Approccio statistico alla manutenzione: a Guasto vs Preventiva Modelli per valutare e scegliere Giuliano Bonollo gbonollo@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

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 Manutenzione proattiva 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 permette di individuare i primi segni di degrado del materiale, senza 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 Esempio

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 - 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. Esempio

Costi - 2 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. Esempio

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. 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). Esempio

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

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 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. Esempio

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). 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. Esempio

Come scegliere - 2 Esempio

Come scegliere - 3 La scelta può essere approcciata con 3 diverse logiche: Dogmatica (…) Qualitativa / Esperenziale Quantitativa: modelli statistici Esempio

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». Ma la manutenzione preventiva consente: Un maggior presidio dei processi Una stabilizzazione dei flussi (costi), minimizzando il rischio di guasti «catastrofici» Esempio

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. In ottica di risk management e di rischio commerciale la mautenzione preventiva è piu «sicura». Esempio

Modelli Statistici - 6 Area Rischio A Guasto Preventiva Costo  Esempio Preventiva Costo 