Técnicas y métodos avanzados para la toma de decisiones en la gestión de activos y mantenimiento.Diseño, desarrollo e implementación práctica.

Resumen

RESUMEN El trabajo realizado comprende un conjunto de técnicas y métodos avanzados como soporte a la toma de decisiones en el ámbito de la gestión de activos y mantenimiento. La problemática existente en las empresas y entornos industriales en donde se requieren un número considerable de activos físicos y donde la disponibilidad de estos activos afecta directamente en la disponibilidad total de la planta y, por consiguiente, en la producción, es abordada en el planteamiento y desarrollo de la presente Tesis Doctoral. El documento está dividido en cuatro partes, a saber: Parte I. En primer lugar, se realiza una contextualización general de la Tesis, su área de investigación, la metodología de investigación utilizada, las colaboraciones y estancias en centros extranjeros realizadas así como las limitaciones del trabajo de investigación desarrollado. Parte II. La segunda parte es el corazón de la Tesis, la Memoria. En primer lugar, se hace una introducción general al contexto de investigación para posteriormente introducir uno a uno los distintos escenarios (todos ellos pertenecientes al mismo contexto) en donde se han realizado las investigaciones y aportaciones durante el desarrollo de la Tesis. Con un total de nueve escenarios, se introducen, describen y presentan los antecedentes de cada uno de ellos. Los escenarios de investigación son los siguientes: ¿ Escenario 1: Modelos de gestión del mantenimiento. En este apartado se desarrolla un modelo avanzado para la gestión integral del mantenimiento en plantas industriales, considerando el contexto estratégico y operacional existente, y atendiendo a una serie de aspectos reales necesarios para convertir un modelo teórico en un modelo real de gestión del mantenimiento, como por ejemplo, considerar las posibles restricciones que podrían limitar el diseño de los planes de mantenimiento preventivo y los recursos necesarios para ello. También tiene en cuenta el proceso de selección de repuestos críticos (coste de inventario Vs coste por indisponibilidad de equipos críticos) así como la afectación positiva de las e-tecnologías (e-maintenance) en la gestión moderna del mantenimiento. El modelo desarrollado alinea los objetivos locales del mantenimiento con los objetivos globales del negocio y describe cómo gestionar y optimizar de una manera real y continua todos los procesos que tienen que ver con la planificación, programación y ejecución del mantenimiento. ¿ Escenario 2: Herramientas avanzadas para la integración de los procesos de prognosis con los procesos de gestión del mantenimiento. En este apartado se desarrolla una herramienta gráfica avanzada que tiene por objeto permitir al responsable de mantenimiento de una planta industrial obtener información útil y visualizar patrones de comportamiento de los equipos que faciliten y apoyen la gestión y toma de decisiones. La herramienta permite una fácil visualización de parámetros tales como: número de acciones correctivas entre mantenimientos preventivos, acumulación de fallos en periodos de corta duración, duración de las actividades de mantenimiento y secuencias de paradas de corta duración. La herramienta permite identificar, a priori, comportamientos anómalos del equipo, ya sean derivados de su propio funcionamiento, intervenciones de mantenimiento, uso indebido o incluso como resultado de deficiencias en el propio diseño del equipo. Por añadidura, el análisis gráfico de los datos debe permitir optimizar la secuenciación de las paradas, ya sean propias del mantenimiento (correctivas o preventivas) o paradas operacionales. Asimismo, permite a su vez establecer parámetros de apoyo a la identificación de oportunidades para la mejora tanto de la gestión (corto-medio plazo) como de la inversión (medio-largo plazo), ayudando a reducir los costes por indisponibilidad del sistema o equipo y los costes asociados a intervenciones de mantenimiento no previsto. Por otro lado, se desarrolla además un conjunto de reglas básicas de interpretación de la información gráfica mostrada por la herramienta, para permitir obtener buenos resultados aún sin la experiencia y conocimientos avanzados necesarios sobre el proceso de gestión de mantenimiento por parte del analista. El desarrollo de este conjunto de normas tiene por objeto ayudar y apoyar a los gerentes de mantenimiento para conseguir una interpretación correcta y objetiva, mejorando de este modo la toma de decisiones posterior. Por último, y como justificación de la potencialidad de la herramienta, se desarrollan dos casos de aplicación práctica que muestran las bondades de la herramienta desarrollada. También en este escenario, se desarrolla una metodología de análisis y cálculo para optimizar la fiabilidad de las líneas de producción teniendo en cuenta los rangos de carga (alimentación de entrada) exigidos a los equipos, para poder así determinar el rango de carga óptimo. La metodología desarrollada es capaz de identificar la relación existente entre los rangos de cargas y fiabilidad para, posteriormente, aplicarla a un caso real en donde se analizan los resultados obtenidos. ¿ Escenario 3: Método de evaluación de la mantenibilidad en activos industriales. En este apartado se desarrolla un método procedimental de análisis que permite cuantificar el grado de mantenibilidad de equipos industriales, mediante el desarrollo de indicadores de mantenibilidad basados en atributos específicos. Este análisis de mantenibilidad puede ser de gran ayuda a la hora de comparar o elegir un sistema frente a otro, lograr un mejor diseño de un dispositivo con respeto a las exigencias de un programa de mantenibilidad, mejorar la asistencias técnicas de un dispositivo que se encuentra en un determinado entorno industrial, o bien prever problemas de mantenibilidad de un dispositivo ante eventuales cambios de ubicación, entre otros aspectos. El desarrollo de indicadores de mantenibilidad, toma como base información relativa a las condiciones de operación del equipo en cuestión y de la disposición del mismo en el contexto en el que esté ubicado, siendo también necesario el conocer al detalle las características constructivas, de montaje e instalación del dispositivo, así como sus rutinas de mantenimiento. Por último, para validar a nivel operativo la metodología de evaluación propuesta, se desarrolla un caso práctico de aplicación de la misma, en donde se cuantifica la mantenibilidad de un activo industrial. ¿ Escenario 4: Modelado de reparaciones en la industria: NHPP: (Non Homogeneous Poisson Process). En este apartado se aplica la metodología NHPP al caso de reparaciones en garantía para dar soporte a la toma de decisiones relacionadas con la elección del periodo de garantía para un producto tras la realización de sucesivas reparaciones. Para ello, se utiliza el modelo NHPP y se diseña e implementa para calcular el periodo de garantía (tiempo) más conveniente en relación con el riesgo que la compañía está dispuesta a asumir. El resultado de este procedimiento puede ser crucial para una empresa de mantenimiento desde el punto de vista de la mejora de las predicciones de futuros costes asociados, por ejemplo, a la garantía de equipos. Con este objetivo, se describe el desarrollo matemático aplicado a un caso práctico para calcular el periodo de garantía óptimo para un producto específico. ¿ Escenario 5: Análisis causa raíz (ACR) y teoría inventiva para la búsqueda de soluciones (TRIZ). En este apartado se desarrolla y aplica una metodología integral basada en el análisis del modo de fallo para la resolución de problemas relacionados con la fiabilidad de los activos industriales. El modo de fallo es un evento que precede a la ocurrencia física del fallo y, por tanto, a la pérdida de función del activo en cuestión. Por esta razón, la identificación y análisis de los modos de fallo debe es el punto de partida de la metodología. La metodología ACR (Análisis Causa Raíz) es una herramienta para identificar las causas de los problemas, sin embargo, no es capaz de generar soluciones de una forma estructurada y sistémica. Por otro lado, Teoría de Resolución de Problemas de Inventiva (TRIZ), es una de las técnicas más reconocidas para la generación de soluciones inventivas, proporcionando un marco teórico lógico para los problemas y generando direcciones para la búsqueda de soluciones creativas, aunque no es capaz de identificar las causas raíces de los problemas. La metodología desarrollada integra y alinea la búsqueda de causas raíces con la búsqueda de soluciones óptimas, siendo actualmente técnicas independientes y no integradas. De este modo, las deficiencias de ambas técnicas son superadas mediante su integración. Posteriormente, se desarrolla un caso real de aplicación de la metodología para validar y analizar su potencialidad. ¿ Escenario 6: Tecnologías para la gestión del mantenimiento. En este apartado se desarrolla, por un lado, un nuevo concepto que nace a partir de la aplicación de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación a la mejora de la organización del servicio post-venta, el ¿E-Garantía¿ o ¿E-Warranty¿. Este nuevo concepto puede ser definido como un apoyo al programa de garantías que incluye aquellos recursos y servicios necesarios que posibiliten la toma de decisiones proactivas. Este nuevo concepto permite aumentar las posibilidades de utilización de aquella información con múltiples orígenes y de diferentes tipos, procesar grandes volúmenes de datos, hacer un razonamiento avanzado en la toma de decisiones, así como implementar actividades de cooperación. El concepto E-Warranty no sólo incluye las e-tecnologías (o tecnologías electrónicas), sino también actividades de monitorización, diagnosis, prognosis, etc. integrando los mismos principios ya aplicados en el proceso convencional de gestión de garantías, añadiendo un servicio Web y principios de colaboración y de monitorización. Esta aplicación puede ser, además, una herramienta estratégica de marketing para la búsqueda de nuevas líneas de negocio, ofreciendo al usuario la posibilidad de extender su contrato de garantías realizando un seguimiento del comportamiento del producto en remoto, pudiendo anticipar posibles fallos. Por otro lado, en este apartado se desarrolla una evaluación del valor generado por la aplicación de tecnologías modernas a procesos de gestión de mantenimiento, mediante los nuevos servicios que emergen de esta aplicación. La investigación considera el E-maintenance como soporte para la gestión de mantenimiento y se centra en la generación de valor a partir de la aplicación de nuevas tecnologías a procesos de mantenimiento ya existentes en una determinada empresa. Se desarrolla una metodología de evaluación del valor generado por medio de la aplicación de tecnologías y nuevos servicios generados, presentando un caso de aplicación real en la industria textil, en el cual se utiliza la metodología de evaluación propuesta para evaluar la generación de valor y apoyar objetivamente las inversiones en soluciones de E-maintenance. ¿ Escenario 7: Sistemas software de apoyo a la metodología RCM y análisis RAMS. En este apartado se realiza, por un lado, una revisión de distintas herramientas software que dan soporte al análisis de la fiabilidad, disponibilidad, mantenibilidad y seguridad (RAMS) de equipos industriales. Más concretamente, se describen y enumeran las principales características modulares de herramientas representativas existentes en el mercado para analizar los distintos tipos de estructuras operativas en las que se presentan este tipo de software y sus características, así como para facilitar la comparación entre todas ellas mediante un análisis tabular descriptivo de los módulos comunes y no comunes. En base a este análisis, se proponen además un conjunto de factores de caracterización que deben tenerse en cuenta a la hora de analizar detalladamente una herramienta RAMS, ya que pueden determinar en gran medida sus funcionalidades y su adecuación a las necesidades específicas en cada caso. Por otro lado, se analizan y describen los tipos de organización estructural y funcionalidades que ofrecen hoy en día las herramientas software de mantenimiento que dan soporte a la implantación de la metodología RCM y a la definición de las políticas de mantenimiento más recomendables y eficientes, acorde a dicha metodología. Posteriormente, se desarrolla un método para la evaluación del grado de alineación con la metodología RCM de sistemas software que dan soporte a la implementación dicha metodología. Para ello, se definen un conjunto de criterios metodológicos y se desarrolla un modelo de madurez por niveles, basado en un conjunto de criterios de referencia que permite evaluar, ponderar y comparar este tipo de herramientas, en base a aspectos metodológicos básicos que deben cumplir para lograr una correcta implantación de la metodología RCM en cualquier organización. ¿ Escenario 8: La gestión del servicio postventa. Fiabilidad, mantenimiento y gestión de garantías. En este apartado se desarrolla, por un lado, una integración de la gestión del mantenimiento y la gestión de las asistencias en garantía en la propia estrategia global de la empresa, analizando cómo la toma de decisiones en este campo puede influir en otras áreas del negocio. Este enfoque pretende ayudar a los gerentes y gestores de los servicios postventa a alinear sus objetivos locales con los objetivos globales del propio negocio, evitando la creación de un modelo de empresa compartimentada y no alineada estratégicamente a un objetivo común y en donde las decisiones son tomadas de forma independiente, ya que una estructura organizacional de este tipo puede afectar negativamente al desarrollo futuro de la compañía y, consecuentemente a la imagen de ésta desde la visión del propio cliente. Para ello, se utiliza y aplica el concepto de Cuadro de Mando Integral para lograr la alineación de la estrategia de un departamento con los objetivos globales de la empresa. Por otro lado, se aplica el Análisis Causa Raíz (ACR) para mejorar la gestión del servicio post-venta, ayudando a la toma de las mejores decisiones dentro del ámbito del servicio post-venta como, por ejemplo, saber si una determinada incidencia debe ser tratada en garantía o no. Para ello, se adapta una herramienta desarrollada y aplicada en la gestión del mantenimiento (ACR), a un nuevo campo como es el del servicio de atención al cliente. ¿ Escenario 9: Extensión de las técnicas y métodos desarrollados al sector energético. En este apartado se desarrolla, por un lado, una investigación y posterior descripción paso a paso del funcionamiento de una planta de biometanización y los procesos que en ella tienen lugar (desde la preparación del material a digerir, los equipos y procesos empleados, los diagramas de flujo de materiales y energía, hasta la obtención del biogás y sus distintas formas de aprovechamiento energético), con el objeto de entender, desde la complejidad de este tipo de instalaciones, todos los aspectos relacionados con el desempeño práctico de los procesos internos de una planta de esta tipología, desde un punto de vista químico, técnico e industrial. Una vez descrito y entendido el detalle de funcionamiento de este tipo de plantas, se aborda el proceso de gestión del mantenimiento necesario para lograr niveles de disponibilidad y fiabilidad requeridos. El mantenimiento es, sin duda, una de las áreas departamentales más críticas en cualquier tipo de instalación industrial y de especial relevancia para el correcto desempeño de una planta de biometanización. Una mala gestión del mantenimiento este tipo de instalaciones y, en general, en cualquier instalación industrial cuya producción dependa directamente del buen funcionamiento de los equipos que conforman sus procesos, puede impactar negativamente en el rendimiento total de la instalación, afectando de forma significativa a su producción (coste económico) y pudiendo afectar de igual manera tanto al medio ambiente como a la propia seguridad de las personas (internas y externas a la instalación). Por otro lado, se abordan aquellos aspectos del mantenimiento relacionados con los dispositivos que participan en la generación de energía eléctrica a partir de la energía eólica. En particular, se hace una revisión y análisis del estado del arte a partir de la literatura científica más relevante en esta área, es decir, aquella que ha proporcionado una mejor visión y mejores prácticas sobre el mantenimiento de aerogeneradores. Para ello, se realizará una breve aproximación histórica sobre el mantenimiento aplicado a este tipo de dispositivos para, posteriormente, realizar una revisión sobre el mantenimiento basado en la condición aplicado a aerogeneradores. Posteriormente, se describen los objetivos de investigación concretos para cada uno de los escenarios antes mencionados. A continuación, se presenta las investigaciones desarrolladas en cada uno de los escenarios y que han sido respaldadas todas ellas por publicaciones en revistas de reconocido prestigio. Seguidamente, se discuten sucintamente los resultados por escenario (conclusiones de las aportaciones en cada uno de los escenarios), se elabora un resumen global de resultados y contribuciones obtenidas a partir de la investigación desarrollada. Cierra esta segunda parte las conclusiones globales de la Tesis, las perspectivas futuras de investigación en el área contextualizada y las referencias consultadas en su elaboración. Parte III. La tercera parte recopila todas las publicaciones (Revistas, Congresos, Libros y Capítulos de Libro) que se han generado en el desarrollo de la Tesis, especificando el índice de impacto (en su caso) y detalles de cada publicación. Parte IV. Por último, la cuarta parte está dedicada a las estancias de investigación realizadas en centros extranjeros. Con una duración total de 16 meses y 7 centros extranjeros, esta parte presenta un informe de trabajo por cada una de las estancias de investigación realizadas, explicando detalladamente los trabajos de investigación desarrollados en cada una de ellas. Los centros de investigación extranjeros han sido: Universidad Técnica Federico Santa María (Valparaíso, Chile), Nancy Research Centre for automatic control, CRAN (Francia), Politecnico di Milano (Italia), Centre for Maintenance Optimization and Reliability Engineering, C-MORE (Toronto, Canadá), École Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL (Suiza), University of Salford (Reino Unido) y Research Institute for Industrial Management, FIR (RWTH Aachen University, Alemania). El documento de Tesis incorpora un Anexo donde se presenta sucintamente el currículo extractado del autor, con una breve descripción de su perfil, así como la portada de las contribuciones más relevantes, como artículos indexados y libro con su índice también extractado. A continuación, se presentan todas las publicaciones generadas durante el periodo de investigación y desarrollo de la presente Tesis Doctoral, su tipología y detalles de publicación. Todas ellas se presentan clasificadas por escenarios de investigación. ¿ Escenario 1: Modelos de gestión del mantenimiento. ¿ Revistas internacionales 1. Luis Barberá, Adolfo Crespo, Pablo Viveros, Raúl Stegmaier. 2012. ¿Advanced model for maintenance management in a continuous improvement cycle: integration into the business strategy¿. International Journal of System Assurance Engineering and Management, Vol. 3, PP. 47-63. ISSN 0975-6809. DOI 10.1007/s13198-012-092-y. Springer. IMPACT FACTOR SJR: 0,35 2. Viveros, Pablo, Stegmaier, Raul, Kristjanpoller, Fredy, Barberá-Martínez, Luis, Crespo-Marquez, Adolfo. 2013. ¿Propuesta de un modelo de gestión de mantenimiento y sus principales herramientas de apoyo¿. Journal Ingeniare, Vol. 21, 1, PP. 125-138. IMPACT FACTOR SJR: 0,15 ¿ Revistas nacionales 3. L. Barberá, A. Crespo, R. Stegmaier, P. Viveros. 2010. ¿Modelo avanzado para la gestión integral del mantenimiento en un ciclo de mejora continua¿. Revista Ingeniería y Gestión de Mantenimiento, nº 69, PP. 26-37, Julio-Agosto-Septiembre 2010. Madrid, España. INDEXADA EN LATINDEX ¿ Congresos internacionales 4. Barberá-Martínez, Luis, Crespo-Marquez, Adolfo, R. Stegmaier, P. Viveros. 2010. ¿Modelo avanzado para la gestión integral del mantenimiento en un ciclo de mejora continua¿, IX Encuentro de Gestión de Activos Físicos & International Seminar on Asset Management. Noviembre, 2010, Santiago de chile, Chile. ¿ Escenario 2: Herramientas avanzadas para la integración de los procesos de prognosis con los procesos de gestión del mantenimiento. ¿ Revistas internacionales 5. Luis Barberá, Adolfo Crespo Márquez, Adolfo Arata, Pablo Viveros. 2012. ¿The Graphical Analysis for Maintenance Management Method: A Quantitative Graphical Analysis to Support Maintenance Management Decision Making¿. Journal of Quality and Reliability Engineering International. DOI: 10.1002/qre.1296. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd. IMPACT FACTOR JCR (ISI Journal Citation Reports): 0,68 6. Luis Barberá, Adolfo Crespo, Pablo Viveros, Raúl Stegmaier. 2013. ¿A Case Study of GAMM (Graphical Analysis for Maintenance Management) Applied to Water Pumps in a Sewage Treatment Plant, Chile¿, Journal of Quality and Reliability Engineering International. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd. (wileyonlinelibrary.com) DOI: 10.1002/qre.1549. IMPACT FACTOR JCR (ISI Journal Citation Reports): 0,68 7. Luis Barberá, Adolfo Crespo, Pablo Viveros, Raúl Stegmaier. ¿A case study of GAMM (Graphical Analysis for Maintenance Management) in the mining industry¿, Reliability Engineering and System Safety (RESS), Vol. 121, PP. 113-120. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved. DOI:10.1016/j.ress.2013.07.017. IMPACT FACTOR JCR (ISI Journal Citation Reports): 1,901 8. Luis Barberá, Pablo Viveros, Rodrigo Mena, Vicente González-Prida. 2013. ¿Análisis de confiabilidad por rango de carga de entrada en líneas de molienda. caso de estudio aplicado en la industria minera, Chile" DYNA. Aceptado (major revision). IMPACT FACTOR JCR (ISI Journal Citation Reports): 0,237 9. Luis Barberá, Adolfo Crespo, Khairy Kobbacy. 2013. ¿Development and validation of rule-based GAMM for preventive maintenance program evaluation¿, Reliability Engineering and System Safety (RESS). En revision. ¿ Revistas nacionales 10. L. Barberá, A. Crespo, V. González, R. 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PP. 157-162, 22-23 noviembre, Sevilla, España. 13. Barberá Luis, Crespo Adolfo, Khairy Kobbacy. 2013. ¿Development and validation of rule-based GAMM for preventive maintenance program evaluation¿ 5th European Conference on Intelligent Management Systems in Operations- IMSIO, Operational Research Society, 3 - 4 July 2013, Salford, UK. ¿ Escenario 3: Método para la evaluación de la mantenibilidad en activos industriales. ¿ Revistas internacionales 14. Moreu, Pedro, Gonzalez-Diaz, Vicente, Barberá-Martínez, Luis, Crespo-Marquez, Adolfo. 2012. ¿A practical method for the maintainability assessment in industrial devices using indicators and specific attributes¿. Reliability Engineering and System Safety (RESS) 100 (2012) 84¿92, © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved. DOI:10.1016/j.ress.2011.12.018. IMPACT FACTOR JCR (ISI Journal Citation Reports): 1,901 ¿ Revistas nacionales 15. 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Gonzalez-Prida Diaz, Vicente, Crespo Marquez, Adolfo, Barberá Martínez, Luis, Parra Márquez, Carlos. 2012. ¿NHPP Applied to the Repair Warranty of an Industrial Asset¿. DOI: 10.3182/20121122-2-ES-4026.00003. 2nd IFAC Workshop on Advanced Maintenance Engineering, Services and Technology. PP. 223-227, 22-23 noviembre, Sevilla, España. ¿ Escenario 5: Análisis causa raíz (ACR) y teoría inventiva para la búsqueda de soluciones (TRIZ). ¿ Revistas internacionales 18. Luis Barberá, Adolfo Crespo, Pablo Viveros, Christopher Nikulin. 2013. ¿Aplicación de métodos para la resolución de problemas en un caso industrial" Journal DYNA, Vol. 88-4 PP. 370-374, julio 2013. IMPACT FACTOR JCR (ISI Journal Citation Reports): 0,237 19. Gonzalez-Prida-Diaz, Vicente, Barberá-Martínez, Luis, Crespo-Marquez, Adolfo. 2013. ¿Approach to Analyzing Root Causes in the Management of Warranty Support¿. International Journal of E-Business Development, Vol. 3, 1, PP. 1-9. INDEXADA EN EBSCO ¿ Revistas nacionales 20. 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London. ¿ Escenario 7: Sistemas software de apoyo a la metodología RCM y análisis RAMS. ¿ Revistas internacionales 29. Barberá Martínez, Luis, González Díaz, Vicente, Parra Márquez, Carlos, Crespo-Márquez, Adolfo. 2011. ¿Review and Evaluation Criteria for Software Tools Supporting the Implementation of the RCM Methodology¿. International Journal of E-Business Development, Vol. 1 No. 1, 2012 PP. 1-8 © World Academic Publishing. INDEXADA EN EBSCO ¿ Revistas nacionales 30. L. Barberá, A. Crespo. 2010. ¿Revisión de herramientas software actuales de soporte a la metodología RCM. Una visión estructural y funcional¿. Revista Mantenimiento, nº 239, PP. 26-31. Noviembre 2010. Asociación Española de Mantenimiento ¿ AEM. Barcelona, España. 31. L. Barberá, V. González, A. Crespo, P. Moreu. 2010. ¿Revisión de herramientas software para el análisis de la fiabilidad, disponibilidad, mantenibilidad y seguridad (RAMS) de equipos industriales¿. 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