Approccio statistico alla manutenzione:
a Guasto vs Preventiva
Modelli per valutare e scegliere
Giuliano Bonollo
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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
PRODUZIONE
1. Materie prime e altri
costi diretti di prodotto
STRUTTURA
2. Costi di produzione
diretti
indiretti
CDC
produttivi
CDC ausiliari
3. Spese generali
CDC funzionali
Manutenzione
PRODOTTO
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 Costi
Con 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
Guasto catastrofico:repentina e completa cessazione delle
operazioni e totale deterioramento delle funzioni
Guasto improvviso: degrado accelerato sia del materiale sia delle
prestazioni, tradotto: parziale indebolimento delle funzioni
Guasto imminente: percettibile degrado del materiale in presenza
di un serio deterioramento delle prestazioni
Guasto incipiente: l’utilizzo di opportuni mezzi di investigazione
Esempio del materiale, senza
permette di individuare i primi segni di degrado
che l’utente avverta alcuna modifica nella performance della
macchina
Guasto 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 Guasto
Le 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
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
Esempio
- 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
A) manutenzione a guasto:
-manodopera
-materiali e ricambi
-attrezzature
-costi generali di struttura.
Esempio
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
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.
Esempio
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
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.
Esempio
elettronici).
La regione (III) indica i componenti caratterizzati dai fenomeni
classici di invecchiamento (usura,abrasione, erosione ecc.).
Criteri di Scelta
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
Esempio
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
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).
Esempiodella manutenzione
Tale logica presiede a tutte le azioni
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
La scelta può essere approcciata con 3 diverse
logiche:
Esempio
• 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
La prima cosa è definire i parametri del modello e le
relative distribuzioni statistiche
Esempio
Modelli Statistici - 3
I parametri vanno legati in un modello (algortimo)
che arriva a calcolare il costo totale stimato e altri
output fondamentali.
Esempio
Modelli Statistici - 4
In linea generale si puo affermare che:
La manutenzione preventiva implica un disegno
organizzativo e procedure codificate
La manutenzione a guasto puo sembrare piu
«snella».
Esempio
Ma la manutenzione preventiva consente:
• Un maggior presidio dei processi
• Una
stabilizzazione
dei
flussi
(costi),
minimizzando il rischio di guasti «catastrofici»
Modelli Statistici - 5
Formalizzando sul piano statistico:
• La manutenzione a guasto ha «forse» un costo
atteso minore
• Ma è caratterizzata da una deviazione standard
(rischio) ben maggiore.
Esempio
• In ottica di risk management e di rischio
commerciale la mautenzione preventiva è piu
«sicura».
Modelli Statistici - 6
A Guasto
Area
Rischio
Esempio
Preventiva
Costo 