Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Manutenção Industrial, na Faculdade de Engenharia da Universidade do porto, sob a orientação do Professor Pedro Ponces Camanho

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Manutenção Industrial, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Manutenção Industrial, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Manutenção Industrial, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Profs. Doutores José Manuel Torres Farinha e Bernardo José Calafate Vasconcelos

Contém anexos / Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Manutenção Industrial, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Dr. Armando Leitão

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Universidade de Aveiro. 2008

Sistemas redundantes sujeitos à inspeção periódica são amplamente utilizados nas indústrias, especialmente naqueles processos que envolvem alto risco operacional. Inspeções periódicas são realizadas a fim de identificar e recuperar eventuais falhas de componentes antes da falha do sistema. Inspeções frequentes melhoram a confiabilidade e disponibilidade do sistema, mas envolvem maiores custos de manutenção preventiva. Por outro lado, períodos longos entre inspeções diminuem os custos com inspeções, mas aumentam os riscos de falha do sistema. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho é a análise de confiabilidade e a otimização do intervalo entre inspeções de sistemas redundantes sujeitos a inspeções periódicas, a fim de garantir a confiabilidade desejada, juntamente com o menor custo possível. Para analisar a confiabilidade de sistemas redundantes aplicados na prática, inicialmente é realizada uma pesquisa para a identificação dos tipos e características de sistemas redundantes utilizados pelas empresas e dos métodos empregados para a manutenção desses sistemas. Identificadas suas deficiências, um modelo inicial de fácil aplicação que melhore a confiabilidade dos sistemas redundantes estudados é determinado. Na sequência, são desenvolvidos modelos mais sofisticados para a otimização do intervalo entre inspeções, através da minimização dos custos totais envolvidos na manutenção, a fim de garantir a competitividade do processo sem sacrificar a sua confiabilidade. Visto que o reparo imediato é uma suposição que não reflete totalmente a realidade, a próxima etapa envolve a consideração do tempo de reparo para a incrementação do modelo. Por fim, o aprimoramento do modelo envolve a introdução de degradação nos componentes do sistema, que passam a envelhecer com o tempo, aumentando sua taxa de falha. Como resultados têm-se: a elaboração de um quadro comparativo de tipos de redundâncias e métodos de análise de confiabilidade e gestão da manutenção utilizados e recomendados, o desenvolvimento de tabelas e gráficos de simples utilização que permitem a determinação do intervalo entre inspeções mais adequado e o desenvolvimento de um método para otimização do intervalo entre inspeções de sistemas com e sem tempo de reparo e que sofrem ou não degradação, através da minimização dos custos totais de manutenção. / Redundant systems subject to periodic inspections are utilized to decrease high levels of operational risk across different industries. Periodic inspections are utilized to identify and rectify component failures before complete system failure. Frequent inspections improve the system reliability and availability, but require higher preventive maintenance costs. On the other hand, long periods between inspections decrease inspection costs while also increasing the risk of system failure. The main objective of this thesis is to optimize the time intervals between periodic inspections of redundant systems to ensure the required reliability at the lowest cost possible. To analyze the reliability of redundant systems used in real situations, interviews were conducted with maintenance managers from industry leading companies. These interviews identified the types, characteristics, and maintenance methods of the redundant systems that are actually used at these firms. Once their deficiencies were identified, an initial model to improve the redundant system’s reliability was created. Next, more sophisticated models were developed to optimize the time interval between inspections which minimized maintenance costs. Given that instantaneous repair cannot be assumed in many situations, the next step integrated time to repair into the model as a random variable. Finally, the model was further improved by taking into consideration systems comprised of components that degrade over time, thus increasing their failure rate. Redundant systems subject to periodic inspections are utilized to decrease high levels of operational risk across different industries. Periodic inspections are utilized to identify and rectify component failures before complete system failure. Frequent inspections improve the system reliability and availability, but require higher preventive maintenance costs. On the other hand, long periods between inspections decrease inspection costs while also increasing the risk of system failure. The main objective of this thesis is to optimize the time intervals between periodic inspections of redundant systems to ensure the required reliability at the lowest cost possible. To analyze the reliability of redundant systems used in real situations, interviews were conducted with maintenance managers from industry leading companies. These interviews identified the types, characteristics, and maintenance methods of the redundant systems that are actually used at these firms. Once their deficiencies were identified, an initial model to improve the redundant system’s reliability was created. Next, more sophisticated models were developed to optimize the time interval between inspections which minimized maintenance costs. Given that instantaneous repair cannot be assumed in many situations, the next step integrated time to repair into the model as a random variable. Finally, the model was further improved by taking into consideration systems comprised of components that degrade over time, thus increasing their failure rate

O cenário competitivo pelo qual atravessam as organizações empresariais tem exigido delas uma melhoria constante dos seus processos e isso implica necessariamente na busca pelo aumento da produtividade e otimização dos custos, sem comprometer o nível de qualidade de produtos e serviços. Em um cenário de crise econômico-financeira internacional, um planejamento que resultou na definição e implementação de indicadores de desempenho foi utilizado para, além de controle de parâmetros definidos como importantes para a organização, promover a integração dos departamentos de produção e manutenção em uma planta química de gases industriais. Este trabalho apresenta uma nova abordagem no trabalho com indicadores já que busca minimizar os impactos de diversas disfunções organizacionais na empresa estudada, em um ambiente externo com forte restrição de recursos em função da crise. A integração das áreas de produção e manutenção sob uma única liderança exigiu uma aproximação maior entre os técnicos das duas diferentes áreas, assim como uma redefinição dos programas desenvolvidos e suas prioridades, onde o planejamento e a adoção de indicadores foram determinantes nesse processo de mudanças. Entre alguns dos resultados alcançados, destacaram-se o desenvolvimento e implantação de um programa de treinamento para a equipe de produção auxiliar na execução de atividades de manutenção preventiva e preditiva e a preparação dos colaboradores para o planejamento e melhoria contínua. O desenvolvimento de uma abordagem integradora com foco na busca da produtividade e do trabalho em equipe é uma contribuição importante desse trabalho que revelou ainda que em momentos difíceis como uma grande crise sistêmica, a concepção e implantação de indicadores de desempenho podem reverter expectativas de maus resultados. / The competitive scenario experienced by business organizations has been demanding a constant improvement of their processes and this necessarily requires the increased productivity and cost optimization without compromising the quality of products and services. With the international economic and financial crisis, a plan that resulted in the definition and implementation of performance indicators besides control parameters defined as important to the organization was also use to promoting the integration of maintenance and production departments in a chemical plant of industrial gases. This paper presents a new approach in working with performance indicators because was also seeking to minimize the impact of various organizational dysfunctions inside the company and those ones resulted from the resource constraints due to the crisis. The integration of the production and maintenance under one leadership demanded a closer contact between the team from different areas as well as a redefinition of its priorities and programs developed which the planning and adoption of indicators were very important in this process of change. Among some of the achievements the highlights were the development and implementation of a training program to assist the production team in carrying out activities of preventive and predictive maintenance and preparation of staff for planning and continuous improvement. The development of an integrated approach focusing on the pursuit of productivity and teamwork is an important contribution of this study revealed that even in difficult times as a major systemic crisis, the design and implementation of performance indicators can reverse expectations of poor results.

A manutenção industrial é um dos grandes desafios na área de automação e manufatura da indústria. Este desafio tem se apresentado, em âmbito nacional, pela adoção da prática “predizer e prevenir” ao invés de “falhar e consertar”. Enquanto o Brasil caminha para uma mudança de paradigma de manutenção, o cenário internacional se volta para soluções em manufatura sustentável que atendam aos requisitos “eco and green”. E a manutenção é parte crucial deste novo contexto de produção. Entretanto, somente nos anos noventa, a indústria européia começa a delinear estratégias de manutenção. A complexidade e multidisciplinaridade deste tema tem sido o principal obstáculo para melhoras substanciais na disciplina de manutenção. São nas estratégias de manutenção, aliadas ao crescente avanço em Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC), que aparecem as possibilidades de superar as limitações e os desafios desta área de pesquisa. A Manutenção Inteligente (MI) é uma dessas estratégias e utiliza o paradigma baseado em condição (Condition-based maintenance) para aplicação da técnica “predizer e prevenir”. Contudo, uma das principais barreiras na adoção de MI é a sua transferência efetiva para o operador em chão de fábrica. O conhecimento gerado pelos sistemas MI deve ser transformado em informações inteligíveis e úteis para o operador. Entretanto, o acesso, o entendimento e o uso destes dados, durante a atividade de manutenção, não é um processo trivial, devido à sobrecarga de informações e sistemas envolvidos nestes processos. Surge, então, como alternativa para contornar este problema, o uso de técnicas de realidade mista como meio de potencializar a interface homem-máquina. A escolha, neste trabalho, por interfaces mistas, objetiva, não apenas a visualização, mas a integração e o gerenciamento da informação. A fim de alcançar estes objetivos, é desenvolvida uma abordagem baseada em modelo. A primeira etapa consiste na definição de um modelo conceitual que integre os diferentes domínios envolvidos na solução proposta. Nesta fase, foram identificadas três áreas da manutenção em que a realidade mista pode permitir um ganho significativo: diagnóstico, planejamento e segurança. A segunda etapa consiste na descrição formal de um modelo de dados para integrar e gerenciar informações de diversos formatos. Finalmente, é implementado um sistema de visualização para validar o modelo de dados em um conjunto de estudos de caso da indústria. Objetiva-se, com esta abordagem: (i) facilitar a identificação de quais componentes apresentam problemas, o que auxilia no processo de tomada de decisão nas tarefas de manutenção; (ii) a inclusão do human in the loop, com o sistema MI, em que o operador poderá solicitar dados e medições adicionais durante a atividade de manutenção; (iii) fornecer um modelo que integre dados de formatos distintos, que viabilize uma maneira fácil e flexível de configurar o ambiente virtual. A visualização mista, utilizada pelo operador de manutenção em chão de fábrica, pode representar uma vantagem competitiva para indústria, além de prover uma maior flexibilidade e segurança para o operador durante a atividade de manutenção. / Industrial maintenance is one of the major challenges in industrial automation and manufacturing area. This challenge presents itself on the national context by the transformation to "predict and prevent" rather than "fail and fix ". While the Brazil moves toward a paradigm shift of maintenance, the international context searches manufacturing sustainable solutions that reply according to eco and green requirements and the maintenance is crucial part of this new production environment. However, it was only in the nineties that European industry started discusses maintenance strategies. The maintenance complexity and the multidisciplinary have been the main limitations for substantial improvements in the maintenance discipline. There are maintenance strategies coupled with the advances in Information and Communication Technologies (ICT) that arise the possibilities to overcome the limitations and challenges of this research area. The intelligent maintenance (IM) is one of these strategies and it uses the Condition-Based Maintenance paradigm (CBM). On the other hand one of the obstacles about the IM adoption is its effective transfer to the operator on the factory floor. The knowledge from IM systems must be transformed in understandable information and useful to the operator. However, the access, the understanding and the use of such information during the maintenance activity are not a trivial activity due the data and systems overload involved in these processes. Thus, arises as an alternative to solve this problem, the using mixed reality techniques to human-computer interface. The use of mixed interfaces in this thesis will aim not only to visualization but the integration and management of information. To achieve these goals was developed a model-based approach. The first step consisted in defining a conceptual model that address the domains involved in the solution proposed. At this stage were identified three main areas where the mixed reality could allow a significant change to maintenance activities: diagnosis, planning and security. The second step consisted in the formal description of a data model for integrating and management of information from multiple formats. Finally a visualization system was implemented to validate the data model in a set of case studies of industry. The goals of this thesis are: (i) to facilitate the identification of which components present problems in order to help in the decision making process of the maintenance tasks; (ii) the inclusion of the "human in the loop" into intelligent maintenance system, where the operator can request measurements and additional information during the maintenance process; (iii) to supply a model to integrate data of different formats making available an easy and flexible tool for configuring the virtual environment. The mixed reality, used by the maintenance operator on factory floor, may represent a competitive advantage for industry and provide greater flexibility and safety for operator during maintenance activity.

Este trabalho apresenta um estudo para implementação de sistema de gestão de manutenção, em indústrias de conformação de placas de revestimentos cerâmicos, pois o assunto é de extrema importância em toda a unidade produtora que requer extrair o mais alto grau de retorno dos seus meios, sejam eles matérias-primas, equipamentos e, principalmente, das pessoas, a fim de defrontar-se com igualdade perante seus competidores. Os prejuízos e a falta de eficiência precisam ser atacados de modo incessante para não prejudicarem os rendimentos e a marcha competitiva do empreendimento comercial. Contudo, atualmente, nessas companhias, por não possuir um bom planejamento e um controle adequado da área de manutenção, a indisponibilidade devido à parada de equipamentos alcança valores entre 8% e 9% e é, em média, o dobro da operada, nas empresas economicamente desenvolvidas. Fundamentado nestes fatos, foi desenvolvido um modelo de gestão de manutenção, em que, após o estudo, este foi validado por intermédio de uma aplicação real, cujos resultados obtidos demonstram a eficácia do sistema de indicadores no monitoramento e planejamento das atividades de manutenção. / This paper presents a study for implementation of system management and maintenance in industry-shaping of ceramic plates, because the subject of maintenance management is of utmost importance in the whole production unit that requires extracting the highest level of return their means, be they raw materials, equipment, and especially people in order to cope with equality before their competitors. The losses and inefficiencies need to be attacked incessantly not to harm the competitive yields and the march of commercial enterprise. Unfortunately for these companies, not having a good planning and adequate control of the area of maintenance, downtime due to the stoppage of equipment reaches values between 8% and 9% and is, on average, twice operated on companies economically developed. Based on these facts, we developed a model of maintenance management, in which, after study, this was validated through a real application, the results obtained demonstrate the effectiveness of the system of indicators for monitoring and planning of maintenance activities.