4
6 MARCO TEÓRICO
6.1 Engenharia de confiabilidade
6.1.1 Introdução
Até bem pouco tempo, a manutenção era definida como “o departamento
responsável pela lubrificação e conserto das máquinas, bem como pela conservação dos
equipamentos e edifícios” (MACHLLINE, 1987). Mas com o advento da revolução
industrial, o número de equipamentos e sistemas utilizados pelas indústrias teve um
aumento significativo, o advento da 1a guerra mundial trouxe à tona a questão da precisão
e confiabilidade alcançadas pelos equipamentos até então utilizados, aviões e armas,
segundo Moubray(1995), neste período as indústrias não estavam totalmente mecanizadas
os equipamentos eram simples e de fácil reparo. As pressões provocadas pela 2a grande
guerra geraram o aumento da demanda por produtos com uma boa qualidade, e como
conseqüência desta, na década de 50, as máquinas tornaram-se mais complexas, o tempo
de paralisação e os custos de manutenção tornaram-se importantes para a indústria, devido
a este fato, já na década de 60 as manutenções eram feitas em períodos pré-determinados.
Nota-se, portanto que historicamente e nos dias de hoje, principalmente, o
crescimento praticamente exponencial da importância dada à área de manutenção, saindo
de um papel meramente coadjuvante, para assumir um papel de ator principal no cenário
industrial, motivado primeiramente pelas necessidades de qualidade e disponibilidade, e
posteriormente por necessidades econômicas (KARDEC, 2002).
Devido ao aumento da complexidade das plantas industriais e a crescente
necessidade pela eficiência e eficácia dos processos dentro não só do ambiente industrial,
mas no ambiente da prestação de serviços, é que se verificou a necessidade de políticas de
análise sobre as falhas, pois questões como segurança também estavam envolvidas.
Por outro lado, a satisfação do cliente soa como um ponto forte, os clientes querem
ter produtos e serviços com qualidade, que tenham uma confiabilidade e disponibilidade
necessárias para atender a sua necessidade.
Estudos realizados nas décadas de 60 e 70 por empresas e pela agência de aviação
comercial americana, revelaram que a curva de banheira não podia ser mais considerada
como padrão único para a curva de vida dos equipamentos, como conseqüência, planos de
manutenção preventiva clássica, com atividades meramente baseadas no tempo, e na
crença de que há sempre uma relação entre a probabilidade de falha e o tempo de operação,
traziam resultados inferiores aos esperados e tornavam onerosa a manutenção
(CARVALHO E ISTANISLAU, 1993).
Surgiu então uma nova metodologia gerencial, a manutenção centrada em
confiabilidade, que leva em consideração, as funções de cada equipamento no sistema,
seus modos de falha e estabelece um critério de priorização baseado em fatores
econômicos, de segurança (risco) e ambientais, determinando a filosofia mais adequada e
eficaz. (MOUBRAY, 1994)
6.1.2 Definições
Conforme Barros (1995), todo processo sempre tem algum caráter probabilístico
associado, traduzindo por um teor de incerteza quanto à previsão de resultados. O processo
5
da manutenção não poderia escapar desta regra. Para compreendermos então os objetivos e
as várias definições de manutenção tem-se que definir primeiramente alguns conceitos
operacionais relacionados com as atividades de manutenção.
a) Cadeia de Markov
É uma representação gráfica dos estados possíveis que um processo pode tomar e as
probabilidades associadas. Na área de manutenção, um processo ou equipamento só poderá
estar em dois estados distintos, Estado bom e Estado em falha. Podemos representar a
cadeia de Markov na figura a seguir:
PBB
PFF
PBF = 1- PBB
BOM
( PB )
EM OPERAÇÃO (B)
PFB = 1- PFF
FALHA
(PF = 1- PB )
EM CORRETIVA (F)
Figura 6.1: Cadeia de Markov
Onde:
PB = Probabilidade do sistema se encontrar no estado “EM OPERAÇÃO” - BOM
PF = Probabilidade do sistema se encontrar no estado “EM CORRETIVA” - FALHA
PBB = Probabilidade do sistema se encontrar no estado “EM OPERAÇÃO” - BOM, e
permanecer, no mesmo, durante um determinado intervalo de tempo.
PBF = Probabilidade do sistema se encontrar no estado “EM OPERAÇÃO” - BOM, e
mudar para o estado “EM CORRETIVA” - FALHA durante um determinado intervalo
de tempo.
PFF = Probabilidade do sistema se encontrar no estado “EM CORRETIVA” - FALHA e
permanecer, no mesmo, durante um determinado intervalo de tempo.
PFB = Probabilidade do sistema se encontrar no estado “EM CORRETIVA” - FALHA e
mudar para o estado “EM OPERAÇÃO” - BOM durante um determinado intervalo de
tempo
b) Confiabilidade
A confiabilidade de um dispositivo é definida como a probabilidade que um
equipamento (componente, sistema ou subsistema) desempenhe corretamente a sua função
num dado período de tempo sob condições especificadas, sendo definida simbolicamente
R ( t ) = P (T ≥ t )
como
(MARTZ,1982; O’CONNOR, 1989; CARTER,1986;
MARTI,2001).
6
Uma outra definição que pode ser empregada : “probabilidade de um equipamento
ou sistema , em perfeito funcionamento no instante inicial de observação t 0, não falhar
dentro de um intervalo de tempo Δt” (BARROS FILHO, 1995).
A confiabilidade corresponde à probabilidade Pbb identificada no gráfico de
Markov, observa-se que a confiabilidade corresponde à qualidade intrínseca do
fornecimento do fabricante, sendo para o cliente/consumidor o investimento realizado,
correspondendo ao capital empregado.
A freqüência com que as falhas ocorrem é usada como parâmetro para a formulação
matemática da confiabilidade R(t) e é chamada de taxa de falhas (λ ). Esta é a
probabilidade (instantânea) de falhas de um dado equipamento e corresponde às
solicitações (ações) do sistema/equipamento à manutenção.
Com relação às falhas, a confiabilidade significa que o dispositivo é incapaz de
desempenhar a sua função requerida. Neste trabalho será considerado apenas o caso em
que o dispositivo é capaz de desempenhar sua função ou não, sendo excluído o caso onde
podem ocorrer vários graus de degradação do sistema.
Segundo O’Connor(1988, p6), é necessário distinguir itens reparáveis e nãoreparáveis, para um adequado tratamento probabilístico da confiabilidade.
Para um item não-reparável, confiabilidade é a probabilidade de sobrevivência
durante sua esperança de vida, ou durante um período de sua vida útil, quando somente
uma e única falha pode ocorrer. Durante o tempo de vida do item, a probabilidade
instantânea é chamada de taxa de risco. Quando um componente de um sistema nãoreparável falha, o sistema geralmente falha, portanto, sua confiabilidade é função do tempo
da primeira ocorrência.
Para itens reparáveis, há a possibilidade de ocorrência de mais de uma falha num
determinado intervalo de tempo. Esse fato é caracterizado por uma medida definida como
taxa de falhas, que expressa a probabilidade instantânea de falhas por unidade de tempo.
Figura 6.2 : Sistema reparável e não reparável.
A figura 6.2 baseada em Almeida (1997, p8) ilustra a terminologia consagrada:
- TTF (time to failure) corresponde ao tempo compreendido até a ocorrência
da primeira falha para itens não-reparáveis;
7
-
TBF (time between failure) corresponde ao tempo compreendido entre duas
falhas consecutivas e seu emprego se dá para itens reparáveis. A esperança
dos diversos TBF é denominada MTBF (mean time between failure);
TTR (time to repair) significa o tempo utilizado para restabelecimento das
condições operacionais do item, a esperança dos diversos TTR é
denominada MTTR (mean time to repair)
-
f(t)
A
1-A = R(∆ t)
Figura 6.3 : Função de densidade de falhas (TBF).
tempo (TBF/TTF)
t
F(t)
1--------------------
t
∆
R(∆ t
)
Tempo (TBF/TTF)
Figura 6.4 : Função de distribuição acumulada de falhas (TBF).
No estudo da confiabilidade, a derivada de F(t), distribuição acumulada de falhas,
resulta numa função que é equivalente a densidade de probabilidade, e por esta razão é
denominada densidade de falhas, f(t), de acordo com Bilinton (1983,p126). Deste modo:
dF ( t )
dR( t )
f (t ) =
=−
dt
dt
8
Há também, um estudo sobre a formulação matemática da confiabilidade, que
apresenta como resultado a taxa de falhas λ(t), que é a relação entre a função densidade de
falhas f(t) e a função confiabilidade R(t):
λ( t ) =
f (t )
R( t )
Outro importante parâmetro associado à confiabilidade é o tempo médio para falhas
(MTTF) que representa a vida média de um sistema, que corresponde à equação:
∞
MTTF = ∫ R( t ) dt
0
Bilinton(1983,p154) procura também, alertar para uma diferença conceitual entre o
tempo médio para falha (MTTF) e o tempo médio entre falhas (MTBF). Ele salienta que o
MTBF, que indica o ciclo entre falhas, excede o MTTF por uma margem que é atribuída ao
tempo para reparo. Porém, como o tempo para reparo da maioria dos sistemas é,
geralmente, muito pequeno em relação ao tempo de operação, os valores numéricos desses
parâmetros são bastante próximos.
c) Mantenabilidade
A mantenabilidade é a probabilidade de que um item que tenha falhado possa ter
sua condição operacional restabelecida, dentro de um período de tempo específico, quando
a ação de manutenção é executada de acordo com um planejamento estabelecido. É
característica definida previamente nas fases de projeto e instalação do item. O projetista
tem que ponderar e avaliar, previamente, certas características do produto, tais como:
tamanho, facilidade de montagem, pontos de teste, etc. (GOLDMAN,1997,p28).
Um outra definição é encontrada em Barros Filho (1995), probabilidade de que um
equipamento ou sistema, que se encontra em falha no instante inicial de observação to, ser
reposto em perfeito estado de funcionamento dentro de um intervalo de tempo ∆ t.
Corresponde à probabilidade PFB identificada na cadeia de Markov na figura 6.1.
Observa-se então que a mantenabilidade corresponde ao atendimento das manutenções
corretivas ou aleatórias, estando associada à duração das falhas, sendo para o
cliente/consumidor os gastos com apoio logístico, tecnológico, entre outros, e
principalmente recursos humanos responsáveis pela execução desta atividade.
Corresponde, portanto, ao trabalho envolvido para garantir a disponibilidade especificada
do sistema, ou seja, a capacidade de atender à demanda de falhas (BARROS FILHO,
1995).
A mantenabilidade, conforme Almeida(1989,p2), está associada com os tempos
envolvidos nas ações necessárias para o restabelecimento dos equipamentos à condição
operacional.
Goldman(1977,p50) classifica o tempo necessário para o restabelecimento de um
equipamento em duas categorias:
- Tempo de manutenção ativa, que corresponde às ações de localização da
falha – estudo, análise e avaliação, reparo e testes;
- Tempo administrativo associado aos processos administrativos, tais como,
preparação das equipes, seleção de materiais, documentação técnica,
deslocamentos, etc.
9
As observações que podem ser realizadas sobre a mantenabilidade de um
equipamento ou sistema, são os tempos para reparo (TTR) e seus componentes. A partir do
TTR se obtém o tempo médio para reparo (MTTR), tomando a média aritmética daqueles
tempos. O tempo médio para reparo constitui o parâmetro que caracteriza a
mantenabilidade. (BILINTON, 1983)
f(t)
A=
M(∆ t)
Figura 6.5 : Função de densidade de reparo (TTR).
tempo (TTR)
t
F(t)
------------------------------------------------------M(∆ t ) -----------------------
t
tempo (TTR)
Figura 6.6 : Função de distribuição acumulada de reparo (TTR).
A análise do processo de reparo permite observar que há uma grande variedade de
cursos alternativos de ação necessários para possibilitar o retorno de um item à condição
normal de operação. O processo, em geral, requer que as equipes de manutenção se
esforcem, de forma que um grande número de intervenções tenha curto tempo para reparo,
enquanto poucos números tenham grandes tempos de reparo. Sendo previsível o
comportamento padrão das freqüências de ocorrências dos tempos de interrupção.
Quanto à distribuição dos tempos de manutenção, estes tendem a ser distribuídos
pela função log-normal, pois está baseada na Lei de Weber-Fechner, que provou que o
1
tempo de resposta de animais e elementos humanos a simples estímulos físicos ou
percepções são freqüentemente log-normal. Estudos experimentais mais recentes do tempo
de reação de elementos humanos para modelos de percepção mais complicados,
envolvendo algum grau de aprendizagem, indicaram que esses tempos de reação seguem
uma distribuição log-normal. É também verdadeiro, que o processo de localização e
retirada de uma falha em equipamentos, seguem um processo de partição caracterizado
pela lógica. Desse modo, essas considerações indicam que os tempos de paralisação
quando da manutenção de sistemas são lognormalmente distribuídos, visto que, a
localização e correção de falhas em equipamentos são uma extensão do processo lógico de
colocar coisas em categorias.
Há, também, a variabilidade devida ao treinamento do pessoal, ou seja, pessoal com
mais experiência tende a reduzir a média e o desvio padrão da distribuição do tempo de
execução de manutenção.
Em relação ao tempo médio para reparo, Lafraia cita que o método mais utilizado
para estimar este é efetuar a média ponderada dos tempos de reparo de cada modo de falha,
a ponderação é feita pela respectiva taxa de falha.
MTTR =
∑λ.t
∑λ
r
d) Disponibilidade
A disponibilidade é um atributo de um sistema associado ao seu estado operacional,
que representa a probabilidade do mesmo estar disponível num determinado instante,
considerando as duas situações possíveis: Operação ou Falha (SILVA, 2000,p16).
Barros Filho (1995) define como a probabilidade de um equipamento ou sistema
estar em condições de operar, dentro dos limites para o qual foi especificado, no instante
em que for solicitado.
Corresponde a probabilidade Pbb identificada na cadeia de Markov na figura 6.1.
Observa-se então que a disponibilidade corresponde ao estado em operação (B), sendo para
o sistema produtivo o equivalente ao estado em que o equipamento/máquina estaria
servindo/produzindo (Bom), correspondendo, portanto, à Receita do sistema.
Considerando o aspecto probabilístico associado à disponibilidade, deve ser evitada
a utilização da expressão abaixo para avaliação deste atributo, esta induz a um raciocínio
determinístico, proporcionando a falsa idéia de uma exatidão de valor.
Tempo _ de _ operação
Disponibilidade =
Tempo _ de _ operação + Tempo _ de _ falha
O correto seria obter-se um estimador para o citado atributo, dado o seu caráter
probabilístico, que geralmente é feito com base na mantenabilidade e na confiabilidade.
A mantenabilidade influencia diretamente na disponibilidade, pois o tempo
empregado no restabelecimento das condições operacionais, necessariamente retira o item
da condição de operação. Por outro lado, uma alta confiabilidade implica em menos
necessidade de manutenção. Conseqüentemente, a disponibilidade é uma composição dos
atributos confiabilidade e mantenabilidade.
Numa extensão de conceitos, Goldman (1977 ,p26) classifica a disponibilidade em
categorias, cujas expressões a seguir, podem ser utilizada como estimadores:
1
-
Ai =
Disponibilidade inerente (Ai): É a disponibilidade que um item apresenta,
quando usado sob condições apropriadas, para poder operar
satisfatoriamente durante um dado período de tempo, tendo disponível todo
o suporte operacional necessário, e sem considerar qualquer tipo de
manutenção programada. São admitidas, somente, manutenções corretivas.
Também não são considerados os tempos administrativos de manutenção,
nem o tempo de prontidão, em que o item está preparado para operar, mas
não é requisitado. Sua expressão é:
MTBF
MTBF + MTTR
-
Aa =
Disponibilidade alcançada Aa: é a disponibilidade que um item apresenta,
quando usado sob condições apropriadas para poder operar
satisfatoriamente durante um dado período de tempo, tendo disponível todo
suporte operacional necessário e considerando o tempo usado nas
manutenções preventiva e corretiva. Também não são considerados os
tempos administrativos de manutenção nem o tempo de prontidão. Sua
expressão é:
MTBM
MTBM + M
Onde:
MTBM – tempo médio entre manutenções
M – tempo médio para manutenção ativa (corretiva+preventiva)
-
Ao =
Disponibilidade operacional Ao: É a disponibilidade que um item apresenta,
quando usado sob condições apropriadas, para poder operar
satisfatoriamente durante um dado período de tempo, tendo disponível todo
suporte operacional necessário. Sua expressão é:
MTBM
MTBM + MDT
Onde:
MTBM – tempo médio entre manutenções e prontidão no mesmo intervalo
MDT – tempo médio de indisponibilidade, incluindo os tempos
administrativos.
Observa-se que o usuário de um equipamento geralmente está interessado na
disponibilidade operacional, que depende de suas características (incluindo a
confiabilidade e a mantenabilidade) e dos recursos logísticos para atendimento dos
requisitos da manutenção.
Almeida (1984, p116) enfatiza que a disponibilidade dá uma visão geral, porém,
não indica diretamente quanto o equipamento ou a manutenção contribuem para o seu
desempenho. É necessário incluir o fator suprimento de recursos dentro da
1
Mantenab.
(M)
TTR)
mantenabilidade, para que seja englobada toda estrutura de manutenção: equipes e
facilidades de apoio logístico.
GOLDMAN/SLATTERY(1977) mostra que, para uma dada disponibilidade
especificada, existe um compromisso entre a mantenabilidade (MTTR) e a confiabilidade
(MTBF=1/λ ), conforme pode-se ver no gráfico a seguir. Veja que, pode-se gastar mais no
investimento (Confiabilidade, Ponto A), ou, por outro lado, escolher-se gastar mais em
trabalho (Mantenabilidade, Ponto B), obtendo-se a mesma disponibilidade especificada.
Neste caso 95% (noventa e cinco por cento).
80% Disp.
90% Disp.
95% Disp
Confiabilidade-1
1/MTBF)
(
λ
=
Figura 6.7 : Compromisso entre Confiabilidade e Mantenabilidade.
Convém salientar que com a competitividade mundial e conseqüente busca pela
qualidade total, hoje existente, já se pode observar uma elevação da confiabilidade
(melhoria da qualidade intrínseca) e equipamentos mais fáceis de manter, sem sensível
elevação dos gastos, seja no investimento, seja na infra-estrutura de manutenção,
principalmente no que concerne a indústria eletrônica.
e) Qualidade de serviço
É definida como a conformidade entre o grau de funcionamento e a capacidade do
equipamento e/ou sistema, associada à degradação, quando o equipamento encontra-se em
operação e não é produzido uma mudança nas características de funcionamento além do
limite desejável para o qual o equipamento/sistema foi especificado e projetado. Para
exemplificar, citam-se 2(dois) exemplos em telecomunicações:
Qualidade de serviço funcional: Está associada à qualidade intrínseca para o qual o
equipamento/sistema foi projetado. Em telecomunicações, chamada de qualidade de
1
transmissão, está associada à inteligibilidade, onde através de uma conversação telefônica
se identifica perfeitamente com quem e o que se está falando, além da garantia de uma
comunicação sem ruídos, interferências ou distorções. No caso de comunicações digitais
consiste em garantir uma taxa de erro mínima especificada para o canal. É definida então
como o critério de aceitabilidade (Conformidade) da qualidade intrínseca.
Qualidade de serviço de capacidade: Está associada à capacidade máxima para o
qual o equipamento/sistema foi projetado. Em telecomunicações, chamada de qualidade de
tráfego, está associada com o estabelecimento de uma conexão entre dois pontos de
comunicação. Está diretamente correlacionada com a receita.
f) Defeito
É um desvio inaceitável da especificação de um atributo ou medida da qualidade, é
uma característica indesejável de um produto ou serviço. Defeito não significa perda da
capacidade funcional. Ex.: Um automóvel 0 km com teto amassado.
g) Falha
É um defeito relacionado com a confiabilidade da performance, é a falta de
capacidade funcional de uma unidade em realizar sua função quando requerida é um estado
inoperável no qual um item não desempenha ou não desempenharia suas funções como
especificado. Ex.: O freio não funciona.
h) Custo
É uma função de pessoal, energia, reserva técnica, equipamentos de suporte,
ferramental, apoio logístico e estrutura de gerenciamento e planejamento, bem como do
investimento inicial do sistema correspondendo assim ao custo do ciclo de vida útil do
equipamento / sistema. Relacionado com a confiabilidade, deve ser visto numa visão de
ciclo de vida do item englobando os custos diretamente relacionados ao programa de
confiabilidade e aos custos associados ao uso do item.
Os custos globais, MARTINS(1990), associados a manutenção corretiva podem ser
classificados conforme se segue:
Custos da falta de disponibilidade e/ou qualidade ou custo indireto: é aquele
originado pela perda de produção/serviço enquanto a máquina /equipamento se encontra
em manutenção corretiva, inclusive com conseqüente custo adicional (valor econômico) de
substituição.
Custos dos recursos de manutenção ou custo direto: são os custos da mão-de-obra,
gerenciais e executivas, das atividades da manutenção (corretivas, programadas, diversas e
reparo), dos instrumentos associados, dos materiais de apoio e ferramentais, sobressalentes
e recursos de prontidão, etc.
MONCHY(1989) e MARROW(1976) indicam que uma das decisões a ser tomada
pelo gerente de manutenção é a decisão entre investir em força de trabalho e/ou recursos,
1
elevando-se os custos diretos e diminuindo-se os indiretos e vice-versa, gerando um
compromisso de forma a otimizar os custos globais, maximizando os objetivos. Verificase, na figura 3.31, que existe um ponto de custo mínimo (Q0), que pode, ou não, coincidir
com o custo ótimo.
CUSTO TOTAL
CUSTO
DIRETO
CUSTO
INDIRETO
Q0
QUANTIDADE DE RECURSOS
Figura 6.8 : Custos Globais de manutenção.
Em muitas ocasiões, o custo da falta de disponibilidade pode variar enormemente, a
depender de fatores relacionados com vendas e armazenagem do produto, bem como a
importância do serviço prestado pelo equipamento/sistema. Devendo, estas estimativas de
custo serem utilizadas para apoio à tomada de decisão no confronto manutenção x
produção na ocasião mais adequada. Em caso desses dados ainda não se encontrarem
disponíveis deverá ser utilizado o conhecimento à priori dos especialistas que gerenciam o
sistema, para que estes possam indicar as prioridades associadas à importância desse
sistema e conseqüências da indisponibilidade.
6.1.3 Manutenção
A manutenção está associada tanto com a produtividade na execução da tarefa ou
trabalho para geração do produto ou prestação de serviço, como também na obtenção da
qualidade, para uma primeira compreensão desta importante área de estudo, se faz
necessário entender os significados a ela atribuídos:
AFNOR - Association Française de Normalisation (NF X 60-010)
“Conjunto de ações que permitam manter ou restabelecer, a um sistema, o estado de
funcionamento”.
1
ABNT - Associação Brasileira de Normalização Técnica (NBR - 5462)
“Conjunto de ações destinadas a manter ou recolocar um item no estado no qual
pode executar sua função requerida”.
Larousse, 1999
“Ação ou efeito de manter, de substituir, conservar. Ação de manter, de conservar
em bom estado, trabalhos de pessoas necessários para chegar a isso. Serviço de
conservação, fiscalização em certas empresas, oficinas. Conjunto de operações que
permitem manter (ou restabelecer) um material, um aparelho, um veículo, etc. em (ou até)
estado determinado, ou restituir-lhe característica de funcionamento especificada”.
FERREIRA, 1975
“As medidas necessárias para a conservação ou permanência de alguma coisa ou de
uma situação. Os cuidados técnicos indispensáveis ao funcionamento regular e permanente
de motores e máquinas”.
GOLDMAN; SLATTERY, 1977
“Todas as ações necessárias para manter um item ou restaurá-lo à condição de
serviço. A manutenção inclui reparo, modificação, modernização, vistoria, inspeção e
determinação de condição”.
BARROS FILHO, 1995
“Um conjunto de atividades, gerenciais e executivas, com a finalidade de garantir e
melhorar a disponibilidade [f(confiabilidade, mantenabilidade)], a qualidade de serviço e
eficiência dos trabalhos no setor produtivo e de escritório, com a finalidade de otimização
de custos, contribuindo com a obtenção de eficácia e elevação da produtividade da
empresa”.
Segundo Smith(1993), o histórico da manutenção industrial, através das duas
décadas passadas, apresenta alguns clássicos problemas de manutenção que se encontram
listados abaixo, tendo estes problemas ocorridos em algumas empresas:
a. Insuficiência de manutenção pró-ativa – este problema é claramente
simples, por causa dos grandes gastos dos recursos de manutenção na planta
com a manutenção corretiva, devido a algumas vezes a equipe de
manutenção operar de modo reativo.
b. Repetição freqüente de problemas – este tem um vinculo direto com o
precedente relativo ao modo de operação reativa que apenas tem tempo para
restaurar a operabilidade, não deixando tempo ou informação suficiente que
se saiba a causa da falha do equipamento e qual a maneira correta de
corrigir este problema permanentemente.
c. Erro de manutenção – a humanidade é passível de erros e estes podem
ocorrer durante as atividades de manutenção (preventiva ou corretiva). O
1
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
mínimo erro tolerado nos programas de manutenção irá depender das
conseqüências causadas pelos mesmos, podendo variar em 1 em 100 para 1
em 1 milhão.
Manutenção prática, sólida, não institucionalizada – um caminho para
resolver erros humanos é, o iniciante, saber os procedimentos e as práticas
que podem garantir que não sejam cometidos erros e então institucionalizálas nos hábitos de trabalho diários da planta.
Manutenção preventiva desnecessária e conservativa – à primeira vista,
pode parecer um conflito com o item um, mas a evidência histórica mostra
que alguma atividade de manutenção preventiva é desnecessária. O segundo
problema, manutenção conservativa, ocorre devido a algumas ações de
manutenção preventiva possuírem evidências suficientes, sugerindo o
desempenho prematuro destas ações.
Vaga racionalidade para manutenção preventiva – a ausência de informação
sobre a origem da tarefa de manutenção preventiva ou documentação desta
tarefa na planta é uma regra e não uma exceção.
Ausência de rastreamento/visibilidade nos programas de manutenção – se a
planta não desempenha rotina de análise de causa nos equipamentos em
falha, negligenciando registro de manutenção preventiva, são perdidas as
informações significativas na área de rastreamento e visibilidade.
Aceitação cega dos dados fornecidos pelo fabricante – o fabricante quase
sempre fornece um manual de operação e manutenção na entrega do
equipamento. Do ponto de vista da manutenção preventiva, há dois
problemas com estes dados fornecidos: o 1o, o fabricante não pensa
necessariamente na questão da manutenção preventiva do equipamento de
maneira compreensiva e preço eficaz; 2o, o fabricante vende os
equipamentos para vários consumidores que os operam em diferentes
aplicações, por exemplo: ciclo de uso e umidade, possuindo diferentes
perfis de operação.
Variação entre unidade igual / similar na manutenção preventiva – uma
dada companhia que possui múltiplas plantas / unidades envolvidas na
produção são freqüentemente idênticas virtualmente, possuindo um grande
número de equipamentos idênticos ou similares. Assim, sob estas
circunstâncias, poderia ser razoável a utilização de um programa de
manutenção preventiva que pudesse assumir procedimento padronizado,
não sendo algumas vezes assumidos devido a características de operação e
manutenção que algumas plantas podem ter.
Escassez de aplicação de manutenção preditiva – há uma área inteiramente
nova na tecnologia da manutenção desenvolvida por vários anos chamada
manutenção preditiva, também conhecida pelo nome de monitoração e
diagnose e monitoração de desempenho. Elas descrevem a medição de um
parâmetro de modo não-intrusivo que informa o estado do equipamento
impedindo uma manutenção prematura e desnecessária.
6.1.4 Ações da manutenção
1
Podemos agrupar as atividades de manutenção em três grandes grupos: as
atividades de manutenção corretiva, preventiva e preditiva.
a) Manutenção corretiva
A manutenção corretiva não pode ser programada, dada à natureza aleatória da
falha e as incertezas que cercam a tomada de decisões correspondentes. Este tipo de
manutenção não ocorre apenas na decorrência de uma falha, como também quando há
indicação por critérios de acompanhamento de condição. Assim as alternativas em se
tratando de um item de reposição complexa são: reparo no local ou substituição, definidos
em função de critérios como custo da indisponibilidade, tempo de reparo e de substituição,
e indisponibilidade de recursos envolvidos. (GOLDMAN; SLATTERY, 1977)
“É aquela que se conduz quando o equipamento à falha ou cai abaixo de uma
condição aceitável quando em operação.” “Manutenção efetivamente realizada em um
item, quando o defeito já foi identificado, restituindo-se a condição admissível”
(MIRSHAWKA; OLMEDO,1993)
b) Manutenção preventiva
Ações preventivas podem ser programadas e executadas sob a forma de um plano
de manutenção preventiva. Qualquer que seja a definição tomada para manutenção
preventiva, esta sempre incorpora uma característica comum através de uma ação no
sentido de tentar evitar a ocorrência da falha do equipamento ou sistema.
Aquela manutenção executada para conservar um item na condição operacional
satisfatória através de inspeção sistemática, detecção e prevenção de falhas iniciais.
(GOLDMAN; SLATERRY,1977)
“Todos os serviços de inspeção sistemática, ajustes, conservação e eliminação de
defeitos, visando evitar falhas”. “Manutenção preventiva por tempo – Serviços preventivos
estabelecidos através de programação (preventiva, sistemática, lubrificação, inspeção ou
rotina), definidos por unidade-calendário (dia, semana) ou por unidade não-calendário
(horas de funcionamento, quilômetros rodados, etc)” “Manutenção preventiva por estado –
Serviços preventivos executados em função da condição operativa do equipamento
(reparos de defeitos, preditiva por monitoramento e reforma / revisão geral)”. (TAVARES,
1996)
c) Manutenção preditiva
Mirshawka e Olmedo em 1993 definiram manutenção preditiva como sendo aquela
manutenção preventiva baseada no conhecimento do estado / condição de um item, através
de medições periódicas ou contínuas de um ou mais parâmetros significativos. A
intervenção de manutenção preditiva busca de detecção precoce dos sintomas que
precedem uma avaria.
6.1.5 Papel da administração da manutenção
A atividade da manutenção está diretamente ligada à capacidade produtiva e bem
organizada e administrada, melhorando o desempenho do equipamento para garantir uma
1
boa qualidade e durabilidade dos produtos e/ou serviços, tornando a empresa mais
competitiva.
A administração da manutenção procura tratar como a empresa efetua os seus
serviços, procurando abordar tarefas, problemas e decisões tomadas pelo gerente de
manutenção que proporcionam os serviços necessários à empresa.
Por papel, entende-se a razão básica da função ou a principal razão de sua
existência. Assim, para a função manutenção existem três papéis importantes a serem
considerados, são eles:
-
-
-
Apoio à estratégia – Procura desenvolver seus recursos fornecendo as
condições necessárias para permitir que a organização atinja os seus
objetivos estratégicos. Por exemplo, se uma empresa de telefonia celular
deseja ser a primeira no mercado, deve organizar, treinar e desenvolver
procedimentos para que seus funcionários resolvam de maneira eficaz o
problema.
Implementação para a estratégia – Coloca em prática a estratégia
estabelecida para a empresa. No caso da empresa de telefonia celular,
deveria existir uma boa área de cobertura geográfica para que possa atrair o
maior número de clientes, o marketing deve estabelecer o preço apropriado
e promoções para as ligações e a manutenção deve proporcionar uma
disponibilidade dos serviços para seus clientes.
Impulsão estratégica – tem a função de impulsionar a estratégia dando
vantagem competitiva a longo prazo. No caso de uma empresa possuir um
serviço de manutenção relapso e custo elevado, poderá a longo prazo
ocasionar o declínio da empresa pela elevada insatisfação que irá provocar
aos usuários.
Slack apresenta um modelo de quatro estágios que é adaptado à administração da
manutenção para que possa ser usado na avaliação do papel competitivo e a sua
contribuição:
-
-
-
Neutralidade interna – é o nível mais fraco de contribuição, onde a
manutenção é considerada como um mal necessário e, a sua contribuição é
considerada como um prejuízo à eficácia competitiva da organização.
Neutralidade externa – neste nível a função manutenção é comparada com
outras organizações similares. A função manutenção não está prejudicando
a empresa, mas estará sendo adotada a melhor prática de suas concorrentes,
seguindo as melhores idéias e normas para desempenho.
Apoio interno – Neste estágio, a empresa atingiu a primeira divisão do
mercado. Pode não ser melhor que as concorrentes em todos os aspectos de
desempenho, mas está junto às melhores. Assim, organiza e desenvolve os
recursos para manutenção e assume o papel implementando a estratégia.
Apoio externo – A função manutenção é vista como provedora, base para o
sucesso competitivo, tornando-se o ponto central para a preparação da
estratégia (manutenção pró-ativa).
1
6.1.6 Processos de falha
Segundo Kelly, 1980, as falhas em equipamentos/sistemas, quanto à origem, podem
ser classificadas em:
a) Falhas causais ou introduzidas:
- Especificação não conforme: Falta de visão sistêmica, bem como uma
especificação sem participação dos órgãos responsáveis pelo setor produtivo (Pósoperacional - Manutenção e Operação) pode trazer, em conseqüência, falhas que deveriam
ser eliminadas utilizando o conhecimento desses órgãos (aprendizado com o sistema), além
de problemas de compatibilização com outros sistemas dependentes.
- Projeto inadequado: Falta de robustez e mau dimensionamento das peças, locais
de difícil acesso e/ou circulação, componentes ou partes difíceis de serem trocadas,
induzindo a trocas errôneas, sistema de segurança em local inadequado, peças não
padronizadas que causam esforços ou sobrecargas inadequadas reduzindo-se o rendimento
e vida útil do equipamento, introduzindo falhas adicionais ao sistema e/ou equipamento.
- Má qualidade da fabricação: São originárias da deficiência ou inexistência do
controle de qualidade durante a fabricação da máquina, equipamento ou unidade, onde
ocorrem negligências de um modo geral. Mudanças não autorizadas de projeto ou até
pressa na entrega levam à introdução de “arranjos” (“gambiarras”) que inevitavelmente
irão se manifestar com o passar do tempo, produzindo problemas futuros. Alinhamentos,
soldas, rebitagens e uma infinidade de operações mal feitas. Controle de qualidade do
fabricante inadequado, onde não se eliminam as falhas precoces (mortalidade infantil)
antes da entrega do produto (testes de burn-in), o que trarão, como conseqüência, a
elevação das taxas de falhas (demanda de corretivas) durante a fase inicial de operação.
- Má qualidade da instalação: Instalações executadas em ambientes inadequados,
erros de montagem e cabeações, testes com instrumentos não aferidos e não calibrados,
pressa na entrega ocasionando improvisações, não cumprimento das recomendações dos
fabricantes, etc. Todas, conseqüentemente, introduzirão defeitos futuros.
- Má qualidade de operação: O desconhecimento e desprezo do operador com uma
determinada máquina, equipamento ou unidade poderá introduzir defeitos por falha
humana, elevando-se a demanda de corretiva. Também improvisações e sobrecargas
impostas para atender a uma produção superior à projetada (perda da qualidade de
capacidade). Falta de supervisão e controle, falta de orientação, pressa, além de influências
ambientais sobre o operador e máquina como: poluição, insalubridade, temperatura, fadiga,
monotonia, bem como uma atmosfera de relações humanas precárias pode levar o operador
a se “vingar” na máquina.
- Má qualidade de manutenção: Não cumprimento do plano de manutenção
programada ou um plano de manutenção programada inadequado ou até inexistência do
deste, ferramentas indevidas, equipe não qualificada, falta de supervisão e controle,
poluição, insalubridade, temperatura, fadiga, monotonia e uma atmosfera de relações
humanas precárias trazem em conseqüência serviços mal feitos e uma séria contribuição
2
para falhas e quebras das unidades. Também no que se refere à troca de componentes fora
de especificação, como também casos em que o executor de manutenção fica com a
preocupação de eliminar o sintoma (o que se “vê”) não se preocupando com a causa (o que
é), deixando esta última latente, originando novamente defeito, causando retrabalho.
b) falhas casuais ou aleatórias
São as falhas que deveriam ocorrer normalmente, se todas as condições anteriores
estivessem atendidas, tornando assim mínima a demanda gerada por falhas esperadas,
dentro de certa previsibilidade, para as quais devem ser estruturadas a organização e
administração dos recursos humanos e materiais de suporte e atendimento.
Portanto deve ficar claro que a mantenabilidade começa desde a concepção do
equipamento, na sua especificação, bem como tecnologia do produto, pois a ergonomia
define as facilidades de manutenção do equipamento (interface homem X máquina); a
função para o qual o mesmo foi concebido; sua confiabilidade, assim como os
procedimentos de manutenção corretiva e sua filosofia de ação a posteriori. Por exemplo:
se na concepção definiu-se que o equipamento é descartável (irreparável) então a ação de
manutenção corretiva será de substituição; por outro lado se os módulos forem reparáveis
será necessário preparar o apoio logístico para função reparo, pois se necessitará da mesma
após ação de manutenção corretiva, etc. Vê-se, por exemplo, o caso de aviação, onde a
vantagem de se investir em uma alta confiabilidade, bem como as ações preventivas, é de
fundamental importância para que as manutenções corretivas (mantenabilidade) fiquem,
obviamente, em pequenos reparos que não interferem na sua disponibilidade operacional.
Também o projeto do sistema implantado define a topologia do sistema que vai influenciar
diretamente nas ações envolvidas. Vê-se então, a natureza multidimensional da
mantenabilidade. Deve-se utilizar as informações nas ações de mantenabilidade como um
sistema adequado de aprendizagem, que consiste em reunir e divulgar estas informações
sobre problemas detectados, principalmente os mais significativos para se chegar a um
nível ótimo de manutenção de um sistema em funcionamento. Como também, deve-se dar
retorno aos fabricantes para que estes possam buscar melhorias na confiabilidade em seus
novos produtos (Controle Inicial), pois, só desta forma poderia se conseguir resultados
satisfatórios numa abordagem terotecnológica.
Fonte : J. Moubray
2
Figura 6.9 : Curva da banheira.
EVOLUÇÃO DAS VISÕES DOS PROCESSOS DE FALHAS
3 a . G e ra ç ã o
2 a . G e ra ç ã o
1 a . G e ra ç ã o
1 9 40
1 9 5 0
1980
1960
1990
2000
1970
CURVA DA BANHEIRA
A Curva A é a própria Curva da Banheira. A Curva B mostra uma taxa de falha
constante ou quase constante durante um certo período de tempo, terminando em uma fase
de desgaste. A Curva C mostra uma taxa de falha que aumenta gradativamente, sem que se
possa identificar uma fase distinta de envelhecimento.
A Curva D representa uma taxa de falha que é praticamente nula assim que o
produto sai da fábrica, seguida de um aumento significativo para um patamar constante ou
quase constante. A Curva E ilustra uma taxa de falha constante no tempo. Por fim, a Curva
F é representativa de um componente sujeito à mortalidade infantil, o qual após o período
inicial, passa a ter uma taxa de falhas constante ou praticamente constante. Como pode ser
visto, os três últimos padrões não apresentam uma fase de envelhecimento (a rigor,
tampouco a Curva C apresenta uma fase de desgaste distinta). Para equipamentos desses
tipos, não faz sentido a especificação de tarefas de Manutenção Preventiva baseadas em
um intervalo de tempo fixo.
6.1.7 Distribuição de probabilidades em confiabilidade
Uma análise no histórico de manutenção de um equipamento revela que itens
iguais, de um mesmo lote de fabricação, não falham ao mesmo tempo. Em geral, a falha
desses itens obedece a uma distribuição de probabilidade.
A determinação da distribuição de probabilidade que rege o comportamento
operacional de um equipamento, até que o mesmo venha a falhar, pode ser determinado
através de um teste de amostragem.
As distribuições de probabilidade, que possibilitam esse estudo, podem ser
agrupadas em dois tipos básicos: discretas e contínuas.
2
Em seguida, são apresentados os comentários sobre as principais distribuições
ligadas à confiabilidade, tomando como base O’Connor(1985 ,cap.2).
a) Distribuições discretas
São aquelas associadas às variáveis aleatórias que somente podem assumir valores
discretos. As mais importantes para o estudo da confiabilidade são:
i. Distribuição binomial
Focaliza uma situação em que há somente dois resultados possíveis, como por
exemplo, o estado e um equipamento: em manutenção ou operação. Acrescenta-se o fato
de que todos os possíveis resultados subseqüentes tenham as mesmas probabilidades. Sua
função de distribuição de probabilidades é regida pela seguinte expressão:
f ( xΙn, p ) =
n!
( n −x )
p x (1 − p )
x!( n − x )!
A expressão acima fornece a probabilidade de se obter x casos favoráveis e não-x
casos desfavoráveis em n observações, em que p é a probabilidade associada aos casos
favoráveis e 1-p, aos desfavoráveis.
O valor esperado E(x) e o desvio padrão DP dessa função são respectivamente:
E ( x ) = np
DP = np (1 − p )
ii. Distribuição de Poisson
Esta distribuição está associada a eventos que ocorrem a uma taxa média constante,
em que apenas um de dois possíveis resultados é considerado. Sua função de distribuição
de probabilidade é caracterizada pela seguinte equação:
f ( xΙλ) =
(λt ) n
exp(−λx )
n!
O valor esperado E(x) e o desvio padrão DP dessa função são respectivamente:
E ( x) = λx
DP = (λ x) 2
1
Essa função pode ser utilizada, por exemplo, para estudar o número de
equipamentos recebidos para manutenção em determinado período.
b. Distribuições contínuas
i. Distribuição normal
2
Esta função de distribuição apresenta grande aplicação na descrição de fenômenos
que ocorrem na vida real, sendo amplamente empregada em controle de qualidade. Uma
grande razão para aplicação desta função é que, quando se aumenta o tamanho da amostra
de uma população, a distribuição das médias amostrais tende para a distribuição normal,
conforme estabelece o teorema do limite central. Sua expressão é:
f ( xΙµ, σ ) =
 1  x − µ 2 
1
exp − 
 
σ 2π
 2  σ  
O valor esperado E(x) e o desvio padrão DP desta função são respectivamente μ e
σ. No caso particular em que μ = 0 e σ = 1, tem-se a função densidade de probabilidade
normal padronizada, que é facilmente encontrada em forma de tabela.
ii. Distribuição lognormal
É a função de distribuição de probabilidade adequada para a análise de
confiabilidade, pois permite representar o comportamento de sistemas reparáveis que
apresentam características de desgastes decorrentes do ciclo operacional. Sua expressão é:
f ( xΙµ, σ ) =
 (ln x − µ ) 2 
1
exp −
 para x ≥ 0 e f(x) = 0 para x < 0
2σ 2
σx 2π


O valor esperado E(x) e o desvio padrão DP desta função são respectivamente:

σ2 

E ( x ) = exp µ +
2 

DP = exp(2 µ + 2σ 2 ) −exp(2 µ +σ 2 )
iii. Distribuição exponencial negativa
Esta função de distribuição de probabilidade é por demais empregada no estudo de
confiabilidade, pois possibilita mostrar a função de vida útil de um equipamento reparável,
representando, portanto, a densidade de falha. Sua expressão é:
f ( xΙλ) = λe −λx para x ≥ 0 e f ( xΙλ) = 0 para x < 0
O valor esperado E(x) de o desvio padrão DP desta função são:
E(x) = 1/λ e DP = 1/λ
O valor esperado expressa o tempo médio para falha e o parâmetro λ representa a
taxa de falhas do equipamento.
Pelo fato da distribuição exponencial negativa representar a vida útil de um
equipamento, pode-se obter uma expressão matemática que descreva a expectativa de vida
útil do mesmo, ou seja, a função confiabilidade. Ela corresponde à probabilidade de não
ocorrer falha no equipamento até o tempo x.
2
Considerando o tempo como variável , a função confiabilidade é obtida integrando
a função f ( xΙλ) = λe −λx de 0 até t e subtraindo o resultado de 1, ou seja:
t
R (t ) =1 − ∫ λe −λt dt
0
A distribuição exponencial negativa apresenta a propriedade de “não possuir
memória”. (BILLINTON, 1983,p153) e considerando que muitos equipamentos formados
por componentes eletrônicos têm esta característica, tal fato reforça a condição da
utilização da distribuição exponencial negativa na análise da confiabilidade dos mesmos.
iv. Distribuição de Weibull
Expressão semi-empírica desenvolvida por Ernest Hjalmar Wallodi Weibull,
físico sueco, que em 1939 apresentou o modelo de planejamento estatístico sobre
fadiga de material. Como citado anteriormente, sua utilidade decorre do fato, de
permitir:
-
Representar falhas típicas de partida (mortalidade infantil), falhas aleatórias e
falhas devido ao desgaste;
Obter parâmetros significativos da configuração das falhas;
Representação gráfica simples.
a) Principais Expressões Matemáticas
- Probabilidade de falhas de um item, num dado intervalo de tempo "t" de
operação.
F(t) ==> Função Distribuição Cumulativa
- Probabilidade a qual o equipamento não irá falhar para um dado período de tempo
"t"de operação (Confiabilidade)
- Tempo Médio Entre falhas (TMEF)
- Desvio Padrão
2
"Γ " => Símbolo da Função Gama
b) Significado dos parâmetros da Distribuição de Weibull
"t0" => Vida Mínima ou Confiabilidade Intrínseca (tempo de operação o qual o
equipamento passa a apresentar falhas, ou seja, intervalo de tempo que o equipamento
não apresenta falhas).
"η " => Vida Característica ou Parâmetro de Escala (intervalo de tempo entre
"t0" e "t" no qual ocorrem 63,2% das falhas, restando portanto, 36,8% de itens sem
falhar).
"β " => Fator de Forma (indica a forma da curva e a característica das falhas).
"β < 1" mortalidade infantil
"β = 1" falhas aleatórias (função exponencial negativa)
"β > 1" falhas por desgaste
c) Observações relativas ao Fator de Forma "β "
A escolha apropriada de "t0", "β " e "η " na Distribuição de Weibull pode ser usadas
para representar uma larga faixa de distribuições, incluindo tanto distribuições
randômicas (exponencial negativa) quanto distribuições aproximadamente normal.
Embora a experiência tenha mostrado que a distribuição de Weibull possa ser usada
para representar a grande maioria de modelos de falha, é essencial notar que é uma
função semi-empírica, e pode não ser capaz de representar algumas distribuições
particulares encontradas na prática.
Com relação ao Fator de Forma "β ", temos que:
- Se "β = 1" (taxa de falha constante), pode ser uma indicação que modos de falhas
múltiplos estão presentes ou que os dados coletados dos tempos para falhar são
suspeitos. Este é freqüentemente o caso dos sistemas os quais diferentes
componentes têm diferentes idades, e o tempo individual de operação dos
componentes não estão disponíveis. Uma taxa de falhas constante pode também
indicar que as falhas são provocadas por agentes externos, tais como: uso
inadequado do equipamento ou técnicas inadequadas de manutenção.
O modo de falhas por desgaste é caracterizado por "β > 1", mas podem ocorrer
situações as quais as falhas por desgaste ocorram depois de um tempo finito livre de
falhas, e um valor de "β = 1" é obtido. Isto pode ocorrer quando uma amostragem
contém uma proporção de itens imperfeitos, acarretando falhas antes de um tempo
finito livre de falhas. Os parâmetros da Distribuição de Weibull dos modos de falhas
por desgaste podem ser deduzidos se forem eliminados os itens imperfeitos e
analisados os seus dados separadamente. (QUALYTEC)
2
d) Observações relativas à vida mínima t0
t0 é o parâmetro de vida inicial da distribuição de Weibull e representa a
distância da origem até o início da primeira falha. Na maioria dos casos é igual a zero,
significando que no tempo 0 (zero) a probabilidade de ter-se falha é zero.
6.2 Manutenção centrada na confiabilidade
Importante metodologia para a gestão da manutenção em uma empresa a
manutenção centrada na confiabilidade fornece métodos baseados na confiabilidade dos
equipamentos envolvidos que visam manter estes sempre com uma elevada confiabilidade.
a) Prática da manutenção preventiva tradicional
Segundo Moubray(1990), historicamente, a seleção e o planejamento das tarefas de
Manutenção Preventiva (MP) têm freqüentemente sido baseadas na idéia de que a mesma
pode evitar a grande maioria dos modos de falhas dos equipamentos mas, infelizmente,
isso não é verdade. Tarefas específicas de MP têm sido usualmente identificados na base
do que “pode ser feito” e não, necessariamente, do que “deveria ser feito e porque”.
O paradigma central na manutenção tradicional é a preservação do equipamento,
sem uma preocupação consciente das suas funções no sistema e de suas prioridades em
termos de alocação de recursos com vistas a uma otimização dos gastos em manutenção.
A maioria dos programas de MP tem sido gerados a partir de uma série de
processos mais ou menos intuitivos que, tipicamente, incluem um ou mais dos seguintes
argumentos:
 Experiência
"Tem sido feito desse modo nos últimos 15 anos, portanto, deve ser bom".
Esta é a justificativa mais comum para o uso de determinada tarefa de MP. Na
realidade, ninguém parou para perguntar se de fato o que vinha sendo feito era o que
deveria ser feito. Pode ser que no início da operação do equipamento, a tarefa fosse de fato
a mais indicada. Depois de todas as modificações introduzidas na instalação nos últimos 15
anos, tais tarefas podem ter ficado totalmente sem sentido. A adoção de novas técnicas de
MP poderia ser muito mais custo - eficiente na atualidade.
Isto não significa que “experiência” não seja importante, mas sim que a experiência
tem que ser constantemente analisada para se poder tirar proveito dos resultados positivos
e negativos.
 Julgamento
"Eu acho que isso deve ser uma boa coisa a fazer"
2
Muito semelhante à “experiência”. Na maioria das vezes, não há qualquer
documentação que indique as bases do julgamento.
 Recomendação
"O fabricante disse que deveríamos fazer assim"
Esta pode ser uma forma adequada no início da operação do equipamento, mas
pode não ser “ótima” para as suas reais condições de operação em uma determinada planta.
O fabricante não tem como saber as reais condições operacionais a que o equipamento será
submetido ao longo de toda a sua vida.
Evidentemente, estes processos não são otimizados, pois não há uma racionalidade,
nem uma sistemática estruturada, para a seleção de tarefas de manutenção e, portanto,
nenhum modo de se saber efetivamente se as tarefas definidas são tecnicamente corretas ou
representam uma alocação eficiente de recursos. Pior ainda é que, em alguns casos, tarefas
de MP introduzem falhas no equipamento.
b) Histórico
Historicamente, a atividade de manutenção passou por três fases distintas (Moubray
1991), verificadas abaixo:
1a geração – 1940 a 1950
-
Conserte quando quebrar
2a geração – 1950 a 1970
-
Recuperações globais programadas.
Sistemas para planejamento e controle de trabalho.
Computadores grandes e lentos.
3a geração – 1970 aos tempos atuais
- Monitoração de condição.
- Projetos mais preocupados com confiabilidade e mantenabilidade.
- Análises de risco.
- Computadores pequenos e rápidos.
- Análise de modos e efeitos de falhas (FMEA).
- Sistemas especialistas.
- Multidisciplinaridade e trabalho em grupo.
Diversos fatores motivaram a passagem das funções de manutenção por estas
gerações, dentre eles podem-se destacar:
- O aumento da demanda por produtos industriais;
- Baixa confiabilidade dos equipamentos;
- Segurança na indústria aeronáutica;
- Necessidade de diminuição dos custos;
2
- Aumento de produtividade, entre outros.
Ainda segundo Moubray(1990), hoje na Indústria Aeronáutica Mundial a
metodologia amplamente utilizada para elaboração de um plano de manutenção preventiva
baseado em confiabilidade, é conhecida como MSG-3. O MSG-3, introduziu diversos
conceitos novos, e em especial mudou a abordagem dos métodos anteriores de estabelecer
processos de manutenção para uma abordagem de estabelecer tarefas que sejam aplicáveis
e efetivas. Com a utilização do MSG-3 na Industria Aeronáutica, assim como o RCM II na
Industria em geral, se conseguiu otimizar bastante a manutenção preventiva e evitar as
conseqüências sérias de falhas, em relação a segurança e ao ambiente. Muitas empresas
hoje devem se adaptar a estes padrões. Esta questão é complexa, e envolve estratégias de
sobrevivência em um cenário cada vez mais competitivo, onde é necessário assegurar o
máximo retorno sobre o investimento e se manter FUNCIONANDO EFICIENTEMENTE.
Os custos de manutenção, tanto preventiva como corretiva, passaram a ter uma
grande importância. Em algumas indústrias, estão entre os mais altos custos operacionais.
Este fato se torna extremamente relevante se considerarmos que na maioria das vezes, este
é um dos poucos pontos que pode ser ajustado, e por isso hoje em dia estão entre as mais
altas prioridades dos custos a serem controlados.
Na Indústria Aeronáutica, somente a uns dez anos atrás, se começam os estudos
sobre custos de manutenção. Os grandes fabricantes como Boeing e Airbus, começam a
explorar os fatores de custo e usá-los comparativamente. Isto levou a uma preocupação a
mais durante a fase de projeto de uma aeronave, além dos fatores de segurança e
operacionalidade. O pessoal de manutenção, agora passa a atuar junto com projeto, para
definir a melhor localização, instalação e acesso de um componente, bem como a melhor
forma de mantê-lo.
Numa primeira fase ainda, não havia a necessidade de garantir estes custos, o que
surgiu depois com o aumento da concorrência. Hoje, até mesmo na aviação regional, o
fator custo operacional, aliado ao seu fator custo de manutenção vem sendo garantido, e é
um fator de disputa entre os concorrentes.
c) Definições
A MCC é um novo método para o planejamento da manutenção que, apesar de
utilizar as diversas técnicas de manutenção existentes, exige que algumas das práticas
correntes de MP, incutidas durante anos, sejam modificadas drasticamente.
Sem grandes preocupações formais, podemos afirmar que a MCC envolve: uma
consideração sistemática das funções do sistema, o modo como estas funções falham e um
critério de priorização explícito baseado em fatores econômicos, operacionais e de
segurança para a identificação das tarefas de manutenção que são aplicáveis e custos
eficientes.
Em essência, a MCC pode ser apresentada de uma forma bem simples enfocando os
seus quatro elementos exclusivos que a distinguem da prática tradicional, a saber:
 Preservação da função do sistema
 Identificação das falhas funcionais e dos modos de falha dominantes
 Priorização das falhas funcionais de acordo com as suas conseqüências
2
 Seleção de tarefas de manutenção aplicáveis e custo-eficientes, por meio
de um diagrama de decisão.
Em contraposição ao planejamento tradicional, o paradigma central da MCC é a
preservação da função do sistema. É importante frisar que preservar a função do sistema
não é o mesmo que preservar a operação do equipamento. É óbvio que preservamos a
função do sistema por meio da preservação da operação de todos os seus equipamentos.
Mas, será que todos os equipamentos são igualmente importantes? Vejamos uma ilustração
simples: Três bombas idênticas (A, B e C) estão operando em dois sistemas de refrigeração
de uma planta petroquímica. No caso da bomba A, sua indisponibilidade implica na parada
do sistema. As bombas B e C, por outro lado, atuam de forma redundante. Ou seja, a
indisponibilidade de uma delas não causa a parada do sistema. Neste caso, não parece
razoável que a bomba A tenha um plano de manutenção diferente das bombas B e C?
Para preservar a função, devemos analisar a perda da função, ou seja, as falhas
funcionais. O importante é que após a análise das falhas funcionais a transição do sistema
para os equipamentos é feita por meio de FMEA's (Análise dos Modos de Falha e seus
Efeitos). Uma FMEA fornece as informações básicas de causa e efeito e identifica as
condições específicas (modos de falhas de equipamentos) que ocasionam as falhas
funcionais. Os outros dois elementos exclusivos da MCC serão tratados nas seções que se
seguem.(MOUBRAY,1990)
d) Etapas do Processo de MCC
Na MCC, cada tarefa de um programa de MP é gerada a partir da avaliação das
conseqüências das falhas funcionais do sistema, seguida do exame explícito da relação
entre cada tarefa e as características de confiabilidade dos modos de falha do equipamento
para determinar se a tarefa é:
 Essencial do ponto de vista de segurança e ambiental
 Desejável do ponto de vista de custo-benefício (perda de capacidade
operacional e indisponibilidade são consideradas custos)
A figura a seguir mostra uma visão geral do processo de Manutenção Centrada em
Confiabilidade (MCC).
Definição do sistema
Fronteiras
Interfaces
Modularização
Funções & Análise
das Falhas Funcionais
Análise dos Modos
de Falha e seus
Efeitos (FMEA)
Formulação e
Implementação do
Plano de Manutenção
Baseado na MCC
Diagrama de Decisão
para a Seleção de
Tarefas de Manutenção
3
Figura 6.10 : Visão Geral do Processo de MCC.
Estas etapas são cumpridas em reuniões dos chamados grupos de trabalho da MCC.
Os participantes destes grupos devem ser selecionados levando-se em conta o
conhecimento necessário para a análise do sistema em questão. Tais grupos devem
SEMPRE incluir pessoal de operação e de manutenção. Em geral, o operador é quem
percebe a ocorrência dos modos de falha, enquanto o mantenedor conhece a fundo os
equipamentos e componentes. Para o bom desenvolvimento das reuniões de MCC, sugerese que os grupos sejam limitados a, cerca de 5 participantes. Em reuniões específicas,
entretanto, alguns especialistas podem ser convidados (um exemplo comum é a presença
de pessoal de instrumentação em reuniões de FMEA).
e) O Diagrama de Decisão da MCC
O Diagrama de Decisão da MCC (DD) utiliza um conjunto de perguntas do tipo
"sim ou não" para classificar as conseqüências dos modos de falha e, em seguida, buscar
tarefas de manutenção que sejam aplicáveis e eficazes na prevenção ou mitigação destas
falhas.
A figura a seguir mostra a primeira parte do DD onde, inicialmente, as
conseqüências dos modos de falha são divididas em evidentes ou ocultas. As ocultas são
separadas, pois merecem um tratamento diferenciado. Em seguida, as conseqüências são
priorizadas como:
♦ Segurança & Ambientais
Público e pessoal de operação podem ser atingidos e/ou qualquer legislação ambiental
pode ser violada.
♦ Operacional
Continuidade operacional diretamente afetada (produção, qualidade, custos).
♦ Econômicas
Conseqüências associadas diretamente com o reparo da falha
3
Em condições normais, os
operadores ficam sabendo
da ocorrência da falha?
Sim
(1) Evidente ?
Não
D
(2) Segurança ?
Este modo de falha tem
implicações na segurança
da planta?
A
Falha oculta
Sim
Não
(3) Continuidade Operacional ?
Este modo de falha causa
uma parada total ou
parcial da planta?
Problema de
Segurança
Sim
Não
Problema operacional
Problema econômico
B
C
Figura 6.11 : Diagrama de Decisão.
Após a priorização dos modos de falha, tarefas de manutenção dos tipos BT
(baseadas no tempo), BC (baseadas na condição/preditivas), TDF (testes para descobrir
falhas ocultas) e corretiva são avaliadas (ver Figura a seguir), levando em conta as
características de confiabilidade dos modos de falha, e a selecionada deve satisfazer os
seguintes critérios:
A relação entrid adeco nfiabSlida eparim estafl haécon Nãohecida?
astreEpc fasBTique Sim E sexital japlicgumt ável?rfaBT que
Nã o
a Especiftar iquesBC Sim E xistealg umat refaBC quesj aplicá vel?
Acate goriade staflh NãaéD(o oculta)?
Sim
N ão
asE tarefspciq ueTDF Sim qExis uesjatlg aplicávmtref el?aTDF
Alg madu staref Nãsepc oifcads éefica z?
Sim
Orepo jetopd ersol verop Nãoblema?
Esp ecifqu eastr fas
N ão
Sim
BT/C /TDF
Manute nçãoC oretiva Exe cutare projet
Figura 6.12 : Diagrama de Decisão - Seleção de Tarefas
 Aplicável
A tarefa previne ou mitiga a falha, detecta o início do processo de falha, ou descobre uma
falha oculta.
 Custo-Eficiente
A tarefa é a opção mais eficaz as tarefas candidatas.
6.2.1 FTA e FMEA introdução
Segundo Moubray(1994), a FTA(fault tree analisys – análise da árvore de falhas) e
a FMEA(failure mode and effects analisys – análise do modo e efeito das falhas) são
métodos de análise de produtos e processos que permitem uma avaliação sistemática e
padronizada de possíveis falhas, estabelecendo suas conseqüências e orientando a adoção
de medidas corretivas e preventivas.
3
Estes métodos não são usados apenas como meios de prever falhas em produtos e
processos, mas também com técnicas de solução de problemas e ferramentas auxiliares no
processo de desdobramento da função qualidade.
O campo de aplicação destes métodos é bastante amplo, pois eles nos fornecem
pistas para a execução de melhorias nos sistemas, mediante a descobertas de pontos
problemáticos, com uma análise minuciosa dos elementos do sub-sistema e relaciona as
possíveis falhas e suas conseqüências no sistema como um todo.
Na aplicação destes métodos, é possível hierarquizar as causas das falhas quanto a
sua importância, risco e facilidade de detecção, e podem-se estabelecer parâmetros para se
adotar medidas preventivas (se os problemas potenciais) ou corretivas (bloqueando as
causas das falhas que já ocorreram).
Na análise de falhas (problemas), deve-se chegar às causas fundamentais que
normalmente estão nos componentes de um dado sistema (produto ou processo) ou nas
peças e componentes, estas causas podem ser externas ao sistema (variações de voltagem,
condições ambientais, vibrações, etc).
Podemos destacar, portanto algumas situações aplicáveis desta metodologia:
-
Para aperfeiçoamento de um produto que já existe ou processo já em operação, a
partir da identificação das causas das falhas ocorridas e seu posterior bloqueio;
Na detecção e bloqueio das causas de falhas potenciais (antes que aconteçam) em
produtos ou processos em operação;
Na detecção e bloqueio das causas de falhas potenciais (antes que aconteçam) em
produtos ou processos, ainda na fase de projeto e
Alterações nos projetos e/ou processos existentes.
Deve-se destacar que a confiabilidade do produto ou processo aumenta quando as
causas de falhas são bloqueadas à montante, ou seja, começando pelo bloqueio na etapa de
projeto (condição ideal) e prosseguindo até a situação em que se tem a rotina implantada.
As técnicas de análise têm, portanto os seguintes objetivos:
-
Garantia e melhoria da confiabilidade do produto, serviço, processo ou sistema;
Criar mentalidade preventiva;
Análise, identificação e bloqueio de falhas potenciais;
Identificação de pontos fracos;
Crescimento da capacitação e
Elevação da produtividade.
E como conseqüências da utilização das técnicas, podemos ter:
-
Relações interdepartamentais;
Melhoria da capacitação e motivação;
Organização da documentação;
Conhecimento do sistema;
Visão sistêmica e
Melhoria da eficiência.
a) FTA
3
A FTA é um método sistemático e padronizado, capaz de fornecer bases objetivas
para funções diversas, tais como: a análise de modos comuns de falhas em sistemas,
justificação de alterações em sistemas e demonstrações de atendimento a requisitos
regulamentares e/ou contratuais, dentre outras.
Seu emprego resulta particularmente útil para:
- Auxiliar o analista a identificar dedutivamente as falhas do sistema;
- Assinalar os aspectos do sistema mais relevantes em relação a uma falha em
particular e
- Fornecer ao analista um meio de compreensão do comportamento do sistema.
A análise das falhas pode ser feita do nível hierárquico superior do sistema para o
nível inferior do sistema completo até seu componente mais simples. Esse é o método
empregado pela FTA. Na FTA, raciocina-se de cima para baixo (“top down”). A falha do
sistema é denominada de evento de topo e é decomposta a partir do nível superior para os
inferiores, fazendo-se seqüências ou combinações de fatos capazes de conduzir ao tal
evento.
A árvore de falha é um modelo gráfico que permite mostrar de uma maneira
simples, o encadeamento dos diferentes eventos que podem dar por resultado o evento de
topo.
Podem-se destacar os seguintes objetivos específicos da FTA
-
Estabelecer um método padronizado de análise de falhas ou problemas, verificando
como ocorrem em um equipamento ou processo;
Análise da confiabilidade de um produto ou processo;
Compreensão dos modos de falha de um sistema usando uma maneira dedutiva;
Priorização das ações corretivas que serão tomadas;
Análise e projeto de sistemas de segurança ou sistemas alternativos em
equipamentos;
Compilação de informações para manutenção de sistemas e elaboração de
procedimentos de manutenção;
Indicação clara e precisa de componentes mais críticos ou condições críticas e
operação;
Compilação de informações para treinamento na operação de equipamentos;
Compilação de informações para planejamento de testes e inspeção;
Simplificação e otimização de equipamentos e
A estrutura da árvore de falhas é apresentada abaixo, onde se pode observar que o
evento indesejado aparece no topo, ligado a eventos mais básicos por meio de símbolos de
eventos e portas lógicas.
FALHA DO SISTEMA (EVENTO DE TOPO)
A ÁRVORE DE FALHAS CONSTA DE UMA SEQÜÊNCIA DE EVENTOS
QUE PODEM CONDUZIR AO EVENTO DE TOPO
3
EVENTOS QUE TEM UMA CAUSA MAIS BÁSICA SÃO COLOCADOS EM
RETÂNGULOS CONTENDO A DESCRIÇÃO DOS MESMOS
OS EVENTOS QUE COMPÕEM A SEQÜÊNCIA ESTÃO LIGADOS POR
MEIO DE PORTAS LÓGICAS E, OU OUTRAS.
A SEQÜÊNCIA FINALIZA NAS CAUSAS BÁSICAS INDICADAS EM
CÍRCULOS
A ELIMINAÇÃO DAS CAUSAS BÁSICAS TEM COMO CONSEQÜÊNCIA A
ELIMINAÇÃO DO EVENTO DE TOPO
Figura 6.13 : Estruturação da árvore de falhas.
Neste trabalho esta técnica será aplicada a um conjunto de equipamentos chave para
qualidade do serviço, onde o objetivo será o levantamento das árvores de falha primárias
para os equipamentos, sendo que o nível inferior será retratado pelos equipamentos /
sistemas / componentes que são passíveis de gerar algum tipo de alarme para a central de
comutação, onde se procurará identificar os principais efeitos destes alarmes na qualidade
do serviço prestado.
b) FMEA
FMEA = FMA + FEA
FMA = failure mode analisys
Estudo de um sistema e as interações funcionais de seus componentes sob
várias condições preestabelecidas de operação (normais e anormais) de modo a determinar
a localização de uma provável falha, tipo e mecanismo de ocorrência. A técnica FMA é
utilizada normalmente na revisão de projetos e/ou processos de forma a evitar a
reocorrência dos tipos de mecanismos de falhas.
FEA=failure effects analisys
Estuda as falhas potenciais que podem ocorrer em alguma parte do sistema,
objetivando determinar a severidade de cada falha em termos de riscos relacionados a
segurança ou perdas inaceitáveis de performance, operação ou disponibilidade do sistema.
Podemos definir então FMEA como um método de análise de projetos, usado para
identificar todos os possíveis modos potencias de falha e determinar o efeito de cada uma
sobre o desempenho do sistema, mediante um raciocínio basicamente dedutivo, esta
ferramenta busca, em princípio, evitar, por meio da análise das falhas potenciais e
3
propostas de ações de melhoria, que ocorram falhas no projeto do produto ou do processo.
Pode-se dizer que com sua utilização, se está diminuindo as chances do produto ou
processo falhar, ou seja, estamos buscando aumentar a confiabilidade.
Os objetivos específicos da FMEA são:
-
A integração de diversos órgãos da empresa pela identificação e análise conjunta
dos tipos de falhas em potencial e proposição de alternativas que minimizem os
riscos envolvidos;
Perfeita compreensão e registro dos critérios utilizados na revisão de um projeto ou
processo;
Prevenção ao invés de detecção e conseqüentemente redução dos custos da
qualidade;
Para diminuir a probabilidade da ocorrência de falhas em projetos de novos
produtos ou processos;
Para diminuir a probabilidade de falhas potenciais (ou seja, que ainda não tenham
ocorrido) em produtos / processos já em operação;
Para aumentar a confiabilidade de produtos ou processos já em operação por meio
da análise das falhas que já ocorreram;
Para diminuir os riscos de erros e aumentar a qualidade em procedimentos
administrativos e
Comprovação da execução das atividades preventivas para a qualidade de um
produto ou serviço, relacionados com: Responsabilidade Civil do Fabricante,
código de defesa do consumidor e normas ISO série 9000.
c) Etapas da análise
Para se fazer uma análise via FMEA é necessário que se faça algumas perguntas
básicas, tais como:
-
Que tipo de falhas são observadas?
Que partes do sistema são afetadas?
Quais são os efeitos da falha sobre o sistema?
Qual é a importância da falha?
Como preveni-la?
Esta análise é basicamente dedutiva, e não necessita de cálculos mais sofisticados.
Os resultados da FMEA são registrados em um formulário padronizado.
Seqüência de procedimentos para elaboração da FMEA
-
Definir a equipe responsável pela execução;
Definir os itens do sistema que serão considerados;
Preparação prévia: coleta de dados;
Análise preliminar;
Identificação dos tipos de falhas e seus efeitos;
Identificação das causas das falhas;
Identificação dos controles atuais;
3
-
Análise das falhas para determinação de índices;
Análise das recomendações
Revisão dos procedimentos;
Preenchimento dos formulários da FMEA e
Reflexão sobre o processo.
Na fase de avaliação dos índices, são definidos os seguintes índices para os riscos
de falhas:
- Índice de gravidade (G)
- Índice de detecção (D)
- Índice de ocorrência (O).
Estes índices vão compor uma média ponderada, na qual os pesos para cada índice
variam de acordo com as necessidades do produto / processo, ex.:
- Gravidade – peso 6
- Ocorrência – peso 3
- Detecção – peso 1
De acordo com os seguintes critérios:
GRAVIDADE (G)
Índice
Gravidade
Critério
1
Mínima
O cliente mal percebe que a falha ocorre
2
Pequena
Ligeira deterioração no desempenho com leve
3
descontentamento do cliente
4
Moderada
Deterioração significativa no desempenho de um sistema
5
com descontentamento do cliente
6
7
Alta
Sistema deixa de funcionar e grande descontentamento
8
do cliente
9
Muito alta
Idem ao anterior, porém afeta a segurança.
10
Tabela 6.1 : Índice de Gravidade.
OCORRÊNCIA (O)
Índice
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
Ocorrência
Remota
Pequena
Moderada
Alta
Muito alta
Proporção
1 : 1.000.000
1 : 20.000
1 : 4.000
1 : 1.000
1 : 400
1 : 80
1 : 40
1 : 20
1:8
1:2
3
0
Tabela 6.2 : Índice de ocorrência.
DETECÇÃO (D)
Índice detecção
Critério
1
Muito
Certamente será detectado
2
grande
3
Grande
Grande probabilidade de ser detectado
4
5
Moderada Provavelmente será detectado
6
7
Pequena Provavelmente não será detectado
8
9
Muito
Certamente não será detectado
10
pequena
Tabela 6.3 : Índice de detecção.
Quando o grupo estiver avaliando um índice, os demais não podem ser levados em
conta, ou seja, a avaliação de cada índice é independente.
O formulário FMEA é um documento vivo, ou seja, uma vez realizada uma análise
para um produto/processo qualquer, esta deve ser revisada sempre que ocorrerem
alterações neste produto/processo. Além disso, mesmo que não haja alterações, deve-se
regularmente revisar a análise, confrontando as falhas potenciais imaginadas pelo grupo
com as que realmente vem ocorrendo no dia-a-dia do processo e uso do produto, de forma
a permitir a incorporação de falhas não previstas, bem como a reavaliação, com base em
dados objetivos das falhas já previstas pelo grupo.
6.4 Confiabilidade de sistemas
A confiabilidade de sistemas é uma área da engenharia de confiabilidade que cuida
da análise da confiabilidade de sistemas compostos por vários componentes e/ou
subsistemas, em que a confiabilidade total é fruto da associação dos seus componentes de
modo que se possa verificar a influência dos mesmos na totalidade do sistema.
Dependendo da forma como os componentes estejam interligados, os sistemas
podem ser classificados como:
a. Sistemas em série
A característica principal do sistema em série é a de que a falha em qualquer um
dos seus componentes, resulta na falha do sistema, supondo que as probabilidades de falha
dos seus componentes sejam estatisticamente independentes. Pode ser representado pelo
esquema abaixo:
1
2
3
n
3
Figura 6.14: Sistema com n elementos ligados em série.
A probabilidade de sobrevivência do sistema é dada pelo produto da n probabilidades
dos respectivos elementos.
Rs(t) = R1(t) x R2(t) x ..... x Rn(t)
b. Sistemas em paralelo
A característica principal do sistema em paralelo é a de que a falha em todos os
seus componentes é que resulta na falha do sistema, supondo que as probabilidades de
falha dos seus componentes sejam estatisticamente independentes. Pode ser representado
pelo esquema abaixo:
1
2
3
n
Figura 6.15: Sistema com n elementos ligados em paralelo.
A probabilidade de sobrevivência do sistema é dada pela equação abaixo.
Rs(t) = (1-R1(t)) x (1-R2(t)) x ..... x (1-Rn(t))
c. Sistemas mistos
Muitos sistemas são constituídos por uma combinação de subsistemas em série e
em paralelo. A confiabilidade destes pode ser calculada usando as fórmulas vistas
anteriormente.
3
1
4
5
6
m
2
3
n
Figura 6.16: Sistema misto.
d. Sistemas complexos
São sistemas onde os componentes não estão ligados nem em série e nem em
paralelo. Existem diversos métodos para determinação da confiabilidade destes sistemas,
tais como: Método da decomposição, Método tie-set e cut - set, Método da tabela
booleana.
6.4 A empresa TIM Nordeste
A TIM nasceu na Itália em 14 de julho de 1995 e em curto espaço de tempo,
tornou-se a operadora líder em telefonia celular de toda a Europa. Com mais de 50 milhões
de clientes na Europa e na América Latina, a TIM é uma das principais operadoras de
telefonia móvel do mundo. Só na Itália, são 22,7 milhões de linhas. As operações da TIM
no mundo podem ser mais bem visualizadas na figura 6.17 abaixo:
4
Figura 6.17: Operação da TIM pelo mundo.
Na América Latina (incluindo o Brasil), os celulares com tecnologia TIM já somam
mais de 8,8 milhões de clientes.
Em solo brasileiro, a TIM começou a funcionar em 1998, com uma concessão para
operar através de 03 holding's: Tele Nordeste Celular (Alagoas, Pernambuco, Paraíba, Rio
Grande do Norte, Ceará e Piauí), Tele Celular Sul (Paraná, Santa Catarina e Região de
Pelotas) e Maxitel (Minas, Bahia e Sergipe). Em 2003, a TIM ampliou a sua atuação em
todo o país, tornando-se a única operadora de telefonia celular a atender a todo o território
nacional, conforme podemos visualizar na figura 6.18 seguinte:
4
Figura 6.18: Operação da TIM no Brasil.
De acordo com o novo modelo proposto pela ANATEL os usuários da telefonia
móvel celular serão atendidos pelo Serviço Móvel Pessoal (SMP) em substituição ao
Serviço Móvel Celular (SMC). As diferenças básicas entre os dois modelos são
mostradas na tabela 6.4 abaixo:
Tabela 6.4: Diferença entre SMC e SMP.
4
Visando expandir as suas atividades em território nacional a TIM adquiriu
concessões do SMP, nas bandas D e E, para operar em todas as regiões do Brasil a
partir de 2002. Para isto ocorrer, a TIM antecipou as metas da ANATEL nas operadoras
fixas onde a TIM possuía participação acionária.
Ainda de acordo com as novas regras, as regiões do SMP estão divididas
conforme é mostrado na figura 6.19:
Figura 6.19: Futuras regiões do SMP.
As subsidiárias que fazem parte da área 10 no Nordeste foram separadas das
empresas de telefonia dos respectivos estados em Janeiro de 1998, e detêm a concessão
para exploração dos serviços de telefonia móvel celular na chamada Banda A nesses
estados. O prazo destas concessões é de 15 anos sendo obtidas entre 1993 e 1994. As
mesmas podem ser renovadas por iguais períodos de 15 anos, mediante o cumprimento de
certas condições e sob a regulamentação e fiscalização da Agência Nacional de
Telecomunicações (ANATEL).
A tecnologia de telefonia celular utiliza ondas de rádio freqüência, que são
semelhantes às de rádio comum, para fazer as ligações. O Governo Brasileiro, que é
responsável pela concessão da mesma, determinou que a faixa de freqüência concedida
para telefonia móvel celular (serviço SMC) estivesse em torno de 800 MHz (as ondas de
rádio FM comercial estão entre 88 e 108 MHz). Contudo, foram divididas em duas subfaixas, formando assim as conhecidas Banda A e Banda B.
A Banda A foi disponibilizada para empresas estatais que foram privatizadas em
1998. Também neste ano a concessão da banda B foi leiloada a empresas privadas.
4
As empresas concessionárias são chamadas de operadoras e determinam a
tecnologia de rede a ser utilizada para disponibilizar os seus serviços ao mercado. A TIM
atualmente possui três tecnologias: analógica (AMPS), digital (TDMA) e digital (GSM).
Em março de 1999 a Tele Nordeste Celular e suas operadoras, adotaram o nome
comercial TIM, ressaltando a marca da sua controladora, a Telecom Italia Mobile.
A área de manutenção dos equipamentos de telecomunicações celular abrange
atividades tanto de operação da planta como manutenção desta, a manutenção é executada
apenas quando há a falha do equipamento, mas aos poucos estão sendo introduzidas
algumas políticas de manutenção preventiva e preditiva, onde estas têm como foco
principal o acompanhamento de indicadores e atuação preventiva em campo, estas políticas
também atuam de forma que se descubram problemas antes que estes afetem a qualidade
da planta e conseqüentemente o cliente.
Quanto a distribuição das equipes de manutenção, o Estado de Pernambuco é
dividido em 3 áreas onde a área 1 compreende a Região Metropolitana de Recife e cidades
do interior do Estado até uma distância de 120km, a área 2 compreende as estações e
cidades do interior do Estado acima de 120 km de distância de Recife até
aproximadamente 270km e a área 3, estações e cidades com distância acima de 270km.
6.5 Sistema de telefonia móvel celular
6.5.1 Breve descrição do sistema
Neste tópico são apresentadas as principais definições sobre o sistema móvel
celular necessárias ao entendimento das funções dos equipamentos que serão objeto deste
estudo.
a) Termos básicos
Na Figura 6.20 está ilustrado um sistema automático de Telefonia Móvel Celular
(CMS) controlado por uma única central telefônica, com os seguintes elementos:
- Central de Comutação de Serviços Móveis (CMS) ou Central de Comutação e
Controle (CCC)
- Estação Rádio Base (ERB)
- Estação Móvel (EM)
4
RTP
M
AXE T
S
MSC
CCC
MTS Subsistema de Telefonia Móvel
ERB
ERB
EM
ERB
Área de Serviço
RTP Rede Pública de Comutacão Telefônica
AXE Central Telefônica AXE`10
Figura 6.20: Sistema de telefonia celular.
Quando uma chamada entre um assinante móvel e um assinante comum for
estabelecida, a conversação será transmitida via um canal de rádio entre a Estação
Móvel e um canal de voz da Estação Rádio Base situada mais próxima do móvel. Em
seguida, esta conversação seguirá através de uma linha de voz até a central, daí, será
comutada para a Rede Pública de Telecomunicações onde estará situado o assinante
fixo.
Quando a qualidade de transmissão de uma chamada em Progresso deteriora,
devido a uma estação móvel se afastar da Estação Rádio Base, será executada uma
mudança automática de Estação Rádio Base (ou de forma mais precisa ocorrerá uma
mudança de célula), processo este que recebe o nome de Handoff ou Handover. Esta
troca implica em uma mudança na linha de voz, o que levará a uma reseleção de um
novo caminho de comutação no terminal de controle.
b) Estação rádio base e célula
A Estação Rádio Base é capaz de estabelecer comunicação com qualquer estação
móvel que esteja se deslocando em uma área em torno dela.
A Estação Rádio Base ou simplesmente ERB é conectada ao MSC através de
circuitos ponto a ponto. Esta estação tem como atividade principal trabalhar como
repetidora da informação de voz e de dados, bem como supervisionar a qualidade do
enlace de transmissão durante a conversação. Esta supervisão é realizada através do tom
TAS e pela medição do nível de intensidade dos sinais recebidos das estações móveis.
Uma Estação Rádio Base normalmente possui equipamentos para servir a uma
célula omnidirecional ou a três células setorizadas. Do ponto de vista de instalação as
Estações Rádio Base podem ser acomodadas em prédios comuns ou em "containers".
4
Na planta da empresa em estudo, temos duas versões de equipamentos, uma
mais antiga, versão 882, e uma posterior a esta chamada versão 884. Uma das maiores
diferenças existentes entre a nova geração e a geração anterior reside no tamanho do
equipamento. O tamanho do equipamento atual corresponde a 50% do tamanho do
anterior.
A Estação Rádio Base compreende as seguintes unidades funcionais: Grupo de
Canal de Rádio (RCG), Interface Rádio-Central (ERI) e fonte de alimentação, segundo a
figura 6.12 abaixo.
ERB
Para o
MSC
ERI
RCG
ERB
Alimentação
Figura 6.21: Unidades funcionais da Estação Rádio Base versão 882.
4
Figura 6.22: Unidades funcionais da Estação Rádio Base versão 884
Na versão 884, a parte do ERI foi substituída pelo CRI e o RCG pelo TCB
ATCC.
A Interface Rádio-Central (ERI) trabalha como um adaptador dos sinais entre o
MSC e a Estação Rádio Base. Assim este equipamento recebe dados das unidades de
canais e envia estas informações para o MSC através do enlace de controle dedicado. Já
na direção oposta, o equipamento recebe dados do MSC através do enlace e os envia
para a unidade de canal correspondente.
A tensão empregada pelas Estações Rádio Base é de +26,4V que pode ser
suprida por um conversor AC/DC. No caso de interrupção de alimentação é necessário
que exista uma forma de backup, que normalmente é realizada através de baterias.
+ 26,4 V
ALIMENTAÇÃO
AC/DC
0V
BATERÍA
DE
BACK-UP
Figura 6.23: Fonte de alimentação.
4
Se no local existir a disponibilidade de -48V, a tensão de +26,4V é obtida
através de conversores DC/DC.
A figura 6.24 apresenta um diagrama funcional do RCG. Esta configuração, (que
é constituída de 1 canal de controle, alguns canais de voz e um receptor de intensidade
de sinal) é típica daquela empregada por uma célula padrão.
CANAL DE
CONTROLE
UC
TX
+ 26,4 V
RX
UC
VOZ
CCRS VC1
VC2
VC3 A
N-1
CANAL DE VOZ 1
TX
CC
+ 26,4 V
VCN
COMBINADOR
PMU
TX
RX
CANAL DE VOZ
2 A N-1
CANAL DE VOZ N
UC
TX
CC
VC1
+ 26,4 V
VC2
A
N-1
RX
RECEPTOR DE INTENSIDADE
DE SINAL
Dados
VCN
SR
MULTIACOPLADOR
RX
+ 26,4 V
UC
CC
VC1
RX
TESTADOR DE CANAL
UC
TX
+ 26,4 V
VC2
A
N-1
VCN
SR
MULTIACOPLADOR
RX
RX
Figura 6.24: Diagrama de blocos de um RCG.
O RCG contém todas as unidades necessárias para realizar a comunicação com
as estações móveis, ou seja, este grupo contém:
- unidade de canal
- combinador (TX)
- multiacoplador (MCA e MCB)
- receptor de intensidade de sinal (SR)
- oscilador de referência (obrigatório somente no CMS 8810)
- comutador do canal de controle redundante (CCRS)
- testador de canais (CT)
- unidade de supervisão de potência (PMU)
- sistema de antena
4
As unidades dos canais de controle e dos canais de voz são idênticas, ou seja,
cada unidade apresenta um transmissor (TX), um receptor (RX), uma unidade de
controle (UC) e um amplificador de potência (PA), que está conectado à saída do
transmissor. Estes amplificadores podem ser encontrados em três diferentes versões, a
saber:
- 10 W
- 25 W
- 50 W
A potência de saída determina o tamanho da área de cobertura do canal em
questão. De modo a obtermos a cobertura desejada, deve-se selecionar a unidade de
potência mais indicada, bem como deve-se realizar um ajuste manual no local de
instalação para a versão 882, na versão 884 o ajuste é através de comando no MSC.
As unidades de canais de um mesmo RCG podem ser atribuídas a diferentes
células através de comandos enviados no MSC. Da mesma maneira podemos fazer com
que as unidades de canal passem a operar como canais de voz, canais de controle ou
como receptor de intensidade de sinal.
Com o multiacoplador (MCA ou MCB) podemos conectar a uma antena até 48
canais de voz e 2 receptores de intensidade de sinal. O ganho do multiacoplador é
suficiente para compensar as perdas das redes de híbridas para divisão de potência
(Power-Split) que irão distribuir o sinal recebido para os receptores do sistema.
O receptor de intensidade de sinal é constituído de um receptor e uma unidade
de controle. Este receptor de intensidade de sinal tem por finalidade medir a intensidade
do sinal recebido das estações móveis em qualquer canal alocado nas células vizinhas.
Os números dos canais a serem investigados serão fornecidos pelo MSC.
Os canais são continuamente amostrados um a um e o resultado destas medições
é armazenado na unidade de controle do receptor. Estes resultados são utilizados
durante o procedimento de handoff, de modo que o MSC determine se a chamada em
progresso deve ser comutada para a célula em questão.
O combinador conecta até 16 transmissores a uma única antena, o que nos é de
grande valia uma vez que atualmente os mastros encontram-se em processo de
congestionamento. A título de exemplo, podemos citar que em casos extremos, um
mastro pode conter até 100 canais. O combinador é constituído dos seguintes elementos:
•
•
•
Um circulador com baixa perda no sentido direto de transmissão e alta perda na direção
reversa.
Cavidades ressonantes de alta eficiência para filtrar outras freqüências
Redes de transmissão conectadas em estrela.
O filtro interno do combinador permite que exista para cada antena, somente um
único transmissor operando a uma dada freqüência. Em freqüências fora da freqüência
de ressonância do filtro, os transmissores estão isolados. A eficiência e a isolação
4
obtidas a partir da cavidade ressonante aumentam à medida que a separação de
freqüência aumenta.
Quanto ao sistema irradiante, devemos dizer que dependendo do tipo empregado
de células, existirá um tipo de antena a ser utilizado, ou seja, células circulares exigirão
antenas unidirecionais enquanto que células setorizadas necessitarão de antenas
direcionais. A figura 6.25 mostra o tipo de antenas empregado.
Omnidirecional
RX
RX
TX
TX
Direcional
Figura 6.25: Tipos de antenas empregadas.
Devido à diversidade em espaço é necessário duas antenas de recepção espaçadas
de 3 a 5 metros. Os receptores são equipados com diversidade rápida, para reduzir a
degradação da qualidade de conversação devida ao fading causado pela propagação
múltipla.
c) Grupo de módulos de extensão
EMG é o equipamento que controla a Estação Rádio Base. Este equipamento
está localizado no bastidor ou nos bastidores ERI e consiste de STR (ou um par de
STRs) e de um número de EMRPs. Cada par EMRP (ou um EMRP) forma um módulo
de extensão (EM). Daí o nome Grupo de Módulos de Extensão. Conseqüentemente cada
módulo de extensão controla as UCs (ou teleimpressora, etc.).
Um EMG é normalmente dedicado para controlar uma Estação Rádio Base, ou
seja, uma célula omnidirecional ou três células setorizadas. Por isso, quando
conectarmos uma nova Estação Rádio Base (por comandos), o EMG deve ser
especificado por um único nome ou número, assim como todos os EMs e os
equipamentos controlados por estes.
A especificação envolve a configuração do enlace de controle (se duplicado ou
não), conforme figura 6.26 abaixo.
5
EMG
EMG
EMG
Enlaces
de Controle
MSC
Figura 6.26: Exemplo de enlaces de controle e EMGs
6.5.2 Equipamentos constituintes de uma Estação
Como visto no capítulo anterior, a estação rádio base, equipamento que interfaceia
a comunicação entre o aparelho celular e a central de comutação e controle, é constituído
da parte de controle, e da parte de rádio transmissor, porém existem ainda equipamentos
acessórios que servem de apoio ao perfeito funcionamento, podemos listar os seguintes
equipamentos e suas funções:
a) Equipamentos de transmissão
Cada RBS possui um canal de comunicação com a central de comutação e
controle (CCC), por onde trafegam os controles sobre os elementos da RBS e a
comunicação de voz de um assinante que esteja sendo atendido por esta. Como a
comutação digital na CCC é baseada na comutação de time slots de um ou dois canais
PCM de 32 time slots, onde o time slot 16 é o de controle e o 0 de alinhamento de
quadro e sinalização, no caso de RBS com maior quantidade de canais de voz.
O sistema de transmissão entre a RBS e a CCC é baseado neste tipo de
transmissão, onde os 30 time slots que sobram transportam sinais digitalizados da voz
do assinante quando operando no modo analógico, e 3 sinais de voz multiplexados, ou
seja três conversações multiplexadas em um único time slot, que é a tecnologia TDMA,
quando operando no modo digital.
5
Figura 6.27: Transmissão via Mini-link.
1 – unidade indoor
2 – unidade outdoor
3 – unidade outdoor 2
4 – cabo coaxial
O sistema de mini-link é um rádio enlace composto por dois equipamentos
principais, o indoor que serve de interface com a RBS/CCC, multiplexa os canais de
PCM em um único canal de transmissão e também serve de apoio para o gerenciamento
e manutenção do rádio enlace; e o outdoor que é o transmissor propriamente dito
acoplado à antena, atualmente na TELPE celular, três tipos de produtos são utilizados,
os mini-links E e C da Ericsson e o SRAL da Siemens, todos têm em comum a mesma
configuração descrita anteriormente, do ponto de vista de manutenção, os tipos
utilizados permitem uma medição de performance do link, podendo obter, no caso dos
produtos da Ericsson informações sobre a taxa de erro, tempo fora de serviço, medição
do nível de campo recebido, entre outras.
b) Climatização
A climatização é a área que cuida dos equipamentos que têm a finalidade de
conservar as condições ambientais internas da estação rádio base, dentro das especificações
de perfeito funcionamento dos equipamentos internos, portanto aparelhos de ar
condicionado tipo janela e wall mounted, equipamentos de controle das máquinas, plc’s,
sensores de temperatura, inversores de tensão dc/ac e quadros de monitoração, fazem parte
desta área.
c) Energia
5
A área de energia engloba todos os equipamentos que sirvam de fonte de
alimentação secundária para os equipamentos de transmissão, comutação e todos aqueles
que são alimentados em corrente contínua, portanto, fonte de corrente contínua, banco de
baterias estacionárias, estantes de bateria, quadro de distribuição para os consumidores em
corrente contínua, conversores DC/DC, fazem parte desta área.
6.5.3 Fontes geradoras de alarmes
Em cada central de comutação e controle tem sua listagem de alarmes que indica ao
operador os alarmes atualmente ativos em quais estações, inclusive o próprio equipamento
de comutação e controle possui seus órgãos que no caso de falha ou degradação da
qualidade enviam alarmes para esta listagem. Temos, portanto fontes geradoras de alarmes
na planta de equipamentos a citar:
O equipamento de comutação e controle;
A estação rádio base;
A fonte de corrente contínua;
O CLP (Controlador lógico programável);
O quadro de distribuição de corrente contínua.
O objeto de estudo desta monografia, portanto restringe-se aos equipamentos
constituintes da estação de telecomunicações móveis celular, que popularmente chamamos
de ERB:
A estação rádio base;
A fonte de corrente contínua;
O CLP (Controlador Lógico Programável) e
O quadro de distribuição de corrente contínua.