Filosofía, Principios y Conceptos Clave en Fiabilidad

Tasas de Fallo

La tasa instantánea de fallo λ(t) es una medida de la probabilidad de que un componente falle en el siguiente intervalo temporal, condicionado a que haya sobrevivido al comienzo de ese intervalo. Se emplea en la descripción del comportamiento de componentes no reparables.

La tasa de fallo λ se emplea en la descripción del comportamiento de sistemas reparables. Se define como el número medio de fallos por unidad de tiempo.

Mantenimiento

• Mantenimiento Preventivo

  Se intenta revisar, corregir o reparar un componente o máquina antes de que falle.

  Justificación:

  • El régimen de fallos exhibe una tasa instantánea de fallo creciente.
  • Existen factores económicos, de seguridad u otros que lo aconsejan.

• Mantenimiento Correctivo

  Se repara o sustituye un componente una vez que ha fallado.

  Justificación:

  • El régimen de fallos exhibe una tasa instantánea de fallo constante.

Conceptos Adicionales

AGAN vs. ABAO

Una vez reparado o sustituido un componente, puede suponerse que el sistema está tan correcto como cuando empezó a funcionar (AGAN – As Good As New). Sin embargo, desde el punto de vista de la fiabilidad, esto no tiene por qué ser así. El hecho de reparar un elemento deteriorado implica volver a la situación inmediatamente anterior al cambio, donde la tasa instantánea de fallo tenía un valor alto; se tiene una situación ABAO (As Bad As Old).

Análisis de Weibull

Algunos problemas comunes en el análisis de Weibull donde la representación gráfica no resulta en una línea recta:

• Influencia del parámetro de localización γ:

  • Forma convexa (γ > 0): Casos en los que hay un intervalo inicial fijo sin fallos.
  • Forma cóncava (γ < 0): Casos en los que el componente ya presenta fallos antes de ponerse en funcionamiento.
• Influencia de diferentes modos de fallo coexistiendo.

Ensayo de Aceptación

Parámetros clave en un ensayo de aceptación de fiabilidad:

• θa (MTBF Aceptable): Es el Tiempo Medio Entre Fallos (MTBF) considerado como aceptable para la aplicación. Su valor se suele fijar por la responsabilidad de la aplicación. Perspectivas: el cliente desea un valor alto, mientras que el proveedor prefiere uno moderado.
• θmin (MTBF Mínimo Demostrable): Es el MTBF mínimo que ha de ser demostrado. Es un acuerdo entre cliente y proveedor, usualmente firmado en contrato, que se adopta para la demostración de fiabilidad. Perspectivas: el cliente busca el valor más alto posible, y el proveedor, el más bajo posible.
• d (Ratio de Diseño): Calculado como d = θa / θmin. Suelen adoptarse valores que van desde 1,5 hasta un máximo de 3.
• α (Riesgo del Proveedor): Es la probabilidad de que el ensayo rechace un producto con un MTBF superior a θa.
• β (Riesgo del Cliente): Es la probabilidad de que el ensayo acepte un producto con un MTBF inferior a θmin.

Tipos de Diagramas

• Diagrama de Bloques: Diagrama en el que se disponen los diferentes subsistemas que componen un sistema.
• Diagrama Esquemático: Diagrama que muestra las conexiones físicas entre los subsistemas.
• Diagrama Funcional: Diagrama en el que las conexiones son funcionales, es decir, simbolizan los flujos de energía, material, etc., a través del sistema.
• Diagrama Lógico: Las conexiones representan las diferentes combinaciones de respuestas, opciones de comportamiento, etc., a través de puertas lógicas.

  Notaciones comunes:

  • Modo funcionamiento: Cada bloque representa un subsistema en funcionamiento.
  • Modo avería: Cada bloque representa un subsistema que no funciona. Es un “árbol de fallos” simplificado.

Fiabilidad de Subsistemas de Seguridad

Clasificación de fallos en sistemas de seguridad:

• Fallos Seguros (Fail-Safe): Son aquellos fallos de sistemas de seguridad que se revelan inmediatamente y que, como mucho, pueden resultar en un funcionamiento defectuoso sin peligro para la máquina. Tienen una tasa de fallo asociada λS.
• Fallos Peligrosos (Fail-to-Danger): Son aquellos fallos de elementos de seguridad que no se revelan inmediatamente y que quedan de manifiesto cuando se requiere su funcionamiento bajo demanda (en una situación de peligro). Tienen una tasa de fallo asociada λd.

Fracción de Tiempo Muerto (FDT)

En el caso de los fallos peligrosos (fail-to-danger), al no detectarse el fallo hasta que ocurre la demanda del sistema, se suele definir el parámetro “Fracción de Tiempo Muerto” (FDT). Este representa el porcentaje del tiempo durante el cual el subsistema está no disponible (medida de la indisponibilidad del sistema).

Fórmula básica: FDT = 1/2 * λd * T (donde T es el intervalo entre pruebas o el tiempo de misión relevante).

Para un sistema compuesto por varios subsistemas en serie, si FDT < 0,1 para cada uno, la indisponibilidad del sistema completo (FDTS) se aproxima por la suma: FDTS ≈ FDT1 + FDT2 + ... + FDTn

La tasa de ocurrencia de peligros (H) relaciona la tasa de demanda del sistema de seguridad (D) con su indisponibilidad (FDT):

H = D * FDT

• H: Tasa de fallo peligroso del conjunto (tasa de ocurrencia de peligros).
• D: Tasa de demanda (frecuencia con la que se requiere la actuación del subsistema de seguridad).

Casos límite:

• Si el sistema de seguridad nunca falla (FDT = 0), entonces H = 0.
• Si no existe subsistema de seguridad (FDT = 1), entonces la tasa de ocurrencia de peligros es igual a la tasa de demanda (H = D).

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