Approccio statistico alla manutenzione:a Guasto vs Preventiva

Modelli per valutare e scegliere

Giuliano Bonollogbonollo@gmail.com

Definizione

La manutenzione ha il compito di supervisionare tutti gli impianti di produzione di beni e di servizi.

Obiettivi:

- organizzare e realizzare degli interventi con lo scopo di garantire la potenzialità nominale ed il buono stato di conservazione delle attrezzature nei periodi di funzionamento;

- minimizzare gli intervalli di fermo;- gestire le procedure di supporto alle attività eseguite

direttamente sugli impianti.

Prospettive

Le procedure manutentive influenzano i seguenti aspetti:

- economico: la mancata produzione e la difettosità riducono gli utili;

- patrimoniale: gli impianti rappresentano immobilizzi di risorse che vanno mantenute in efficienza;

- tecnologico: il cattivo stato dell’impianto può compromettere la qualità del prodotto e/o del servizio erogato;

- sociale/legale: attrezzature in cattive condizioni possono provocare infortuni, inquinamenti e problemi di sicurezza.

Manutenzione nel ciclo produttivo

1

2

3

Logiche possibili

1. Materie prime e altri costi diretti di prodotto

CDC ausiliariCDC produttivi

PRODOTTO

3. Spese generali

CDC funzionali

PRODUZIONE STRUTTURA

COSTO PRIMO

COSTO INDUSTRIALECOSTO TOTALE (FULL COST)

2. Costi di produzionediretti indiretti

Manutenzione

Tipi di Manutenzione

Si possono avere diversi sistemi di manutenzione:

a. manutenzione su guasto (reattiva o a rottura)

b. manutenzione preventiva basata sul calendario su condizione

c. manutenzione proattiva

Manutenzione su Guasto(Run-to-Failure Maintenance)

Si intende la manutenzione a rottura: le riparazioni e le strategie di sostituzione vengono effettuate solo dopo il verificarsi del guasto.Tale sistema potrebbe essere usato se:

- risulta più economica (?) la riparazione rispetto alla manutenzione;-il numero dei guasti stimato è bassissimo;-il malfunzionamento non influisce significativamente sulla produzione o genera perdite finanziarie limitate rispetto ai costi di riparazione

Manutenzione preventiva (basata sul calendario)

Si intende la manutenzione eseguita a intervalli predeterminati; è tesa a ridurre le probabilità di guasto o la degradazione del funzionamento di un’entità.In base agli intervalli di tempo predeterminati e alla definizione dei criteri prescritti si distingue in:

- statica: gli interventi vengono prefissati per tutta la durata del bene;

- dinamica: fissati in base alla storia della macchina stessa;- su condizione: il componente viene sostituito prima che

termini la sua vita utile.

Altre Strategie

Manutenzione secondo condizione

Si intendono revisioni di macchine, con lo scopo di prevenire guasti futuri.

Manutenzione proattiva

Con questo tipo di manutenzione si intende un processo continuo di valutazione dei feedback rilevati sulle macchine, al fine di permettere un miglioramento continuo.

Produzione e CostiCon riferimento ad un impianto definiamo i costi nell’unita di tempo di produzione (ad esempio l’ora) come:

•costi di materia prima: Cmp•costi diretti di consumo: Cdc•costi di diretti di manodopera: Cdm•costi indiretti: Ci•Ct = Cmp + Cdc + Cdm + Ci, è il costo complessivo dell’impianto nell’unita di tempo in cui è in produzione.

Impianto on/off: i flussi economici

Impianto J in funzione

Impianto J guasto

Tipi di Guasto

Esempio

Guasto catastrofico:repentina e completa cessazione delle operazioni e totale deterioramento delle funzioniGuasto improvviso: degrado accelerato sia del materiale sia delle prestazioni, tradotto: parziale indebolimento delle funzioniGuasto imminente: percettibile degrado del materiale in presenza di un serio deterioramento delle prestazioniGuasto incipiente: l’utilizzo di opportuni mezzi di investigazione permette di individuare i primi segni di degrado del materiale, senza che l’utente avverta alcuna modifica nella performance della macchinaGuasto condizionale:condizione di pre-allerta in cui non si è ancora verificato un degrado né del materiale né della prestazione, ma tale che, se la situazione persiste, si arriverà inevitabilmente ad un guasto funzionale

Cause di GuastoLe cause comuni di guasto sono eventi comuni a più componenti presenti in un sistema e sono in grado di indurre guasti in tutti i componenti coinvolti.Esempi:● cause funzionali,quando manca un input funzionale (l’alimentazione elettrica) a una classe di componenti; si può rilevare mediante l’applicazione dell’analisi dell’albero dei guasti (fault tree analysis);● eventi esterni comuni, per esempio nel caso si manifesti un incendio in grado di porli fuori servizio;● difetti presenti in una fornitura, quando si manifesti un difetto in un certo numero di componenti di un lotto;● fattori operativi che influenzano in uno stesso modo più componenti(presenza di vibrazioni, temperature intense)

Costi - 1

Esempio

I costi indotti dal tipo di politica di intervento sono gli immobilizzi dei ricambi in magazzino (giacenza valorizzata per tasso di possesso) che sono tanto più elevati quanto minore è la programmazione dei lavori. I costi indotti dal guasto sono:- costo di mancata produzione: mancato profitto- costo di immobilizzo delle scorte di prodotto finito o produzione non a specifica, per fronteggiare la variabilità della produzione dovuta al basso grado di affidabilità degli impianti;- costo per il disservizio causato dalla mancata erogazione del servizio.

Costi - 2

Esempio

A) manutenzione a guasto:-manodopera-materiali e ricambi-attrezzature-costi generali di struttura.

B) manutenzione preventiva ciclica:costi di preparazione e programmazione lavori

C) manutenzione su condizione: i costi di preparazione e programmazione, i costi di controlli e ispezioni e quelli relativi agli strumenti per il monitoraggio del bene.

Rateo di Guasto - 1

Esempio

Rateo di guasto - 2

Esempio

Alcuni componenti sono caratterizzati dalla cosiddetta proprietà di non memoria dal punto di vista affidabilistico.

Cioè, per essi il rateo di guasto si mantiene costante nel tempo, e non dipende dal particolare istante preso in considerazione.

Se il rateo di guasto è costante ne discende che la affidabilità R(t) è caratterizzata da una funzione di distribuzione di tipo esponenziale.

La situazione del rateo di guasto costante è rappresentata la cosiddetta bath tube curve (curva a vasca da bagno).

Rateo di guasto - 3

Esempio

Rateo di guasto - 4

Esempio

La regione (I) indica i componenti che sono stati malamente concepiti o progettati male (meccanici/strutturali) o dei componenti difettosi nei materiali (elettrici/elettronici): in questa area si manifesta il cosiddetto fenomeno della mortalità infantile.

La regione (II) indica i componenti a rateo di guasto costante, nei quali il guasto si manifesta in modo casuale (più comune nei comp. elettronici).

La regione (III) indica i componenti caratterizzati dai fenomeni classici di invecchiamento (usura,abrasione, erosione ecc.).

Criteri di Scelta

Esempio

La scelta delle diverse strategie manutentive è determinata da:•grado di criticità del bene nel ciclo produttivo •valutazione economica delle possibili scelte •principi di sicurezza di persone e ambiente

In questo senso, risulta molto importante l’utilizzo di metodologie come l’Analisi Costi-Efficacia (ACE) o l’Analisi Costi-Benefici (ACB).

Tali metodi presumono la valutazione del Costo Globale di Manutenzione, il quale esprime sia il costo che l’azienda deve sostenere per effettuare una certa politica manutentiva (costo proprio di manutenzione) sia tutta una serie di costi indotti dal guasto.

Come scegliere - 1

Esempio

L’attuazione della politica aziendale di manutenzione richiede criteri di progettazione della manutenzione improntati alla logica della minimizzazione del costo globale (costi propri e costi indotti). Tale logica presiede a tutte le azioni della manutenzione durante il ciclo di vita del bene e nel rispetto dei vincoli legislativi per quanto riguarda la sicurezza e il rispetto dell’ambiente.

Come scegliere - 2

Esempio

Come scegliere - 3

Esempio

La scelta può essere approcciata con 3 diverse logiche:

•Dogmatica (…)•Qualitativa / Esperenziale•Quantitativa: modelli statistici

Logica Qualitativa - 1

Esempio

Logica Qualitativa - 2

Esempio

Modelli Statistici - 1

Esempio

Vanno capite le distribuzioni degli elementi del modello di scelta. Tipo di distribuzione (gaussiana, esponenziale, …) e parametri della stessa.Per esempio, il tempo di riparazione: Gaussiana? Quale tempo medio, quale deviazione standard?

Modelli Statistici - 2

Esempio

La prima cosa è definire i parametri del modello e le relative distribuzioni statistiche

Modelli Statistici - 3

Esempio

I parametri vanno legati in un modello (algortimo) che arriva a calcolare il costo totale stimato e altri output fondamentali.

Modelli Statistici - 4

Esempio

In linea generale si puo affermare che:La manutenzione preventiva implica un disegno organizzativo e procedure codificateLa manutenzione a guasto puo sembrare piu «snella».Ma la manutenzione preventiva consente:•Un maggior presidio dei processi•Una stabilizzazione dei flussi (costi), minimizzando il rischio di guasti «catastrofici»

Modelli Statistici - 5

Esempio

Formalizzando sul piano statistico:•La manutenzione a guasto ha «forse» un costo atteso minore•Ma è caratterizzata da una deviazione standard (rischio) ben maggiore.•In ottica di risk management e di rischio commerciale la mautenzione preventiva è piu «sicura».

Modelli Statistici - 6

Esempio

Costo

A Guasto

Preventiva

Area Rischio