Esta tese apresenta uma sistemática para avaliação de confiabilidade humana em mina a céu aberto com vistas à proposição de planos de melhorias para tratativa de falhas humanas. Para tanto, gera-se uma metodologia apoiada na seleção de especialistas para preenchimento da tabela de Análise de Modos e Efeitos de falha (FMEA). A utilização dos especialistas mais consistentes eleva a qualidade e a consistência das avaliações, possibilitando maior coerência das informações, desconsiderando opiniões extremistas e permitindo proposição de melhorias mais assertivas. Além do preenchimento dos índices de Ocorrência, Detecção e Severidade, tradicionalmente existentes na FMEA, propõe-se a utilização do índice de Severidade Humana (SH), que visa quantificar o impacto de cada modo de falha sobre a integridade física dos colaboradores vinculados ao processo em que a falha ocorre. A ocorrência de tais falhas pode gerar acidentes que demandam atendimentos ambulatoriais, afastamentos, fatalidades ou perdas produtivas substanciais. A elaboração dos planos de melhoria dos modos de falha preponderantes é operacionalizada em duas frentes, de acordo com a disponibilidade de tempos até a falha motivados por erros humanos. Mediante número suficiente de tempos até a falha, realiza-se uma modelagem quantitativa com vistas à determinação de intervalos de checagem dos procedimentos associados aos modos de falha preponderantes; além da definição de tal intervalo, gera-se um plano de melhorias para cada modo de falha. No caso de não haver número suficiente de tempos até a falha para modelagem quantitativa, gera-se somente o plano de melhoria para o modo de falha em questão. Os planos de melhorias propostos são focados em comportamentos que tenham relação com aspectos cognitivos (percepção, atenção, memória, raciocínio, juízo, imaginação, pensamento, linguagem, etc.) e sócio-emocionais (autonomia, estabilidade emocional, sociabilidade, capacidade de superar fracassos, curiosidade, perseverança, etc.), os quais impactam na execução dos procedimentos e podem conduzir a falhas. / This thesis presents a system for evaluating human reliability in open pit mine aimed at proposing improvements plans derived from human errors. Therefore, it proposes a methodology that relies on the selection of experts to assess the Failure Mode and Effect Analysis (FMEA). Using the most consistent experts increases the quality and consistency of assessments, enabling more coherence on experts’ opinions, disregarding extremist views and allowing more assertive proposition improvements. In addition to the traditional FMEA indices, i.e. Occurrence rates, Detection and Severity, we propose the Human Severity Index (SH), which aims to quantify the impact of each failure mode upon the physical integrity of employees. The occurrence of such failures can lead to accidents that require outpatient care, absenteeism, fatalities or substantial production losses. The development of improvement plans predominant failure modes is carried out in two fronts, according to the availability of failure times samples motivated by human error. When enough time to failure samples are available, we carry out a quantitative modeling to determine checking intervals for procedures associated with the predominant failure modes; next, an improvement plan for each failure mode is proposed. In case there is no sufficient number of times to failure for quantitative modeling, we generate only the improvement plan for the failure mode in question. The proposed improvement plans are focused on behaviors are related to cognitive (perception, attention, memory, reasoning, judgment, imagination, thought, language, etc.) and socio-emotional (autonomy, emotional stability, sociability, ability to overcome failures , curiosity, perseverance, etc.) aspects.

Esta tese apresenta uma sistemática para avaliação de confiabilidade humana em mina a céu aberto com vistas à proposição de planos de melhorias para tratativa de falhas humanas. Para tanto, gera-se uma metodologia apoiada na seleção de especialistas para preenchimento da tabela de Análise de Modos e Efeitos de falha (FMEA). A utilização dos especialistas mais consistentes eleva a qualidade e a consistência das avaliações, possibilitando maior coerência das informações, desconsiderando opiniões extremistas e permitindo proposição de melhorias mais assertivas. Além do preenchimento dos índices de Ocorrência, Detecção e Severidade, tradicionalmente existentes na FMEA, propõe-se a utilização do índice de Severidade Humana (SH), que visa quantificar o impacto de cada modo de falha sobre a integridade física dos colaboradores vinculados ao processo em que a falha ocorre. A ocorrência de tais falhas pode gerar acidentes que demandam atendimentos ambulatoriais, afastamentos, fatalidades ou perdas produtivas substanciais. A elaboração dos planos de melhoria dos modos de falha preponderantes é operacionalizada em duas frentes, de acordo com a disponibilidade de tempos até a falha motivados por erros humanos. Mediante número suficiente de tempos até a falha, realiza-se uma modelagem quantitativa com vistas à determinação de intervalos de checagem dos procedimentos associados aos modos de falha preponderantes; além da definição de tal intervalo, gera-se um plano de melhorias para cada modo de falha. No caso de não haver número suficiente de tempos até a falha para modelagem quantitativa, gera-se somente o plano de melhoria para o modo de falha em questão. Os planos de melhorias propostos são focados em comportamentos que tenham relação com aspectos cognitivos (percepção, atenção, memória, raciocínio, juízo, imaginação, pensamento, linguagem, etc.) e sócio-emocionais (autonomia, estabilidade emocional, sociabilidade, capacidade de superar fracassos, curiosidade, perseverança, etc.), os quais impactam na execução dos procedimentos e podem conduzir a falhas. / This thesis presents a system for evaluating human reliability in open pit mine aimed at proposing improvements plans derived from human errors. Therefore, it proposes a methodology that relies on the selection of experts to assess the Failure Mode and Effect Analysis (FMEA). Using the most consistent experts increases the quality and consistency of assessments, enabling more coherence on experts’ opinions, disregarding extremist views and allowing more assertive proposition improvements. In addition to the traditional FMEA indices, i.e. Occurrence rates, Detection and Severity, we propose the Human Severity Index (SH), which aims to quantify the impact of each failure mode upon the physical integrity of employees. The occurrence of such failures can lead to accidents that require outpatient care, absenteeism, fatalities or substantial production losses. The development of improvement plans predominant failure modes is carried out in two fronts, according to the availability of failure times samples motivated by human error. When enough time to failure samples are available, we carry out a quantitative modeling to determine checking intervals for procedures associated with the predominant failure modes; next, an improvement plan for each failure mode is proposed. In case there is no sufficient number of times to failure for quantitative modeling, we generate only the improvement plan for the failure mode in question. The proposed improvement plans are focused on behaviors are related to cognitive (perception, attention, memory, reasoning, judgment, imagination, thought, language, etc.) and socio-emotional (autonomy, emotional stability, sociability, ability to overcome failures , curiosity, perseverance, etc.) aspects.

O monitoramento de vibração de máquinas rotativas é de grande interesse da indústria, uma vez que se tem a possibilidade de detectar, com certa antecedência, problemas relacionados à condição de funcionamento do equipamento, possibilitando reparos, ajustes ou consertos e, assim, minimizando custos no caso de falhas graves ou paradas inesperadas. Neste trabalho é feita a adequação de uma bancada de testes para estudo de técnicas de detecção de falhas em rolamentos de esferas por análise de vibração. O objetivo é o de localizar falhas em rolamentos utilizando o monitoramento dos sinais das vibrações (aceleração) no mancal que suporta o rolamento de teste e o posterior processamento com o auxílio de alguma técnica de detecção. Neste trabalho a técnica do envelope foi escolhida. A bancada, assim desenvolvida, permite a retirada e colocação dos rolamentos em estudo de maneira simples e rápida, permitindo a execução de diversos testes com rapidez. A investigação da detecção de falhas em rolamentos é feita comparando-se rolamentos em condições normais com rolamentos que têm um defeito induzido. Inicialmente é apresentada a descrição das origens e formas de propagação das falhas em elementos de rolamentos e também as formas como estas falhas são induzidas em locais específicos de cada rolamento. Uma breve revisão sobre métodos de detecção de falhas no domínio do tempo e da frequência é feita. Ênfase é dada ao método do envelope que faz uso da transformada de Hilbert (Hilbert Transform) conjuntamente com a transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform). Em seguida, descreve-se como foram geradas as falhas e separados os grupos de teste, também é descrito como os ensaios foram executados com os danos induzidos em local pré-determinado no rolamento. Os resultados obtidos possibilitaram identificar as origens das falhas induzidas tanto na pista externa quanto na interna dos rolamentos analisando os sinais de vibração do mancal onde está montado o rolamento em teste com o pós-processamento dos mesmos com a técnica investigada. Os testes simulam as condições extremas encontradas em sistemas rotativos de equipamentos industriais através da imposição de cargas verticais ao rolamento. Este estudo de detecção das falhas em rolamentos propiciou uma melhor compreensão e análise do processo de falha nestes componentes. / The vibration monitoring of rotating machines is of great interest to industries since it has the ability to detect, in advance, problems related to the operational condition of the equipment, enabling fixing, adjustments or repair, and thus, minimizing the cost in case of faults or unexpected downtime. In this work, the study of the adequacy of a test bench for detecting faults in ball bearings by vibration analysis techniques is developed. It aims at locating faults in ball bearings using vibration monitoring signals (acceleration) in the journal bearings that support this elements and further processing with the aid of some detection technique. In this work the envelope technique was chosen. The developed test bench thus allows the removal and placement of the bearings in a simple and fast way allowing running quickly several tests. The investigation of detecting faults in ball bearings is made by comparing the bearings under normal conditions with bearings which have an induced defect. First of all is presented a description of the origins and forms of propagation of faults in bearing elements and also the ways in which these failures are induced in specific locations of each bearing. A brief review of methods for detecting faults in the time and frequency domain is made. Emphasis is given to the Envelope Method which uses the Hilbert Transform with the Fast Fourier Transform. Then it is described how the tests were accomplished with the induced damage in predetermined sites in the bearing. The results obtained allowed to identify the origins of the induced bearing failures in both outer and inner races just by reading the vibration signals and post-processing them with the investigated technique. The tests take care to simulate conditions close to those found in actual rotatory systems of industrial equipment by imposing vertical loads to the bearing. This study in detecting flaws in balls bearings provided a better understanding of the analysis failure process in these components.

Objectifying to verify if the use of Mode Analysis and Potencial Fail Effect, FMEA, makes possible to potentialize agricultures cultivation processes, reflecting in a higher profit to the cultures, it was applied this tool in a Canola farming in the Escola-Fazenda da Sociedade Educacional Três de Maio, SETREM. The project started with the FMEA Team composition, which analyzed the possible fails to cause culture profit reduction, organizing the main modes and effects of fail. Through of a graphical approach, applied to the severity and occurrence of related fail modes, it was determined those with priority of attention, as well as its possible seriously effects. These modes were submitted to an investigation matrix of common fails and detected the key causes, which received a preventive actions plan. To determine the influence of the foreseen actions in the culture profit, two areas of Canola cultivation were seeded in a field, once that just one of them was used FMEA. The culture submitted to the FMEA was differed for receiving conference from the regulation from the machine for plant the field and supplement from nitrogen in in agreement covering interpretation from the result from the analysis of soil. Each one of the cultures was sampled in 32 items, with gauging of the number of plants, spacing among them, number of pod and profit. The collected data were treated statically, informing that the culture which received the FMEA implementation presented better plants density, better plants distribution in the seeded area, maturation more uniform and profit 11,83% superior. / Objetivando verificar se o emprego da Análise de Modo e Efeito de Falha Potencial, FMEA, possibilita potencializar processos de cultivos agrícolas, refletindo em maior rendimento às culturas, aplicou-se esta ferramenta em uma lavoura de canola na Escola-Fazenda da Sociedade Educacional Três de Maio, SETREM. O trabalho iniciou com a constituição da Equipe FMEA, a qual arrolou as falhas possíveis de causar diminuição no rendimento da cultura, estruturando os modos e efeitos principais de falha. Através de uma abordagem gráfica, aplicada à severidade e à ocorrência dos modos de falha relacionados, foram definidos àqueles prioritários de atenção, bem como seus possíveis efeitos mais graves. Estes modos foram submetidos a uma matriz de investigação de falhas comuns e, detectadas as causas-chave, estas receberam um plano de ações preventivas. Para determinar a influência das ações previstas no rendimento da cultura, foram instaladas duas áreas de cultivo de canola a campo, uma com aplicação de FMEA e outra, sem. O cultivo submetido à FMEA diferiu-se por receber conferência da regulagem da semeadeira a campo e suplementação de nitrogênio em cobertura conforme interpretação do resultado da análise de solo. Cada um dos cultivos foi amostrado em 32 pontos, com aferição do número de plantas, espaçamento entre elas, número de síliquas e rendimento. Os dados coletados foram tratados estaticamente, explicitando que o cultivo que recebeu a aplicação da FMEA apresentou melhor densidade de plantas, melhor distribuição das plantas na área de cultivo, maturação mais uniforme e rendimento 11,83 % superior.

A análise de falhas potenciais compreende o uso de técnicas sistemáticas (métodos) durante o Processo de Desenvolvimento de Produto (PDP) que utilizam conhecimentos tácitos de engenharia para prever possíveis falhas, tanto do projeto (design) do produto quanto de seu processo de fabricação, e propor ações que evitem a ocorrência dessas falhas. O problema prático que motiva a realização deste trabalho é a dificuldade enfrentada pelas empresas em alcançar plenamente todos os benefícios decorrentes da aplicação da análise de falhas potenciais. O exame do estado da arte indica que há diversos problemas e práticas propostas para minimizar esses problemas dispersos na literatura. Existem também empresas benchmark na aplicação de métodos de análise de falhas potenciais que podem ser estudadas para o levantamento de outras práticas. Assim, o trabalho tem como objetivo sistematizar os problemas e práticas presentes na literatura e práticas empregadas por uma empresa benchmark. A fim de atingir esse objetivo, são gerados dois resultados principais. O primeiro, alcançado por meio de uma Revisão Bibliográfica Sistemática, é o agrupamento dos problemas e das práticas de análise de falhas potenciais presentes na literatura em categorias. Os 37 problemas encontrados foram agrupados em: Definição do risco, Recursos, Integração PDP, Temporal, Cultura organizacional, Gestão de informações, Procedimentos e Comportamental; e as 161 práticas em Abordagem, Ferramenta, Framework, Método, Software e Diretriz. O segundo resultado, obtido a partir de um estudo de caso, são práticas empregadas por uma empresa que é referência na aplicação dos métodos de análise de falhas potenciais FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) e DRBFM (Design Review Based on Failure Mode). Os resultados do estudo de caso sugerem que o sucesso da execução dos métodos FMEA e DRBFM, na unidade de negócio caso, deve-se à combinação de provisão de recursos, trabalho em equipe multidisciplinar, formação de competências (treinamento), definição de procedimentos, aplicação integrada com outros métodos/ferramentas do PDP, e, sobretudo, não considerar a aplicação como atividade pro forma. Os conhecimentos gerados nesse trabalho podem contribuir para auxiliar as empresas a alcançarem os benefícios da aplicação de métodos de análise de falhas potenciais no processo de desenvolvimento de produtos. / The potential failure analysis is the application of systematic techniques (methods) in the process of New Product Development (NPD) that make the use of tacit engineering knowledge to predict possible design and manufacturing process failures and to define countermeasures. The practical problem which motivates the accomplishment of this research is the challenge companies face in achieving the full benefits that can be yield with the application of methods of potential failure analysis. The status of the research carried out in the field shows that there are many problems related to that challenge and practices proposed to mitigate these problems, dispersed in the literature. Notwithstanding the practices later cited, benchmark companies in applying methods of potential failure analysis can be investigated for discovering more practices. The goal of this study is to systematize both the problems and practices reported in the literature and the practices adopted by a benchmark company. In meeting that goal, this research delivered two main outcomes. First, through a Systematic Literature Review, is the sorting of the problems and practices cited in the literature. The 37 problems found were categorised in the classes: Definition of risk, Resources, NPD integration, Moment, Organizational culture, Information management, Procedures and Behavioural; and the 161 practices in Approach, Tool, Framework, Method, Software and Guideline. The second outcome, accomplished through a case study, is a set of practices employed by a company which is reference in applying the FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) e DRBFM (Design Review Based on Failure Mode) methods. The findings suggest that the successful execution of the FMEA and DRBFM methods, in the business unit case, is due to a combination of provision of resources, employing multi-disciplinary teams, training, defining and documenting the process of application, integrating the application of these methods with others NPD methods/tools, and, mainly, not considering the application a perfunctory task. It is believed that the knowledge resulted from this research might assist companies to get benefits from the methods of potential failure analysis applied into the process of new product development.

O presente trabalho tem o objetivo de auxiliar os especialistas em análise de falhas de filamento das lâmpadas incandescentes de tungstênio, usada em painel de múltiplo alarme de aeronaves. Este estudo foi embasado em sete ensaios realizados em lâmpadas incandescentes modelo 327, em laboratórios. Foram realizados ensaios de envelhecimento do filamento das lâmpadas, Espectrometria da Energia Dispersiva de Raio - X, Alta tensão, Vibração, Impacto, Esterioscópico óptico e Microscópico Eletrônico de Varredura. Esses ensaios foram de extrema importância para dar base para responder qual (is) as lâmpadas estavam acesas ou apagadas após impacto. Descreve e ilustram lâmpadas elétricas quentes e frias, novas e envelhecidas, sujeitas a impactos controlados, que simulam o choque da aeronave. Todos os instrumentos utilizados foram calibrados antes da realização dos mesmos. Após análise realizadas nos filamentos, foram definidos padrões de lâmpadas em diversas condições para estabelecer qual (is) estavam (acesas ou apagadas) no circuito do sistema no momento do impacto.

This work presents a technique for linear system identification in frequency subbands by using wavelet packets. The wavelet-packet decomposition tree is used to establish frequency bands where subband models are created. An algorithm is proposed to adjust the tree structure, in order to achieve a compromise between accuracy and parsimony of the model. In a simulated example involving the identification of an aircraft model, the results of the proposed technique are favorably compared with those of a standard time-domain method.An application of the technique in the context of fault detection is also proposed. Once the identification is carried out, the difference between the outputs of the plant and of the model in the established frequency bands can be used as a residual signal for the purpose of fault detection. Two analytical redundancy approaches are exploited: input-output and output-output consistency check. Simulation studies involving a servomechanism and a Boeing 747 are provided to illustrate the proposed technique. The results show that the wavelet-packet method compares favorably with a standard observer-based scheme in terms of after-fault residue amplification, detection delay and number of successful fault detections.

Os computadores de bordo de satélites devem ser projetados para utilização em ambiente espacial. Entre as características deste ambiente destaca-se a presença de diferentes tipos de radiação que podem alterar a operação dos componentes do computador de bordo, causando desde falhas temporárias até na perda total do satélite. Neste contexto, este trabalho apresenta uma análise do comportamento de memórias SRAM quando submetidas a radiação ionizante. Com esta finalidade foi desenvolvida uma plataforma composta por um sistema microprocessado que monitora em tempo real a ocorrência de falhas em memórias. Foram realizados diversos testes nos quais memórias SRAM foram submetidas a diferentes doses de radiação ionizante. As falhas detectadas incluem desde a mudança temporária de bits até a interrupção permanente do funcionamento da memória. Tais testes serviram para investigação do comportamento das memórias SRAM quanto à tolerância a ambientes espaciais com diferentes características.

Os materiais compósitos de matriz termoplástica vem sendo cada vez mais utilizados na indústria aeronáutica. A praticidade na moldagem e o fato de serem recicláveis e assim ambientalmente amigáveis são duas das vantagens que este tipo de material apresenta sobre os compósitos de matriz termorrígida. Para serem utilizados, dois aspectos importantes de suas propriedades devem ser caracterizados, a vida em fadiga e o efeito ambiental em suas propriedades mecânicas. Sabe-se que os esforços em vôo são muito repetitivos e as diferentes condições ambientais que as aeronaves estão submetidas variam muito, desde -55 C até 80 C, com umidade muito alta ou quase seca. Atuando nesta faixa de temperatura e umidade, foi feita a determinação da resistência ao cisalhamento interlaminar, tração estática e fadiga em condições que variavam entre -55 e 80 C e com umidade absorvida de zero a 75% da umidade no ponto de saturação de absorção de água do material. Foi feita a análise fractográfica das superfícies de fratura após os ensaios mecânicos, determinando-se os modos de falha e identificando-se os aspectos fractográficos nos componentes do material, definindo-se onde o dano foi maior. De modo geral, constatou-se que o modo de falha para os ensaios em fadiga foi frágil com dano predominante na matriz, tanto na condição seca quanto úmida, para amostras à -55 C, frágil tendendo a dúctil nas amostras à 20 C, predominante na matriz e dúctil nas amostras à 80 C, predominante na interface e com dano por abrasão na matriz.

This work presents an application of failure prognosis in the system command actuator of a commercial aircraft. An efficient failure prognostic algorithm provides a reduction in the number of unscheduled events and consequently generates a significant reduction in the maintenance costs. Although this is a simulation-based work, it presents a pre validation with bench tests data. The method starts by computational mathematical modeling of the system and this further validation by laboratory results. The sensitivity study of the variables is necessary in order to understand which parameters affect the system. The estimation of a confidence interval to determine the nominal behavior failure allows detection and isolation. Parity state techniques will be used for the residue signals design which will be the of the degradation measurement. A simulation of the failure behavior over the time to forecast when the system will reach a determined threshold is also presented.