Lezioni, Manutenzione dei sistemi di produzione M

Manutenzione dei sistemi di

produzione M – 6 CFU

Alberto Regattieri

Prof. Appunti di

Simone Benassi

INDICE

1. Generalità sulla manutenzione dei sistemi di produzione ......................................... 1

2. Teoria dell’affidabilità (in ambito impiantistico) ....................................................... 4

2.1. Modelli affidabilistici per componenti non riparabili ........................................ 5

Legame fra l’affidabilità R(t) e il rateo di guasto condizionato λ(t) .................. 8

Profili del rateo di guasto condizionato λ(t) ....................................................... 9

Mean Time To Failure – MTTF ......................................................................... 12

Weibull

Distribuzione di probabilità di .............................................................. 18

Basi dati affidabilistiche ..................................................................................... 19

DM – Direct Method .......................................................................................... 24

IDM – Improved Direct Method ........................................................................ 25

RM – Rank Method ............................................................................................ 27

PLE – Product Limit Estimator .......................................................................... 29

Analisi di fitting ................................................................................................. 32

Metodo dei minimi quadrati (LSxy – Least Square) ..................................... 32

Ricerca della “miglior esponenziale negativa” ............................................. 34

Weibull”

Ricerca della “miglior .................................................................... 36

2.2. Modelli affidabilistici per componenti riparabili ............................................... 39

Mean Time To Repair – MTTR ......................................................................... 41

Cicli di rottura – aggiustamento ......................................................................... 43

Disponibilità di un componente riparabile ......................................................... 44

2.3. Schemi funzionali e schemi affidabilistici – Sistemi complessi ........................ 50

Configurazione affidabilistica serie ................................................................... 51

Configurazione affidabilistica parallelo ............................................................. 53

Parallelo completamente ridondante ............................................................. 53

Parallelo a logica maggioritaria k/n (o parallelo maggioritario) ................... 55

Parallelo con riserva (stand-by) .................................................................... 56

Efficienza del sistema ................................................................................... 58



Appunti dell’A.A. 2012/2013

Manutenzione dei sistemi di produzione M – Indice moduli – Simone Benassi

  i  

2.4. Buffer interoperazionali ..................................................................................... 78

1) Tempo di copertura (T ) ................................................................ 79

COPERTURA

2) Microfermate (µ ) .............................................................................. 80

FERMATE

3. Mix di politiche di ottimizzazione manutentiva ......................................................... 83

3.1. Politica preventiva su base statistica .................................................................. 84

Type I – Modello ad età costante ....................................................................... 85

Type II – Modello a data costante ...................................................................... 90

3.2. Politica ispettiva elementare .............................................................................. 94

4. La gestione dei ricambi ................................................................................................. 105

4.1. Metodi di previsione del fabbisogno dei ricambi ............................................... 108

Metodi generali .................................................................................................. 108

Poisson

Metodo di ............................................................................................. 109

Metodo binomiale – Metodo revisionale a due termini ..................................... 112

4.2. Metodi di gestione del fabbisogno dei ricambi .................................................. 114

Criterio del costo globale minimo ...................................................................... 114

Shoring dei ricambi ............................................................................................ 118

4.3. La gestione operativa dei ricambi ...................................................................... 119

5. Il Sistema Informativo di Manutenzione – SIM ......................................................... 120

5.1. Data Collection .................................................................................................. 120

5.2. Analisi di gestione .............................................................................................. 124

5.3. Pianificazione degli interventi ........................................................................... 125

5.4. Gestione delle scorte e delle attrezzature ........................................................... 125

6. Total Productive Maintenance – TPM ........................................................................ 128

7. Il Global Service di Manutenzione – GSM ................................................................. 133

A c r o n i m i .......................................................................................................................... 137

D e f i n i z i o n i ...................................................................................................................... 139



Appunti dell’A.A. 2012/2013

Manutenzione dei sistemi di produzione M – Indice moduli – Simone Benassi

  ii  

1. GENERALITA’ SULLA MANUTENZIONE DEI SISTEMI DI

PRODUZIONE

mercato odierno

Il è caratterizzato da:

Personalizzazione dei prodotti ì;

Mix produttivo ì;

Variabilità ì;

Qualità ì;

Time To Market (TTM) î;

Prezzi di vendita Costi

î à î.

risorse aziendali

Le per fronteggiare le caratteristiche appena elencate sono:

Sistemi di produzione flessibili ed elastici (utilizzo di FMS, FMM, …);

Nuovi materiali;

the skin”;

Forte modularità “under

Trasformazione del processo di produzione (per sfruttare meglio i fattori di produzione);

Automazione (flessibile sono richiesti tempi di set up estremamente ridotti o nulli);

à

Integrazione (supportata dall’ IT – Information Technology)

VS

(progettazione produzione

VS

distinta base progettuale distinta base produttiva).

L’evoluzione odierna del mercato dipende da:

Crisi;

Crescita dell’attenzione dell’opinione pubblica sul concetto di sicurezza.

PRODUTTIVITA’

SICUREZZA QUALITA’

Richiesta sempre più alta

Richiesta dal punto di vista:

- del prodotto;

- del processo produttivo;

- del rispetto dell’ambiente.

La produttività, la qualità e la sicurezza sono ottenute per mezzo di:

Tecniche legate alla manutenzione;

Metodi statistici per il controllo della qualità (SQC – Statistical Quality Control).

Manutenzione dei sistemi di produzione M – modulo 1 Generalità – Simone Benassi 1

Una generica attrezzatura di un impianto industriale (produttore di beni o servizi) ha un ciclo di vita

caratterizzato da un’alternanza di periodi in cui può compiere correttamente la propria missione e

periodi in cui la produzione è parzialmente o completamente compromessa da un guasto e risulta

interrotta dalla successiva riparazione.

manutenzione

La è la disciplina che si occupa del mantenimento del buono stato di salute

dell’impianto. due obiettivi:

Ha principalmente

1. Ridurre i tempi di fermo (Down Time – DT) non possono essere eliminati del tutto: la

à probabilità di accadimento di un guasto è

sempre presente;

2. Garantire la Q nominale (Up Time – UT) ossia garantire la produttività nominale/di

à progetto: molto spesso gli impianti sono

Q costretti a lavorare a velocità ridotta.

N UT UT UT t

1 2 3

DT DT

1 2

La manutenzione ricopre oggi un ruolo fondamentale: la maggior parte delle aziende investe

pesantemente nell’aspetto manutentivo in quanto può essere una fonte di vantaggio competitivo nei

confronti della concorrenza. trasversale a molte funzioni aziendali:

Al giorno d’oggi la manutenzione è

1. Progettazione (processi/prodotti);

Programmazione della produzione

2. il flusso dei materiali in produzione deve essere il più

à continuo e senza interruzioni;

Attività di pianificazione del lavoro / HR (Human Resource)

3. risulta necessario

à

selezionare le competenze (skills) di coloro che

diventeranno manutentori dell’azienda;

Assicurazione e controllo della qualità

4. per la riduzione del problema della difettosità e

à degli scarti;

Approvvigionamento del materiale

5. l’approvvigionamento dei ricambi lo può effettuare

à l’ufficio acquisti o direttamente la manutenzione che

conosce nel dettaglio il contesto ma non effettua

trattative, mentre l’ufficio acquisti si comporta

esattamente nella maniera opposta;

Pianificazione strategica

6. sono coinvolti la proprietà, l’amministratore delegato e il top

à management: sono prese le decisioni di medio lungo periodo

che riguardano l’aspetto manutentivo (per esempio se un

impianto deve essere venduto o dismesso a dicembre non ha

senso effettuare un intervento di manutenzione pesante su di

Overhaul);

esso nel mese di agosto –

Manutenzione dei sistemi di produzione M – modulo 1 Generalità – Simone Benassi 2

Amministrazione (controllo di gestione)

7. in quanto la manutenzione è un centro di costo;

à

8. CED (Centro Elaborazione Dati).

Esiste un livello ottimale della manutenzione?

Certo che si.

€ Costo di

mancanza di Il classico trade-off rappresentato vale

manutenzione normative sulla

sempre, a meno di

Costi totali Spesa per la sicurezza stringenti: in tali contesti i

manutenzione costi sono messi da parte e il livello della

manutenzione è imposto dalla legge.

“Livello di

manutenzione”

Livello ottimo SP Beni e servizi

Processo di PRODUZIONE

Input produzione Richiesta di manutenzione

Fattori della

produzione MANUTENZIONE

Processo di

manutenzione o

mantenimento

Gli output del processo di produzione sono beni e servizi e una richiesta di manutenzione:

quest’ultima deriva dalla rottura (failure) del SP (Sistema Produttivo) o dalla necessità di ridurre la

probabilità di guasto e quindi mantenere i livelli di prestazione prefissati.

Processo di produzione e processo di manutenzione (o mantenimento) sono collegati tra loro, si

“parlano”: infatti il processo di manutenzione è parallelo al processo di produzione.

Produzione e manutenzione si trovano spesso in conflitto fra loro in quanto l’ottica è

completamente opposta: la produzione desidera che l’impianto sia sempre in funzione e quando gli

viene chiesto di arrestarlo per effettuare interventi manutentivi non è d’accordo mentre.

Al contrario, i manutentori sono “contenti” quando possono lavorare sull’impianto.

In questo contesto i conflitti sono all’ordine del giorno.

Manutenzione dei sistemi di produzione M – modulo 1 Generalità – Simone Benassi 3

2. TEORIA DELL’AFFIDABILITA’ (in ambito impiantistico)

Scopo di questo capitolo è definire, misurare, gestire e controllare i principali parametri

affidabilistici impiegati per modellare il comportamento al guasto di:

Componenti generica entità (attrezzatura, macchina, impianto) di cui si conosce il

à

comportamento al guasto.

Definito anche come qualsiasi livello di aggregazione di oggetti di cui si

conosce il comportamento al guasto.

Sistemi insieme di componenti connessi fra loro per il soddisfacimento di una specifica

à

necessità.

Definito anche come insieme di componenti connessi fra loro il cui

comportamento al guasto non è noto a priori ed è definito dal comportamento al

guasto dei singoli componenti che lo costituiscono.

Si può riassumere che del sistema, al contrario del componente, non si conosce il comportamento al

guasto: uno stesso oggetto può essere considerato sia un componente sia un sistema in funzione

della conoscenza o meno del comportamento al guasto dello stesso oggetto dell’analisi.

componente, sistema, guasto rottura, aggiustamento

Le parole chiave di questo capitolo saranno e e

disponibilità.

due grandi famiglie di componenti:

Esistono

Componenti riparabili

1. componenti che alla rottura possono essere riparati e quindi

à funzionamento – rottura –

possono essere soggetti a più cicli di

– aggiustamento f – r – a).

(ciclo

Q

N

UP UT UT UT t

1 2 3

DOWN DT DT

1 2

f – r – a

Ciclo

Componenti non riparabili

2. componenti che alla rottura non possono essere riparati e al

à più sono sostituiti con altri.

Q Guasto definitivo

N

UP UT t

1

DOWN

Manutenzione dei sistemi di produzione M – modulo 2 Teoria dell’affidabilità – Simone Benassi 4

Un sistema costituito di più componenti non riparabili è necessariamente non riparabile mentre un

sistema costituito da almeno un componente riparabile può essere trattato, per lo meno in linea

teorica, come riparabile; inoltre quest’ultimo può anche essere gestito come non riparabile, qualora

si abbia l’interesse di studiarne il comportamento al primo guasto.

Spesso un sistema complesso (impianto nucleare, raffineria) composto sia da componenti riparabili

sia da componenti non riparabili è modellato, in prima analisi, come se fosse non riparabile, allo

catastrofica”

scopo di studiare quello che si definisce il comportamento al primo guasto o “rottura

del sistema (esplosione dell’impianto).

differenti tipi di riparazione:

È possibile distinguere

Good As New”

1. “As il componente dopo la riparazione è come nuovo (il componente è

à riportato all’istante 0);

repair”

2. “Minimal il componente dopo la riparazione è riportato alle condizioni prima del

à guasto (il componente è riportato all’istante t*);

repair”

3. “Imperfect il componente dopo la riparazione non è ne nuovo ne come prima del

à guasto (il componente è riportato in un istante compreso fra 0 e t*).

Q

N

UP UT UT

1 2

DT t

1

DOWN t*

0 2 Fine riparazione

3

1 cultura manutentiva:

In azienda è fondamentale sviluppare la molte organizzazioni si basano solo

ed esclusivamente sulla propria esperienza per realizzare la manutenzione.

2.1. Modelli affidabilistici per componenti non riparabili

funzionamento, non

Il concetto di affidabilità è strettamente connesso a quello di ovvero quello di

funzionamento, processo di rottura

e pertanto al di un generico componente o sistema: questo

processo dipende da numerosissimi fattori, molti dei quali non controllabili.

Per questo motivo il tempo di rottura non è una grandezza deterministica, ma casuale.

time to failure al

La variabile fondamentale che esprime il tempo di rottura si chiama (tempo

guasto, tempo di rottura) ttf t τ

o o (non è una grandezza deterministica, ma casuale).

à

C1 – Componente 1

Q Guasto

N

UP UT t

1

DOWN ttf

0 C1

Manutenzione dei sistemi di produzione M – modulo 2 Teoria dell’affidabilità – Simone Benassi 5

Come si misura il ttf?

Facciamo un semplice esempio per spiegarlo: il ttf relativo ai cuscinetti presenti nella turbina e il ttf

relativo ai cuscinetti presenti nel dispositivo di movimento del carrello per l’atterraggio di un aereo

possono essere definiti dalla stessa unità di misura?

Evidentemente no. Il ttf relativo ai cuscinetti della turbina ha come unità di misura un tempo [h],

mentre il ttf relativo ai cuscinetti del carello ha come unità di misura un numero di cicli [cicli].

La “duplice unità di misura” del ttf dipende dal tempo di utilizzo del componente/sistema: le turbine

dei motori di un aereo sono sollecitate per un tempo notevolmente maggiore rispetto al carrello, che

entra in funzione solo due volte per ogni volo. A6-EWJ

BOEING 777-200LR

Cuscinetti del carello Cuscinetti della turbina

f(t), rateo di guasto non condizionato,

Il ttf è una v.a. con una distribuzione di probabilità chiamata

poiché è una misura puntuale della velocità con cui un generico componente si rompe in un istante

di tempo t, quando è messo in funzione in t = 0 (esprime la probabilità istantanea di guasto al tempo t).

Il ttf può essere indicato dalla lettera greca τ.

T T

∫ ∫ funzione di inaffidabilità

f(x) dx = f(x) dx = P(ttf ≤ T) = F(T) probabilità che il guasto si

à à

-∞ 0 manifesti prima di T