AMEF. Análisis de modo y efecto de fallas. Detección y análisis de fallas

Introducción

Tradicionalmente, en los procesos de comercialización de bienes y servicios, y con el objetivo de satisfacer al cliente, las empresas se han visto en la obligación de ofrecer garantías, es decir, de comprometerse con el cliente por un período determinado a reparar o sustituir de manera total o parcial los productos que presenten defectos operacionales o de construcción.

Aun cuando este compromiso representa tranquilidad para el consumidor, el hecho de no poder disponer del producto durante un período de reparación o sustitución, o que éste se averíe con mucha frecuencia; representa un motivo de insatisfacción, el cual se traduce como una pérdida de prestigio para el proveedor.

De igual manera, en aquellos casos en que el producto o servicio es utilizado en lugares remotos o en condiciones muy críticas, la garantía pasa a un segundo plano y el interés principal del cliente recae en que el producto no falle.

Por estos motivos, es deseable colocar en el mercado un producto o servicio que no presente defectos, y para tal fin en el presente trabajo se expone el Análisis de modos y efectos de fallas potenciales (AMEF) como un procedimiento de gran utilidad para aumentar la confiabilidad y buscar soluciones a los problemas que puedan presentar los productos y procesos antes de que estos ocurran.

Cuando un proceso industrial presenta desviaciones en sus parámetros, sus salidas generalmente no corresponden a los valores normales dentro del rango de operación. Estas desviaciones podrían ser causadas por desperfectos o mal funcionamiento de los dispositivos implicados dentro de dicho proceso.

Análisis de modo y efecto de fallas (AMEF)

RESEÑA HISTORICA

La disciplina del AMEF fue desarrollada en el ejercito de la Estados Unidos por los ingenieros de la National Agency of Space and Aeronautical (NASA), y era conocido como el procedimiento militar MIL-P-1629, titulado "Procedimiento para la Ejecución de un Modo de Falla, Efectos y Análisis de criticabilidad" y elaborado el 9 de noviembre de 1949; este era empleado como una técnica para evaluar la confiabilidad y para determinar los efectos de las fallas de los equipos y sistemas, en el éxito de la misión y la seguridad del personal o de los equipos.

En 1988 la Organización Internacional para la Estandarización (ISO), publicó la serie de normas ISO 9000 para la gestión y el aseguramiento de la calidad; los requerimientos de esta serie llevaron a muchas organizaciones a desarrollar sistemas de gestión de calidad enfocados hacia las necesidades, requerimientos y expectativas del cliente, entre estos surgió en el área automotriz el QS 9000, éste fue desarrollado por la Chrysler Corporation, la Ford Motor Company y la General Motors Corporation en un esfuerzo para estandarizar los sistemas de calidad de los proveedores; de acuerdo con las normas del QS 9000 los proveedores automotrices deben emplear Planeación de la Calidad del Producto Avanzada (APQP), la cual necesariamente debe incluir AMEF de diseño y de proceso, así como también un plan de control.

Posteriormente, en febrero de 1993 el grupo de acción automotriz industrial (AIAG) y la Sociedad Americana para el Control de Calidad (ASQC) registraron las normas AMEF para su implementación en la industria, estas normas son el equivalente al procedimiento técnico de la Sociedad de Ingenieros Automotrices SAE J – 1739.

Los estándares son presentados en el manual de AMEF aprobado y sustentado por la Chrysler, la Ford y la General Motors; este manual proporciona lineamientos generales para la preparación y ejecución del AMEF.

Actualmente, el AMEF se ha popularizado en todas las empresas automotrices americanas y ha empezado a ser utilizado en diversas áreas de una gran variedad de empresas a nivel mundial.

ANALISIS DE MODO Y EFECTO DE FALLAS POTENCIALES (AMEF)  

El Análisis de modos y efectos de fallas potenciales, AMEF, es un proceso sistemático para la identificación de las fallas potenciales del diseño de un producto o de un proceso antes de que éstas ocurran, con el propósito de eliminarlas o de minimizar el riesgo asociado a las mismas.

Por lo tanto, el AMEF puede ser considerado como un método analítico estandarizado para detectar y eliminar problemas de forma sistemática y total, cuyos objetivos principales son:  

• Reconocer y evaluar los modos de fallas potenciales y las causas asociadas con el diseño y manufactura de un producto.

• Determinar los efectos de las fallas potenciales en el desempeño del sistema.

• Identificar las acciones que podrán eliminar o reducir la oportunidad de que ocurra la falla potencial.

• Analizar la confiabilidad del sistema.

• Documentar el proceso    

Aunque el método del AMEF generalmente ha sido utilizado por las industrias automotrices, éste es aplicable para la detección y bloqueo de las causas de fallas potenciales en productos y procesos de cualquier clase de empresa, y así como también es aplicable para sistemas administrativos y de servicios.

REQUERIMIENTOS DEL AMEF

Para hacer un AMEF se requiere lo siguiente:  

• Un equipo de personas con el compromiso de mejorar la capacidad de diseño para satisfacer las necesidades del cliente.

• Diagramas esquemáticos y de bloque de cada nivel del sistema, desde subensambles hasta el sistema completo.

• Especificaciones de los componentes, lista de piezas y datos del diseño.

• Especificaciones funcionales de módulos, subensambles, etc.

• Requerimientos de manufactura y detalles de los procesos que se van a utilizar.  

BENEFICIOS DEL AMEF

La eliminación de los modos de fallas potenciales tiene beneficios tanto a corto como a largo plazo. A corto plazo, representa ahorros de los costos de reparaciones, las pruebas repetitivas y el tiempo de paro. El beneficio a largo plazo es mucho mas difícil medir puesto que se relaciona con la satisfacción del cliente con el producto y con sus percepción de la calidad; esta percepción afecta las futuras compras de los productos y es decisiva para crear una buena imagen de los mismos.  

Por otro lado, el AMEF apoya y refuerza el proceso de diseño ya que:  

• Ayuda en la selección de alternativas durante el diseño

• Incrementa la probabilidad de que los modos de fallas potenciales y sus efectos sobre la operación del sistema sean considerados durante el diseño

• Proporciona una información adicional para ayudar en la planeación de programas de pruebas concienzudos y eficientes

• Desarrolla una lista de modos de fallas potenciales, clasificados conforme a su probable efecto sobre el cliente

• Proporciona un formato documentado abierto para recomendar acciones que reduzcan el riesgo para hacer el seguimiento de ellas

• Detecta fallas en donde son necesarias características de auto corrección o de leve protección

• Identifica los modos de fallas conocidos y potenciales que de otra manera podrían pasar desapercibidos

• Detecta fallas primarias, pero a menudo mínimas, que pueden causar ciertas fallas secundarias

• Proporciona un punto de visto fresco en la comprensión de las funciones de un sistema

 FORMATO Y ELEMENTOS DEL AMEF

Para facilitar la documentación del análisis de fallas potenciales y sus consecuencias, la empresa Ford estandarizó un formato para la realización del AMEF; sin embargo, dado que cada empresa representa un caso particular es necesario que éste sea preparado por un equipo multidisciplinario integrado por personal con experiencia en diseño, manufactura, ensamblaje, servicio, calidad y confiabilidad. Es muy importante que, aún cuando se realicen modificaciones, se mantengan los siguientes elementos:  

·         Encabezado.

• Tipo De AMEF: se debe especificar si el AMEF a realizar es de diseño o de proceso.

• Nombre/Número De Parte O Proceso: Se debe registrar el nombre y número de la parte, ensamble o proceso que se está analizando. Utilice sufijos, cambie letras y/o el número de Reporte de Problema/solicitud de cambio (CR/CR), según corresponda.

• Responsabilidad De Diseño/Manufactura: Anotar el nombre de la operación y planta de manufactura que tiene responsabilidad primaria de la maquinaria, equipo o proceso de ensamble, así como el nombre del área responsable del diseño del componente, ensamble o sistema involucrado.

• Otras Áreas Involucradas: Anotar cualesquier área/departamento u organizaciones afectadas o involucradas en el diseño o función del (los) componente(s), así como otras operaciones manufactureras o plantas involucradas.

• Proveedores Y Plantas Afectadas: En listare cualquier proveedor o plantas manufactureras involucradas en el diseño o fabricación de los componentes o ensambles que se están analizando.

• Vehículo (S)/Año Modelo (depende de donde se está haciendo): Registra todas las líneas de vehículos que utilizarán la parte/proceso que se está analizando y el año modelo.

• Fecha De Liberación De Ingeniería: Indica el último nivel de Liberación de Ingeniería y fecha para el componente o ensamble involucrado.

• Fecha Clave De Producción: Registrar la fecha de producción apropiada.

• Preparado Por: Indicando el nombre, teléfono, dirección y compañía del ingeniero que prepara el AMEF.

• Fecha Del AMEF: Anotar la fecha en que se desarrolló el AMEF original y posteriormente, anotar la fecha de la última revisión del AMEF.

• Descripción/propósito del proceso.

• Anotar una descripción simple del proceso u operación que se está analizando e indicar tan brevemente como sea posible el propósito del proceso u operación que se esté analizando.

MODO DE FALLA POTENCIAL 

Se define como la manera en que una parte o ensamble puede potencialmente fallar en cumplir con los requerimientos de liberación de ingeniería o con requerimiento específicos del proceso. Se hace una lista de cada modo de falla potencial para la operación en particular; para identificar todos los posibles modos de falla, es necesario considerar que estos pueden caer dentro de una de cinco categorías:  

• Falla Total

• Falla Parcial

• Falla Intermitente

• Falla Gradual

• Sobrefuncionamiento

SEVERIDAD

El primer paso para el análisis de riesgos es cuantificar o medir la severidad de los efectos, éstos efectos son evaluados en una escala del 1 al 10, donde 10 se considera lo más severo.

EFECTOS DE FALLA POTENCIAL

El siguiente paso del proceso de AMEF, luego de definir la función y los modos de falla, es identificar las consecuencias potenciales del modo de falla; ésta actividad debe de realizarse a través de la tormenta de ideas y una vez identificadas estas consecuencias, deben introducirse en el modelo como efectos.

Se debe asumir que los efectos se producen siempre que ocurra el modo de falla. El procedimiento para Consecuencias Potenciales es aplicado para registrar consecuencias remotas o circunstanciales, a través de la identificación de modos de falla adicionales, el procedimiento es el siguiente:

Se comienza con un modelo de falla (MF-1), y una lista de todas sus consecuencias potenciales

Separar aquellas consecuencias que se asumen como resultado siempre que MF-1 ocurra, éstas se identifican como efectos MF-1

Se escriben modos de falla adicionales para las consecuencias restantes (consecuencias que pudiesen resultar si MF-1 ocurre, dependiendo de las circunstancias bajo las cuales ocurra). Los nuevos modos de falla implican que las consecuencias inusuales ocurrirán al incluir las circunstancias bajo las cuales ocurren.

Separar las consecuencias que se asumen si resultarán siempre que los modos de falla y sus circunstancias especiales ocurran; éstas se deben identificar como efectos de los modos de fallas adicionales.

CAUSAS DE FALLAS POTENCIALES

Luego de que los efectos y la severidad han sido listadas, se deben de identificar las causas de los modos de falla.

En el AMEF de diseño, las causas de falla son las deficiencias del diseño que producen un modo de falla. Para el AMEF de proceso, las causas son errores específicos descritos en términos de algo que puede ser corregido o controlado.

OCURRENCIA

Las causas son evaluadas en términos de ocurrencia, ésta se define como la probabilidad de que una causa en particular ocurra y resulte en un modo de falla durante la vida esperada del producto, es decir, representa la remota probabilidad de que el cliente experimente el efecto del modo de falla.

CONTROLES ACTUALES

Los controles actuales son descripciones de las medidas que previenen que ocurra el modo de falla o detectan el modo de falla en caso de que ocurran. Los controles de diseño y proceso se agrupan de acuerdo a su propósito:  

Tipo 1: Estos controles previenen la causa o el modo de falla de que ocurran, o reduce su ocurrencia

Tipo 2: Estos controles detectan la causa del modo de falla y guían hacia una acción correctiva

Tipo 3: Estos controles detectan el modo de falla antes de que el producto llegue al cliente

DETECCIÓN

La detección es una evaluación de las probabilidades de que los controles del proceso propuestos (listados en la columna anterior) detecten el modo de falla, antes de que la parte o componente salga de la localidad de manufactura o ensamble.

NÚMERO DE PRIORIDAD DE RIESGO (NPR)

El número de prioridad de riesgo (NPR) es el producto matemático de la severidad, la ocurrencia y la detección, es decir:

NPR = S * O * D

Este valor se emplea para identificar los riesgos más serios para buscar acciones correctivas.

ACCIONES RECOMENDADAS

Cuando los modos de falla han sido ordenados por el NPR, las acciones correctivas deberán dirigirse primero a los problemas y puntos de mayor grado e ítems críticos. La intención de cualquier acción recomendada es reducir los grados de ocurrencia, severidad y/o detección. Si no se recomienda ninguna acción para una causa específica, se debe indicar así.

Un AMEF de proceso tendrá un valor limitado si no cuenta con acciones correctivas y efectivas. Es la responsabilidad de todas las actividades afectadas al implementar programas de seguimiento efectivos para atender todas las recomendaciones.

 El grupo de trabajo puede no tener las respuestas para todos los puntos, pero el análisis les obliga a buscarlas. Además, la información sobre el modo de producirse el efecto del fallo de un elemento es útil para otros elementos del sistema u otros análisis.

Medición:

P = Probabilidad del suceso.

D = Probabilidad de que dañe a componentes próximos.

S = Gravedad del fallo para el sistema.

X Valor.  

(1) Muy pequeña o nula.

(2) Pequeña.

(3) Mediana o importante

(4) Grande.

(5) Muy grande o Catástrofe.

EL PAPEL DEL AMEF EN LOS SISTEMAS DE CALIDAD

Se pueden considerar como los objetivos principales de cualquier sistema de calidad, la prevención y la solución de problemas.

Para la prevención de problemas los sistemas de calidad emplean el Despliegue de la Función Calidad (QFD), el Análisis del Árbol de Falla (FTA), el Análisis de Árbol de Falla Reverso (RFTA), la Planeación de la Calidad del Producto Avanzada (APQP) y el AMEF, éste último es empleado tanto de manera directa como indirecta a través de la APQP y del Diseño de Experimentos (DOE), el cual es un elemento importante para la prevención y la solución de problemas; en cuanto a ésta última los sistemas de calidad utilizan principalmente el Mejoramiento Continuo, el Sistema Operativo de Calidad (QOS), las ocho disciplinas para la solución de problemas (8D) y el Plan de Control, cuya elaboración requiere directamente del AMEF, de herramientas de Control Estadístico de Proceso (SPC) y la consideración de las características especiales establecidas a través del AMEF.

RELACIÓN DEL AMEF CON LAS NORMAS ISO 9000

Las normas ISO 9000 solo definen directrices y modelos, no indican procedimientos a ser implementados ni las estrategias correspondientes que deberán ser definidas por cada empresa.

La serie ISO 9000 es especialmente aplicable cuando es necesario comprobar al cliente, como requisito contractual, que están siendo considerados un conjunto de parámetros de calidad previamente establecidos. En estos casos, el cliente exige contractualmente la comprobación de la calidad, no sólo del proyecto de desarrollo.

Entre los requerimientos establecidos en la norma 9000:2000 se hace referencia al control de diseño y al control del proceso, en sus cláusulas se establece como requisito la verificación de los mismos incluyendo un análisis de fallas y de sus correspondientes efectos. Esta verificación debe confirmar que los datos resultantes del proyecto cumplen las exigencias establecidas, a través de actividades de control de proyecto, tales como la realización y registro del análisis crítico de proyecto. El AMEF puede ser considerado particularmente como uno de los métodos mas útiles y eficientes para tal fin.

Detección y análisis de falla

Reseña histórica

Se han realizado muchas investigaciones para la detección y el diagnostico de fallas, mediante la aplicación de algoritmos matemáticos y modelos de señales.

Las primeras investigaciones se realizaron al principio de la década de los 70, basadas en el diseño de observadores y uso de filtros. Mas adelante se desarrollo el principio de redundancia analítica.

Posteriormente se implemento por primera vez, un sistema de monitoreo especializado para la detección y análisis de fallas en una planta nuclear

En los últimos años han sido investigadas y aplicadas técnicas prometedoras como lo son: el espacio de paridad, la lógica difusa y las redes neuronales, entre otras.

Formación del personal

• En sistemas de mantenimiento descentralizado, cada jefe de equipo puede recurrir a sus compañeros o mandos, con el fin de obtener refuerzos para el urgente.

• Los oficiales de reparaciones por fallas deben estar preparados para su trabajo. Ocurre con frecuencia el tener que llevar a cabo trabajos de distintos tipos, por lo que se ha llevado a cabo preparar oficiales con conocimientos prácticos en la detección de fallas:

– Mecánicos

– Eléctricos

– Neumáticos e hidráulicos conjuntamente.

ASISTENCIA PARA LA REPARACIÓN DE FALLAS

Tomada la decisión, deben seguirse entre otras las siguientes normas:

• a) Nunca debe hacerse excesiva fuerza al desmontar las piezas.

• b) Los cojinetes de bolas, de rodillos, o de agujas deben manejarse con cuidado.

• c) Procurar no dañar juntas ni empacaduras, pues suelen ser elementos muy sensibles.

• d) No debe utilizarse aire comprimido para limpiar las piezas que hay que desmontar. La suciedad se quedará en la maquina.

• e) Usar siempre aceite limpio para engrasar las superficies de las piezas desmontadas que así lo requieran. Así mismo para secar las piezas utilice papel o trapos que no dejen fibras sobre ellas.

• f) Mantener en buen orden la zona de trabajo.

• g) Mantener en toda intervención una alta calidad de trabajo,

• h) Asegurarse de que el aceite o la grasa se introducen en el punto correcto.

• h) No reparar una maquina o instalación sin tratar de localizar la causa de la falla.

• i) Informar correctamente y de forma clara de la intervención llevada a cabo al jefe de equipo.

• j) Estar atentos siempre a las reglas de seguridad.

• k) Mantener un constante contacto con los superiores (jefes) para informar de las dificultades y sugiriendo posibles soluciones.

• l) Antes de dar por terminado avisar al jefe de equipo

NORMAS GENERALES PARA DETECTAR FALLAS

• Normas para fallas mecánicas,

• Normas para fallas eléctricas,

• Normas para fallas hidráulicas y neumáticas.

Normas para fallas mecánicas

• La fuente de energía suele ser un motor.

• Inspeccionar la transmisión de potencia, observando las correas de transmisión:

• Si la transmisión es por cadena: comprobar si ésta está en buenas condiciones.

• Si es la transmisión por acoplamiento: comprobar el correcto funcionamiento, sobre todo el deslizamiento.

Diagramas de funcionamiento:

No se representa más que un ciclo de la operación o secuencia a realizar, y no se representan los arranques o paradas de motores, a menos que estas operaciones se repitan en los ciclos.

Un diagrama funcional es un diagrama del tipo "recorrido-tiempo". En el eje de abscisas se suele representar el tiempo, mientras que en el de ordenadas los recorridos.

NORMAS PARA DETECTAR AVERIAS ELECTRICAS

Para facilitar la detección rápida de averías eléctricas es esencial disponer del diagrama funcional o al menos del esquema eléctrico. Pero aun con estos esquemas, el técnico electricista debe pensar de una forma lógica y dividir el sistema eléctrico en circuitos mas o menos independientes.

LOCALIZACION DE AVERIAS EN LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION

Las averías en estos sistemas se manifiestan generalmente por el fallo en el funcionamiento de los aparatos, fusibles fundido, indicadores de los aparatos detectores de tierra, humo o recalentamiento de algún cable. Los cortocircuito y faltas de cortocircuito son relativamente fáciles de localizar y los manifiestan respectivamente los fusibles fundidos y la falta de voltaje.

LOCALIZACION DE AVERIAS EN APARATOS DE MANIOBRA

Para el buen funcionamiento de los motores son esenciales los aparatos de maniobra y gobierno, pero estos lamentablemente son con frecuencia olvidados. Las averías en tales aparatos ocasionan defectos de funcionamiento, fallos en los arranques, e incluso en ocasiones, la destrucción de algún órgano importante de una maquina o instalación.

Análisis generalizado de fallas

El análisis de fallas en sistemas eléctricos ha evolucionado a la par que las herramientas de cálculo numérico. Los primeros estudios recibieron el nombre genérico de cortocircuito y a la fecha todavía se le aplica este nombre, asignado al análisis de fallas trifásicas en sistemas eléctricos, bajo ciertas suposiciones que simplificaban el análisis. Actualmente, es posible realizar simulaciones sobre una variedad de sistemas y fallas y bajo un menor número de suposiciones, con lo que se permite obtener resultados más precisos para la coordinación de protecciones en redes eléctricas. Estas simulaciones se conjuntan en lo que se ha dado a conocer bajo el nombre de análisis generalizado de fallas.

Esta metodología permite el análisis sistemático de fallas balanceadas o desbalanceadas en un sistema eléctrico de potencia o distribución. Estas fallas, normalmente se clasifican en:

FALLAS EN DERIVACIÓN:

• ? Línea a tierra.

• ? Doble línea a tierra.

• ? Entre líneas.

• ? Trifásica a tierra.

• ? Trifásica sin aterrizar.

FALLAS EN SERIE:

• ? Una fase abierta

• ? Dos fases abiertas

INSTRUMENTOS DE DIAGNÓSTICO DE FALLAS

• 1. Predicen o permiten conocer los defectos de los equipos.

• 2. Determinan las causas de la maquinaria o miden el grado en que pueden rendir.

• 3. Están diseñados como aparatos portátiles, capaces de soportar el uso en las condiciones normales de taller.

• 4. Su aplicación es para reconocimiento temporal pero no para una revisión continua y de control.

Conclusiones

1.- Es evidente la gran importancia y el alcance de los beneficios que proporciona el Análisis de Modo y Efectos de Falla Potencial como una herramienta para examinar todas las formas en que un producto o proceso pueda fallar; además se hace una revisión de la acción que debe tomar para minimizar la probabilidad de falla o el efecto de la misma.

2.- Dado que para la mayoría de los productos y procesos no resulta económico llevar a cabo el AMEF para cada componente, se hace necesaria la realización de los elementos críticos que deben ser sometidos al mismo.

3.- Aunque el AMEF es muy valioso como una técnica de advertencia temprana, la prueba definitiva viene dado por el uso del producto por parte del cliente. Sin embargo la experiencia de campo llega demasiado tarde, y es aquí donde resalta la importancia de que ésta sea precedida por el AMEF para que las empresas puedan simular el uso de sus productos y procesos en el campo de trabajo.    

Bibliografía

• BALDIN, Asturias. Manual de Mantenimiento de Instalaciones Industriales.

• L.C. Morrow. Manual de Mantenimiento Industrial. Tomo I, II Y III. Edición McGRAW- HILL

• ROSALES, Robert. Manual de Mantenimiento Industrial

Autor:

Quero, Thaemy

Rivero, Nurdy

Rodríguez, Reina

Silva, Suamery

PROF.: ING. SCANDRA MORA

Enviado por:

Iván José Turmero Astros

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

"ANTONIO JOSE DE SUCRE"

VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

PLANIFICACIÓN Y CONTROL DE MANTENIMIENTO

PUERTO ORDAZ, SEPTIEMBRE DE 2006