3.1.2 Factores que influenciam o RAMS.....................................................................34
3.1.3 Meios para atingir o RAMS.................................................................................37
3.1.4 Risco........................................................................................................................40
3.1.5 Gesto do RAMS...................................................................................................43
4 METODOLOGIA DE ANLISE DESENVOLVIDA .....................................................46
4.1 Definio do sistema a analisar .................................................................................47
4.2 Descrio funcional do sistema .................................................................................47
4.3 Diviso do sistema.......................................................................................................47
4.4 Realizao do diagrama funcional do sistema ........................................................48
4.5 Identificao da (s) avaria (s) do sistema e subsistemas ........................................48
4.6 Realizao de uma anlise HAZOP e seleco dos subsistemas para aplicao
de um estudo FMECA ......................................................................................................49
4.7 Definio dos critrios de severidade, ocorrncia e detectabilidade para o
sistema.................................................................................................................................52
4.8 Realizao da anlise FMECA ...................................................................................52
4.9 Realizao da rvore de falhas ..................................................................................56
4.10 Realizao da matriz criticidade..............................................................................59
4.11 Realizao da rvore de eventos .............................................................................61
4.12 Realizao da anlise de Pareto...............................................................................63
ndice _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
X
4.13 Aplicao da metodologia RCM e planeamento da manuteno ......................63
5 APLICAO A UM CASO PRTICO O PRECIPITADOR ELECTROSTTICO.67
5.1 Constituio do Precipitador Electrosttico ............................................................68
5.2 Funcionamento do Precipitador Electrosttico .......................................................73
5.3 Aplicao da metodologia ao Precipitador Electrosttico da empresa A ...........76
5.3.1 Definio do sistema a analisar para a empresa A ..........................................76
5.3.2 Descrio funcional do sistema da empresa A.................................................77
5.3.3 Diviso do sistema da empresa A ......................................................................79
5.3.4 Realizao do diagrama de blocos funcional do sistema da empresa A......82
5.3.5 Identificao da (s) avaria (s) do sistema e subsistemas da empresa A .......83
5.3.6 Anlise HAZOP e seleco dos subsistemas para aplicao de um estudo
FMECA ao sistema da empresa A ...............................................................................85
5.3.7 Definio dos critrios de severidade, ocorrncia e detectabilidade para o
sistema da empresa A ...................................................................................................87
5.3.8 Realizao da anlise FMECA aos subsistemas da empresa A......................89
5.3.9 Realizao da rvore de falhas ao sistema da empresa A ..............................91
5.3.10 Realizao da matriz criticidade ao sistema da empresa A .........................93
5.3.11 Realizao da anlise de Pareto aos subsistemas crticos da empresa A ...98
5.3.12 Aplicao da metodologia RCM e planeamento da manuteno para
sistema da empresa A ...................................................................................................99
5.4 Aplicao da metodologia ao Precipitador Electrosttico da empresa B ..........108
5.4.1 Definio do sistema a analisar para a empresa B.........................................109
5.4.2 Descrio funcional do sistema da empresa B ...............................................109
5.4.3 Diviso do sistema da empresa B.....................................................................109
5.4.4 Realizao do diagrama de blocos funcional do sistema da empresa B.....114
5.4.5 Identificao da (s) avaria (s) do sistema e subsistemas da empresa B ......114
5.4.6 Anlise HAZOP e seleco dos subsistemas para aplicao de um estudo
FMECA ao sistema da empresa B..............................................................................114
5.4.7 Definio dos critrios de severidade, ocorrncia e detectabilidade para o
sistema da empresa B..................................................................................................116
5.4.8 Realizao da anlise FMECA aos subsistemas da empresa B ....................116
ndice _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XI
5.4.9 Realizao da rvore de falhas ao sistema da empresa B .............................118
5.4.10 Realizao da matriz criticidade ao sistema da empresa B ........................120
5.4.11 Realizao da anlise de Pareto aos subsistemas crticos da empresa B ..124
5.4.12 Aplicao da metodologia RCM e planeamento da manuteno para o
sistema da empresa B..................................................................................................126
5.5 Aplicao dos dados retirados de base de dados anlise do Precipitador
Electrosttico da empresa A...........................................................................................132
5.5.1 Realizao da anlise FMECA da empresa A utilizando bases de dados ..132
5.5.2 Realizao da rvore de falhas da empresa A utilizando bases de dados .134
5.5.3 Realizao da matriz criticidade da empresa A utilizando bases de dados
........................................................................................................................................136
5.5.4 Realizao da anlise de Pareto da empresa A utilizando bases de dados140
5.5.5 Aplicao da metodologia RCM e planeamento da manuteno da empresa
A utilizando bases de dados ......................................................................................142
5.6 Aplicao dos dados retirados de base de dados anlise do Precipitador
Electrosttico da empresa B ...........................................................................................144
5.6.1 Realizao da anlise FMECA da empresa B utilizando bases de dados...145
5.6.2 Realizao da rvore de falhas da empresa B utilizando bases de dados..146
5.6.3 Realizao da matriz criticidade da empresa B utilizando bases de dados
........................................................................................................................................148
5.6.4 Realizao da anlise de Pareto da empresa B utilizando bases de dados 152
5.6.5 Aplicao da metodologia RCM e planeamento da manuteno da empresa
B utilizando bases de dados.......................................................................................152
6 DISCUSSO ......................................................................................................................154
6.1 Comparao dos resultados da empresa A com a empresa B ............................154
6.2 Comparao dos resultados obtidos com dados das empresas e utilizando bases
de dados, para a empresa A...........................................................................................161
6.3 Comparao dos resultados obtidos com dados das empresas e utilizando bases
de dados, para a empresa B............................................................................................166
6.4 Concluses a retirar da discusso dos resultados.................................................169
7 CONCLUSES..................................................................................................................171
ndice _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XII
8 TRABALHOS FUTUROS.................................................................................................173
Referncias............................................................................................................................174
Anexos...178
Anexo A: Figuras da diviso dos subsistemas - Empresa A.179
Anexo B: Anlise HAZOP ao precipitador electrosttico - Empresa A...187
Anexo C: rvores de Falha dos subsistemas - Empresa A202
Anexo D: Figuras da diviso dos subsistemas - Empresa B..213
Anexo E: Anlise HAZOP ao precipitador electrosttico - Empresa B....219
Anexo F: rvores de Falha dos subsistemas - Empresa B.233
Anexo G: Objectivos, dados e tarefas de verificao das fases do ciclo de vida do
RAMS.243
Anexo H: Quadros da anlise FMECA.265
ndice de Figuras _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XIII
ndice de Figuras
Figura 1:
Fases do ciclo de vida de um sistema produtivo.. 8
Figura 2:
Evoluo dos custos ao longo do ciclo de vida de um sistema operativo. 17
Figura 3:
Etapas a implementar para a realizao de uma anlise LCC 18
Figura 4:
Terotecnologia Conceito de Base. 20
Figura 5:
Modelo EUT... 22
Figura 6:
Modelo TQMain 24
Figura 7:
Diagrama RAMS para o ciclo de vida dos sistemas. 29
Figura 8:
Interligao dos elementos do RAMS 32
Figura 9:
Factores que influenciam o RAMS. 36
Figura 10:
Representao das zonas ALARP e medidas a adoptar.. 42
Figura 11:
Representao sequencial do diagrama RAMS para o ciclo de vida dos sistemas... 44
Figura 12:
Diagrama RAMS para o ciclo de vida dos sistemas. 45
Figura 13:
Procedimento para aplicao da anlise HAZOP. 51
Figura 14:
Quadro FMECA utilizado nesta metodologia de anlise 57
Figura 15:
Exemplo de uma rvore de eventos... 62
Figura 16:
Diagrama de deciso RCM.. 66
Figura 17:
Vista geral do Precipitador.. 68
Figura 18:
Elctrodos emissores e estrutura de suporte. 69
Figura 19:
Elctrodos colectores e estrutura de suporte. 70
Figura 20:
Constituio do equipamento de alta tenso 71
ndice de Figuras _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XIV
Figura 21:
Martelos e o seu funcionamento. 71
Figura 22:
Fundos e transportadores 72
Figura 23:
Vlvula Rotativa 72
Figura 24:
Estrutura do Precipitador Electrosttico 73
Figura 25:
Funcionamento de um Precipitador Electrosttico.. 75
Figura 26:
Sistema a analisar.. 77
Figura 27:
Diviso do precipitador electrosttico nos diferentes subsistemas 79
Figura 28:
Diviso do subsistema Vlvula de disco da empresa A.. 80
Figura 29:
Diviso do subsistema Exausto da empresa A... 81
Figura 30:
Diviso do subsistema Gerao do campo elctrico da empresa A... 81
Figura 31:
Diagrama de blocos funcional do precipitador electrosttico da caldeira de recuperao 83
Figura 32:
rvore de falhas para o precipitador electrosttico da empresa A... 92
Figura 33:
Tendncia das avarias dos componentes Rectificador de alta tenso e Transformador da empresa A 101
Figura 34:
Tendncia das avarias do componente Grupo transformador-rectificador da empresa A.. 102
Figura 35:
Tendncia das avarias do componente Acoplamento hidrulico da empresa A 103
Figura 36:
Tendncia das avarias do componente Unidade hidrulica da empresa A... 104
Figura 37:
Tendncia das avarias do componente Vlvula do controlo da temperatura do leo do acoplamento da empresa A. 104
Figura 38:
Tendncia das avarias do componente Corrente de arrasto da empresa A... 105
ndice de Figuras _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XV
Figura 39:
Diviso do subsistema Vlvula de disco da empresa B.. 110
Figura 40:
Diviso do subsistema Exausto da empresa B 111
Figura 41:
Diviso do subsistema Gerao do campo elctrico da empresa B... 112
Figura 42:
Diviso do subsistema Remoo de partculas da empresa B 112
Figura 43:
Diviso do subsistema Descarga de partculas da empresa B 113
Figura 44:
rvore de falhas para o precipitador electrosttico da empresa B... 119
Figura 45:
Tendncia das avarias do componente Corrente de arrasto da empresa B... 127
Figura 46:
Tendncia das avarias do componente Moto-redutor dos subsistemas Remoo de partculas e Descarga de partculas da empresa B. 128
Figura 47:
Tendncia das avarias do componente Moto-redutor do subsistema Exausto da empresa B 129
Figura 48:
rvore de falhas para o precipitador electrosttico da empresa A utilizando bases de dados 135
Figura 49: rvore de falhas para o precipitador electrosttico da empresa B utilizando bases de dados 147
ndice de Tabelas _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XVI
ndice de Tabelas
Tabela 1:
Lista de palavras-chave e seu significado 50
Tabela 2:
Valores de normalmente considerados. 55
Tabela 3:
Smbolos utilizados para designar os acontecimentos. 58
Tabela 4:
Smbolos utilizados para designar as portas lgicas. 58
Tabela 5:
Categorias qualitativas do risco 60
Tabela 6:
Matriz Criticidade considerada. 61
Tabela 7:
Avaria considerada para o sistema em anlise... 84
Tabela 8:
Avarias consideradas para os subsistemas em anlise. 84
Tabela 9:
Anlise HAZOP ao subsistema Gerao do campo elctrico da empresa A
86
Tabela 10:
Nveis de severidade considerados e a sua descrio para o precipitador electrosttico..
88
Tabela 11:
Nveis de ocorrncia considerados e a sua descrio para o precipitador electrosttico.. 89
Tabela 12:
Nveis de detectabilidade considerados e a sua descrio para o precipitador electrosttico...
89
Tabela 13:
Matriz criticidade para o precipitador electrosttico da empresa A..
93
Tabela 14:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o subsistema Gerao do campo elctrico da empresa A.
106
Tabela 15:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o
subsistema Exausto da empresa A...
107
Tabela 16:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o
subsistema Vlvula disco da empresa A..
107
ndice de Tabelas _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XVII
Tabela 17:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o subsistema Remoo de partculas da empresa A..
108
Tabela 18:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o
subsistema Descarga de partculas da empresa A..
108
Tabela 19:
Anlise HAZOP ao subsistema Remoo de partculas da empresa B...
115
Tabela 20:
Matriz criticidade para o precipitador electrosttico da empresa B
120
Tabela 21:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para os subsistemas Remoo de partculas da empresa B...
130
Tabela 22:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o subsistema Descarga de partculas da empresa B...
131
Tabela 23:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o subsistema Exausto da empresa B...
131
Tabela 24:
Matriz criticidade para o precipitador electrosttico da empresa A utilizando bases de dados..
136
Tabela 25:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o subsistema Gerao do campo elctrico da empresa A utilizando bases de dados..
143
Tabela 26:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o subsistema Exausto da empresa A utilizando bases de dados...
143
Tabela 27:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o subsistema Vlvula disco da empresa A utilizando bases de dados.
144
Tabela 28:
Matriz criticidade para o precipitador electrosttico da empresa B utilizando bases de dados..
148
Tabela 29:
Tarefas de manuteno propostas e respectiva frequncia para o subsistema Gerao do campo elctrico da empresa B utilizando bases de dados..
153
Tabela 30:
Componentes diferentes e suas taxas de avarias para as empresas A e B.. 156
ndice de Tabelas _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XVIII
Tabela 31:
Taxas de avarias do precipitador electrosttico e dos subsistemas das empresas A e B... 158
Tabela 32:
Componentes das empresas A e B que apresentam risco intolervel..
160
Tabela 33:
Comparao da taxa de avarias do precipitador electrosttico e respectivos subsistemas da empresa A
162
Tabela 34:
Componentes de risco intolervel da empresa A para as duas provenincias de taxas de avarias. 164
Tabela 35:
Frequncia das tarefas para os componentes crticos da empresa A segundo a fonte das taxas de avarias... 166
Tabela 36:
Comparao da taxa de avarias do precipitador electrosttico e respectivos subsistemas da empresa B. 167
Tabela 37:
Componentes de risco intolervel da empresa B para as duas provenincias de taxas de avarias. 169
Lista de Abreviaturas _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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XIX
Lista de Abreviaturas
ALARP As Low As Reasonably practible
D Disponibilidade
ET Estatstica de teste utilizada no teste de Laplace
ETA Event tree analysis
EUT The Eindhoven University of Technology Model
FMECA Failure mode, effects and criticality analysis
FTA Failure tree analysis
GAMAB Globalement Au Moins Aussi Bon
HAZOP Hazard and operability studies
IID Tempos independentes e identicamente distribudos
JIT Just in time
LCC Life Cycle Costs
LRU Line Repair Units
MDT tempo mdio de indisponibilidade
Lista de Abreviaturas _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
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XX
MEM Princpio de mortalidade endgena mnima
MTBF Tempo mdio entre avarias consecutivas
MTTF tempo mdio de funcionamento at avaria
MTTR tempo mdio de manuteno correctiva
MUT tempo mdio de funcionamento aps manuteno correctiva
OEE Overall Equipment Effectiveness
OPE Overall Process Effectiveness
P-D-C-A Plan-Do-Check-Act
RAMS Reliability, Availability, Maintainability and Safety
RCM Reliability-Centred Maintenance
RPN Risk priority number
TPM Total Productive Maintenance
TQMain Total Quality Maintenance
Lista de Smbolos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XXI
Lista de Smbolos
C Criticidade do modo de falha.
Probabilidade de ocorrncia do modo de falha.
Contribuio do modo de falha para a avaria.
p Taxa de avarias.
t Tempo de operao (horas).
O Ocorrncia.
S Severidade.
D Detectabilidade.
Glossrio _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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XXII
Glossrio
Avaria: resultado de um ou vrios acontecimentos que colocam um sistema e os seus
constituintes (subsistemas, conjuntos, subconjuntos e componentes) num estado em
que este impedido de executar uma funo requerida, com o nvel de performance
desejado.
Causa da falha: processos qumicos ou fsicos, defeitos de projecto, defeitos de
qualidade, ou outros processos que conduzem avaria ou que iniciam o processo
fsico de deteriorao que conduz avaria.
Componente: conjunto de peas indivisveis funcionalmente.
Conjunto: grupo de subconjuntos.
Criticidade: medida relativa das consequncias de um modo de falha e da sua
frequncia de ocorrncia.
Detectabilidade: medida da capacidade para a identificao de possveis avarias dos
componentes antes de estas ocorrerem.
Disponibilidade: a capacidade do produto se encontrar num estado de executar uma
funo requerida sob dadas condies e num determinado momento ou intervalo de
tempo, assumindo que os recursos externos necessrios so fornecidos.
Efeitos da falha: consequncias que um modo de falha tem na operao, funo, ou
estado de um componente.
Falha: estado no qual um bem fsico ou sistema se encontra em que no capaz de
realizar a funo requerida com o nvel de desempenho desejado.
Glossrio _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XXIII
Fiabilidade: a probabilidade de um item poder executar uma funo requerida sob
determinadas condies durante um dado intervalo de tempo (t1, t2).
Funo: tarefa para a qual o sistema foi projectado para cumprir.
Manutenibilidade: a probabilidade de uma aco activa de manuteno, para um
elemento sob determinadas condies de utilizao, poder ser executada dentro de
um intervalo de tempo estabelecido, quando a manuteno realizada nas condies
pr-estabelecidas e com a utilizao de procedimentos escritos e recursos pr-
definidos.
Modo de falha: a forma como o componente pode avariar. Geralmente descreve a
forma como a avaria ocorre e o seu impacto na operao do equipamento.
Ocorrncia: representa o nmero relativo de avarias de um determinado
componente.
Risco: combinao da probabilidade de ocorrncia ou frequncia de ocorrncia dum
acontecimento ou combinao de acontecimentos que podem conduzir a uma
situao potencialmente perigosa com a consequncia dessa situao potencialmente
perigosa.
Segurana: ausncia de risco no aceitvel.
Severidade: gravidade do efeito de um modo de falha nos nveis superiores dos
conjuntos, e nos sistemas ou nos operadores.
Sistema: conjunto de subsistemas que esto interligados por forma a cumprirem uma
funo especfica.
Glossrio _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
XXIV
Subconjunto: grupo de componentes.
Subsistema: grupo de conjuntos cujas funes esto integradas com vista
realizao de uma actividade especfica necessria para cumprir a funo requerida.
Taxa de avarias: nmero de avarias por unidade de tempo.
Tempo de operao: o tempo de operao do componente em horas, ou o nmero de
ciclos de operao do componente por cada operao do sistema.
Introduo e Objectivos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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1
1 INTRODUO E OBJECTIVOS
A manuteno uma das funes mais importantes de uma empresa, e tambm uma
das mais dispendiosas, como tal deve ser merecedora de especial ateno. Atravs
dela possvel manter ou restabelecer um sistema produtivo num estado ou em
condies prprias de segurana e de funcionamento para que este realize a funo
que lhe requerida com os nveis de performance desejados e com custos de ciclo de
vida previsveis. Assim, necessrio integrar o RAMS (Reliability, Availability,
Maintainability and Safety) nas fases de projecto, fabrico e instalao do ciclo de vida
de um sistema produtivo, bem como integr-lo no estabelecimento e definio das
tarefas de manuteno a implementar nos sistemas produtivos.
A manuteno quando devidamente organizada e programada um factor de
extrema importncia para a qualidade e segurana dos sistemas produtivos, reduo
de atrasos e para o aumento da produtividade das empresas, contribuindo assim,
para o desenvolvimento e competitividade das mesmas.
Assim, para realizar uma manuteno bem programada e organizada, necessrio
conhecer os componentes crticos de um sistema, bem como definir as tarefas de
manuteno e frequncia de realizao adequadas. Para isso, no mbito do Projecto
SITEM Sistema Integrado de Engenharia e Gesto da Manuteno de Instalaes e
Equipamentos Industriais, financiado pelo PRIME, medida 3.1A (Projectos
Mobilizadores para o Desenvolvimento Tecnolgico Projecto Mobilizador SITEM
N. 03/147) e da actividade desenvolvida pela Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto neste projecto, foi criada uma metodologia de anlise de
equipamentos baseada nos pressupostos RAMS que permitisse assim, uma anlise
estruturada e objectiva a um sistema, por forma a identificar os componentes mais
crticos e a definir as tarefas de manuteno e frequncia de realizao adequadas.
Introduo e Objectivos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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2
A metodologia consiste em treze etapas, as quais permitem em primeiro lugar
conhecer o sistema a analisar atravs da sua diviso em subsistemas, conjuntos,
subconjuntos e componentes. Seguidamente, utilizando a anlise HAZOP (Hazard
and Operability Studies) seleccionar os subsistemas para aplicao de um estudo
FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis). Posteriormente definir
critrios de severidade, ocorrncia e detectabilidade para o sistema e realizar o
estudo FMECA. Aps a realizao deste estudo realizar as rvores de falhas e a
matriz criticidade para o sistema de forma a encontrar os seus subsistemas e
componentes crticos. Por fim, proceder realizao de uma anlise Pareto para
seleccionar os modos de falha crticos dos componentes do sistema seleccionados na
etapa anterior, e aplicao da metodologia RCM (Reliability-Centred Maintenance)
para definir e planear as tarefas de manuteno a realizar nesses componentes.
Esta metodologia foi aplicada ao precipitador electrosttico de duas empresas de
produo de pasta de papel por forma a valid-la e a averiguar as dificuldades que se
podem encontrar na sua implementao, nomeadamente ao nvel dos histricos de
avarias. Permitindo ainda, a comparao entre dois sistemas iguais, averiguando
assim qual ou quais os componentes mais fiveis e quais os que se devem utilizar nos
subsistemas mais crticos. Esta metodologia foi ainda utilizada com dados para as
taxas de avarias retirados de bases de dados por forma a verificar a aplicabilidade e
utilizao de bases de dados neste tipo de equipamentos.
1.1 Objectivos
Este trabalho apresenta os seguintes objectivos:
Desenvolver uma metodologia de anlise de equipamentos que permita de
forma estruturada e objectiva, conhecer os subsistemas e componentes
Introduo e Objectivos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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3
crticos de um sistema, e estabelecer as tarefas de manuteno e respectiva
frequncia adequadas aos modos de falha crticos desses componentes.
Proceder sua validao, implementando-a em dois precipitadores
electrostticos de duas empresas de produo de pasta de papel.
Utilizar a metodologia para comparar os resultados entre os dois
precipitadores electrostticos analisados e assim verificar quais os
componentes mais fiveis.
Utilizar dados de taxas de avarias retirados de bases de dados, por forma a
validar a sua utilizao na metodologia desenvolvida e a verificar a sua
aplicabilidade neste tipo de equipamentos, atravs da sua comparao com
os resultados obtidos utilizando dados para as taxas de avarias calculados
com base nos histricos das empresas.
1.2 Desenvolvimento do trabalho
Neste primeiro captulo enquadra-se o desenvolvimento da metodologia de anlise
de equipamentos ao nvel da manuteno e do ciclo de vida dos produtos, e
descreve-se o desenvolvimento do trabalho.
No Captulo 2 exemplificam-se e descrevem-se as fases do ciclo de vida de um
sistema produtivo, bem como, as fases para a anlise dos custos do seu ciclo de vida
e quais as etapas a cumprir em cada fase. Introduzem-se ainda, e descrevem-se
sumariamente, as estratgias de manuteno que podero ser implementadas
aquando da anlise da manuteno, justificando a escolha do RAMS para o
desenvolvimento desta metodologia.
O Captulo 3 pretende sumariamente definir o conceito de RAMS no mbito do
projecto e as interaces entre os elementos RAMS, fiabilidade, disponibilidade,
manutenibilidade e segurana. Iniciando-se por isso, pela definio de RAMS e dos
critrios para cada um dos seus elementos. Sendo de seguida enunciados os factores
Introduo e Objectivos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
4
que influenciam o RAMS, os meios para o atingir e a sua gesto. Faz-se ainda
referncia definio de risco e ao princpio utilizado neste trabalho para o
caracterizar.
No Captulo 4 est descrita a metodologia de anlise desenvolvida neste trabalho, e
as suas treze etapas. Sendo possvel verificar quais os mtodos e hipteses utilizados
em cada uma das etapas.
O Captulo 5 apresenta a aplicao da metodologia desenvolvida a um caso prtico, o
precipitador electrosttico, sendo descritas: a constituio do precipitador
electrosttico, o seu princpio de funcionamento e as diferentes etapas e resultados da
metodologia aplicadas aos precipitadores electrostticos da empresa A e B,
utilizando valores para as taxas de avarias calculados com base no histrico das
empresas, bem como, as etapas e resultados da metodologia para os precipitadores
das duas empresas, utilizando valores para as taxas de avarias retiradas de bases de
dados.
No Captulo 6 efectua-se a discusso dos resultados obtidos no Cap. 5, procedendo-
se comparao dos resultados obtidos para cada um dos precipitadores
electrostticos das empresas A e B, utilizando os dados para as taxas de avarias
calculados com base nos histricos de avarias das empresas, e comparao para o
precipitador electrosttico da mesma empresa utilizando os dados para as taxas de
avarias calculadas com base nos histricos das empresas e os retirados de bases de
dados. So ainda apresentadas as diferentes concluses para cada uma destas
comparaes de resultados.
O Captulo 7 apresenta as concluses gerais deste trabalho, avaliando assim a
metodologia de anlise desenvolvida e a aplicabilidade das bases de dados a este
tipo de equipamentos.
Introduo e Objectivos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
5
Finalmente, o Captulo 8 apresenta uma lista de trabalhos futuros que permite
completar a metodologia desenvolvida e torn-la mais adequada a uma aplicao
mais ampla numa instalao.
Ciclo de vida dos sistemas produtivos e estratgias de manuteno _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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6
2 CICLO DE VIDA DOS SISTEMAS PRODUTIVOS E ESTRATGIAS
DE MANUTENO
Cada vez mais as empresas procuram sistemas produtivos que desempenhem a
funo requerida com nveis de performance desejados e com custos de ciclo de vida
previsveis. No entanto, devido a avarias inesperadas, provocadas por falhas
provenientes da fase de projecto do sistema produtivo, por um apoio deficiente ao
sistema produtivo no seu ambiente operativo, ou ainda pela sua utilizao incorrecta,
estes no atingem os requisitos para os quais foram concebidos, conduzindo a custos
inesperados e insatisfao das empresas que os adquirem. Assim, necessrio
integrar os pressupostos RAMS (Reliability, Availability, Maintainability and Safety)
ao longo do ciclo de vida dos sistemas produtivos, principalmente nas fases de
projecto, fabrico e instalao destes, para assim, obter um sistema produtivo sem
avarias inesperadas ao longo do ciclo de vida, com custos de ciclo de vida
documentados e controlados, e com uma manuteno correcta (Markeset and Kumar,
2003).
A criao de um sistema produtivo prende-se com o facto de existir uma
determinada necessidade, seja ela real ou imaginada, para a existncia e consequente
utilizao desse sistema produtivo. Essa necessidade pode advir de presses externas
ou internas. As presses externas para a existncia de um novo sistema produtivo
devem-se geralmente a encomendas directas por parte dos clientes, existncia de
produtos obsoletos, disponibilidade de novas tecnologias ou a mudanas das
exigncias do mercado. As presses internas esto geralmente relacionadas com
novas ideias provenientes de novas descobertas e desenvolvimentos dentro da
empresa ou com a necessidade de um novo sistema produtivo, identificada pelo
departamento de marketing da empresa.
Aps identificada a necessidade de um sistema produtivo este tem que ser
projectado e fabricado. Este processo de realizao do sistema produtivo,
Ciclo de vida dos sistemas produtivos e estratgias de manuteno _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
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denominado ciclo de vida do sistema produtivo consiste em 10 fases: especificao
das necessidades, planeamento do sistema produtivo, projecto (conceptual,
preliminar e de pormenor), verificao, fabrico do prottipo, planeamento do
processo de fabrico, fabrico do sistema produtivo, venda, distribuio e instalao,
operao e manuteno, e por fim desactivao e desmantelamento. Na figura 1,
podem-se observar as fases do ciclo de vida de um sistema produtivo e o seu
desenvolvimento sequencial, isto , uma fase s pode ser realizada se a fase que a
precede estiver devidamente concluda (Hundal, 2001).
Ciclo de vida dos sistemas produtivos e estratgias de manuteno _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
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2.1 Fases do ciclo de vida dos sistemas produtivos
Figura 1: Fases do ciclo de vida de um sistema produtivo (adaptada de Hundal, 2001)
Especificao das
necessidades
Planeamento do sistema produtivo
Projecto: Conceptual Preliminar Final
Fabrico do prottipo
Verificao
Planeamento do processo de fabrico
Fabrico do sistema produtivoMaterial
Equipamento
Sistema Produtivo
Venda, Distribuio e Instalao
Operao e Manuteno
Desactivao e Desmantelamento
Ciclo de vida dos sistemas produtivos e estratgias de manuteno _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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2.1.1 Planeamento do sistema produtivo A fase de planeamento do sistema produtivo consiste na pesquisa, seleco e
desenvolvimento de ideias para o novo sistema produtivo. Deve-se assim, recorrer a
uma abordagem sistemtica para o desenvolvimento desta fase por forma a conhecer
melhor as restries de tempo, de custo, de qualidade e de meios necessrios.
Esto includas na fase de planeamento do sistema produtivo as seguintes
actividades:
- Estabelecer os objectivos do sistema produtivo;
- Proceder a anlises de mercado;
- Detalhar os benefcios que o sistema produtivo traz aos clientes;
- Decidir as especificaes que o sistema produtivo deve ter;
- Estabelecer o nvel de performance do sistema produtivo;
- Elaborar uma anlise econmica e estabelecer um objectivo para o custo;
- Estabelecer o volume de vendas esperado;
- Estabelecer prazos para a realizao das diferentes fases do ciclo de vida e
suas tarefas.
As duas entidades mais importantes envolvidas na deciso de desenvolvimento do
sistema produtivo so o fabricante e o mercado. O fabricante tem de definir os seus
objectivos e examinar as suas capacidades, ou seja, o seu pessoal, as suas instalaes
e a sua situao financeira. Em relao ao mercado, necessrio avaliar os
concorrentes, os segmentos de mercado, o fornecimento e as encomendas. Existem
ainda, factores secundrios como leis governamentais, polticas econmicas e o nvel
de tecnologia existente, a ter em conta na deciso de desenvolvimento de um sistema
produtivo (Hundal, 2001).
Ciclo de vida dos sistemas produtivos e estratgias de manuteno _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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2.1.2 Projecto do sistema produtivo A fase do projecto de um sistema produtivo tem as seguintes actividades principais:
- Elaborar a lista de requisitos para o sistema produtivo (Hundal, 2001), a
qual deve conter requisitos de manuteno e de todos os recursos
necessrios para a utilizar ao longo do ciclo de vida deste, tais como
publicaes tcnicas, ferramentas, formao do pessoal tcnico,
equipamentos de assistncia e peas de reserva, entre outros (Sandberg
and Strmberg, 1999) ;
- O desenvolvimento de ideias sobre a forma e esttica do sistema
produtivo, bem como, sobre o modo como deve operar para cumprir com a
funo requerida;
- Elaborar os desenhos e documentao completa, que posteriormente
contero a informao completa sobre o sistema produtivo;
- Anlise das necessidades de manuteno e de logstica, identificando
assim, os principais componentes onde efectuar a manuteno, o tipo de
manuteno a efectuar, as tarefas de manuteno e definio dos intervalos
de manuteno, no caso da manuteno preventiva. Analisando tambm, o
custo da manuteno ao longo do ciclo de vida, os nveis de manuteno e
a disponibilidade, a manutenibilidade e a fiabilidade (Sandberg and
Strmberg, 1999).
As actividades atrs referidas conduzem ao desenvolvimento das seguintes etapas:
- Preparao da lista de requisitos;
- Anlise da tecnologia disponvel para a produo do sistema produtivo;
- Realizao do projecto conceptual;
- Realizao do projecto preliminar;
- Projectar, construir e testar um prottipo do sistema produtivo;
- Realizao do projecto final;
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Desenvolvimento de Ferramentas para a aplicao da metodologia RAMS a equipamentos industriais
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- Preparao e elaborao de documentos tcnicos sobre os materiais,
construo, operao e instrues de manuteno do sistema operativo.
Assim, nesta fase procede-se definio e clarificao do problema. De seguida,
define-se a funo do sistema produtivo sem considerar as solues ou constituintes
a aplicar. Depois de identificadas as funes do sistema produtivo so considerados
os efeitos e processos fsicos que devem ser implementados para realizar estas
funes. Por fim, consideram-se os materiais e formas necessrios para implementar
os efeitos e processos fsicos e consequentemente as funes do sistema produtivo.
Durante esta fase devem ser consideradas com especial ateno as propriedades de
fiabilidade, de disponibilidade, de manutenibilidade e de segurana do sistema
produtivo, bem como, o seu custo de ciclo de vida, para obter, deste modo, um
produto eficaz e eficiente funcionalmente, e eficaz e eficiente a nvel de custo de ciclo
de vida (Sandberg and Strmberg, 1999). Assim, quanto mais cedo forem
consideradas estas propriedades, mais fcil ser proceder a alteraes de projecto,
porque ainda no esto completamente definidos o custo, a tecnologia, a
configurao e o desempenho, e menores sero os custos e o trabalho associado para
eliminar as falhas do projecto (Markeset and Kumar, 2001).
Deve-se tambm, nesta fase, elaborar a lista de requisitos do sistema produtivo, como
j foi referido das definies das actividades principais. Esta um documento muito
importante que define as funes e restries do sistema produtivo, no definindo no
entanto, a forma como essas funes devero ser realizadas ou como sero as suas
caractersticas fsicas. Os requisitos devero ser ditados pelas necessidades,
expectativas e problemas dos clientes, pelos benefcios para os clientes e pelos
melhoramentos esperados em relao aos sistemas produtivos existentes. Estes
devem ser enunciados na linguagem do engenheiro de projecto.
Ciclo de vida dos sistemas produtivos e estratgias de manuteno _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Deve-se ter em ateno que a lista de requisitos no um documento de engenharia,
nem um plano de fabrico, nem a lista de especificaes que comercializada em
conjunto com o sistema produtivo.
Para desenvolver a lista de requisitos usual categoriz-los. Assim, tendo em conta
que existem vrios tipos de requisitos para o desenvolvimento de um sistema
produtivo, estes podem ser classificados em requisitos de engenharia, tecnolgicos,
econmicos, ergonmicos, legais, ambientais, entre outros. Todos eles aplicveis s
fases do ciclo de vida de um sistema produtivo.
Pode-se ento dizer que o projecto um processo que consiste em ponderar as
necessidades e requisitos funcionais com materiais, factores tecnolgicos,
econmicos, fsicos, funcionais, operacionais, ambientais, legais e
humanos/ergonmicos. um processo de deciso em que os engenheiros tm que
tomar decises tendo em conta a traduo das necessidades, desejos e preferncias
dos clientes, por forma a construir um produto que cumpra com os requisitos
funcionais de forma fivel e consistente ao longo do tempo. Este processo deve
garantir um sistema produtivo com qualidade satisfatria, de forma eficaz e eficiente
(Markeset and Kumar, 2003).
2.1.2.1 Projecto Conceptual
Esta etapa da fase de projecto a mais importante da fase de projecto do ciclo de vida
do sistema produtivo, visto que a que tem maior influncia nos custos, isto , cerca
de 70-80% dos custos de desenvolvimento do sistema produtivo. Isto porque aqui
que o engenheiro de projecto define os processos fsicos a utilizar e determina a
forma como a funo ou funes so realizadas, determinando assim as solues a
utilizar e consequentemente a complexidade do sistema produtivo.
Ciclo de vida dos sistemas produtivos e estratgias de manuteno _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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As funes devem ser listadas e as mais complexas divididas em funes mais
simples, por forma a considerar diferentes processos fsicos para as realizar e assim
determinar as melhores solues.
Neste estdio do desenvolvimento do sistema produtivo, possvel encontrar
diferentes solues para as funes, bem como alterar essas solues caso seja
necessrio, visto que o produto apenas existe a um nvel abstracto (Hundal, 2001).
Assim, a soluo seleccionada deve utilizar processos fsicos em que no sejam
necessrios muitos materiais diferentes e que utilizem subsistemas modulares,
baseados em unidades substituveis, vulgarmente designadas por LRUs (Line Repair
Units), de forma a reduzir o peso e o tamanho do sistema produtivo e a tornar mais
fcil e eficaz a manuteno do sistema, aumentando assim a sua manutenibilidade e
consequentemente a sua disponibilidade (Sandberg and Strmberg, 1999).
2.1.2.2 Projecto Preliminar e Final
No projecto preliminar determinam-se as formas, movimentos e as principais
propriedades dos materiais do sistema. Ao passo que no projecto final tomam-se as
decises finais em relao s dimenses, disposio, formas e materiais em que so
fabricados os componentes do sistema, e procede-se elaborao dos documentos
tcnicos. Assim, a fase de projecto evolui de um nvel abstracto para um nvel mais
claro e concreto.
Durante o projecto do sistema, o engenheiro de projecto deve ter a preocupao de
projectar o sistema para que seja fcil realizar as tarefas de manuteno nos
componentes e subsistemas que dela necessitem, projectando assim, componentes
que sejam fceis de substituir ou reparar. Para conseguir isto e para diminuir o custo
do projecto, devem-se utilizar peas semelhantes, quando possvel, e subsistemas
modulares, baseados em unidades substituveis (Hundal, 2001).
Ciclo de vida dos sistemas produtivos e estratgias de manuteno _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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2.1.3 Planeamento do processo de fabrico Nesta fase tomam-se decises sobre os processos de produo do sistema produtivo,
como por exemplo: quantos passos so necessrios para produzir o sistema
produtivo, quais os processos de produo, mquinas e ferramentas necessrias a
utilizar, entre outros (Hundal, 2001).
As etapas a realizar nesta fase so:
- Anlise da possibilidade de produo;
- Projecto inicial do processo de produo;
- Seleco dos fornecedores;
- Projecto das ferramentas;
- Projecto do processo de produo final.
2.1.4 Fabrico do sistema produtivo Nesta fase esto includos o manuseamento dos materiais para o fabrico do sistema, a
produo das peas, a sua montagem, o controlo de qualidade e todas as actividades
relacionadas com o fabrico do sistema.
Muitas das decises em relao ao fabrico do sistema j foram tomadas consciente ou
inconscientemente na fase de projecto (Hundal, 2001).
As etapas a realizar nesta fase so:
- Obteno de ferramentas e equipamentos;
- Produo;
- Testes aos sistemas.
2.1.5 Venda, Distribuio e Instalao
Nesta fase procede-se venda do sistema produtivo, sua distribuio e sua
instalao no ambiente operativo. Para proceder venda e distribuio do sistema
Ciclo de vida dos sistemas produtivos e estratgias de manuteno _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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15
produtivo, os fabricantes devem seleccionar os representantes que melhores
condies oferecem, em distncia, logstica e tcnicos, para prestar a devida entrega
do sistema produtivo e respectiva assistncia, permitindo desta forma que os clientes
fiquem satisfeitos e se sintam devidamente assistidos, aumentando assim a sua
confiana nos fabricantes e nos sistemas produtivos adquiridos.
Para a instalao do sistema produtivo no ambiente operativo devem-se
implementar os procedimentos de instalao e respeitar as medidas de segurana
definidas pelo fabricante aquando do projecto (Hundal, 2001).
2.1.6 Operao e manuteno
Nesta fase, o sistema produtivo colocado em funcionamento e utilizado. Durante
esta fase so evidenciados os requisitos de manuteno, formao dos tcnicos e o
fornecimento de peas de reserva necessrias. (Dhillon, 2002)
Durante a fase de operao deve-se proceder recolha de dados de funcionamento
do sistema, tais como: horas de funcionamento, ocorrncias e aces de manuteno
executadas. Esses dados podem ser utilizados para monitorizar continuamente a
performance operacional do sistema, contribuindo assim para uma melhor operao
do sistema e um melhor planeamento da manuteno. Esses dados podem ainda ser
utilizados para uso futuro, quer no desenvolvimento de novos produtos, quer na
manuteno dos existentes (Sandberg and Strmberg, 1999).
O tipo de estratgia de manuteno a implementar deve ser desenvolvida
considerando tambm recursos internos como instalaes, ferramentas, competncia,
conhecimento e n. de tcnicos de manuteno disponveis para solucionarem os
problemas de manuteno (Markeset and Kumar, 2003).
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2.1.7 Desactivao e Desmantelamento Nesta fase procede-se paragem do sistema e ao seu encaminhamento para o local
de desmantelamento, onde sero implementados os procedimentos de
desmantelamento e os componentes so direccionados para o respectivo processo de
valorizao, atendendo legislao em vigor.
2.2 Anlise dos custos do ciclo de vida Para cada uma das fases descritas anteriormente necessrio realizar uma estimativa
de custos de forma a escolher a opo de realizao que conduz a um menor custo de
ciclo de vida. Assim, recorre-se denominada anlise LCC (Life Cycle Costs), ou seja,
anlise dos custos do ciclo de vida do sistema produtivo. Esta pode ser definida
como sendo uma tcnica de optimizao de engenharia e econmica, em que o
objectivo principal identificar e escolher a alternativa que conduz ao custo de ciclo
de vida inferior, ou seja, que gera o maior retorno ao longo de todo o ciclo de vida
(Markeset and Kumar, 2001).
2.2.1 Definio de custo de ciclo de vida O custo de ciclo de vida de um sistema produtivo o somatrio dos custos estimados
desde a fase de conceito at fase de desmantelamento. Estimando-se assim os
custos totais experimentados ao longo da vida dos sistemas (Barringer, 1997).
O objectivo da anlise LCC escolher a opo de custo mais eficaz de um conjunto
de alternativas, para que o custo de posse a longo prazo seja o mnimo possvel. Para
isso, consideram-se elementos de custo que incluem o projecto, desenvolvimento,
produo, operao, manuteno, apoio e desmantelamento de um sistema
produtivo, de forma a antecipar os custos de utilizao ao longo da sua vida
(Barringer, 1997). Esta anlise permite assim aos engenheiros da manuteno e aos
gestores justificar a escolha de um determinado equipamento e/ou processo baseada
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nos custos totais (custos de aquisio, de operao, de manuteno e de
desmantelamento), ao invs de se basearem unicamente no custo de aquisio, que
so muito menores que os custos que resultam da utilizao dos equipamentos
(Barringer, 1997).
Como se pode observar na figura 2, na fase de produo e explorao do
equipamento os custos aumentam enormemente. Observa-se tambm, que cerca de
2/3 (66%) dos custos de ciclo de vida totais so contrados na fase de projecto
conceptual, isto porque, como j foi referido aquando da descrio desta fase na
seco 2.1.2.1 deste texto, aqui que o engenheiro de projecto define os processos
fsicos a utilizar e determina a forma como a funo ou funes so realizadas,
determinando assim as solues a utilizar e consequentemente a complexidade do
sistema produtivo. No entanto, nesta fase que existe uma maior hiptese de
reduo nos custos de ciclo de vida (Barringer and Monroe, 1999).
Figura 2: Evoluo dos custos ao longo do ciclo de vida de um sistema operativo (adaptada de Barringer and Monroe, 1999)
Oramento disponvel
Hiptese de reduo do LCC
Fundos gastos
Projecto conceptual
Verificao e Validao
Fabrico Produo, Operao e Desmantelamento
Incio de vida
Custo de aquisioFim de vida
Custo de utilizao
Ciclo de vida do sistema produtivo
% de LCC
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2.2.2 Etapas de uma anlise de custos de ciclo de vida
Para se proceder anlise dos custos de ciclo de vida de um sistema operativo
necessrio seguir as tarefas apresentadas na figura 3.
Figura 3: Etapas a implementar para a realizao de uma anlise LCC (adaptada de Barringer and Monroe, 1999)
Definir o problema que requer uma anlise
Alternativas e respectivos custos de aquisio e utilizao
Realizao do diagrama em rvore LCC
Custos de aquisio: - Custos de I&D; - Custos no recorrentes do
investimento; - Custos recorrentes do
investimento.
Custos de utilizao: - Custos de manuteno
planeada e no planeada; - Custos da utilizao do
sistema; - Custos de desmantelamento.
Escolha do modelo analtico para o custo
Realizar estimativas para o custo
Realizar tendncias de custo para cada ano de estudo
Realizar grficos comparativos das diferentes alternativas
Realizar anlise Pareto aos diferentes factores que influenciam o custo
Realizar uma anlise de sensibilidade a custos elevados e s suas causas
Estudar os riscos dos custos elevados dos componentes do sistema e das ocorrncias
Seleccionar a melhor opo de actuao de acordo com a anlise LCC realizada
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A anlise LCC fornece assim os mtodos para a comparao das diferentes
alternativas para a realizao dos sistemas operativos e estratgias de manuteno a
adoptar ao longo da sua utilizao. Com esta os engenheiros tm acesso a
ferramentas que lhes permitem avaliar os custos e os oramentos para a manuteno
dos sistemas, bem como terem uma base de comunicao com os gestores da
empresa (Barringer and Monroe, 1999).
2.3 ESTRATGIAS DE MANUTENO
A necessidade de ter sistemas cada vez mais eficazes e seguros levou ao
desenvolvimento, no contexto operacional, de estratgias de manuteno que
conduzam melhoria contnua da disponibilidade e segurana operacional dos
sistemas, com custos controlados. Assim, surgiram vrias estratgias de manuteno,
podendo salientar-se as seguintes: a Terotecnologia (Modelo de Base e Modelo
Avanado), o modelo EUT (The Eindhoven University of Technology Model), o
TQMain (Total Quality Maintenance), o TPM (Total Productive Maintenance), o
RCM (Reliability-Centred Maintenance) e o RAMS (Reliabilty, Availability,
Maintainability and safety). Todas estas estratgias se baseiam na anlise contnua
dos ciclos de vida das instalaes e dos sistemas produtivos, recorrendo s
tecnologias de controlo da condio e utilizao das tecnologias de informao.
Consideram ainda, os contextos operacionais em que esses sistemas produtivos esto
inseridos (Ferreira, 2000).
2.3.1 Terotecnologia
2.3.1.1 Modelo de base da Terotecnologia
A terotecnologia foi apresentada em 1970 no Reino Unido, resultante do trabalho
desenvolvido pelo governo britnico sobre a manuteno. uma metodologia
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contextualmente interessante porque introduziu o conceito de feedback da
informao, conceito este proveniente das teorias da qualidade.
Na figura 4 est esquematizado o conceito bsico desta metodologia, a qual se baseia
na recolha de dados, anlise e optimizao das tarefas de manuteno que devem ser
efectuadas na fase de operao dos sistemas para permitir o desenvolvimento de
novos e melhores sistemas produtivos, bem como, uma manuteno optimizada dos
existentes e dos novos. Dando ainda nfase necessidade de utilizao de FMECAs,
realizao de testes aos novos projectos e formao e treino dos operadores dos
sistemas produtivos e seus tcnicos de manuteno (Sherwin, 2000).
Figura 4: Terotecnologia Conceito de Base (adaptada de Sherwin, 2000)
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2.3.1.2 Modelo avanado da Terotecnologia
Neste modelo introduzido como indicador para a avaliao da actividade da
manuteno, o LCC. Este permite mostrar que a manuteno pode ser vista como
uma contribuio para os lucros da empresa e no s para as despesas. Para
evidenciar esta ideia importante considerar os efeitos que uma manuteno
adequada produz na qualidade do produto e na sua entrega no prazo estabelecido, o
que por sua vez vai possibilitar a manuteno da quota de mercado da empresa ou
possibilitar o seu aumento, conduzindo a margens de lucro mais elevadas,
contribuindo assim, para a actualizao das instalaes e dos equipamentos da
empresa, colocando-a em vantagem comercial (Sherwin, 2000).
2.3.2 Modelo EUT (The Eindhoven University of Technology Model)
Este modelo foi criado por Geraerds e os seus colegas, nomeadamente Gits e Coetzee
em 1997. Foi criado para preencher o vazio deixado pelos modelos da terotecnologia,
que segundo Geraerds obrigavam os engenheiros e tcnicos de manuteno a
alargarem demasiado as suas funes acabando por relegar para segundo plano os