Fogliatto e Ribeiro - Confiabilidade e Manutenção Industrial

Fogliatto e Ribeiro - Confiabilidade e Manutenção Industrial

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Flávio Sanson Fogliatto José Luis Duarte Ribeiro

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CIP-Brasil. Catalogação-na-fonte.

Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ _

Confiabilidade e manutenção industrial / Flávio Sanson Fogliatto

F692cFogliatto, Flávio Sanson e José Luis Ribeiro Duarte. – Rio de Janeiro: Elsevier, 2009.

Apêndice
Inclui bibliografia
ISBN 978-85-352-3353-7
1. – Confiabilidade (Engenharia). 2. Fábricas – Manutenção.

3. Engenharia de produção. I. Duarte, José Luis Ribeiro. I Título.

09-3467. CDD: 620.00452 CDU: 62-7

© 2009, Elsevier Editora Ltda.

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Copidesque: Adriana Kramer Revisão: Marco Antônio Corrêa Editoração Eletrônica: SBNIGRI Artes e Textos Ltda.

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ISBN 978-85-352-3353-7

Nota: Muito zelo e técnica foram empregados na edição desta obra. No entanto, podem ocorrer erros de digitação, impressão ou dúvida conceitual. Em qualquer das hipóteses, solicitamos a comunicação ao nosso Serviço de Atendimento ao Cliente, para que possamos esclarecer ou encaminhar a questão. Nem a editora nem o autor assumem qualquer responsabilidade por eventuais danos ou perdas a pessoas ou bens, originados do uso desta publicação.

Prefácio

Mais de quinze anos de docência na área de Engenharia da Qualidade, inicialmente em nível de Pós-graduação e posteriormente em cursos de Graduação em Engenharia de Produção, infl uenciaram a escolha dos conteúdos em nosso livro. A seleção dos tópicos refl ete nossa crença de que a atuação do Engenheiro de Produção na área de Confi abilidade e Manutenção Industrial deve se concentrar na coleta e análise de dados de desempenho de equipamentos e produtos, e no planejamento de programas de manutenção e melhoria de unidades fabris. O material aqui apresentado também traz um viés, majoritariamente quantitativo, repassado a nós pelos nossos mestres: Professor Luis Fernando Nanni, na década de 1980, e Professor Elsayed A. Elsayed, na década de 1990. No caso do Professor Elsayed, participamos ativamente, em diferentes momentos e de diferentes formas, na elaboração de sua obra Reliability Engineering, que serviu como referência para muitas das seções em diferentes capítulos de nosso livro. As diversas teses e dissertações que orientamos sobre Confi abilidade e Manutenção ao longo dos anos, assim como os projetos sobre o tema realizados com empresas, também tiveram importante papel na elaboração do livro. Ao longo dos anos, tivemos a oportunidade de participar de pesquisas e implementações que envolveram o uso das técnicas de confi abilidade e manutenção nos setores siderúrgico, petroquímico, automotivo, eletro eletrônico e alimentício, entre outros. A julgar pela nossa experiência, os conteúdos aqui selecionados são plenamente operacionalizáveis na prática e podem auxiliar o Engenheiro de Produção na gestão e melhoria de sistemas produtivos. Os aplicativos computacionais disponibilizados no site do livro garantem o suporte necessário para a realização dessas atividades.

Na elaboração deste livro, contamos com o apoio de diversos colegas e estudantes, cuja atuação gostaríamos de deixar aqui registrada. Celso Fritsch programou os três aplicativos, cujas versões estudantis acompanham o livro. Denis Fraga Heilmann e Fernando Weiler auxiliaram na elaboração das extensas listas de exercícios que encerram a maioria dos capítulos e do gabarito disponibilizado no site do livro. Denise Chagas auxiliou na elaboração das fi guras e tabelas. Diversos alunos de gra- duação e pós-graduação auxiliaram na revisão de versões preliminares dos capítulos, sugerindo correções e melhorias. A todos eles deixamos nossos agradecimentos.

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Apresentação

Este livro foi concebido para ser utilizado como texto em disciplinas de Confi abilidade e Manutenção, em cursos de graduação e pós-graduação em Engenharia de Produção, Engenharia Mecânica e Estatística, entre outros. Para tanto, traz conteúdos básicos da área acompanhados de listas de exercícios e aplicativos computacionais, que são apresentados por meio de tutoriais. Também tivemos por objetivo fornecer a base teórica necessária para que nossos leitores possam investigar o estado-da-arte na área de Confi abilidade e Manutenção, na literatura especializada. Como pré-requisitos desejados para uma melhor utilização do livro, recomenda-se aos leitores familiaridade com conteúdos básicos de Cálculo (integrais e derivadas) e Probabilidade e Estatística.

Apesar da estrutura de capítulos estar apresentada de forma contínua, o livro está dividido em três partes dando maior ênfase a assuntos relacionados à Engenharia da Confi abilidade. A parte inicial, correspondente aos capítulos 1 a 10, é devotada à apresentação de técnicas e ferramentas quantitativas de análise de Confi abilidade. A segunda parte, correspondente ao capítulo 1, traz as duas técnicas mais tradicionais de análise qualitativa de Confi abilidade. A terceira parte, correspondente aos capítulos 12 e 13, apresenta os métodos mais difundidos de gestão de sistemas de manutenção industrial. Adicionamos um apêndice contendo as principais normas técnicas brasileiras sobre Confi abilidade, que devem ser revisadas quando da elaboração de planos de manutenção e de controle da qualidade.

Um curso básico de Confi abilidade e Manutenção, em nível de graduação ou pós-graduação lato sensu, apresentaria como conteúdo mínimo os capítulos 1 a 3, 5 e 1 a 13. Os capítulos 4 e 6 seriam os próximos a ser incluídos, havendo disponibilidade de tempo. Demais capítulos poderiam ser considerados avançados e adequados para cursos de pós-graduação stricto sensu. Caso os conteúdos de Confi abilidade façam parte da disciplina de Engenharia da Qualidade, em nível de graduação ou pós- graduação, os capítulos 1 a 6 trariam o conhecimento básico sobre o tema devendo ser selecionados para integrar a disciplina.

O aplicativo ProConf pode ser utilizado para auxiliar na resolução de exercícios dos capítulos 1 a 4. O aplicativo ProSis, por sua vez, provê suporte aos exercícios dos capítulos 5 e 6, e parte do capítulo 7. O aplicativo ProAcel executa análises apresentadas no capítulo 8.

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1Capítulo

Neste capítulo, o conceito de confi abilidade é apresentado em detalhes, bem como a evolução histórica da área de pesquisa e suas principais aplicações. Também é traçado um paralelo entre os conceitos de confi abilidade e qualidade. O capítulo é encerrado com uma seção onde são apresentadas as principais medidas de confi abilidade, seguido de uma lista de exercícios propostos. No Apêndice, apresentam-se instruções de uso do aplicativo Proconf, que acompanha este livro.

1.1. INTRODUÇÃO

Com o advento da economia globalizada, observou-se um aumento na demanda por produtos e sistemas de melhor desempenho a custos competitivos. Concomitantemente, surgiu a necessidade de redução na probabilidade de falhas em produtos (sejam elas falhas que simplesmente aumentam os custos associados aos produtos ou falhas que possam implicar riscos sérios à segurança pública), o que resultou numa ênfase crescente em sua confi abilidade. O conhecimento formal resultante da análise de falhas e da busca da minimização de sua ocorrência provê uma rica variedade de contextos nos quais surgem considerações acerca da confi abilidade.

Em seu sentido mais amplo, confi abilidade está associada à operação bemsucedida de um produto ou sistema, na ausência de quebras ou falhas. Em análises de engenharia, todavia, é necessária uma defi nição quantitativa de confi abilidade, em termos de probabilidade. Tal defi nição, proposta por Leemis (1995), é apresen-

Flavio Fogliatto e José Luis Duarte Ribeiro | Confiabilidade e Manutenção IndustrialELSEVIER2 tada a seguir; nos parágrafos que se seguem, os termos em itálico na defi nição são explicados.

“A confi abilidade de um item corresponde à sua probabilidade de desempenhar adequadamente o seu propósito especifi cado, por um determinado período de tempo e sob condições ambientais predeterminadas.”

Na defi nição, subentende-se que o objeto de interesse seja um item. A defi - nição de item depende do propósito do estudo. Em certos casos, considera-se um sistema, constituído de um arranjo de diversos componentes, como um item; em outros casos, em que existe interesse ou possibilidade de maior detalhe na análise, o termo item refere-se a um componente do arranjo em particular. Por exemplo, na análise de um monitor de computador, pode-se considerar o monitor (com todas as suas partes componentes) como um item, ou pode-se estar interessado no estudo dos componentes individualmente; neste caso, cada componente seria caracterizado como um item.

Confi abilidade é defi nida como uma probabilidade. Isso signifi ca que todas as confi abilidades devem apresentar valores entre 0 e 1 e que os axiomas clássicos da probabilidade podem ser aplicados em cálculos de confi abilidade. Por exemplo, se dois componentes independentes apresentam confi abilidade, após 100 horas de uso, e a falha do sistema ocorre quando qualquer dos dois componentes falha, então a confi abilidade do sistema em uma missão de 100 horas é dada por p1 × p2

Para a correta especifi cação do modelo matemático que representa o desempenho de um item, deve-se defi nir de maneira precisa o que se entende por seu desempenho adequado. O modelo matemático mais simples usado para representar a condição de um item é o modelo binário, segundo o qual um item pode estar em um estado de funcionamento (apresentando desempenho adequado) ou de falha. O modelo binário pode ser estendido para produtos que apresentam degradação a partir do estabelecimento de um ponto de corte que separe os estados de funcionamento e de falha. Mediante conhecimento do que se entende por desempenho adequado, é possível defi nir quando o item falha, já que, mediante a ocorrência da falha, o item deixa de desempenhar adequadamente suas funções. Um padrão deve ser usado na determinação do que se entende por desempenho adequado. Se, por exemplo, o item em estudo for um carro e se o padrão (que estabelece o nível adequado de desempenho) for um carro capaz de se movimentar, um carro sem surdina continuará apresentando um desempenho adequado.

A defi nição de confi abilidade implica especifi cação do propósito ou uso pretendido para o item em estudo. É comum que um mesmo produto seja fabricado em diferentes versões, conforme o uso pretendido. Por exemplo, uma furadeira pode ser fabricada para uso doméstico ou industrial; os produtos apresentam funções idên-

Capítulo 1 | Conceitos Básicos de Confiabilidade3 ticas, mas diferenciam-se quanto à sua confi abilidade, pois foram projetados para cargas de uso distintas.

Confi abilidade é defi nida como função de um período de tempo, o que implica cinco consequências: (i) o analista deve defi nir uma unidade de tempo (por exemplo, minutos, horas ou anos) para a realização das análises; (i) os modelos que descrevem os tempos até falha utilizam a variável aleatória T (em vez de X, como é comum na estatística clássica) para descrever o tempo até falha de um item; (i) o termo tempo não deve ser interpretado literalmente, já que em muitos contextos o número de milhas ou o número de ciclos pode representar o tempo até falha de um item; (iv) o conceito de confi abilidade deve ser associado a um período de tempo ou duração de missão (não faz sentido afi rmar que um item apresenta confi abilidade de 0,7, por exemplo, sem especifi car durante qual período de tempo a análise do item foi realizada), e (v) a determinação do que deveria ser usado para medir a vida de um item nem sempre é óbvia; por exemplo, o tempo até falha de uma lâmpada elétrica pode ser defi nido como o número contínuo de horas até a falha ou como o número somado de horas até a falha, considerando o número típico de acionamentos a que a lâmpada é submetida.

O último aspecto da defi nição de confi abilidade diz respeito à defi nição das condições ambientais de uso do item. Um mesmo produto pode apresentar desempenho distinto operando em ambientes de calor ou umidade intensos, se comparado a produtos expostos a condições climáticas amenas de uso.

1.2. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA CONFIABILIDADE E SUAS PRINCIPAIS ÁREAS DE APLICAÇÃO

Uma breve descrição da evolução histórica da confi abilidade é apresentada por Knight (1991). O conceito de confi abilidade em sistemas técnicos vem sendo aplicado há pouco mais de 50 anos. O conceito adquiriu um signifi cado tecnológico após o término da Primeira Guerra Mundial, quando foi utilizado para descrever estudos comparativos feitos em aviões com um, dois ou quatro motores. Naquele contexto, a confi abilidade era medida como o número de acidentes por hora de voo.

Durante a Segunda Guerra Mundial, um grupo de engenheiros da equipe de von Braun trabalhou, na Alemanha, no desenvolvimento dos mísseis V-1. Após o término da guerra, soube-se que todos os protótipos desenvolvidos falharam quando testados, explodindo antes (durante o voo) ou aterrissando antes do alvo. O matemático Robert Lusser foi contratado para analisar o sistema operacional dos mísseis. A partir de sua análise, Lusser propôs a lei da probabilidade de um produto com componentes em série, em que estabelecia que a confi abilidade de um sistema em série é igual ao produto das confi abilidades de suas partes componentes. Como con-

Flavio Fogliatto e José Luis Duarte Ribeiro | Confiabilidade e Manutenção IndustrialELSEVIER4 sequência direta, sistemas em série compostos por muitos componentes tendem a apresentar baixa confi abilidade e o efeito da melhoria de confi abilidade dos componentes individualmente sobre o sistema tende a ser pequeno.

No fi nal dos anos 50 e início dos anos 60, o interesse dos norte-americanos esteve centrado no desenvolvimento de mísseis intercontinentais e na pesquisa espacial, eventos motivados pela Guerra Fria. A corrida para ser a primeira nação a enviar uma missão tripulada à Lua, em particular, motivou avanços na área da confi abilidade, tendo em vista os riscos humanos envolvidos. Em 1963, surgiu, nos Estados Unidos, a primeira associação que reunia engenheiros de confi abilidade e o primeiro periódico para divulgação de trabalhos na área, o IEEE – Transactions on Reliability. Ao longo da década de 1960, diversos livros-texto sobre confi abilidade foram publicados.

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