CAPI: METODOLOGÍA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO PARA ...
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CAPI: METODOLOGÍA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO PARA MÁQUINAS DE BAJA UTILIZACIÓN Proyecto de Grado En Ingeniería Mecánica AUTOR ALEJANDRO ECHAVARRÍA YEPES ASESORES PhD. GIACOMO BARBIERI MSc. JULIANA LASERNA 20 de julio de 2020
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CAPI: METODOLOGÍA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO PARA MÁQUINAS
DE BAJA UTILIZACIÓN
Proyecto de Grado En Ingeniería Mecánica
AUTOR
ALEJANDRO ECHAVARRÍA YEPES
ASESORES
PhD. GIACOMO BARBIERI
MSc. JULIANA LASERNA
20 de julio de 2020
Agradezco especialmente a mis padres por haberme dado la mejor educación que
estuvo en sus posibilidades.
A mis asesores, Giacomo y Juliana por acompañarme semanalmente y realizarme
sus valiosas recomendaciones.
A los técnicos del laboratorio de manufactura, especialmente a Andrés Salgado,
por brindarme su tiempo y cerciorarse que entendiese bien los procesos que allí
se llevaban a cabo.
A la Universidad y a sus profesores por dotarme de una formación integral.
Por todos ellos, este trabajo ha sido posible.
Resumen
La literatura sobre mantenimiento preventivo para máquinas de uso industrial que
poseen bajas horas de operación, como pueden ser las encontradas en laboratorios
de universidades, resulta ser bastante reducida. Por tal motivo, este trabajo
presenta una metodología con un modelo matemático subyacente que puede
aplicarse a este tipo de casos. Esta fue validada en el laboratorio de manufactura
ML-027 del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes
en el que se determinó que era posible ahorrar en un 35% de los costos anuales de
mantenimiento preventivo contratado a terceros. Asimismo, se identificó al torno
CNC Leadwell como el equipo cuyo cambio en su política de mantenimiento podría
tener el mayor impacto positivo en las finanzas. El estudio finaliza con la creación
de nuevos planes de mantenimiento preventivo, y la programación de una
herramienta de apoyo a la decisión en Excel que proporciona las fechas de
mantenimiento y los costos diferidos anuales asociados a cada máquina esperados.
Abstract
The literature on preventive maintenance for machines for industrial use with low
hours of operation, such as those found in university laboratories, is very scarce. For
this reason, this document presents a methodology with an underlying mathematical
model that can be applied to these cases. It was validated in the manufacturing
laboratory ML-027 of the Department of Mechanical Engineering of the University of
Los Andes in which it was determined that it was possible to save 35% of the annual
preventive maintenance costs contracted to third parties. Likewise, the CNC
Leadwell lathe was identified as the machine whose change in its maintenance
policy could have the greatest financial positive impact. The study ends with the
creation of new preventive maintenance plans and the programming of a decision
support tool in Excel that provides the expected maintenance dates and annual
deferred costs associated with each machine.
Tabla de contenidos
Introducción ............................................................................................................. 1
Contexto .................................................................................................................. 2
Trabajo previo ......................................................................................................... 3
Objetivos ................................................................................................................. 4
Metodología ............................................................................................................. 5
Nomenclatura ....................................................................................................... 7
1. Conocimiento de la estrategia organizacional y actores relevantes .............. 8
2. Conocimiento de la operación y recolección de datos ................................... 8
3. Análisis de criticidad de los equipos .............................................................. 9
4. Análisis cualitativo de datos ........................................................................ 10
5. Análisis cuantitativo de datos y análisis de escenarios ............................... 10
6. Validación de hipótesis ................................................................................ 12
7. Creación de un plan de mantenimiento preventivo ...................................... 13
8. Revisión periódica y uso de herramientas para la decisión ......................... 13
Resultados y análisis ............................................................................................. 16
1. Conocimiento de la estrategia organizacional y actores relevantes ............ 16
2. Conocimiento de la operación y recolección de datos ................................. 17
3. Análisis de criticidad de los equipos ............................................................ 18
4. Análisis cualitativo de datos ........................................................................ 19
5. Análisis cuantitativo de datos y análisis de escenarios ............................... 21
6. Validación de hipótesis ................................................................................ 24
7. Creación de un plan de mantenimiento preventivo ...................................... 24
8. Revisión periódica y uso de herramientas para la decisión ......................... 25
Trabajos futuros .................................................................................................... 25
Conclusiones ......................................................................................................... 26
Referencias ........................................................................................................... 26
Anexos .................................................................................................................. 28
Anexo 1. Extractos del manual de mantenimiento del CNC Leadwell ............... 28
Anexo 2. Plan de mantenimiento creado para el CNC Leadwell ........................ 30
Anexo 3. Herramienta de apoyo a la decisión programada en Excel ................. 32
1
Introducción
El mantenimiento es aquel proceso que busca evitar el deterioro de los equipos y
garantizar su disponibilidad, operar en óptimas condiciones, reaccionar rápido ante
imprevistos y minimizar la cantidad de piezas de recambio almacenadas [1].
Además, esta actividad tiene un fuerte impacto en las finanzas de la compañía, pues
puede representar entre el 15% y 70% de los costos de producción [2]. Por tal
motivo, es fundamental contar con un buen protocolo de mantenimiento que permita
una alta eficiencia en la aplicación de los recursos, a la vez que se ajusta a las
necesidades estratégicas de la organización [3].
R. Keith, autor del libro Maintenance Fundamentals clasifica el mantenimiento en 3
categorías: mantenimiento correctivo, de mejora y preventivo (Figura 1) [1]. El
mantenimiento de naturaleza correctiva se basa en la premisa de reparar el equipo
una vez se daña. Este genera costos anormalmente altos debido a retrasos en las
operaciones, rechazos de productos, pérdida del tiempo de la mano de obra,
necesidad de horas extras por parte de los trabajadores y reparaciones adicionales
[1]. Por tal motivo, este solo debería utilizarse como estrategia de mantenimiento en
casos excepcionales. Seguidamente, el mantenimiento de mejora busca aumentar
la confiabilidad por medio de la modificación y rediseño de las máquinas, e implica
investigación y desarrollo. Finalmente, el mantenimiento preventivo consigue
mantener el equipo en óptimas condiciones y minimizar la cantidad de fallos. Este,
a su vez, puede subdividirse en las siguientes subcategorías [1]:
i. Mantenimiento basado en el tiempo: busca agendar revisiones y demás procedimientos en intervalos fijos que surgen de recomendaciones del fabricante del equipo, estándares nacionales, estudios o experiencia histórica [4].
ii. Mantenimiento basado en el equipo: programado por la máquina por
medio de un sistema de control y resulta ser medianamente común en equipos que poseen un sistema electrónico avanzado.
iii. Mantenimiento predictivo o basado en la condición: utiliza técnicas no
destructivas para medir parámetros como la vibración, temperatura o tribología —desgaste entre superficies— para proporcionar información precisa del momento apropiado para realizar mantenimiento [1]. En la actualidad, este último ha aumentado su presencia en las compañías debido al mejoramiento de los sistemas de adquisición y procesamiento de datos, y algoritmos de inteligencia artificial.
2
Figura 1. Tipos de mantenimiento. Tomada de Maintenance Fundamentals [1].
Contexto
El laboratorio de manufactura ML-027 de la Universidad de los Andes es el
laboratorio más concurrido por estudiantes de pregrado del Departamento de
Ingeniería Mecánica, acercándose a su máxima capacidad de operación en
periodos de alta demanda, usualmente al final de cada semestre académico. Este
cuenta con 3 máquinas de control numérico (CNC), 5 impresoras 3D y más de 15
clases de máquinas convencionales entre las que se encuentran equipos de
soldadura, tornos y fresadoras. Para que las máquinas puedan ser operadas, estas
deben ser previamente reservadas; procedimiento que se lleva a cabo mediante un
software desarrollado a medida, Mecalab, desde abril del 2019.
Por otro lado, este es uno de los laboratorios del departamento con los costos
asociados al mantenimiento más altos: en 2019 se pagaron a proveedores externos
18 millones de pesos colombianos en total por concepto de operaciones de nivel 3
o superior, es decir, aquellas que deben realizarse por personal especializado,
designación utilizada por los técnicos y la industria [5]. Mantenimientos de nivel 1 y
2, que consisten en actividades esenciales para la operación y realización de
intervenciones simples, como lubricar un equipo [5], ya son realizadas de manera
recurrente por los técnicos, supervisados por el líder de laboratorio.
Cabe mencionar, que la estrategia de mantenimiento seguida desde 2016 se
basaba en la programación anual de esta actividad durante los meses de junio y
julio, correspondientes al periodo intersemestral, la cuál era ejecutada sobre la
mayoría de las máquinas. Esta, había resultado altamente efectiva para mantener
los equipos en óptimas condiciones pues los registros mostraban una tasa de fallas
inusualmente baja, haciendo los mantenimientos correctivos inusuales, tanto así
que podría sospecharse de un exceso de las actividades de mantenimiento que
incrementaba innecesariamente su costo.
3
Trabajo previo
Debido a la importancia del mantenimiento, esta es una rama en la que se encuentra
una amplia literatura académica e industrial; sin embargo, los distintos modelos y
metodologías existentes no suelen abarcar casos marginales en los que se cuenta
con máquinas de uso industrial que son utilizadas poco, como puede suceder en
laboratorios de universidades. En estos casos, la baja necesidad de mantenimiento,
causada por la baja operación, en combinación con la ausencia de metodologías
que se adapten a sus necesidades, hace que sus procesos de mantenimiento sean
poco rigurosos.
La metodología creada fue inspirada por el modelo del proceso de gestión de
mantenimiento propuesta por Adolfo Crespo [3], el cual es un sistema genérico que
contempla e integra varios sistemas encontrados en la literatura o empleados por
empresas con alta experiencia en este campo [3]. Este modelo es dinámico y
cerrado y está compuesto de 4 etapas con acciones concretas a realizar en cada
una. En la primera, eficacia, se busca que las prácticas a realizar se ajusten a las
necesidades de la organización. En la segunda, eficiencia, se reprograma el
mantenimiento para minimizar los costos. Finalmente, en las últimas dos, evaluación
y mejora, se examina y controla el mantenimiento, para posteriormente continuar
con un proceso de mejora continua. Una explicación más exhaustiva puede hallarse
en la Figura 2.
Figura 2. Modelo del proceso de gestión del mantenimiento [3].
4
Objetivos
General
▪ Diseñar y aplicar una metodología de mantenimiento preventivo enfocada a
máquinas de baja utilización centrada en la reducción de costos y alta
confiabilidad.
Específicos
▪ Recolectar y analizar información relacionada con la estrategia organizacional
y operación del laboratorio de manufactura ML-027, y la utilización,
características, historial de fallas y costos de mantenimiento asociados a sus
máquinas.
▪ Proponer acciones basadas en datos y distintos modelos de mantenimiento que
se alinean con los objetivos organizacionales para disminuir los costos
asociados a este procedimiento.
▪ Validar y comunicar los resultados y estrategias creadas a los diferentes actores
que intervienen en el proceso de mantenimiento.
▪ Diseñar una metodología a partir del caso de estudio desarrollado para ser
aplicada a máquinas de baja utilización en casos más generales.
5
Metodología
La metodología diseñada tiene como finalidad disminuir la estructura de costos
asociada al mantenimiento preventivo y convertir esta actividad en parte del proceso
de mejora continua de la organización. Se espera que esta sea lo suficientemente
sencilla de aplicar por alguien que se esté introduciéndose al mantenimiento, pero
aun así rigurosa. Esta se encuentra dividida en cuatro fases: conocimiento, análisis,
planeación e inspección, dando origen a su nombre (CAPI). De la misma forma,
posee 8 etapas con dificultad y necesidad de inversión de tiempo progresivas,
haciendo que mayores esfuerzos estén justificados por un mayor impacto positivo
esperado (Figura 3). Los insumos básicos para aplicarla son datos o heurísticas que
permitan determinar la utilización de los equipos, su criticidad para la operación, su
costo de mantenimiento y el valor económico que aportan a la compañía, los cuales
pueden obtenerse de entrevistas, observación directa o registros.
Figura 3. Metodología desarrollada, compuesta por 4 fases: conocimiento, análisis, planeación e
inspección, dando origen a su nombre (CAPI)
Esta, es aplicable a máquinas de baja utilización definidas en este trabajo como
aquellas de uso industrial que se utilizan menos de 8 horas por día laboral, como
puede ser un caso típico de aquellas ubicadas en universidades y en pequeñas
6
fábricas. Esto es porque el modelo desarrollado, asume que la necesidad de
mantenimiento de tercer nivel o superior, el que debe ser realizado por personal
especializado, se debe principalmente a la utilización del equipo. Asimismo, otra
suposición realizada es que el equipo a evaluar se halla en su periodo de operación
normal, aquel en el que el número de fallas por unidad de tiempo permanece
aproximadamente constante (Figura 4) [1]. Sin embargo, se proporciona un método
para modelar este y otros fenómenos que afectan este valor. Para aquellos casos
en que estas hipótesis no sean viables de aplicar, se sugiere emplear herramientas
y teorías de mantenimiento más sofisticadas como las presentadas en Maintenance
Fundamentals [1] o Ingeniería de Mantenimiento y Fiabilidad Aplicada en la Gestión
de Activos [3].
Figura 4. Gráfica de bañera. Ilustra el número de fallas como función del tiempo del equipo [1]
7
Nomenclatura
▪ 𝑎𝑖𝑚𝑎𝑥𝑖[𝑑í𝑎]: Número máximo de días permisibles entre mantenimientos de
tercer nivel para la máquina i
▪ 𝑐𝑖 [%]: Aporte histórico porcentual anual a la estructura de costos totales por
parte de la máquina i
▪ 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑖𝑗[$]: Costo de mantenimiento de la máquina i el día j
▪ 𝑑𝑖𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙[𝑑í𝑎]: Día actual, corresponde al día en que se realiza el análisis para
la máquina i
▪ 𝑑𝑖𝑓𝑢𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.[𝑑í𝑎]: Día recomendado de mantenimiento para la máquina i
▪ 𝑑𝑖𝑙𝑎𝑠𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.[𝑑í𝑎]: Último día de mantenimiento preventivo de tercer nivel
realizado a la máquina i
▪ 𝑑𝑖𝑜𝑙𝑑[𝑑í𝑎]: Fecha anterior en qué se realizó el análisis a la máquina i
▪ 𝑓𝑖: Factor de incremento en la utilización.
▪ 𝑖: Índice que referencia una máquina del centro de producción
▪ 𝑗, 𝑎: Índices que referencian días específicos
▪ 𝑛𝑖𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[𝑑í𝑎]: Número de días restantes para mantenimiento de la máquina
i a partir de fecha de análisis.
▪ 𝑟𝑖[%𝐸. 𝐴. ]: Incremento efectivo anual en valor de mantenimiento de la
máquina i. Estimado con la inflación
▪ 𝑡𝑖𝑐𝑎𝑡á𝑙𝑜𝑔𝑜 [ℎ]: Tiempo recomendado entre mantenimientos nivel 3 o superior de
la máquina i por alguna fuente
▪ 𝑡𝑖𝑐𝑎𝑡.𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 [ℎ]: Estimación del tiempo óptimo entre mantenimientos que
contempla la operación, aspectos aleatorios y tiempo de vida de la máquina
▪ 𝑡𝑖𝑗[ ℎ]: Tiempo de operación de la máquina i el día j
▪ 𝑡𝑖𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔 [ℎ]: Tiempo entre fecha de análisis y día programado de
mantenimiento de la máquina i
▪ 𝑡𝑖𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 [ℎ]: Tiempo transcurrido desde el último mantenimiento de la máquina
i hasta la fecha actual 𝑑𝑖𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
▪ 𝑇𝑖 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 [𝑎ñ𝑜]: Periodicidad actual con la que se realiza el mantenimiento.
▪ 𝑇𝑖(𝑓𝑖) [𝑎ñ𝑜]: Periodicidad recomendada con la que debe realizarse el
mantenimiento tercerizado
▪ 𝑢𝑖 [ℎ
𝑎ñ𝑜]: Tiempo de operación (utilización) por año de la máquina i
▪ 𝑢𝑖𝑗̅̅ ̅̅ [
ℎ
𝑑í𝑎]: Tiempo de operación promedio (utilización) por día de la máquina i
▪ 𝑣𝑖[%]: Ahorro porcentual anual sobre la estructura de costos al realizar el
mantenimiento a la periodicidad recomendada 𝑇𝑖(𝑓𝑖)
8
1. Conocimiento de la estrategia organizacional y actores relevantes
La norma europea EN 13306:2018 [6] indica que la gestión de mantenimiento debe
contemplar las actividades administrativas con las estrategias de mantenimiento
con el fin de que estas se alineen efectivamente con la estrategia organizacional,
definida como aquellos planes y acciones que permiten lograr los objetivos de la
empresa a largo plazo [7].
Para conseguirlo, resulta fundamental contar con una herramienta que permita
asegurar esta compatibilidad. El cuadro de mando integral, inicialmente propuesto
por Kaplan y Norton en 1992, puede utilizarse para este fin [8]. Este, incorpora las
perspectivas financieras, del cliente, de los procesos internos, y de aprendizaje y
crecimiento; y ha sido implementado en un número importante de corporaciones
dedicadas a la ingeniería, informática y construcción, teniendo un efecto positivo en
los procesos de cambio [9]. Para asegurar su éxito, en su formulación deben
plantearse indicadores clave de desempeño (KPI) y planes de acción para lograr los
objetivos [10]. Algunos de los indicadores de mantenimiento más utilizados son
tiempo promedio operativo hasta el fallo, frecuencia de fallos, tiempo fuera de
servicio, coste de indisponibilidad por fallos, disponibilidad del proceso de
producción y valor económico agregado anual, aunque algunos más sofisticados
pueden encontrarse en la norma UNE-EN 15341 [11]. Sin embargo, también es
posible utilizar aquellos que se consideren más convenientes.
Asimismo, este debe ser realizado con la participación de todos los actores que se
consideren relevantes, es decir, aquellos que tienen un impacto importante en la
implementación de las nuevas políticas [8, 12]. Ellos pueden ser detectados al
realizar una matriz de poder-interés típica de la gestión de proyectos [13], análisis
opcional que deberá realizarse en corporaciones donde resulte difícil identificarlos.
La necesidad de la inclusión de estos radica en que sin su aprobación o aportes es
muy probable que el proceso no abarque todas las visiones o se presenten
fricciones al momento de poner en práctica el nuevo modelo.
De este modo, en esta etapa se deben determinar los actores más importantes para
realizar el proceso de cambio, y con ellos formular el cuadro de mando integral en
el que se incorporen las distintas perspectivas de la organización y se definan
indicadores claves de rendimiento a cumplir.
2. Conocimiento de la operación y recolección de datos
La operación se refiere a los procesos que utilizan recursos humanos y físicos para
producir algún activo [14]. En esta etapa, es importante involucrar a los operarios
de las máquinas y técnicos de mantenimiento con el objetivo de conocer sus
perspectivas, útiles para brindar intuición sobre los procesos de mejora. Como
recomendación general, es importante mostrar y comunicar que el proceso no busca
9
castigar errores anteriores ni encontrar culpables, con el objetivo de facilitar su
cooperación y evitar que proporcionen datos erróneos.
En esta etapa, se busca recolectar información cuantitativa relacionada con el
historial de fallas, valor económico agregado, costo de mantenimiento y valor en
libros de las máquinas. De la misma forma, información cualitativa como problemas
de los equipos y detalles de su operación, entre otros, pueden resultar relevantes
para el estudio. La información deberá obtenerse de documentos, archivos físicos y
digitales, entrevistas estructuradas y semiestructuradas, y observación de las
máquinas y procesos, tal como se recomienda en el libro Case Study Research and
Application: Design and Methods [15].
3. Análisis de criticidad de los equipos
Identificar y jerarquizar activos de una instalación en los que se debe invertir
recursos es útil para determinar la importancia y las consecuencias de los fallos de
los sistemas que componen una fábrica [16]. Es importante notar que el término
crítico es un término relativo, que debe determinarse de acuerdo con las
necesidades de la organización [3]. Una historia que ilustra este hecho es la de un
jefe de mantenimiento que determina que un equipo es crítico porque posee una
tasa de fallos alta. Sin embargo, no considera que la máquina posee redundancia y
en caso de fallo no afectaría la operación. Al enterarse el operador de este hecho,
decide llamarle y explicarle que los equipos que deberían ser prioridad son aquellos
que, aunque resulte inusual que fallen, hacerlo interrumpiría la operación con la
consiguiente pérdida de recursos [17].
Por otro lado, en la industria hay varias herramientas cualitativas y semicuantitativas
que sirven para tal propósito, por ejemplo, el método del flujograma de análisis de
criticidad, criticidad total por riesgo o matriz de criticidad por riesgo [3]. Sin embargo,
estos métodos resultan ser excesivamente complejos para activos de baja
utilización. En vez, se presentará un modelo simplificado basado en la filosofía
detrás de este tipo de análisis:
i. Seleccionar los criterios pertinentes desde el punto de vista estratégico. Algunos de estos podrían ser: (a) efecto en la operación (b) afectación de la seguridad y salud (c) costo de parada (d) costo de la reparación extemporánea (e) confiabilidad (f) baja calidad (g) disponibilidad de repuestos [3].
ii. Asignar una importancia porcentual relativa a estos criterios cuya suma debería ser 100%. Se recomienda un proceso en el que los actores más relevantes participen, con el fin de obtener las perspectivas de la organización. Considerar más de 5 criterios lleva a resultados imprecisos y a la dilución de los porcentajes.
10
iii. Puntuar de 1 a 10 cada casilla, donde 10 hace referencia a un valor crítico de un criterio para cada máquina, y calcular la puntuación de criticidad total como la suma del producto de la puntuación de un criterio por la importancia porcentual de este. Dada esta puntuación, es posible clasificar la criticidad de una máquina como baja, media y alta. Este valor podría ser utilizado para estimar la aversión al fallo, valor que afectará más adelante el factor de incremento en la utilización 𝑓𝑖.
4. Análisis cualitativo de datos
Esta fase tiene el objetivo de proveer intuición acerca de la información recolectada
y formar hipótesis de acciones que contribuyan positivamente a la organización.
Una hipótesis, de manera simple puede ser vista como una suposición que está
basada, pero no aún demostrada por información y que corresponde al inicio a un
proceso de análisis. Esta forma de analizar problemas resulta ser una de las
herramientas fundamentales utilizadas por las consultoras de estrategia más
prestigiosas del mundo, como McKinsey & Company [18]. La idea detrás de
construir una es inferir una solución, que luego, a partir de la formulación y ejecución
un experimento, pueda ser probada o plantear una nueva con datos más sólidos.
Esto permite ahorrar tiempo y enfocarse en acciones que proveen resultados [18].
Una forma de generar las primeras hipótesis es graficar en una sola figura la
utilización, el aporte a la estructura de costos, y el valor económico agregado, en
caso de contarse con él. Luego, deberán observarse comportamientos atípicos. Por
ejemplo, varias máquinas de un mismo tipo con una utilización baja pueden dar pie
a un inicio de análisis de desinversión por excesiva redundancia, o una razón alta
entre costos de mantenimiento y utilización puede conducir a la hipótesis de que el
mantenimiento que se está realizando es excesivo. Es importante notar que también
es posible graficar otro tipo de información; determinar qué graficar equivale a
responder la pregunta qué se desea optimizar. Sin embargo, debe considerarse que
las figuras deben ser lo suficientemente sencillas para poder realizar comparaciones
y construir hipótesis iniciales.
5. Análisis cuantitativo de datos y análisis de escenarios
El análisis cuantitativo permite acercarse a tiempos de programación de
mantenimiento preventivo más apropiados, aproximarse al ahorro esperado al
reagendarlos y comparar el programa de mantenimiento actual con uno más
efectivo. Es importante aclarar que esto solo es una aproximación más formal y que
después de esta etapa deberían validarse las hipótesis realizadas.
Para esto deberá tenerse un estimado proveniente de catálogos de fabricante o
experiencia histórica de cada cuanto debe realizarse el mantenimiento nivel 3 o
superior para cada máquina (𝑡𝑖𝑐𝑎𝑡á𝑙𝑜𝑔𝑜). Esta cifra debe estar en horas, aunque
11
algunos fabricantes suelen proporcionarla en meses. Si este es el caso, considere
que 1000 horas corresponde a 3 meses (estimativo esperado) o 6 meses (estimativo
conservador). Asimismo, se deberá contar con la utilización anual promedio de cada
máquina (𝑢𝑖) que deberá estimarse a partir de datos históricos. En caso de no contar
con un año de datos, puede utilizarse un intervalo más pequeño en combinación
con heurísticas para estimarlo. Con lo anterior, es posible conocer la periodicidad
recomendada con la que debe realizarse mantenimiento como función del factor de
incremento en la utilización 𝑓𝑖 factor que modela variaciones en la operación,
utilización, vejez de la máquina y aversión al riesgo del analista, algo de lo que se
ahondará en la etapa 8. Este valor deberá ser graficado siguiendo la ecuación 1.
𝑇𝑖(𝑓𝑖)[𝑎ñ𝑜] =𝑡𝑖𝑐𝑎𝑡á𝑙𝑜𝑔𝑜
[ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠]
𝑢𝑖 [ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑎ñ𝑜 ] ∙ 𝑓𝑖
Ecuación 1. Periodicidad recomendada con la que debe realizarse el mantenimiento como función del factor de incremento en la utilización
Es importante notar que la ecuación ignora otros fenómenos que afectan la
necesidad de mantenimiento como la fluencia lenta, desajuste o necesidad de
recambio de fluidos, por tal motivo, el valor 𝑇𝑖(𝑓𝑖) debe estar superiormente acotada
por un valor máximo, 𝑎𝑚𝑎𝑥𝑖 del cuál se ahondará más en la sección 8.
Asimismo, si se cuenta con la temporalidad promedio entre mantenimientos
preventivos tercerizados histórica 𝑇𝑖𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙; así como el aporte porcentual anual de
cada máquina a la estructura de costos 𝑐𝑖, es posible cuantificar el ahorro porcentual
esperado (𝑣𝑖) como función del factor de incremento en la utilización (ecuación 2).
𝑣𝑖(𝑓𝑖) [%
𝑎ñ𝑜] = 𝑐𝑖[%] (
1
𝑇𝑖𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙[𝑎ñ𝑜]
−1
𝑇𝑖(𝑓𝑖)[𝑎ñ𝑜])
Ecuación 2. Ahorro porcentual anual sobre la estructura de costos al realizar el mantenimiento a la
periodicidad recomendada 𝑇𝑖(𝑓𝑖) como función del factor de incremento en la utilización
La gráfica resultante de la ecuación 2 corresponde a líneas rectas cuya pendiente
indica la sensibilidad en las finanzas (modelada por 𝑣𝑖) al variar la necesidad de
mantenimiento (modelada por 𝑓𝑖). Esta, considerando las ecuaciones anteriores,
será más pronunciada mientras el tiempo recomendado por el catálogo para el
mantenimiento sea menor, la máquina contribuya de manera más importante a la
estructura de costos, o ya posea una utilización relativamente actual alta. Es
importante notar que a una máquina muy sensible deberá presentársele atención
adicional por su fuerte impacto financiero. Por otro lado, su lejanía del eje x es una
medida del ahorro esperado a obtener si se programa el mantenimiento de acuerdo
con el modelo. De este modo, líneas muy alejadas por arriba indican exceso
mantenimiento y grandes ahorros; mientras que aquellas por debajo indican lo
contrario. Un ejemplo de esto podrá ser encontrado en la sección de resultados.
12
Por otro lado, la combinación de las figuras generadas con estas ecuaciones es
especialmente valiosa, pues permite que al fijar un parámetro (𝑇𝑖(𝑓𝑖), 𝑓𝑖 𝑜 𝑣𝑖) es
posible determinar los dos restantes. Asimismo, es posible crear un plan de
mantenimiento basado en el análisis de escenarios, permitiendo obtener la relación
entre un ahorro esperado y el número de años entre cada cuanto se debe realizar
mantenimiento. Los escenarios corresponden a elegir una combinación de factores
de incremento a la utilización para cada máquina, los cuáles pueden ser de tres
tipos:
▪ Esperado (𝑓𝑖 = 1): Asume que el comportamiento histórico puede ser extrapolado.
▪ Pesimista o conservador (𝑓𝑖 > 1): Asume que la utilización o la complejidad de las operaciones incrementará. Proporciona seguridad adicional a las máquinas críticas.
▪ Optimista o arriesgado (𝑓𝑖 < 1): Agenda mantenimientos más espaciados.
Conveniente para máquinas poco críticas que afectan fuertemente las finanzas.
Luego, con estos valores, será posible obtener fechas recomendadas que pueden
ser ajustadas a aquellas que se consideren convenientes.
6. Validación de hipótesis
La validación de hipótesis tiene como fin obtener parámetros más cercanos a la
realidad para el modelo y verificar que las suposiciones realizadas son aplicables.
Para esto, para las máquinas más críticas o con mayor impacto financiero deberá
realizarse una revisión completa del catálogo. Este, ayudará a determinar si los
tiempos elegidos son correctos y contribuirá posteriormente a realizar la
reprogramación del mantenimiento. En caso de desear realizar programaciones
más espaciadas y cercanas a las necesidades se recomienda utilizar datos
históricos o de literatura de máquinas que operen bajo condiciones similares, pues
el proporcionado en el catálogo del fabricante es uno promedio, que contiene
factores de seguridad y no contempla las condiciones específicas de operación [4].
De la misma manera, también es posible realizar experimentos de no realización de
mantenimiento sobre las máquinas de baja criticidad. Asimismo, en esta etapa, se
deberían utilizar técnicas de análisis causa-raíz, para determinar las causas de
fallos sobre la maquinaria que posee alta necesidad de mantenimiento correctivo
[19].
13
7. Creación de un plan de mantenimiento preventivo
Un plan de mantenimiento preventivo implica desglosar las acciones de
mantenimiento dada cierta temporalidad con base en el catálogo del fabricante,
estudios o experiencia histórica. A la vez, requiere asignar las responsabilidades de
mantenimiento a un encargado. Para esto, se debe crear un formato de
mantenimiento que contenga toda esa información y permita estructurar mejor los
procesos.
8. Revisión periódica y uso de herramientas para la decisión
El principal fin de la revisión periódica es programar la fecha de mantenimiento
contratado a terceros (𝑛𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔), analizar el desempeño del modelo y cuantificar las
consecuencias económicas de realizar algún cambio, algo que puede medirse con
el costo diferido anual. Para esto, considerando la nomenclatura ubicada al finalizar
este artículo, el siguiente modelo, en el que se omite el subíndice 𝑖 que referencia a
cada máquina, debe ser programado y revisado con una herramienta de apoyo a la
decisión. Todos los valores que son estimados o implican alguna hipótesis utilizan
el signo ≈.
El número de horas restantes antes de realizar mantenimiento 𝑡𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔 (ecuación 3)
es la diferencia entre la temporalidad real entre mantenimientos apropiada
𝑡𝑐𝑎𝑡.𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 y el número de horas transcurridas desde el último mantenimiento hasta
el día de la revisión 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 (ecuación 4).
𝑡𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[ℎ] = 𝑡𝑐𝑎𝑡.𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜[ℎ] − 𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠[ℎ]
Ecuación 3. Tiempo, en horas, restante para realizar mantenimiento mantenimiento preventivo de cierta máquina
𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠[ℎ] = {∑ 𝑡𝑗
𝑑𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
𝑑𝑙𝑎𝑠𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.
[ℎ], 𝑑𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙[𝑑í𝑎] > 𝑑𝑙𝑎𝑠𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.[𝑑í𝑎]
0, 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑠𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑟𝑖𝑜
Ecuación 4. Tiempo, en horas, transcurrido desde el último mantenimiento hasta el día del análisis
En general, la temporalidad real entre mantenimientos apropiada es un valor
aleatorio, dinámico que depende del tiempo de vida de la máquina y el tipo de
operación realizada, por tal motivo, no puede conocerse con alta confianza a menos
de realizar análisis predictivo. Sin embargo, el tiempo deducido del catálogo o de un
experimento puede utilizarse en conjunto con un factor de incremento en la
utilización 𝑓 para modelar los parámetros anteriores. De este modo, para modelar
alta aversión a la falla del analista, incremento futuro en la utilización, incremento
en la tasa de fallas por operaciones más complicadas o vejez de la máquina puede
14
incrementarse 𝑓, o disminuirse en caso de que se busque lo contrario. En cualquier
caso, el valor por defecto de 𝑓 es 1. Lo anterior es descrito por la ecuación 5:
𝑡𝑐𝑎𝑡.𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜(𝑡, 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛, 𝑣𝑒𝑗𝑒𝑧 𝑚á𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎)[ℎ] ≈𝑡𝑐𝑎𝑡á𝑙𝑜𝑔𝑜[ℎ]
𝑓(𝑡, 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛, 𝑣𝑒𝑗𝑒𝑧 𝑚á𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎)
Ecuación 5. Estimación del tiempo óptimo entre mantenimientos que contempla la operación, aspectos aleatorios y tiempo de vida de la máquina
El tiempo restante para mantenimiento 𝑡𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔 es simplemente el número de días
restantes para mantenimiento (𝑛𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔) por la utilización promedio por día (𝑢�̅�),
como lo enseña la ecuación 6. Considerando que el tiempo de operación deja de
ser un buen indicador cuando el modelo señala que este debe ser realizado a
muchos años (más de tres), se debe crear un umbral de días máximo 𝑎𝑚𝑎𝑥𝑖 para
realizarlo con el que se obtiene la ecuación 7, con el fin de evitar desajustes u otros
fenómenos indeseables que no son función principal de la operación:
𝑡𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[ℎ] = ∑ 𝑡𝑗
𝑑𝑓𝑢𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.
𝑑𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
[ℎ] = (1
𝑛𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[𝑑í𝑎]∑ 𝑡𝑗
𝑑𝑓𝑢𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.
𝑑𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
[ℎ]) 𝑛𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[𝑑í𝑎]
𝑡𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[ℎ] = 𝑢�̅� [ℎ
𝑑í𝑎] 𝑛𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[𝑑í𝑎]
Ecuación 6. Número de días restantes para el mantenimiento sin considerar cota superior
𝑛𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[𝑑í𝑎] = 𝑑𝑓𝑢𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.[𝑑í𝑎] − 𝑑𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙[𝑑í𝑎]
𝑛𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[𝑑í𝑎] = min (𝑡𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑛𝑔[ℎ]
𝑢�̅� [ℎ
𝑑í𝑎], 𝑎𝑚𝑎𝑥𝑖[𝑑í𝑎] − 𝑑𝑙𝑎𝑠𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.[𝑑í𝑎])
Ecuación 7. Número de días restantes para realizar mantenimiento
Si se conociese la utilización promedio por día a futuro, esto permitiría cerrar el
modelo para proveer la fecha cuando debería realizarse mantenimiento. Este
parámetro deberá proyectarse de algún modo. Para este caso, es posible asumir
que la utilización a futuro no cambiará de manera significativa con respecto a la
observada entre la fecha de revisión y la del último mantenimiento si la cantidad de
días entre ambos casos es importante y no se esperan valores muy diferentes
(ecuación 8). En caso de que este no sea el caso, este hecho deberá ser modelado
por el factor de incremento en la utilización.
15
𝑢�̅� [ℎ
𝑑í𝑎] =
1
𝑑𝑓𝑢𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.[𝑑í𝑎] − 𝑑𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 [𝑑í𝑎]∑ 𝑡𝑗[ℎ]
𝑑𝑓𝑢𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.
𝑑𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
≈1
𝑑𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙[𝑑í𝑎] − 𝑑𝑜𝑙𝑑[𝑑í𝑎]∑ 𝑡𝑗[ℎ]
𝑑𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
𝑑𝑜𝑙𝑑
Ecuación 8. Estimación de la utilización promedio por día entre la fecha futura de mantenimiento y la fecha de análisis
Finalmente, el costo a pagar por el mantenimiento en un cierto día j podrá estimarse
con la inflación efectiva anual proyectada 𝑟 durante los siguientes años al conocer
el costo que se pagó en la última ocasión 𝑗 − 𝑎, donde 𝑎 es el número de días entre
ambas fechas (ecuación 9).
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝑗[$] ≈ 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝑗−𝑎[$] × (1 + 𝑟 [%𝐸. 𝐴. ])
𝑎 [𝑑í𝑎]
365 [𝑑í𝑎𝑎ñ𝑜]
Ecuación 9. Costo a pagar por el mantenimiento el día j
Una medida de desempeño importante es el costo diferido anual, que corresponde
al costo anual asociado al mantenimiento de cierta máquina, donde 𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒 es una
función que calcula el valor promedio entre los costos entre el último mantenimiento,
𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑑𝑙𝑎𝑠𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡., y el proyectado, 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑑𝑓𝑢𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.
(ecuación 10).
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 [$
𝑎ñ𝑜] =
𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒 (𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑑𝑓𝑢𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.[$], 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜𝑑𝑙𝑎𝑠𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.
[$])
𝑑𝑓𝑢𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.[𝑑í𝑎] − 𝑑𝑙𝑎𝑠𝑡.𝑚𝑎𝑛𝑡.[𝑑í𝑎]
365 𝑑í𝑎/𝑎ñ𝑜
Ecuación 10. Costo diferido anual asociada al mantenimiento contratado a terceros de cada máquina
De este modo, se espera que el modelo se revise sistemáticamente al menos cada
seis meses de la siguiente manera:
i. Guardar copia de los resultados del modelo anterior para el registro
ii. Actualizar los costos y fecha de mantenimiento de cada máquina observados desde la última revisión.
iii. Actualizar la utilización diaria 𝑢�̅� que espera observar en el siguiente
periodo
iv. Actualizar los factores de incremento en la utilización 𝑓:
Incrementar si: (a) La máquina está experimentando necesidad de
mantenimiento correctivo frecuente. Esto puede indicar también que el
tiempo de catálogo elegido es inadecuado y debería actualizarse. (b)
Espera un incremento en las horas de uso de la máquina. (c) Espera
condiciones de operación más desafiantes. (d) Quiere agregar seguridad
adicional a la máquina debido a su criticidad.
16
Disminuir sí: (a) Desea ahorros adicionales. Esto programará el
mantenimiento después. (b) Si la máquina no resulta ser crítica. (c) Desea
experimentar con mantenimientos más alejados entre ellos.
v. Modificar demás parámetros del modelo y ajustar las fechas a aquellas más convenientes modificando el factor de incremento en la utilización.
vi. Analizar resultados: (a) Comparar valores actuales con los obtenidos en la última revisión (b) Verificar si las máquinas continúan siendo de baja de utilización (c) Analizar el costo diferido anual y utilización para determinar decisiones de desinversión, necesidad de compra o mejora en el uso de recursos.
Resultados y análisis
A continuación, se presentarán los resultados de la aplicación de la metodología
sobre el caso de estudio, el laboratorio de Manufactura ML-027 del Departamento
de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes.
1. Conocimiento de la estrategia organizacional y actores relevantes
Se identificaron como actores relevantes para la implementación de la metodología
la coordinadora de laboratorios y el líder del laboratorio ML-027. El cuadro de mando
integral (Figura 5) fue realizado en conjunto con la coordinadora y el profesor asesor
de este proyecto para después ser validado con el líder de laboratorios. En este, se
acordaron los objetivos estratégicos, los indicadores de desempeño, las metas y el
conjunto de acciones que podrían realizarse para cumplirlos. Nótese que algunos
indicadores pueden resultar novedosos debido a las necesidades de la
organización. La metodología diseñada se aplica principalmente al aspecto
financiero por medio de una reestructuración de los procesos internos.
17
Figura 5. Cuadro de Mando Integral elaborado para el laboratorio ML-027 del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Los Andes
2. Conocimiento de la operación y recolección de datos
Debido a que se buscaba disminuir la estructura de costos de mantenimiento
preventivo y correctivo contratados a terceros se recolectó la siguiente información
con la que se construyó una base de datos:
▪ Costos de mantenimiento correctivo y preventivo entre 2016 y 2020
desglosados por concepto y fecha; estos fueron obtenidos de registros.
▪ Tiempo de operación anual de cada equipo (ecuación 11). Para calcularlo se
obtuvo el tiempo de reserva a partir de un software que llevaba este registro
entre el 28 de abril y 13 de diciembre de 2019, Mecalab, y se multiplicó por
un factor que cuantifica el número de horas de operación por horas de
reserva estimado al consultar a los técnicos.
𝑢𝑖 [ℎ
𝑎ñ𝑜] =
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑑𝑜 [ℎ]
𝑠𝑒𝑚. 𝑐𝑜𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 [𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎]× 52 [
𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎
𝑎ñ𝑜] ×
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎[%]
Ecuación 11. Tiempo de operación anual de cada equipo
▪ Valor en libros histórico de los equipos a partir de registros, útil para análisis
de desinversión. Este dato no fue utilizado en el proyecto.
▪ Problemas, características e información general a partir de entrevistas y
observación.
18
Nótese que, en este caso, el valor económico agregado está relacionado con la
utilización de la máquina debido a su demanda por parte estudiantes. Como se
espera que este valor permanezca inalterado al efectuar los mantenimientos, esta
información no fue estudiada; sin embargo, esta podría servir para el análisis a una
planta que buscase incrementar ingresos. Asimismo, fue calculado el aporte
histórico porcentual anual a la estructura de costos totales de mantenimiento
contratado a terceros de cada máquina, como lo muestra la ecuación 12, para el
cual no se consideró el cambio del valor del dinero en el tiempo, con el fin de
simplificar el modelo. Esta acción también puede interpretarse como brindar mayor
importancia a la información más reciente por medio de un factor relacionado con el
índice de precios al consumidor. En general, se recomienda elaborar este cálculo
simplificado.
𝑐𝑖[%] =𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚á𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎 𝑖 [$]
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 [$]
Ecuación 12. Aporte histórico porcentual anual a la estructura de costos totales por parte de la máquina i
3. Análisis de criticidad de los equipos
Se presentará un análisis de criticidad simple para tres máquinas del laboratorio de
manufactura. El torno CNC Leadwell, la fresadora F1 y el centro de Mecanizado
CNC Fadal. La descripción presente fue realizada en base a la información
recolectada en el paso anterior.
Torno CNC Leadwell: Este torno solo es reservado una hora y doce minutos por día laboral y pocos estudiantes lo conocen pues suele utilizarse para fabricar probetas para realizar ensayos para distintas clases. Proporciona excelentes acabados y puede producir un gran número de unidades con gran precisión en poco tiempo sin ser constantemente monitoreada por un operario. Sin embargo, en caso de fallo, su funcionalidad podría ser reemplazada por alguno de los 4 tornos convencionales que en promedio están reservados menos de una hora y media por día, aunque esto requeriría la participación más activa de un técnico.
Fresadora F1: Es reservada en promedio algo más de tres horas y media por día. Esta suele ser utilizada tanto por estudiantes como por técnicos y su ausencia sería notoria en épocas de alta demanda, final de semestre, pues esta no podría ser cubierta plenamente por la otra, lo cual afectaría la imagen del laboratorio. Sin embargo, el proceso de fresado resulta ser bastante común en la industria y no es excesivamente costoso. Centro de mecanizado CNC Fadal: Este equipo es reservado en promedio cinco horas y media por día, y es posiblemente la máquina más conocida del laboratorio. Puede realizar mecanizados complejos y un fallo en esta máquina puede ser considerado grave. No hay máquinas en el laboratorio que puedan reemplazar su
19
función y la contratación en el sector externo de operaciones similares resulta costosa. Considerando las conversaciones previas con la coordinadora de laboratorios, líder
de laboratorio y técnicos se propusieron los siguientes criterios:
i. Existencia de sustitutos (20%). Se calculó como diez entre el número de
máquinas potenciales que podrían cumplir la función.
ii. Reserva del equipo (40%): Este valor está asociado con la necesidad de
mantenimiento y el valor económico que agrega. Se aproximó el resultado
como número de horas de reserva al día por 2.
iii. Consecuencias negativas para la imagen del laboratorio o su operación
(40%). El puntaje fue asignado por medio de una heurística considerando
la descripción presentada de cada máquina.
Tabla 1. Análisis de criticidad para CNC Leadwell, fresadora F1 y CNC Fadal
Equipo\Criticidad i. Existencia sustitutos
(20%)
ii. Reserva (40%)
iii. Imagen y operación
(40%)
Puntaje de criticidad
Criticidad
Cnc Leadwell 2 3 3 2.8 Baja
Fresadora F1 5 7 8 7 Media
Cnc Fadal 10 10 10 10 Alta
Con base en la tabla 1 se definieron 3 rangos de criticidad. Baja con una puntación
igual o inferior a 5; media con una criticidad mayor a 5 y menor o igual a 8, y alta en
el intervalo restante. De este modo, se debería ser poco permisivo con la holgura
de los mantenimientos del CNC Fadal, mientras que se podría ser poco estrictos
con los del torno CNC Leadwell. De una máquina con un nivel de criticidad bajo,
resulta natural hacer un estudio de desinversión.
4. Análisis cualitativo de datos
En esta sección se realizaron diversas gráficas con los parámetros relacionados con
los costos y la utilización. La gráfica con más información (Figura 6), fue aquella que
muestra el porcentaje de aporte al costo 𝑐𝑖 ya calculado, y el número de horas de
operación por día laboral, calculadas como lo muestra la ecuación 13.
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑑í𝑎 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑙 ≈ 𝑂𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑙 𝑎ñ𝑜 [
ℎ𝑎ñ𝑜]
365 [𝑑í𝑎𝑎ñ𝑜]
× 7 [
𝑑í𝑎𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎]
5 [𝑑í𝑎 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑙
𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎 ]
Ecuación 13. Horas de operación por día laboral
20
Figura 6. Porcentaje de aporte a los costos totales de mantenimiento entre 2016 y 2020 (71 millones de COP) vs horas de operación por día laboral (no incluye todos los equipos).
La Figura 6 muestra el porcentaje de aporte a los costos de las máquinas más
relevantes con su utilización por día. De esta, se excluyeron las máquinas que no
aportaban a la estructura de costos, como la prensa hidráulica, pues estaba en
proceso de remodelación; y máquinas que no poseían historial de reservas, porque
resultaron ser de baja criticidad. Esto hace que la sumatoria de los porcentajes de
aporte al costo no sea del 100%. Al observar dicha figura resaltan los siguientes
hechos:
▪ El torno CNC contribuye al 23% de los costos totales, pero solo es operado 1.0 horas al día, siendo uno de los equipos con más bajo nivel de operación. Máquinas como las fresadoras son utilizadas 2.9 veces más, pero solo contribuyen alrededor del 6% del costo total cada una. Sin embargo, su mantenimiento es realizado con la misma periodicidad. Aún más, el CNC Fadal aunque constituye cerca de un 28% de los costos, es utilizado 3.3 veces más, siendo una máquina del mismo tipo que el torno CNC -de control numérico-. Esto sugiere un exceso de mantenimiento sobre el torno CNC Leadwell, probablemente innecesario pues resultó ser una de las máquinas menos críticas.
▪ 2 de los 4 tornos convencionales disponibles son operados menos de 0.6 horas por día y ninguno de los 4 supera las 2 horas. Asimismo, cada uno de ellos contribuye a alrededor del 3% de la estructura de costos de mantenimiento. Esto indica una posible redundancia innecesaria dando paso a un análisis de desinversión, que de resultar positivo esta acción brindaría más espacio en el laboratorio, ingresos debido a la venta y disminución de los costos futuros asociados a su mantenimiento.
21
5. Análisis cuantitativo de datos y análisis de escenarios
Las figuras 7 y 8 corresponden a un análisis de sensibilidad realizado como fue
indicado en la sección correspondiente de metodología. Se consideró un
equivalente de 1000 horas, que resulta ser conservador, para las máquinas que
indicaban mantenimiento preventivo tercerizado cada 6 o 3 meses o este valor no
fue encontrado.
Figura 7. Tiempo recomendado entre mantenimientos contratados vs factor de incremento en la utilización para cada máquina.
22
Figura 8. Ahorro porcentual anual al realizar el mantenimiento en el tiempo recomendado ti vs factor de incremento en la utilización para cada máquina y su conjunto.
La figura 7 enseña el tiempo recomendado entre mantenimientos contra el factor de
incremento en la utilización, donde 𝑓 = 1 es la sugerencia en caso de que los
factores que intervienen en la operación continúen constantes. Los tornos y el CNC
plasma poseen tiempos entre mantenimientos altos (mayores a 3 años),
representados por asíntotas elevadas producidas por baja utilización o alto tiempo
de catálogo. Por tal motivo sería necesario truncar este tiempo, que con los actores
involucrados, debido a la criticidad de los equipos, se definió como 𝑎𝑚𝑎𝑥𝑖 = 4 años.
La figura 8 muestra la sensibilidad entre las finanzas, modelada por el ahorro
porcentual, y la necesidad de mantenimiento, modelada con el factor de incremento
en la utilización. Las dos máquinas más sensibles, aquellas con mayor pendiente,
son el CNC Fadal y el CNC Leadwell, algo que se esperaba debido a que juntas
aportaban alrededor del 50% de los costos. Se nota que después de 𝑓 > 1.15
surgen ahorros negativos, que significan una necesidad de mantenimiento mayor a
la actual. Asimismo, se observa que la gráfica del CNC Leadwell está muy encima
del eje x, indicando exceso de mantenimiento con fuerte impacto en finanzas,
convirtiéndose en aquel equipo cuyo reagendamiento de mantenimiento produciría
un mayor impacto en las finanzas. Por ejemplo, si se proyectase bajo las
condiciones esperadas y se programase su mantenimiento de acuerdo con el
modelo esto representaría un ahorro del 17% sobre el total de los costos. Asimismo,
si se suponiese un escenario pesimista con un 𝑓 = 1.5, utilizando las gráficas, se
23
debería realizar mantenimiento aproximadamente cada 2.5 años y esto generaría
un ahorro de alrededor un 14%.
Después de conocer la relación entre los parámetros de tiempo entre
mantenimientos tercerizados, factor de incremento en la utilización e impacto en
finanzas es posible realizar un análisis de escenarios como se enseña en la tabla 2,
la cual presenta 3 escenarios.
Tabla 2. Análisis de escenarios
Equipo
Escenario Esperado Escenario Pesimista
Modelo Modelo Ajustado
𝑢𝑖 [horas / año]
𝑇𝑖 [años]
𝑣𝑖 𝑓𝑖 𝑢𝑖 [horas /
año]
𝑇𝑖 [años]
𝑣𝑖 𝑇𝑖 [años]
𝑣𝑖
CNC FADAL 864 1.2 3.8% 1.2 1027 1.0 -0.7% 1 0.0%
CNC PLASMA 101 9.9 1.9% 1.6 158 6.3 1.8% 4 1.6%
FRESADORA F1 768 1.3 1.5% 1.4 1050 1.0 -0.3% 1 0.0%
FRESADORA F2 755 1.3 1.7% 1.6 1196 0.8 -1.3% 1 0.0%
TORNO CINCINNATI T5 292 3.4 2.3% 1.4 402 2.5 1.9% 2.5 1.9%
CNC LEADWELL 265 3.8 17.0% 1.4 359 2.8 14.8% 2.5 13.9%
TORNO HARRISON T4 500 2.0 1.8% 1.2 576 1.7 1.5% 2 1.8%
TORNO IMOTURN T2 157 6.4 2.1% 1.6 246 4.1 1.9% 4 1.9%
TORNO SHENYANG T3 144 6.9 2.6% 2.8 410 2.4 1.8% 2 1.5%
Ahorro esperado 34.7% 21.3% 22.6%
▪ El escenario esperado corresponde a los valores obtenidos con un factor de incremento en la utilización de 1. En caso de agendarse los mantenimientos en los valores proporcionados por el modelo se espera un ahorro del 34.7%, valor que se esperaría alcanzar al implementar el proceso de mejora continua explicado en el paso 8.
▪ El escenario pesimista, conservador, puede resultar conveniente para programar mantenimientos que requieran de poca revisión, es decir, en casos donde no implementar el proceso de mejora continua. Para este, solo basta elegir un factor de incremento en la utilización mayor a 1 que refleje adecuadamente, en un caso extremo, en qué porcentaje se esperaría en el futuro que la complejidad de las operaciones y la utilización aumente. Para cuestiones de este análisis, este se tomó como el promedio de la mayor utilización durante diez semanas consecutivas dividida por la utilización promedio, aunque este pudo haber sido elegido por medio de un proceso participativo considerando los antecedentes y la criticidad. De este modo, una máquina poco crítica, cuyo fallo impacta poco la operación, incluso podría ser modelado con valores de 𝑓 menores a 1.
▪ El escenario pesimista ajustado, corresponde a redondear los tiempos de mantenimiento a aquellos en que la administración está en capacidad de
24
realizarlo. Por otro lado, como se explicó previamente en esta sección, no se permitió que ningún tiempo superase los 4 años. Asimismo, debido a que ni las fresadoras ni el CNC Fadal han experimentado necesidad de mantenimiento correctivo sistemático y considerando que este ya se realiza de manera anual con buenos resultados, su valor fue ajustado a esta cifra. De este modo, al agendar estos tiempos se esperaría un ahorro del 22.6% donde 13.9% son aportados por el mejor agendamiento del torno CNC Leadwell, con el cuál se validarán las hipótesis y creará un nuevo plan de mantenimiento.
Es importante notar que con el proceso de mejora continua será posible obtener
resultados que podrían llegar a ser superiores a los encontrados en el escenario
esperado, para ello, deberá continuarse con los siguientes pasos.
6. Validación de hipótesis
El proceso de validación de hipótesis y creación de mantenimiento preventivo solo
será ilustrado para el torno CNC Leadwell, la máquina determinada cuyo
reagendamiento podría tener el mayor impacto en las finanzas. Para ello, su
catálogo fue revisado a fondo, con el cual se comprobaron las distintas
temporalidades de las actividades y se validaron que algunas que antes se
realizaban por terceros pudiesen ser administradas en la organización. Extractos
del catálogo se hallan en el anexo 1.
7. Creación de un plan de mantenimiento preventivo
Se diseñó un formato de mantenimiento preventivo para el torno CNC Leadwell
(anexo 2) en colaboración con el analista de calidad y aseguramiento metrológico
del Departamento de Ingeniería Mecánica. Este contiene información general sobre
el equipo que concuerda con el registro interno del Departamento, los
mantenimientos que deben ser realizados internamente y los que deben ser
contratados a un sector especializado. Se validó que todos los mantenimientos en
la primera parte efectivamente pudiesen ser realizados por los técnicos, de hecho,
la mayoría ya se realizaban. Se especificaron, de manera clara, todos los
procedimientos que deberían realizarse de manera diaria para la operación del
equipo y aquellos que deberían realizarse trimestralmente. La novedad es la
inclusión del ajuste de tensión en la correa y limpieza del regulador del filtro de aire
de manera semestral, actividades que anteriormente realizaba un tercero
anualmente, pero requerirían ser implementadas dada la nueva temporalidad, que
será dictada por la herramienta de software; sin embargo, la cifra de 2.5 años que
surgió del escenario pesimista aparece allí como referencia. Por otro lado, allí
también aparecen los procedimientos que debería realizar el tercero cada vez que
sea llamado a efectuar el mantenimiento de tercer nivel o superior para verificar sus
prácticas de forma más rigurosa.
25
8. Revisión periódica y uso de herramientas para la decisión
Con base al modelo presentado en la sección de metodología y considerando los
análisis anteriores se programó una herramienta de decisión en Excel (anexo 3) y
se diseñó un manual de usuario. Debido a que el mantenimiento en las máquinas
se espera que sea en general con una temporalidad mayor a 1 año, cada 6 meses
deberían actualizarse los datos. Basado en esto, el modelo realiza una predicción
de cuando debería realizarse el mantenimiento, cuanto sería el precio por pagar por
este —facilitando la planeación financiera— y cuál sería su costo diferido anual
asociado al mantenimiento de la máquina. También permite comparar
intertemporalmente de manera gráfica diversos factores relevantes como el costo
diferido anual y la utilización promedio por día.
Trabajos futuros
De este trabajo surgen diferentes trabajos futuros con impacto financiero e
investigativo. El más importante, en términos de impacto inmediato, correspondería
a terminar el plan de mantenimiento de todas máquinas y efectuar la revisión
periódica del modelo con el fin de obtener en el largo plazo ahorros cercanos al 35%
en los costos de mantenimiento preventivo contratado a terceros en el laboratorio
de manufactura ML-027. Asimismo, es recomendable realizar un análisis de
desinversión de uno de los tornos convencionales (IMOturn), pues los restantes
serían capaces de cubrir con creces la demanda adicional en cualquier época.
Adicionalmente, resultaría interesante trabajar en las perspectivas de crecimiento y
en las relacionadas con los estudiantes que fueron dispuestas en el cuadro de
mando integral del laboratorio.
Por otro lado, se debería explorar aplicar la metodología sobre otros laboratorios de
la universidad, pues muchos de ellos abarcan las características necesarias para
que la metodología pueda ser ejecutada exitosamente. Asimismo, se esperaría que
esta pudiese ser extendida a pequeñas empresas que realizan mantenimiento
correctivo como su principal estrategia, debido a la facilidad de ejecución de esta
propuesta.
Finalmente, podría mejorarse la precisión en la medición los tiempos de operación
del centro de mecanizado Fadal y torno CNC con estándares en tiempo real, como
MTConnect [21], pues estos equipos son altamente sensibles al tiempo de
utilización y en la actualidad cerca del 50% de los costos de mantenimiento
preventivo contratado a terceros proviene de estas máquinas. De este modo, el
modelo estaría más refinado y se abriría la posibilidad de realizar mantenimiento
predictivo a estos.
26
Conclusiones
• Se diseñó exitosamente una metodología de mantenimiento preventivo para
equipos de baja utilización que puede ser utilizada por laboratorios de
universidades y pequeñas empresas.
• La aplicación de la metodología en el laboratorio de manufactura ML-027 del
Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes
promete en el largo plazo ahorros en el mantenimiento preventivo contratado
a terceros cercanos al 35% con respecto al valor actual.
• El torno CNC Leadwell fue identificado como el equipo con mayor impacto
positivo en las finanzas en caso de realizar el agendamiento del
mantenimiento según el modelo creado, pues esto produciría ahorros sobre
el total del 17% y 14% en los escenarios esperado y pesimista
respectivamente.
• Se recolectó de manera exitosa información relacionada con la estrategia
organizacional y operación del laboratorio, y la utilización, características y
costos de mantenimiento preventivo asociados a las máquinas presentes.
• Se validaron y comunicaron los resultados a los distintos actores que
participaron en el proceso, especialmente al líder de laboratorio y
coordinadora de laboratorios.
• Se determinó que sería conveniente realizar un análisis de desinversión
sobre el torno convencional IMOturn, debido a posible innecesaria
redundancia.
Referencias
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[2] Bevilacqua, M., y Braglia, M. (2000). The Analytic Hierarchy Process Applied to Maintenance Strategy Selection. Reliability Engineering and System Safety, 70(1), 71-83.
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27
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[11] Ingeman. (2008). UNE-EN 15341. UNE: Normalización Española, 5-17.
[12] Kenny, G. (2014). Five Questions to Identify Key Stakeholders. (Harvard Business Review) Recuperado: https://hbr.org/2014/03/five-questions-to-identify-key-stakeholders
[13] Usmani, F. (2019). Stakeholder Management Strategy in Project Management. Recuperado: https://pmstudycircle.com/2012/06/stakeholder-analysis-stakeholder-management-strategy/#:~:text=Unlike%20others%2C%20this%20model%20uses,latent%2C%20discretionary%2C%20or%20demanding.
[14] Industry Forum (s.f.). Manufacturing Consultancy. Recuperado: https://www.industryforum.co.uk/consultancy/manufacturing-operations/
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[16] Woodhouse, J. (1994). Critical Analysis Revisited. The Woodhouse Partnership Limited.
[17] Parra, C. (2020, marzo 12). Comunicación Personal.
[18] Rasiel, E. (1999). The McKinsey Way. McGraw-Hill.
[19] Keith, R. (1999). Introduction to Root Cause Failure Analysis. En Root Cause Failure Analysis (pp. 1-56). Newnes.
[20] Leadwell. (s.f.). Instruction Manual T-6(M) (Siemens-802D). Leadwell. [21] MTConnect (2019). MTConnect standardizes factory device data.
Recuperado: https://www.mtconnect.org/
28
Anexos
Anexo 1. Extractos del manual de mantenimiento del CNC Leadwell
Lista de inspección diaria. Tomada del manual del fabricante [20]
Lista de inspección mensual. Tomada del manual del fabricante [20]
29
Lista de inspección periódica. Tomada del manual del fabricante [20]
Tabla de configuración y ajuste. Tomada del manual del fabricante [20]
30
Anexo 2. Plan de mantenimiento creado para el CNC Leadwell
Fecha de Finalización
Item Descripción
1 Ajuste de presión de acuerdo a la placa
2 Funcionamiento normal del regulador del filtro de aire
3 Ruido normal de la máquina
4 Normalidad del interruptor de operación y de la luz indicadora
5 Existencia de fuga de aceite
6 Consumo normal de aceite hidráulico
7 Nivel de aceite lubricante normal
8 Nivel de refrigerante normal
9 Mandril engrasado
10 Interruptores de proximidad de portabrocas limpios y sin viruta
11 Polvo en filtro de aire.
12 Virutas en salida del drenaje del cilindro del mandril
13 Virutas en base de la máquina.
item Descripción
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
¡Peligro!: Solo ingenieros eléctricos cualificados tienen permitido abrir la cabina eléctrica y cubierta protectora
item Descripción Página del manual
1 Limpiar regulador de filtro de aire pg. 7 - 15
2 Tensión en la correa pg. 9 - 6
Red de filtro de aire de gabinete eléctrico
Bomba y red del filtro del motor
Red del filtro del tanque de aceite hidráulico
Receptor del regulador del filtro de aire
Tensión de la cadena transportadora de virutas (# 1/2 74)
Virutas en el fondo del tanque de refrigerante
Contrapunto
Cubierta de viruta (en esta a menudo ocurre fricción)
Rueda de cadena del transportador de virutas
Red de filtro del intercambiador de calor
Departamento de Ingeniería Mecánica - Laboratorios
Limpiar
Ajuste
Engrasar
Limpiar
Carrera 1 Este No 19A-40 Edificio Mario Laserna Código Postal 111711 Bogotá - Colombia | Tel: 3 394949/99 Exts: 1720 - 1706
http//mecanica.uniandes.edu.co | Correo electrónico [email protected]
Universidad de los Andes | Vigilada Mineducación.
Reconocimiento como Universidad. Decreto 1297 del 30 de mayo de 1964. Reconocimiento personería jurídica Resolución 28 del 23 de febrero de 1949 Min. Justicia.
Antes de inspección leer sección 1.2.5: "Prácticas de seguridad durante mantenimiento e inspección" (pg. 1 -11)
Seguir las operaciones que se hallan en la placa de precaución en la máquina
Para más detalles de ejecución de las operaciones: páginas 7-1 A 7-5 y 5 -1 a 5 - 10 del manual
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Mantenimiento Semestral
Verificar
Verificar
Verificar
Verificar
Verificar
Verificar
Verificar
Verificar
Verificar
Verificar
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Acción
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Ajustar
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Engrasar
Engrasar
Mantenimiento Bimensual/Trimestral
Acción
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FICHA DE MANTENIMIENTO
4/20/2020
Ficha de Mantenimiento Interno Torno CNC Leadwell T-6
Equipo
Marca
Referencia
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
LABORATORIOS DE INGENIERÍA MECÁNICA
GarantíaSerie
Mantenimiento Diario
Acción
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Fecha 4/20/2020
Ubicación ML-027
TORNO CNC LEADWELL ML-27
LEADWELL
Fabricante
Fecha de Inicio
LEADWELL
T6
EQ0000038N° Equipo
31
Fecha de Finalización
1 Vibración y ruido de husillo de bolas 1000 2.5 S
2 Ruido del motor de giro y la unidad de transmisión 1000 2.5 S
3 Aceite hidráulico 1500 2.5
4 Tanque de aceite hidráulico 3000 5
5 Mandril 1000 2.5
6 Tanque de aceite lubricante 1000 2.5
7 Filtro de aceite lubricante 2000 5
8 Tubo de aceite lubricante 1000 2.5
9 Tubo de aceite hidráulico 1000 2.5
10 Nivel de la máquina 1000 2.5 S
11 Reductor de engranaje de transportador de virutas 1000 2.5 Op.
12 Tanque de refrigerante 1000 2.5
13 Error de paso de tornillo de esferas recirculantes 1000 2.5
14 Backlash 1000 2.5
15 Alineación de mandril con cilindro 1000 2.5
Notas: el tiempo de conteo va desde el encendido al apagado de la máquina
Capítulos 7 al 9 del manual, se recomienda contratar técnico especializado
Debe realizarse ajuste en caso de:
1. Castañeo en el corte
2. Fallo de la máquina debido a mala operación
3. Cada 1000 horas de operación
4. Para el método de ajuste, refiérase al capítulo 5.3
*S indica que el usuario final debe contactar con el agente mientras se ejecuta el mantenimiento.
Equipo TORNO CNC LEADWELL ML-27 Fecha 4/20/2020
Marca
Ficha de mantenimiento Tercerizado Torno CNC Leadwell T-6
Compensar
Carrera 1 Este No 19A-40 Edificio Mario Laserna Código Postal 111711 Bogotá - Colombia | Tel: 3 394949/99 Exts: 1720 - 1706
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Universidad de los Andes | Vigilada Mineducación.
Reconocimiento como Universidad. Decreto 1297 del 30 de mayo de 1964. Reconocimiento personería jurídica Resolución 28 del 23 de febrero de 1949 Min. Justicia.
Departamento de Ingeniería Mecánica - Laboratorios
Sentir
Reemplazar
Limpiar
Medir
Fabricante LEADWELL
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA FICHA DE MANTENIMIENTO
LABORATORIOS DE INGENIERÍA MECÁNICA 4/20/2020
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
*Op indica opcional
Medir
Engrasar
Limpiar
Compensar
N° Equipo EQ0000038
Limpiar
Limpiar
Reemplazar
Bloquear
Bloquear
Sentir
Mantenimiento Tercerizado
Periodo
[h]
# años
estimadosItem Acción Descripción
Nota
LEADWELL Ubicación ML-027
Referencia T6Garantía
Fecha de Inicio
Serie
32
Anexo 3. Herramienta de apoyo a la decisión programada en Excel
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