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Generación de solución innovadora y sustentable: Uso de la metodología RCA y teoría inventiva TRIZ 

Raúl Stegmaier, Pablo Viveros y Christopher Nikulin Departamento de Industrias, Universidad Técnica Federico Santa María, Chile 

Vicente González, Luis Barberá, Adolfo Crespo y Carlos Parra Departamento de Organización Industrial y Gestión de Empresas, Escuela Superior de Ingenieros, Universidad de Sevilla, España 

RESUMEN 

La importancia del uso de herramientas de Análisis de Causa Raíz (RCA) para la gestión de activos radica en  la necesidad de  identificar y entender  las causas principales de  falla sobre  las cuales  la administración, la gestión u operación y mantenimiento puedan tener incidencia, de manera que se puedan evitar fallas crónicas y recurrentes mediante un determinado plan de acción.  

Bajo esta perspectiva, no es suficiente encontrar las causas origen de las fallas, sino que es necesario generar  acciones  correctivas  y  esencialmente  preventivas.  Es  aquí  donde  el  desarrollo  de metodologías  o    herramientas  específicas  para  la  generación  de  soluciones,  juega  un  papel fundamental dado que el punto más débil del Análisis de Causa Raíz (RCA) radica principalmente en  que  no  necesariamente  conducen  a  una  solución  específica  al  problema.  Este trabajo quiebra el esquema  tradicional  de análisis  de  fallas sugiriendo  el  uso integrado  de RCA para  la identificación de causas / hipótesis de falla y la Teoría Inventiva de Resolución de Problemas TRIZ (Teoriya Resheniya Izobreatatel skikh Zadatch) determinando soluciones sustentables a los problemas.  

La integración de  los dos métodos se  aplica  en un  estudio  real para un motor de  camión de  alto tonelaje  utilizado  en  la  industria  minera.  Los  resultados  demuestran  la  efectividad  de  la herramienta y la potencialidad de análisis. 

 

   

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Generating a sustainable and innovative solution: Use of the RCA method and the inventive  TRIZ theory 

Raúl Stegmaier, Pablo Viveros and Christopher Nikulin Department of Industries, Universidad Técnica Federico Santa María, Chile 

Vicente González, Luis Barberá, Adolfo Crespo and Carlos Parra Department of Industrial Organisation and Management, School of Engineering,  Universidad de Sevilla, Spain 

ABSTRACT 

The importance of using tools of Root Cause Analysis (RCA) for asset management is found in the need  to  identify  and  understand  the  main  causes  of  failure  on  which  the  administration, management or operation, and maintenance may have an impact, so chronic and recurrent failures can be prevented by implementing a specified plan of action. 

Under  this perspective,  it  is not sufficient enough  to  find  the origin causes of  the  faults, but  it  is necessary  to  generate  corrective  and  essentially  preventive  actions.  It  is  here  where  the development of methodologies or specific tools to generate specific solutions plays a fundamental role, since the weakest point of the Root Cause Analysis (RCA) lies in that does not necessarily lead to a specific solution of  the problem. This work breaks  the  traditional scheme of  failure analysis, suggesting  the  integrated  use  of  RCA  to  identify  failure  causes / hypothesis  and  the  Theory  of Inventive Problem Solving (TRIZ) identifying sustainable solutions to the problems. 

The  integration of  the  two methods  is applied  to  real studio  for a motor of a high  tonnage  truck used in the mining industry. The results demonstrate the effectiveness of the tool and the potential of the analysis. 

 

   

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INTRODUCCIÓN 

En líneas generales, el objetivo de una compañía es incrementar sus beneficios. Desde la perspectiva del  Mantenimiento,  esto  involucra  maximizar  la  confiabilidad  de  los  equipos  incluyendo  la prolongación de la vida de los mismos (Eti, Ogaji, & Probert, 2006).  

Los  requerimientos  de mantenimiento  han  cambiado  drásticamente  en  los  últimos  tiempos  y  la evaluación de estrategias de mantenimiento, la selección de tareas y en definitiva la gestión global del mantenimiento en una organización, no pueden  llevarse a cabo de  forma aleatoria e  informal (Barbera, Crespo, Stegmaier, & Viveros, 2010). Los objetivos de cualquier modelo real de gestión del mantenimiento  se  determinan  y  son  dependientes  del  plan  de  negocio  de  la  organización  en cuestión, por ello, las estrategias de mantenimiento deben estar siempre alineadas con los planes de negocio de la empresa (Bertolini & Bevilacqua, 2006) ya que de esto depende la consecución de los objetivos del mantenimiento y, también, los del propio plan de negocio de la organización. 

Varios métodos han sido propuestos en la literatura para el apoyo a la gestión de las actividades de mantenimiento. La  implementación de  las metodologías de mantenimiento buscan  reducir costos de mantenimiento mediante  la  focalización  en  las  causas  raíces  de  los  fallos,  para  lo  cual  dos herramientas,  el  Mantenimiento  Productivo  Total  (TPM)  y  el  Mantenimiento  Centrado  en Confiabilidad (RCM) son útiles para afrontar y superar estos desafíos (Eti, Ogaji, & Probert, 2006).  El RCM analiza las funciones y los fallos de un sistema e identifica las consecuencias de éstos para implementar  medidas  preventivas  utilizando  un  procedimiento  de  resolución  lógico  y estandarizado  (Moubray,  1997),  sin  embargo,  el  análisis no  conlleva una  investigación profunda para identificar los mecanismos de fallo y las causas reales del mismo (Li & Gao, 2010).  

Existe una amplia variedad de herramientas y métodos que apoyan el proceso de determinar  las causas  raíces de determinados eventos o  fallos  (L. Barberá, V. González, A. Crespo & P. Moreu. 2010).  Éstas  varían  en  complejidad,  calidad  de  la  información  requerida  y  aplicabilidad  de  sus resultados. En general,  las más utilizadas  son el Análisis de  los 5 Por Qué, Análisis del Cambio, Árbol de Realidad Actual (CRT), Análisis de Modos y Efectos de Fallo (FMEA), Análisis de Árboles de  Fallo  (FTA),  Análisis  de  Pareto,  Inferencia  Bayesiana  y  el  Diagrama  de  Ishikawa.  Estas metodologías  tienen  diferencias  sustanciales,  pudiéndose  clasificar  en  cualitativas  (5  Por  Qué, Diagrama  de  Ishikawa, HAZOP,  entre  otras)  y  cuantitativas  (Inferencia  Bayesiana,  Análisis  de Pareto, Análisis de Árboles de Falla, entre otras.) (Gano, 2007), (Rossing, Lind, Jensen, & Jørgensen, 2010), (Weidl, Madsen, & Israelson, 2005).  

La importancia del uso de las herramientas de Análisis de Causa Raíz para el mantenimiento radica en  la necesidad de  entender  las  causas principales de  fallo  sobre  las  cuales  la administración,  la gestión o la operación puedan tener incidencia, de manera que se puedan evitar los fallos crónicas y recurrentes mediante un determinado plan de acción.  

En este sentido, no es suficiente únicamente encontrar  las causas origen de  los  fallos, sino que es necesario generar acciones correctivas y esencialmente preventivas.   Es aquí donde el uso de una  herramienta específica para  la generación de soluciones  juega un papel fundamental, dado que el punto  más  débil  del  Análisis  de  Causa  Raíz  radica  principalmente  en  que  no  todas  sus metodologías conducen a una solución específica al problema (Hitchcock, 2006). En este punto es donde cobra sentido la utilización de la metodología TRIZ. 

 

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TRIZ 

La  Teoría  de  Solución  de  Problemas  de  Inventiva  es  una  metodología  que  mediante  un acercamiento  algorítmico  permite  solucionar  problemas  técnicos,  creada  por  el  ruso  Genrich Altshuller, quien descubrió patrones  en  la  evolución de  los  sistemas  técnicos  al  analizar más de 200.000 patentes, llegando a la concluir que esta evolución no es un proceso al azar, sino que por el contrario  es  gobernada  por  leyes  objetivas  que  pueden  ser  utilizadas  conscientemente  para desarrollar un sistema a lo largo del camino de la evolución técnica para determinar e implementar innovaciones (Savransky, 2000). Altshuller clasificó los descubrimientos e innovaciones encontradas en las patentes en cinco niveles de inventiva, los cuales se presentan en la tabla 1: 

Tabla 1  Los 5 niveles de innovación según Altshuller 

Nivel 1 Solución clara. Problemas rutinarios resueltos con métodos conocidos.  Ninguna innovación. 

Nivel 2 Mejora menor. Mejora menor a un sistema existente mediante métodos conocidos dentro de la industria. 

Nivel 3 Mejora mayor. Mejora fundamental a un sistema existente mediante métodos conocidos fuera de la industria. 

Nivel 4  Nuevo concepto. Nuevos principios para realizar las funciones primarias del sistema. 

Nivel 5  Descubrimiento. Descubrimiento científico o la invención pionera de un nuevo sistema. 

 

La metodología TRIZ trabaja principalmente en el quinto nivel, y una de sus virtudes principales es recortar  el  ensayo  y  error, metodología  que  ha  sido  utilizada  históricamente  por  los  científicos, mediante  la  entrega de herramientas que definen  el  campo de  solución del problema  (Terninko, Zusman, & Zlotin, 2000). TRIZ además recomienda plantear cualquier problema como sistema, en cual  existen  funciones  útiles  que  desempeñan  las  tareas  fundamentales  del  mismo,  y  otras funciones perjudiciales bajo el concepto de idealidad deben ser disminuidas o erradicadas.  

La metodología  TRIZ  es  descrita  a  continuación  (Kalevi & Domb,  2002),  (Savransky,  2000).    El procedimiento comienza con un problema particular o específico. Este problema específico se debe plantear  en  forma  de  un  problema  genérico  utilizando  los  denominados  39  parámetros  de  los sistemas tecnológicos de TRIZ (que equivalen a la forma o lenguaje que tiene TRIZ para representar sus problemas  tecnológicos, requerimientos  técnicos y de operación entre otras). En esta etapa se utiliza  la  denominada Matriz  de  Contradicciones,  la  que muestra  cómo  problemas  análogos  al planteado han  sido  resueltos por  la historia del  conocimiento. Una  contradicción  en TRIZ  es un modelo preliminar para formular problemas inventivos y la emergencia de la misma es la principal diferencia de un problema ordinario y uno inventivo (Altshuller, The Innovation algorith, 2000). 

La Matriz de Contradicciones es una de  las herramientas más populares de TRIZ y  sigue siendo considerada como uno de  los mayores aportes de Altshuller. Es una tabla   de 39x39, como  la que ilustra la figura 1, que se forma a partir de los 39 parámetros de los sistemas tecnológicos y contiene los  40  principios  inventivos.  En  sus  filas  y  columnas  se  encuentran  los  39  parámetros  de  los sistemas  tecnológicos,  siendo  las  filas  los  parámetros  a mejorar  del  sistema  y  las  columnas  los parámetros  que  empeora  una  acción  sobre  el  de  la  columna.  Las  intersecciones  entre  filas  y columnas  contienen  los principios  inventivos que TRIZ propone para  solucionar  el problema  en 

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cuestión (Altshuller, 40 Principles: TRIZ Keys to Technical Innovation, 1998), (Altshuller, Creativity as an Exact Science: The Theory of the Solution of Inventive Problems, 1984). 

 

Figura 1   Matriz de Contradicciones (Montanares, 2008) 

El tercer paso corresponde a la evaluación de las soluciones genéricas al problema conocidas como Principios de Inventiva, de los cuales se identificaron 40 totalmente definidos, y que se especifican en  la Matriz de Contradicciones. Finalmente se procede a solucionar el problema específico. Esta metodología  permite  romper  con  la  inercia  psicológica  y  de  esta  manera  generar  soluciones innovadoras a problemas concretos.  

               

Figura 2   Esquema de solución de problemas usando TRIZ. Fuente: Savransky, 2000 

RCA Y TRIZ 

Normalmente,  el uso del Análisis de Causa Raíz  está  justificado por  la  búsqueda de una  causa principal de un efecto o respuesta negativa de un proceso o mecanismo, en otras palabras analiza el por qué los efectos negativos ocurren y establece relaciones causales entre causas y efectos.  

Matriz de contradicciones

39 parámetros de TRIZ

40 principios de TRIZ

Problema Genérico (2)

Solución General (3)

Solución Específica (4)

Problema Específico (1)

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El  estudio  y mapeo  de  relaciones  causales  y  la  identificación  de  causas  de  problemas  ha  sido explorado en ciencia y tecnología por varias décadas, sin embargo uno de las mayores falencias de estos métodos es que si bien ayudan a encontrar  la causa de  los problemas, no proveen métodos para resolver los mismos al mismo tiempo que  requieren un profundo análisis de las causas de los efectos negativos para encontrar una causa raíz (Souchkov, 2005). En algunos casos, la revelación de una  causa  escondida  hace  posible  resolver  el  problema  simplemente  eliminando  la  causa.  Sin embargo éste no es siempre el caso, dado que la misma causa podría tener efectos tanto negativos como positivos. En  términos de TRIZ,  en  estas  situaciones  se genera un  conflicto, más  conocido como contradicción. En definitiva  los métodos de análisis de causa raíz no contienen una  interfaz con herramientas de resolución de problemas, por lo que algunas veces no es claro cómo tratar con los resultados obtenidos del análisis en sí en  términos de soporte en  la generación de soluciones, especialmente cuando los problemas son difíciles y contienen contradicciones. En este contexto, es notable la cercanía y acople existente entre el RCA y TRIZ como una primera etapa en el análisis de problemas, área que esta última metodología ha sido tradicionalmente débil. 

La figura 3 presenta el proceso mediante el cual RCA y TRIZ se hacen complementarios. Mientras que  el RCA busca  encontrar  la  causa  raíz, TRIZ  complementa  el  trabajo  a  realizar mediante  sus herramientas para generar  ideas y soluciones  inventivas para el problema. De este modo, ambas metodologías  se  cuelgan  de  la  característica  más  poderosa  de  la  otra,  mitigando  o  haciendo desaparecer  sus  propias  falencias  al  actuar  en  conjunto  (la  falta  de  capacidad  para  generar soluciones por parte del Análisis de Causa Raíz por un lado, y la falta de capacidad para enfocar o encontrar la real causa y contradicción a resolver por parte de TRIZ).   

 

Figura 3  Pasos en proceso de resolución de problemas de inventiva, utilizando RCA y TRIZ.  Basado en (Suchov, Hoeboer, & van Zutphen, 2006) 

RCA, TRIZ Y GESTION DE ACTIVOS. 

Para lograr predecir o prever el cuándo una falla puede llegar a producirse, un método que permita entender la razón de las fallas se hace imprescindible. En este caso el Análisis de Causa Raíz puede 

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llegar  a  funcionar  de  una  excelente  manera  mediante  alguna  de  sus  variadas  herramientas disponibles para su utilización: 

Dentro de  los métodos de Análisis de Causa Raíz se pueden distinguir cuatro grupos  (American Institute of Chemical Engineers, 1992): 

Tabla 2  Clasificación en grupos de los RCA en base a su enfoque 

Grupos Análisis Causa Raíz  Descripción 

Deductivo  Enfoque  que  implica  un  razonamiento  desde  lo  general  a  lo  específico (Ejemplo: Análisis de Árbol de Fallas). 

Inductivo  Enfoque  que  implica  un  razonamiento  desde  casos  individuales  hasta conclusiones  generales,  entregando  un  enfoque  general  (Ejemplos: Diagrama de Causa y Efecto, Análisis HAZOP). 

Morfológico  Método basado sobre la propia estructura del sistema sometido a estudio. Se enfoca  en  los  elementos  potencialmente  peligrosos,  concentrándose  en factores  que  tienen  la  mayor  influencia  sobre  la  seguridad  del  sistema (Ejemplos:  Evolución  de  Accidentes,  Técnica  de  Barreras,  Análisis  de Seguridad de Trabajo). 

Técnicas no orientadas a sistemas 

Conceptos  y  técnicas  no  orientadas  a  sistemas  como  los  anteriores (Ejemplos: Análisis del Cambio, Estudio de Probabilidad de Error Humano). 

 

En una  estrategia de Gestión de Activos que  incorpore por  ejemplo RCM o TPM,  el Análisis de Causa Raíz tiene cabida absolutamente. Alguna de las herramientas expuestas en la Tabla 2 debería ser capaz de entregar una respuesta satisfactoria en el sentido de encontrar las razones o la razón principal o  raíz de por qué se produce un comportamiento no deseado en el performance de un equipo. Sin embargo, como ya se ha adelantado, no es claro o no se genera una propuesta clara para resolver  esta  causa  raíz,  dado  que  el  simplemente  eliminarla  puede  conllevar  otros  efectos perjudiciales para el sistema con  lo que se presenta el problema desde otro punto de vista: desde una contradicción (Souchkov, 2005).   Por  lo  tanto,  TRIZ  proporciona  una  metodología  estructurada  para  resolver  la  contradicción  raíz identificada, de manera de no afectar negativamente ningún parámetro del sistema conjunto, mediante una propuesta innovadora basada en el pensamiento  ‘out of the box’, que permite llegar a soluciones que  van más  allá  de  las  tradicionalmente  conocidas.  Éstas  deberían  generar  una  planificación  de Mantenimiento más efectiva y que se traduzca en una mayor disponibilidad y confiabilidad en el largo plazo, y en consecuencia de mayores beneficios económicos a la operación del sistema productivo. 

El Análisis de Causa Raíz es útil por ejemplo en  la  jerarquización de equipos según su criticidad para el sistema en su conjunto, problema que puede resolverse mediante  los Análisis de Pareto y Matriz de Criticidad. Para aquellos equipos de alta incidencia sobre el sistema, se pueden realizar análisis más profundos de manera de determinar la forma en la que fallan, utilizando por ejemplo los Diagramas de Causa y Efecto, o el Análisis de Modos y Efectos de Falla (FMEA).  

Una  vez  clara  la  política  de  mantenimiento  a  realizar,  para  estos  casos  críticos  nombrados anteriormente,  ciertamente  se  necesita  una  solución  positiva.  Esta  solución  se  genera mediante TRIZ y las herramientas que esta metodología incorpora. En esta lógica, lo primero que se realizará 

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mediante TRIZ es el Análisis de Conflicto Raíz, mediante el cual se determinará qué efectos tanto negativos  como positivos  tiene  el  realizar  cierta  acción  sobre una  causa dada  e  identificada  con anticipación  con alguna de  las herramientas de Análisis de Causa Raíz. Una vez definido el(los) conflicto(s)  o  contradicción(es)  a  trabajar,  el  siguiente  paso  es  utilizar  las  herramientas de TRIZ como la Matriz de Contradicciones y principios inventivos, ARIZ y otros, de manera de llegar a una solución  inventiva  e  innovadora  que  produzca  los  resultados  esperados.  Una  vez  obtenida  la solución, se aplica y se evalúan los resultados que genera. 

De esta manera, y siempre en el contexto de  las actividades de mantenimiento Correctivo, Preventivo, Predictivo  o Proactivo, TRIZ habrá permitido llegar a soluciones más poderosas que las desarrolladas con el plan inicial, dada la capacidad de crear mediante la innovación y adoptar mejoras inexistentes hasta el momento en  la  industria. De este modo  las actividades de mantenimiento realizadas para cada una de estas políticas de mantenimiento deberían sin duda alguna traer mejores resultados al final del día.  

CASO DE ESTUDIO 

En el proceso de  mantenimiento de motores se pueden identificar 4 etapas principales: • Recepción del motor,  la cual  incluye un  informe, control de recepción y una evaluación de  la condición actual de motor. 

• El proceso de reparación. Dependiendo de las distintas fallas que puede presentar el motor se verifican las partes y piezas claves para realizar el mantenimiento. 

• Producto  terminado: Una  vez  realizada  el mantenimiento  se  pasa  a  la  etapa  obligatoria  del producto que corresponde a la prueba dinamométrica,  la prueba dinamométrica es la etapa de verificación final para los motores de grandes dimensiones. 

• Etapa de post‐entrega en la cual se contempla un seguimiento de motor y  la satisfacción al cliente. 

El análisis se centrara en la etapa de producto terminado,  ya que este es uno de los principales cuellos de  botella  en  el  mantenimiento  de  motores,  esto  se  debe  principalmente    a  que  sólo  existe  un dinamómetro y es en esta etapa en la cual se detectan todos los errores de mantención y medición del motor, adicionando que el mantenimiento correctiva se realiza en la misma sala y el motor no se retira de ésta para  hacer el mantenimiento, por lo que los tiempos muertos de este proceso son altos. 

A  continuación,  se  presenta  una    lista  de  las  fallas  más  frecuentes  asociadas  a  la  prueba dinamométrica, realizada en los talleres fuera de faena del proveedor. • Falla de montaje cruceta de cardán. • Falla pernos sujeción de cardán. • Corte en manguera de agua. • Perforación de enfriador de aire remoto. • Falla en banco batería. • Quema de transformador de dinamómetro. • Quema de circuito electrónico Power Test. • Fuga en suministro de combustible. • Fuga en suministro de aceite. 

En este caso particular del análisis se desarrollara una solución para disminuir la falla en los pernos de  sujeción y  falla de montaje de  cruceta del  cardan, el  criterio de  selección es porque estos dos motivos  de  fallas  pueden  generar  daños  directo  sobre  los  operarios  en  la  etapa  de  prueba dinamométrica. (Riesgo altísimo en términos de seguridad). 

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Resumiendo, se listan brevemente los problemas (consecuencias) producto de la falla. Identificando estos se determinan los requisitos mínimos que debe generar la solución al problema.  • Peligro para los operarios. • Mala medición en la prueba dinamométrica. • Aumento del desgaste en el eje estriado. • Soltura de pernos en la maniobra. • Varias etapas para el montaje de piezas. 

A continuación se generar un diagrama de las causas de falla del sistema analizado, como lo ilustra la  figura 4, destacando  las  situaciones  específicas de  los problemas  a  resolver. Se desarrolla una descripción de los problemas que ocasionan una mala medición en la prueba dinamométrica.  

 

Figura 4  Diagrama de causas 

Cuando  se va  instalar el motor al dinamómetro, el problema debe hacerse por  separado, unir  la mitad del cardan al motor y  luego  trasladar el motor más cardan para  la unión  final del sistema. Este proceso muchas veces afecta la sujeción del sistema produciendo fallas en la medición y riesgo humano en la instalación del sistema. 

Se priorizará  la causa de montaje de cardan y eje estriado,   ya que son  las causas principales que ocasionan el problema, adicionando que existen potenciales riesgos para los operarios. 

Dado  que  la  disponibilidad  de  páginas  en  este  paper  es  limitada,  se  entregan  directamente  los resultados del análisis TRIZ. El desarrollo será presentado en la presentación del congreso. 

Gracias al aporte de RCA‐TRIZ, la solución consiste en un Flange adosado al plato de acoplamiento, el cual permite la unión con el cardan de forma directa, aumentando el número de fijaciones para disminuir las posibles soltura de pernos debido a vibraciones. Como consecuencia, se disminuye  el tiempo para montaje del dinamómetro y el proceso de montaje del Cardan es en una sola etapa. 

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– 11 –

AGRADECIMIENTOS 

Agradecimientos:  La  investigación  que  se  ha  llevado  para  lograr  estos  resultados  ha  recibido financiación del Séptimo Programa Marco de la Comunidad Europea (FP7/2007‐2013 en virtud de acuerdo de subvención n° PIRSES‐GA‐2008‐230.814). 

Agradecimientos a la Distribuidora Cummins por el aporte de información, en especial a Darío Ñancupil. 

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