Engenharia de Confiabilidade 101:Definição, Metas, Técnicas

Como você avalia a qualidade dos produtos que compra?

O controle de qualidade tradicional em uma fábrica consistirá na realização de verificações e testes predefinidos. Se o produto atender aos requisitos definidos, é considerado pronto para uso . No entanto, você nunca dirá que comprou um produto de qualidade se tiver que passar pelo processo de recuperação duas ou mais vezes antes que o período de garantia expire.

Engenharia de confiabilidade e confiabilidade nos ajude a quantificar a qualidade do produto adicionando a dimensão do tempo à equação da qualidade. Em outras palavras, não queremos mais apenas saber se um produto pode cumprir a função pretendida no momento da compra. Em vez disso, queremos ter certeza de que o produto funcione sem grandes malfuncionamentos em condições normais pelo maior tempo possível.

A engenharia de confiabilidade não apenas ajuda as organizações a produzir produtos mais confiáveis, mas também informa as equipes de manutenção sobre como mantê-los para aumentar o MTBF (tempo médio entre falhas) e a vida útil dos ativos.

Se você estiver interessado em aprender mais, na continuação deste artigo, falaremos sobre:

• o conceito de confiabilidade
• princípios básicos de engenharia de confiabilidade
• os fundamentos da avaliação de confiabilidade
• e maneiras pelas quais os engenheiros de confiabilidade podem melhorar a confiabilidade do equipamento

O que é confiabilidade?

Confiabilidade é um termo usado para descrever a capacidade de um componente ou sistema de atender a certos padrões de desempenho durante um certo período de tempo, assumindo condições normais de operação.

Colocando em outra perspectiva, se temos dois sistemas que operam nas mesmas condições, aquele que funciona mais tempo com menos soluços importantes é o mais confiável.

Como ninguém pode prever o futuro e garantir que um produto não falhará por exatamente X horas de uso, calculando a confiabilidade vem com uma dose de incerteza que é expressa na forma de probabilidade . Entre outras coisas, podemos usar o cálculo de confiabilidade para estimar qual é a chance de um sistema funcionar corretamente após x horas ou dias de uso. Naturalmente, a confiabilidade de qualquer sistema será alta no início e diminuirá com o tempo.

A confiabilidade costuma ser confundida com durabilidade, qualidade e disponibilidade. Embora os conceitos sejam semelhantes, eles não devem ser usados ​​de forma intercambiável. Aqui está uma breve explicação para cada um.

Confiabilidade x durabilidade

A durabilidade pode ser definida como a capacidade de um produto físico permanecer funcional, sem exigir manutenção ou reparo excessivo, quando confrontado com os desafios da operação normal ao longo de sua vida útil de design (definição roubada de Tim Cooper).

A principal diferença entre confiabilidade e durabilidade é que a durabilidade está principalmente preocupada em quanto tempo um produto pode durar, apesar das avarias que sobrevive , enquanto a confiabilidade tenta reduzir o número geral e a frequência dessas avarias.

Além disso, o componente de durabilidade é usado para descrever uma característica de itens físicos, enquanto a confiabilidade também pode ser usada para sistemas virtuais.

Dependendo do produto e do seu campo de aplicação, a durabilidade pode ser expressa em horas de uso, número de ciclos operacionais ou anos de existência.

Confiabilidade x qualidade

Qualidade é um conceito difícil de definir. Uma maneira comum de descrevê-lo é observando os fatores que afetam a qualidade do produto. Isso nos leva ao conceito de oito dimensões de qualidade.

Esta é, na verdade, uma maneira fácil de diferenciar entre confiabilidade e qualidade, pois podemos apenas considerar a confiabilidade (e durabilidade se você olhar mais de perto) como uma dimensão da qualidade.

Se considerarmos a confiabilidade como um conceito autônomo, outra maneira de ver o relacionamento deles é dizendo que um sistema confiável é aquele que mantém sua qualidade ao longo do tempo .

Confiabilidade x disponibilidade

Disponibilidade mostra a porcentagem de tempo que um sistema está disponível (totalmente operacional) para realizar o que foi projetado para fazer.

O conceito é frequentemente usado em TI para descrever a disponibilidade da infraestrutura em nuvem. Os sistemas com a maior disponibilidade estão na faixa de 99,99% (o que significa que um serviço / sistema não está disponível por apenas ~ 52 minutos em todo o ano ; frequentemente apenas para realizar a manutenção programada).

A disponibilidade é afetada pela confiabilidade e capacidade de manutenção. Sistemas mais confiáveis ​​terão menos falhas, o que aumentará sua disponibilidade. Da mesma forma, quanto mais rápido você realizar a manutenção programada, menos tempo de inatividade você terá, o que novamente leva ao aumento da disponibilidade.

O que é engenharia de confiabilidade?

Engenharia de confiabilidade refere-se à aplicação sistemática das melhores práticas e técnicas de engenharia para fazer produtos mais confiáveis ​​de maneira econômica . A metodologia de engenharia de confiabilidade pode ser aplicada em todo o ciclo de vida do produto:do projeto e fabricação à operação e manutenção.

Dito isso, o principal valor da engenharia de confiabilidade está na detecção precoce de possíveis problemas de confiabilidade. Se detectarmos um problema de confiabilidade em um estágio inicial do ciclo de vida do produto, como o estágio de design, podemos minimizar muito os custos futuros (ou seja, eliminando a necessidade de um reprojeto significativo do produto depois que ele já estiver no mercado). Essa ideia está representada no gráfico a seguir.

Os objetivos da engenharia de confiabilidade são os seguintes:

1. Usar conhecimentos e técnicas de engenharia para prevenir certos modos de falha e reduzir a probabilidade e frequência de falhas.
2. Para identificar e corrigir as causas das falhas que ocorrem, apesar dos esforços para evitá-las.
3. Para determinar maneiras de lidar com as falhas que ocorrem, se suas causas não foram corrigidas.
4. Para aplicar métodos para estimar a confiabilidade provável de novos projetos e para analisar dados de confiabilidade.

Se você olhar a lista mais de perto, verá que os objetivos são ordenados de uma forma que segue o progresso natural da aplicação de diferentes métodos de confiabilidade. Não há sentido em tentar adicionar redundâncias para todas as falhas identificadas se algumas delas puderem ser evitadas com mudanças simples de design. Em outras palavras, a lista acima representa as etapas que devem ser seguidas em ordem sequencial para garantir que as práticas de confiabilidade sejam aplicadas de maneira econômica.

Os princípios básicos da avaliação de confiabilidade

O objetivo final da avaliação de confiabilidade é ter um conjunto robusto de evidências qualitativas e quantitativas que o uso de nosso componente / sistema não virá com um nível de risco inaceitável . É parte integrante da engenharia de confiabilidade.

Neste contexto, o risco pode ser definido como a combinação de probabilidade de falha (qual a probabilidade de que a falha aconteça) e gravidade da falha (qual é a consequência da falha; pode incluir risco de segurança, dano secundário potencial, custo de peças sobressalentes e mão de obra, perdas de produção, etc.).

Compreendendo os mecanismos e modos de falha

Nem sempre é fácil traçar a linha entre a causa e o fracasso. Se não fosse o caso, haveria pouca necessidade de engenheiros de confiabilidade e análise de falhas.

Para entender os modos de falha e os mecanismos de falha bem o suficiente para resolvê-los com eficiência, os sistemas complexos precisam ser “divididos” em componentes. Desta forma, você pode analisá-los em um nível individual, bem como com base em como eles interagem entre si.

Além de tudo o que foi dito, a forma como o sistema interage com seu usuário e o ambiente é outro elemento a ser adicionado à lista de coisas que precisam ser consideradas como mau uso e más condições de trabalho podem reduzir a confiabilidade do produto.

Tarefas e técnicas comuns usadas em engenharia de confiabilidade

Dependendo de quão complexo é o sistema e do tipo de sistema que estamos olhando, há uma variedade de técnicas e tarefas que podem ser aplicadas como parte de nossos esforços de engenharia de confiabilidade:

• Análise de causa raiz (RCA)
• Manutenção centrada em confiabilidade (RCM)
• FMEA e FMECA
• FMEA de projeto e FMEA de processo
• Física da falha (PoF)
• Autoteste integrado
• Análise de bloqueio de confiabilidade
• Análise de dados de campo
• Análise da árvore de falhas
• Eliminação de ponto único de falha (SPOF)
• Análise de erro humano
• Análise de risco operacional
• Ver o histórico de manutenção para analisar as taxas de falha e coletar dados de falha
• Todos os tipos de testes de coleta de dados que medem o desempenho do sistema / componente sob estresse
• …

Usando todas essas medidas, podemos encontrar os pontos fracos do nosso sistema e ver quais são as chances de que esses pontos fracos possam resultar em mau funcionamento. Se o risco percebido for alto o suficiente, temos que lidar com eles por meio de ações corretivas. Soluções comuns vêm na forma de alterações de design (por exemplo, adicionar redundância) , controle de detecção, diretrizes de manutenção e treinamento do usuário .

Quantificação da confiabilidade

Como mencionamos na introdução deste artigo, a confiabilidade geralmente é o jogo de chances (probabilidade). Como você está lidando com porcentagens e dados estatísticos para definir o risco, é muito importante que toda a equipe esteja na mesma página e concorde sobre os níveis aceitáveis ​​de risco que eles estão tentando alcançar.

Por isso é muito importante usar uma linguagem precisa ao descrever problemas e propor soluções. Além disso, por causa de dados estatísticos incompletos e outras incertezas, alguns profissionais de confiabilidade recomendam focar em soluções ao invés de chances de falha.

Para falhas de peças / sistemas, os engenheiros de confiabilidade devem se concentrar mais no "por que e como", em vez de prever "quando". Entender "por que" uma falha ocorreu (por exemplo, devido a componentes sobrecarregados ou problemas de fabricação) é muito mais provável que leve a melhorias nos projetos e processos usados ​​do que quantificar "quando" uma falha é provável de ocorrer (por exemplo, através da determinação de MTBF ) Para fazer isso, primeiro os riscos de confiabilidade relacionados à peça / sistema precisam ser classificados e ordenados (com base em alguma forma de lógica qualitativa e quantitativa, se possível) para permitir uma avaliação mais eficiente e eventual melhoria.
O’Connor, Patrick D. T. (2002), Engenharia de confiabilidade prática

Como os engenheiros de confiabilidade podem melhorar a confiabilidade do equipamento em suas instalações?

Existem várias maneiras pelas quais os engenheiros de confiabilidade podem ajudar a melhorar e otimizar os processos de manutenção em suas instalações, o que acabará resultando no aumento da confiabilidade do equipamento. Discutimos alguns deles abaixo.

Ajudando no design e desenvolvimento de peças sobressalentes

O desgaste causado pelo uso diário não discrimina. A maioria dos ativos precisará receber peças de reposição regularmente para continuar operando de maneira eficiente.

As empresas que têm os recursos certos podem optar por usar máquinas CNC ou impressão 3-D para criar suas próprias peças, em vez de reabastecer constantemente seu estoque de peças de reposição. Além disso, eles podem ter uma máquina velha com peças sobressalentes que não são mais vendidas ou ter que lidar com uma avaria desagradável que requer uma peça personalizada.

Nesses cenários, os engenheiros de confiabilidade podem trabalhar em estreita colaboração com a equipe de manutenção para projetar, testar e produzir peças de reposição de qualidade que irão melhorar a confiabilidade dos ativos no local.

Executando análise de causa raiz

Uma coisa em que os engenheiros de confiabilidade devem ser muito bons é identificar e compreender as causas das falhas. Por isso, eles podem receber a tarefa de realizar análise de causa raiz (RCA) . Eles podem examinar manuais OEM, práticas de manutenção, registros de manutenção de equipamentos e outras documentações para encontrar os motivos pelos quais máquinas específicas estão falhando e sugerir como eliminar e / ou mitigar cada uma das causas de falha encontradas.

Uma maneira de abordar as causas potenciais é aplicando práticas de RCM.

Certificando-se de que as ações de manutenção abordam os modos de falha corretos

Esta é uma extensão do ponto anterior. Como o último ponto foi concentrado em descobrir o que você não está fazendo (quais modos de falha você não está abordando), vamos nos concentrar aqui no que você pode estar fazendo de errado .

A maioria das empresas se encontrará em uma situação em que estão realizando manutenção regular em um ativo e esse ativo ainda apresenta avarias. Embora possa haver muitos motivos para isso, um deles é que os técnicos de manutenção estão fazendo algo errado - como não abordar os modos de falha corretos. É aqui que se referir à análise de RCA pode ser muito útil.

Da mesma forma, os engenheiros de confiabilidade podem ocasionalmente verificar como as diferentes práticas de manutenção são executadas e como podem ser melhoradas. Eles podem verificar se a equipe de manutenção está usando práticas desatualizadas e realizando tarefas de manutenção preventiva que agregam valor e resolvem os problemas certos. Tudo isso deve ser facilmente acessível em um bom sistema CMMS.

Para saber mais sobre o CMMS, você pode verificar nosso guia O que é um CMMS e como ele funciona.

Por último, mas não menos importante, os engenheiros de confiabilidade também podem ajudar na escolha dos sensores e equipamentos corretos de monitoramento de condição para a implementação de estratégias de manutenção avançada, como manutenção baseada em condição e manutenção preditiva.

Pensamentos finais

Esforços sérios de engenharia de confiabilidade trazem resultados sérios. Com o conhecimento certo, técnicas de confiabilidade podem ser implementadas independentemente do tamanho da sua empresa.

No futuro, esperamos que as organizações continuem a investir em confiabilidade, pois isso ajuda a todos os envolvidos. As empresas de produção se beneficiam da produção de produtos de melhor qualidade, as equipes de manutenção têm menos problemas para mantê-los e os usuários têm menos problemas de desempenho durante a vida útil de seus produtos. É uma situação em que todos ganham.

Você é um engenheiro de confiabilidade ou um profissional de manutenção e acha que perdemos um ponto importante? Compartilhe suas idéias nos comentários abaixo.