Modelo estadístico matemático para la optimización de la vida útil media en los sistemas técnicos Un enfoque basado en costos y fiabilidad

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Mecánica e Industrial. Departamento de Ingeniería Industrial.. TRABAJO DE DIPLOMA Tema: Modelo estadístico matemático para la optimización de la vida útil media en los sistemas técnicos. Un enfoque basado en costos y fiabilidad.. Trabajo de Diploma para optar por el grado académico de Ingeniero Industrial Disciplina: Gestión e Ingeniería de la Calidad. Tutor(es):. Dr. C. Ing. Carlos Machado Oses. Autor(a):. Roselys Caridad Salas Nodarse e-mail: [email protected]. Fecha de terminación:. 31. May 2017. Curso:. 2016-2017.

(2) DEDICATORIA Dedico el resultado de este esfuerzo: A mis padres, por enseñarme el camino correcto, por brindarme siempre su apoyo y depositar su confianza en mi futuro, gracias a sus esfuerzos he podido alcanzar todas las metas que me he propuesto en la vida. A mis hermanos, por haberme ayudado y apoyado durante todos estos años de estudio y sacrificio. A todos mis profesores que han sabido darme la formación profesional, que me va a servir para toda la vida.. II.

(3) AGRADECIMIENTOS Mis más sinceros agradecimientos: A la Revolución, por permitirme hacer realidad mi más grande sueño. A mis padres, por su sacrificio, dedicación, comprensión, porque a ellos les debo todo lo que soy. A mis hermanos, por su motivación constante y por estar pendiente al logro de este gran sueño. A mi familia, por su preocupación, y darme ánimo para seguir adelante, porque sin su ayuda nada de esto fuera posible. A mi tutor, por su experiencia, profesionalidad, apoyo, tiempo y dedicación. Su entrega fue imprescindible para lograr este éxito. A todos los profesores del Departamento de Ingeniería Industrial quienes contribuyeron a mi formación como profesional. A mis amigas y amigos por convertir momentos difíciles en buenos momentos de experiencia inolvidable.. III.

(4) RESUMEN El objetivo de este trabajo investigativo es obtener un modelo estadístico - matemático para la determinación del valor óptimo de vida útil media de un producto en el mercado. Esta investigación ofrece un soporte con información teórica haciendo referencia a diferentes aspectos sobre calidad, fiabilidad, tiempo de garantía, métodos de optimización, entre otros. Se desarrollaron modelos como el “Modelo de los costos de lanzamiento y fabricación”, “Modelo de los costos de fallas y reclamaciones” y las posibles combinaciones entre ellos. Se utilizó la modelación matemática integrando elementos técnicos correspondientes a la fiabilidad, elementos económicos del mercado y los métodos de optimización. Se empleó el software “Mathcad” para automatizar los algoritmos desarrollados, además de definirse un espacio de contraste entre los modelos, y desarrollándose en una hoja de cálculo Mathcad la programación para determinar el tiempo de vida útil y tiempo de garantía. Como resultado quedó evidenciado que el Modelo EX - EX es más robusto que el resto de los modelos aplicados, determinado por el tiempo de vida útil que optimiza los costos para los diferentes modelos ante el mismo tiempo de garantía.. IV.

(5) ABSTRACT The objective of this research is to obtain a statistical - mathematical model for the determination of the optimum average useful life of a product in the market. This research offers a support with theoretical information making reference to different aspects on quality, reliability, time of guarantee, methods of optimization, among others. Models such as the "Model of the costs of launching and manufacturing" and the "Model of the costs of failures and claims" and the possible combinations between them were developed. The mathematical modeling was used integrating technical elements corresponding to the reliability, economic elements of the market and the methods of optimization. The software "Mathcad" was used to automate the developed algorithms, in addition to defining a space of contrast between the models, and developing in a Mathcad spreadsheet the programming to determine the useful life and time of guarantee. As a result, it was evidenced that the EX - EX Model is more robust than the rest of the applied models, determined by the useful life that optimizes the costs for the different models at the same time of guarantee.. V.

(6) Índice general Introducción ............................................................................................................. 1 1. Marco Teórico y Referencial de la Investigación................................................. 5 1.1. Introducción ........................................................................................................ 5. 1.2. Conceptos de Calidad y Fiabilidad ........................................................................ 5. 1.2.1. 1.3 1.3.1. 1.4 1.4.1. 1.5 1.5.1. 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3. 1.7. La fiabilidad y su conceptualización ..................................................................................... 7. Evolución de la Calidad y de la fiabilidad. ............................................................. 9 La fiabilidad de los sistemas en el contexto de la calidad .................................................. 12. Gestión de la Calidad. Papel de la fiabilidad en la gestión moderna. .................... 13 Papel de la fiabilidad en la gestión moderna. ..................................................................... 16. Ingeniería de la fiabilidad. Bases teóricas del cálculo de la fiabilidad. .................. 18 Bases teóricas del cálculo de la fiabilidad ........................................................................... 20. Métodos de optimización unidimensional y multidimensional ............................ 28 Formulación de los problemas de optimización ................................................................. 28 Clasificación de los problemas de optimización ................................................................. 29 Problemas unidimensionales y multidimensionales .......................................................... 30. Conclusiones Parciales ....................................................................................... 35. 2 Modelo estadístico matemático para la optimización de la vida útil media. Escenarios para diferentes distribuciones estocásticas. ........................................... 36 2.1. Introducción ...................................................................................................... 36. 2.2. Tiempo de garantía. Modelo de la relación de costo desde el enfoque al cliente. 36. 2.2.1. Modelo de la relación de costo desde el enfoque al cliente .............................................. 39. 2.3 Modelo estadístico matemático para la optimización de la vida útil media y de otros parámetros de fiabilidad ....................................................................................... 43 2.3.1 2.3.2 2.3.3. 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4. Modelos de los costos de lanzamiento y fabricación ......................................................... 44 Modelos de los costos de fallas y reclamaciones ............................................................... 48 Modelos de los costos para la optimización del tiempo de vida útil. ................................. 49. Definición del tiempo de vida útil óptimo basado en la garantía. ........................ 53 Caso del modelo EX-LIN ...................................................................................................... 53 Caso del modelo EX-POT .................................................................................................... 56 Caso del modelo EX-EX ....................................................................................................... 58 Comparación de los costos finales de los modelos basados en fallos exponenciales. ....... 61. 2.5. Definición del espacio tiempo de garantía vs tiempo medio de vida útil. ............. 62. 2.6. Conclusiones Parciales ....................................................................................... 72. Conclusiones .......................................................................................................... 73 Recomendaciones................................................................................................... 74 Bibliografía ............................................................................................................ 75 Anexos ................................................................................................................... 78 Anexo 1: Índices de operatividad ................................................................................... 78 Anexo 2: Índices de durabilidad..................................................................................... 79 Anexo 3: Índices de conservabilidad .............................................................................. 79. VI.

(7) Anexo 4: Índices de mantenibilidad ............................................................................... 80 Anexo 5: Método de Inspección ..................................................................................... 81 Anexo 6: Método de Espacios y Eventos ......................................................................... 84 Anexo 7: Método Trazado de Caminos ........................................................................... 86 Anexo 8: Método de Grupos de Corte y Ataduras ........................................................... 87 Anexo 9: Método de Descomposición ............................................................................ 88 Anexo 10: Solución gráfica con T=1000 h (EX-LIN) ........................................................... 89 Anexo 11: Solución gráfica con T=2000 h (EX-LIN) ........................................................... 90 Anexo 12: Solución gráfica con T=3000 h (EX-LIN) ........................................................... 91 Anexo 13: Solución gráfica con T=2000 h (EX-POT) .......................................................... 92 Anexo 14: Solución gráfica con T=2000 h (EX-EX) ............................................................ 93. VII.

(8) Índice de abreviaturas y acrónimos ISO NC LCC EOQC ASQC IIU. Organismo Internacional de Normalización (International Standard Organization) Normas Cubanas Costo del ciclo de vida de los productos (Life Cycle Cost). Organización Europea para el Control de Calidad Sociedad Americana para el Control de Calidad Unidades Idénticas Independientes. VIII.

(9) Índice de símbolos 𝐹 (𝑡) 𝑁 𝑛𝑥 𝑛𝑖 𝑛𝑓 1. 𝑁 𝑛 𝑘𝑑 𝑘𝑢𝑡 𝑡𝑝𝑝 𝑘𝑑𝑜 𝑋𝑛. Función de densidad probabilística Cantidad de fallos en el intervalo analizado Cantidad de unidades promedio que sobreviven en cada intervalo Cantidad de unidades que empiezan en buen estado Cantidad de unidades que terminan en buen estado. Cantidad de fallos acumulados hasta el instante analizado Total de productos ensayados Coeficiente de disponibilidad Coeficiente de utilización técnica Tiempo preventivo planificado Coeficiente de disponibilidad operativa Evento que representa el estado de buena operatividad de la enesima unidad. 𝑋̅𝑛 Evento que representa el fallo de la enesima unidad. 𝑃(𝑋𝑛 ) = 𝑃𝑠 (𝑋𝑛) Probabilid de que la unidad 𝑛 funcione 𝑃( 𝑋̅𝑛 ) = 𝑃𝑓 (𝑋𝑛 ) Probabilidad de fallo de la unidad 𝑛 𝑃𝑠𝑖 Probabilidad de que el sistema o subsistema i-esimo opere bien. 𝑋 Variable que denota la cantidad de unidades que operan. 𝑃 Probabilidad de que una unidad opere correctamente 𝐶𝑅𝐷 Investigación y desarrollo 𝐶𝑅𝑀 Ingeniería de fiabilidad 𝐶𝐺𝐶 Cláusulas de contactos gubernamentales 𝐶𝐿𝐶𝑈 Gestión del ciclo de vida 𝐶𝐴 Adquisiciones 𝐶𝑄 Aprobación y Aceptación 𝐶𝐼 Instalaciones 𝐶𝑇𝐸 Equipamientos de pruebas 𝐶𝑇 Entrenamiento 𝐶𝑇𝑅 Transportación 𝐶𝐷 Documentación 𝐶𝑂 Operatividad 𝐶𝑀 Recursos humanos 𝐶𝑆 Soportes (servicios y suministros) 𝐶𝑀𝑇 Mantenimiento 𝐶𝐼𝑁 Inventario 𝑁𝑅𝐶 Costos no recurrentes. 𝑅𝐶 Costos recurrentes 𝐶𝐵 Costos de compra 𝐶𝑂 Costos para obtener ganancia 𝐶𝑇(𝑡𝑚𝑒𝑑 ) Costo total por unidad de vida útil media 𝐶𝑢 Costo unitario por unidad de vida útil media 𝑡𝑚𝑒𝑑 = 𝑡𝑣 Tiempo de vida útil media 𝐿 Tamaño del lote de producción de venta 𝐶𝑓 Costos por fallas dentro del tiempo de garantía 𝑇 = 𝑇𝑔 Tiempo de garantía 𝐶𝑇𝑅𝑒𝑗𝑒𝑐𝑡 Costo total de rechazo IX.

(10) 𝐹𝑎 𝐶𝐹 𝐶𝑇𝐹𝑎𝑏 𝑟0. Factor de aprendizaje Costo Fijo Costo total de fabricación Raíz o cero de la función. X.

(11) Índice de figuras y gráficos Figura 1.1: Hilo Conductor del Marco Teórico y Referencial ..........................................5 Figura 1.2: La Trilogía de Juran ...................................................................................... 15 Figura 1.3: Diagrama de bloques de la configuración serie ............................................23 Figura 1.4: Grafos de la configuración serie. ..................................................................23 Figura 1.5: Configuración paralelo. Diagrama de bloques a), Grafo b) .......................... 24 Figura 1.6: Grafo de la configuración r-out-of-n ............................................................. 26 Figura 1.7: Diferentes tipos de extremos: máximo y mínimo locales y puntos de inflexión o ensilladura. ................................................................................. 33 Figura 2.1: LCC contra factores de costo ........................................................................40 Figura 2.2: Fallos contra LCC ......................................................................................... 41 Figura 2.3: Modelos de costos LCC ................................................................................ 42 Figura 2.4: Gráfico de la distribución lineal correspondiente a los costos de lanzamiento y fabricación .................................................................................................45 Figura 2.5: Gráfico de la distribución potencial correspondiente a los costos de lanzamiento y fabricación ............................................................................. 46 Figura 2.6: Gráfico de la distribución exponencial correspondiente a los costos de lanzamiento y fabricación. ............................................................................47 Figura 2.7: Gráfico correspondiente a los costos de lanzamiento y fabricación ............. 48 Figura 2.8: Gráfico de costos de rechazo asociados a la distribución exponencial .........49 Figura 2.9: Gráfico de la función de costo total en el modelo EX-LIN. ......................... 51 Figura 2.10: Gráfico de la función de costo total en un modelo sin óptimo posible en el dominio. ........................................................................................................51 Figura 2.11: Gráfico de la función de costo total en el modelo EX-POT. ...................... 52 Figura 2.12: Gráfico de la función de costo total en el modelo EX-EX.......................... 53 Figura 2.13: Gráfico para determinar el óptimo en el modelo EX-LIN. ......................... 54 Figura 2.14: Mensaje de error al no existir solución simbólica en el modelo EX-LIN...55 Figura 2.15: Gráfico para determinar el óptimo en el modelo EX-POT ......................... 56 Figura 2.16: Mensaje de error al no existir solución simbólica en el modelo EX-POT ..57 Figura 2.17: Gráfico para determinar el óptimo en el modelo EX-EX ........................... 59 Figura 2.18: Mensaje de error al no existir solución simbólica en el modelo EX-EX ....60 Figura 2.19: Combinaciones 3D del modelo EX-LIN ..................................................... 63 Figura 2.20: Combinaciones 3D del modelo EX-POT .................................................... 63 Figura 2.21: Combinaciones 3D del modelo EX-EX ...................................................... 64 Figura 2.22: Comparación de las superficies de soluciones de los tres modelos ............64 Figura 2.23: Script de un control Slider para vincular a variables. .................................65 XI.

(12) Figura 2.24: Solución gráfica para el modelo EXLIN con T=500h ................................ 66 Figura 2.25: Código de programación ............................................................................. 67 Figura 2.26: Solución gráfica con controles Slider con T=3600 h para provocar distorsión de la solución. .............................................................................. 70 Figura 2.27: Solución gráfica con controles Slider (T=5000 h modelo EX-EX). ...........71 Figura A.1: Sistema con unidades idénticas independientes ...........................................81 Figura A.2: Sistema complejo ......................................................................................... 81 Figura A.3: Sistema formado por cuatro IIU ...................................................................82 Figura A.4: Sistema completo ......................................................................................... 82 Figura A.5: Sistema complejo ......................................................................................... 83 Figura A.6: Método de Grupo de cortes y ataduras ......................................................... 87. XII.

(13) Índice de Tablas Tabla 1.1 Definiciones de Calidad aportadas por los maestros de la calidad. ................... 6 Tabla 1.2: Evolución cronológica del concepto de Calidad. ...........................................10 Tabla 1.3: Trilogía de Gestión de la Calidad ...................................................................15 Tabla 1.4: Cálculo de los índices de fiabilidad ................................................................ 22 Tabla 1.5: Distribuciones de probabilidad .......................................................................22 Tabla 2.1: Distribuciones de los costos finales de operación según los modelos ...........61 Tabla 2.2: Resultado de la simulación programada en Mathcad .....................................68 Tabla A.1: Método de Espacio y Eventos .......................................................................84 Tabla A.2: Método Trazado de Caminos.........................................................................86 Tabla A.3: Grupos de ataduras minimales.......................................................................87. XIII.

(14) Introducción. Introducción La ingeniería moderna ha reconocido que los productos de la tecnología, los servicios de reparación y mantenimiento han de tener una larga vida de servicios y que, durante esta vida deben prestar utilidad con pocos fallos. A medida que los productos se hacen más complejos se incrementan los problemas de fallo a lo largo del tiempo. Los tradicionales esfuerzos del diseño, aunque necesarios, no son suficientes para cumplir simultáneamente con las exigencias de rendimiento funcional y con una tasa de fallos baja en todo momento. Es así, que surgen en la ingeniería de la fiabilidad nuevas herramientas y enfoques para solucionar los actuales problemas. [1] En la actualidad, las economías de los países en vías de desarrollo se encuentran en uno de sus peores momentos, debido a la alta competencia y a la invasión de su mercado por productos tecnológicamente desarrollados. Es así, que en estos países se lucha por lograr la eficiencia de sus fábricas y asegurar trabajo y mercado para empresas con capital mixto, las cuales otorgan las cuotas de las tecnologías avanzadas, pero son nuestros países quienes deben otorgar la garantía a través de la calidad y competitividad de las fabricaciones; lo cual es el elemento fundamental del mercado. [2, 3] Lo planteado anteriormente, implica la necesidad de que cada recurso utilizado en la fabricación de un artículo se le explote de manera óptima, y que la calidad incorporada a este recurso durante su procesamiento sea la máxima posible. Entre las direcciones o tendencias fundamentales para la elevación de la calidad está el mejoramiento de la calidad y fiabilidad, la cual deviene en mayor satisfacción de la necesidad de la población y en ahorro de recursos financieros y materiales provocados por el aumento de la vida útil de los bienes producidos, así como en el reciclaje de estos elementos evitando el deterioro de las condiciones ambientales. [4–7] Para lograr un alto nivel en la calidad, tanto en diseño, producción y explotación de los productos, en la época actual se hace necesario, el manejo de una enorme base de datos e informaciones, que debe ser procesada para su posterior utilización en el área productiva y ejecutar los trabajos dirigidos hacia el mejoramiento de la calidad y fiabilidad de los mismos. [2, 8] La fiabilidad ocupa un lugar cimero entre los problemas fundamentales que afronta el desarrollo de la ciencia y la técnica en la producción y elevación de su calidad, sobre todo en las áreas de la tecnología mecánica y electrónica que son las fuentes del desarrollo y el potencial productivo de cualquier país.. 1.

(15) Introducción. Situación problemática Conjuntamente al desarrollo de la tecnología, se han ido desarrollando las herramientas de la fiabilidad, ya que, en los últimos 30 años el problema de fiabilidad de los sistemas técnicos y de sus componentes se agudizan debido fundamentalmente a: [1, 3, 9, 10] . El aumento de la complejidad de los sistemas técnicos modernos que incluyen millones de elementos individuales.. . La intensidad de los regímenes de trabajo del sistema o sus partes individuales, tales como altas temperaturas, altas presiones, altas velocidades, etc.. . El aumento de responsabilidad de las funciones a cumplir por el sistema, el alto valor técnico y económico de la interrupción (fallo). Este fallo puede dar lugar a grandes pérdidas técnicas y económicas. En algunos casos esto puede provocar efectos catastróficos.. . La automatización total o parcial trae como consecuencia la exclusión de la participación directa del hombre para cumplir las funciones del sistema técnico.. Existe una estrecha relación entre la calidad de los productos expresada a través de su fiabilidad y el problema mercantil, la cual se expresa a través de la garantía, que es el elemento que enlaza a las entidades manufactureras con los consumidores. La garantía se expresa por lo general en un período de tiempo en el cual el productor se compromete con los consumidores a reparar o reponer gratuitamente las fallas ocurridas. Por otra parte, la determinación de los períodos de garantía está relacionada con varios aspectos, entre los cuales se pueden mencionar: . Los productos de la competencia existentes en el mercado.. . El precio del producto.. . El costo asociado a su reparación o reposición.. . La fiabilidad o vida útil promedio del producto.. Varios trabajos investigativos, artículos científicos y publicaciones han establecido algunas definiciones sobre el tema aquí mencionado, enfrentando la problemática desde un punto de vista técnico y económico al mismo tiempo, o solo lo resuelven enfatizando en uno de ellos, pero dejan fuera los sistemas de costos o los toman parcialmente, y no se explicitan los posibles escenarios empresariales y de mercado, siendo este el problema de investigación. Lo planteado anteriormente se resuelve con la revisión de diferentes modelos, estructuras y datos de fiabilidad para la modelación del tiempo de garantía y vida útil media, así como la simulación de los posibles escenarios, que aquí no será de forma absoluta, ya que, deja de involucrar muchas variables pertenecientes al ámbito del 2.

(16) Introducción. mercado, y las propias relaciones costo-reclamación se simplifican a relaciones lineales, potenciales y exponenciales, pero, constituye una aproximación al complejo tema de la determinación de la vida útil media de los productos y servicios de la industria, dados el período de garantía, y otras variables económicas relacionadas con la fiabilidad. [11] Objetivo General En el presente trabajo, se persigue como objetivo fundamental, obtener un modelo matemático para la determinación del valor óptimo de vida útil media esperada de los productos, dados el período de garantía en el mercado y viceversa, según la ley que siguen los fallos de los mismos, realizando la simulación para los diferentes escenarios de comportamiento de los costos y variables del mercado. Para ello se utilizarán elementos de modelación matemática, que aúnen a los elementos económicos del mercado y los elementos técnicos correspondientes a la fiabilidad, así como, los métodos de optimización adecuados. Por último, una solución a través de un sencillo software se presentará para automatizar los algoritmos aquí desarrollados y, establecer aproximaciones iniciales a un problema complejo que entraría en el campo de las decisiones multicriterial (costos vs. vida útil). [6, 11] Objetivos Específicos . Seleccionar las herramientas adecuadas para el análisis de la garantía y fiabilidad de los productos, además de la revisión de modelos de optimización del tiempo de garantía y/o vida útil media, a partir de una revisión bibliográfica que contemple las tendencias actuales tanto internacional como nacional sobre la temática.. . Construir modelos de optimización del tiempo de garantía y/o vida útil media sobre la base de la optimización clásica empleando las distribuciones probabilísticas más comunes en ingeniería de la fiabilidad.. . Simular diferentes escenarios de distribuciones probabilísticas, tiempo de garantía y vida útil media con lenguaje matemático M del Mathcad.. En el transcurso de la investigación se utilizan diversidad de métodos teóricos y empíricos integrados a las diferentes etapas de trabajo. Los métodos teóricos están relacionados con el análisis y síntesis de información obtenida en la literatura, el inductivo-deductivo fue aplicado en la asimilación teórica de la realidad; la deducción en la recreación de diferentes escenarios de datos que corroboran los modelos obtenidos, y se inducen sobre los resultados, demostraciones de los comportamientos generales de las variables de fiabilidad y costos, definiendo los valores óptimos. En el procesamiento computacional de los datos se utilizaron el software Mathcad.. 3.

(17) Introducción. Estructura del informe de Tesis Con el desarrollo de los objetivos el trabajo quedará estructurado de la siguiente forma: Capítulo I: “Marco teórico y referencial de la Investigación”, en el que se expone definiciones y criterios de diferentes autores relacionados a los temas correspondientes al primer objetivo específico. Capítulo II: “Modelo estadístico matemático para la optimización de la vida útil media. Escenarios para diferentes distribuciones estocásticas”. Este capítulo está destinado a dar cumplimiento al segundo y tercer objetivo específico. Posteriormente, para dar fin a la investigación y para su mayor comprensión, se brindan las conclusiones y recomendaciones generales, además, de un grupo de anexos y ficheros binarios correspondientes a los desarrollos programáticos.. 4.

(18) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. 1 Marco Teórico y Referencial de la Investigación 1.1 Introducción En el presente capítulo se abarcarán los temas teóricos acerca de la calidad, fiabilidad, métodos de optimización, entre otros. Se trata de abordar la mayor y más actualizada información existente al respecto, con el fin de conocer y registrar los criterios de diferentes autores que han abordado la temática objeto de estudio, permitiendo esto, sustentar desde el punto de vista teórico metodológico, las bases para aplicar e interpretar los resultados que se esperan obtener en la investigación. La bibliografía consultada fue organizada según el hilo conductor que se muestra en la figura 1.1, donde se define los temas que son de relevancia.. Calidad. Fiabilidad. Ingeniería de la Calidad. Ingeniería de la Fiabilidad. Garantía Vida Útil / Mercado. Distribuciones Probabilísticas. Modelos de Fiabilidad y Garantía Escenarios según modelos Valores óptimos de garantía y vida útil media. Figura 1.1: Hilo Conductor del Marco Teórico y Referencial. 1.2 Conceptos de Calidad y Fiabilidad La calidad es un concepto ampliamente debatido desde el propio surgimiento del hombre, pero no es hasta las primeras décadas del siglo XX, que se comienza a medir y cuantificar a través de características. Es necesario tener claro que esto no es el 5.

(19) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. resultado de la generación espontánea, sino que surgió de un proceso, de una evolución, por lo que paralelo al desarrollo de la producción industrial han ido cambiando las filosofías sobre la calidad hasta alcanzar hoy en día un significativo protagonismo en numerosas esferas económicas y sociales. [12] Si la calidad fuera analizada desde el punto de vista de lo que se ha escrito o dicho, sobre esta noción se puede observar que no es posible encontrar la definición “perfecta” de calidad debido a la gran variedad de definiciones existente. [13] La palabra calidad, proveniente del latín, se empleó por primera vez por Cicerón para transmitir este concepto de la lengua griega. Su aplicación y concepto han variado mucho originando ciertas confusiones. La calidad según la ISO 8402: 1994, ya derogada, es definida como “la totalidad de las características de una entidad que influyen en su capacidad de satisfacer necesidades declaradas o implícitas” [14]. De acuerdo a la NC-ISO 9000:2005, se plantea que es el grado en el que un conjunto de características inherentes cumple con los requisitos. En este caso la calidad depende de los requisitos que se planteen por los productores y si es cierto que los mismos satisfacen las necesidades de los clientes [15]. La EOQC y la ASQC coinciden en definirla como la totalidad de propiedades y características de un producto o servicio que afectan su capacidad de satisfacer una necesidad dada. [16] Existen varios conceptos de calidad que han sido desarrollados por teóricos del tema [17]. En la tabla 1.1, se presentan algunos conceptos de autores conocidos que plantean su criterio acerca de este vocablo: Tabla 1.1 Definiciones de Calidad aportadas por los maestros de la calidad. Autor/año Philips Crosby [18]. Deming [19]. Crosby [20]. Concepto Puntualiza que la calidad es “entregar a los clientes y a nuestros compañeros de trabajo productos y servicios sin defectos y hacerlo a tiempo” En este caso considera dos tipos de clientes los internos y externos e involucra en la definición su filosofía de producir con cero defectos. Su filosofía de calidad está basada en que las cosas se hagan bien desde la primera vez, o sea tiene un solo patrón de actuación, desempeño libre de errores, “cero defectos”, lo cual logra con la prevención. Define la calidad como un "predecible grado de uniformidad, a bajo costo y útil para el mercado". Lo cual es lógico teniendo en cuenta que es matemático y tratará siempre de cerrar las tolerancias de los procesos buscando una mayor uniformidad del proceso. Plantea que la calidad se alcanza al "desarrollar la fabricación, administración y distribución a bajo costo de productos y servicios que el cliente quiera o necesite". 6.

(20) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. Autor/año Ishikawa [12]. Conway [21]. Concepto Manifiesta que “calidad es aquella que cumple los requisitos de los consumidores” e incluye el costo entre estos requisitos. Ishikawa plantea respeto a la humanidad como filosofía gerencial y dice: “cuando la gerencia resuelve implantar el control de calidad en toda la empresa, tienen que normalizar todos los procesos y procedimientos y luego valerosamente delegar la autoridad en los subalternos. Calidad es “el conjunto de propiedades o características que definen su aptitud para satisfacer necesidades establecidas”.. Plantea como definición de calidad “aptitud para el uso o propósito”. Más tarde Juran [23] aporta dos definiciones de calidad, una que se refiere al producto “calidad es el conjunto de característica de un producto que satisfacen las necesidades de los clientes y en consecuencia hacen satisfactorio el producto” y la otra que se refiere a la organización “la calidad consiste en no tener deficiencias”. Feigenbaum Plantea que calidad es "un sistema eficaz para integrar los esfuerzos de [24] mejora de la gestión de los distintos grupos de la organización para proporcionar productos y servicios a niveles que permitan la satisfacción del cliente". Fuente: Elaboración propia Juran [5, 22]. Algunos autores consideran la calidad referida al producto y dependiente de sus atributos o características, otros consideran que la calidad no es solamente atribuible al producto, sino que la calidad la conforma el sistema que tenga la organización, y en el caso más amplio será una entidad, considerando la misma como una actividad o proceso, un producto, una organización, un sistema, una persona, o alguna combinación de los anteriores. No obstante, todos los autores consideran que con la calidad es preciso satisfacer las necesidades de los consumidores. [19, 20, 25–28]. 1.2.1 La fiabilidad y su conceptualización La mejora de la fiabilidad es una parte del objetivo general más amplio de mejorar la calidad del producto para que cumpla con su función prevista. Un producto no confiable no es un producto de alta calidad. Se enfatiza que “la fiabilidad es calidad en el tiempo”. [29] Fue a finales de los años cuarenta del siglo XX, cuando se introdujo el concepto cuantitativo de la fiabilidad de un dispositivo, aún vigente en la actualidad, como la probabilidad de que dicho dispositivo realice adecuadamente su función prevista a lo largo del tiempo, cuando opere en el entorno para el que ha sido diseñado. [34] En los términos planteados, se trata de una definición más propia de la fase de diseño de un dispositivo que de su etapa de explotación. En ella, el carácter probabilístico 7.

(21) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. introduce, por una parte, la visión cuantitativa del concepto de fiabilidad y, por otra, un carácter aleatorio, contemplándose además otros aspectos tales como: funcionamiento adecuado, período de tiempo y entorno operativo, donde el funcionamiento de un dispositivo se considerará adecuado si se alcanza la función prevista en su diseño, estando previamente bien definidos los criterios de actuación satisfactoria, deberá establecerse el período de tiempo durante el cual se requiere que el dispositivo funcione continua y adecuadamente, ya que los equipos se diseñan para funcionar de una determinada manera y bajo unas ciertas condiciones. [30] La fiabilidad es una medida del desempeño potencial de un sistema, como una característica potencial en el proceso de diseño más que un parámetro de operación. Henley y Kumamoto la definen, dentro del análisis del funcionamiento de un sistema como la frecuencia de fallo del propio sistema [31]. Otros autores, proponen que la fiabilidad es valorada en términos de número de fallos [32]. El concepto de fiabilidad tiene numerosas definiciones en la literatura actual, algunas de ellas son [33]: . La fiabilidad de un componente/sistema es la probabilidad de que el componente/sistema no falle en un tiempo.. . Es la probabilidad de que un dispositivo opere sin fallos durante un período de tiempo con unas condiciones determinadas.. . Es la capacidad para funcionar libre de fallos durante un período de tiempo bajo condiciones de operación dadas, y con una pérdida de tiempo mínima en mantenimiento preventivo y reparación.. . La fiabilidad de un equipo es asumida arbitrariamente como la capacidad del equipo para mantener las propiedades adecuadas bajo unas condiciones específicas de operación y por un período de tiempo dado.. Otros consideran que la fiabilidad de un sistema es la probabilidad de que ese sistema funcione o desarrolle una cierta función, bajo condiciones fijadas y durante un período de tiempo determinado. En ella el tipo de componentes, su cantidad, calidad y el modo en que están dispuestos tiene un efecto directo sobre esta. Sin embargo, un sistema depende tanto de la fiabilidad individual de cada uno de sus componentes como del modo lógico en que están conectados, así como su relación con el funcionamiento o no del sistema. Se supone que el estado de funcionamiento o fallo de las componentes determina el estado de funcionamiento o fallo del sistema. [30] Entre las técnicas de mejoramiento de fiabilidad se puede citar: [35]. 8.

(22) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. . . . Simplicidad y diseño apropiado: Cualquier diseñador experimentado sabe que muchos casos en los cuales diseños y esquemas sofisticados son usados, pueden ser hechos a través de esquemas más simples y fiables. Es así que el empleo apropiado y la simplicidad parecen elementales e intuitivos, pero juegan un importante papel en la fiabilidad y el diseño. Diseño conservativo: Es importante para los grupos de ingeniería de la fiabilidad, conocer los rangos normales de los parámetros de explotación de sus equipos y diseñar no sólo en función de los rangos de los parámetros de explotación sino en función del cliente, consumidor o usuario. Diseño creativo: Los principios de los diseños son aquellos que se esperan de un diseño competente. Un trabajo superior puede ser hecho frecuentemente sí el diseñador o grupo de diseño emplean su inteligencia y tecnologías en crear nuevos o mejores y más fiables diseños. Este tipo de diseño trae consigo la ganancia de la. . . fiabilidad estructural, pero implica, en ocasiones, las pérdidas de la simplicidad y demás. Mejoramiento de los componentes: Estudios preliminares de fiabilidad denotan o identifican los componentes más críticos, de este modo los principales esfuerzos se enfocan en ellos, lográndose considerables incrementos en su fiabilidad y la del sistema. La Redundancia: El término redundancia es usado para significar la creación de nuevos caminos paralelos en la estructura de fiabilidad de los artículos, mejorando la fiabilidad del sistema. La redundancia puede ser activa y pasiva. La activa consiste en que todos los caminos paralelos están energizados u operando al mismo tiempo; y la pasiva, cuando los demás caminos paralelos esperan para su funcionamiento el fallo del camino activo a través de prioridades.. 1.3 Evolución de la Calidad y de la fiabilidad. Si se analizara la calidad desde el punto de vista histórico, es posible encontrar semejanzas con las batallas libradas a través de los siglos. La calidad es una historia de supervivencia, de aprendizaje continuo del pasado, de éxitos y fracasos, de problemas y soluciones [13]. Esta es un concepto inherente a la misma esencia del ser humano. Desde los mismos orígenes del hombre, éste ha comprendido que el hacer las cosas bien y de la mejor forma posible le proporciona una ventaja competitiva sobre sus congéneres y sobre el entorno con el cual interactúa [36]. El término calidad con el transcurso de los años ha tenido varios significados. En sus inicios se ven representadas personalidades como Plutón, Cicerón, Aristóteles, entre 9.

(23) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. otros. Algunas de las primeras actividades que contribuyeron a la aparición de la idea moderna de la calidad se remontan a eras anteriores, cuando la calidad estaba regida por el Código de Hammurabi. Ya en la etapa de la Revolución Francesa, cuando en 1794 se efectúa un Taller Nacional de Calibres cuyo objetivo era lograr la estandarización de las municiones, se aplicaron conceptos de inspección y control de fabricación, pero no fue hasta los años 20 del siglo anterior, que se puede establecer la aparición del concepto moderno de la calidad en Estados Unidos impulsada por grandes compañías como Ford Motor Company, American Telegraph, Western Electric, entre otras. Posteriormente en el período de la Segunda Guerra Mundial (1939-1945) hubo un desarrollo importante del Control Estadístico de Procesos, además, se despertó el interés general por los temas relacionados con la calidad. [37] Durante esta etapa, importantes maestros de la calidad como Walter E. Deming y Joseph M. Juran desarrollan el programa de gestión de la calidad, y en la década de los 80 Crosby introdujo el programa de mejora con el objetivo de suprimir gran parte de las inspecciones para adoptar la filosofía de hacer las cosas bien a la primera [36]. Existen diversos conceptos en aras de definir el término calidad. Cada concepto tiene influencias de sucesos económicos, políticos y sociales de diferentes épocas, así como de las diversas filosofías de pensamiento definidas a través de la historia. En la tabla 1.2 se muestra la evolución del concepto, así como la finalidad del mismo a través del paso del tiempo: Tabla 1.2: Evolución cronológica del concepto de Calidad. Etapa Artesanal. Concepto Hacer las cosas bien independientemente del costo o esfuerzo necesario para ello. Revolución Industrial Producir en grandes cantidades sin importar la calidad de los productos Administración Técnicas de control de científica calidad por inspección y métodos estadísticos, que permiten identificar los productos defectuosos. Segunda Guerra Asegurar la calidad de los Mundial productos (armamento), sin importar el costo, garantizando altos volúmenes de producción en el menor tiempo. Finalidad Satisfacer al cliente. Satisfacción del artesano, por el trabajo bien hecho. Crear un producto único Satisfacer una gran demanda de bienes. Obtener beneficios. Satisfacción de los estándares y condiciones técnicas del producto.. Garantizar la disponibilidad de un producto eficaz en las cantidades y tiempos requeridos.. 10.

(24) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. Etapa Posguerra Occidente. Posguerra Japón. Concepto posible. Producir en altos volúmenes, para satisfacer las necesidades del mercado. Fabricar los productos bien al primer intento.. Finalidad Satisfacer la demanda de bienes causada por la guerra.. Minimizar los costos de pérdidas de productos gracias a la calidad. Satisfacer las necesidades del cliente. Generar competitividad. Década de los setenta Sistemas y procedimientos Satisfacción del cliente. en el interior de las Prevenir errores. organizaciones para evitar Reducción de costos. productos defectuosos. Generar competitividad. Década de los noventa La calidad en el interior Satisfacción del cliente. de todas las áreas Prevenir errores. funcionales de la empresa. Reducción de costos. Participación de todos los empleados de la empresa. Generar competitividad. Actualidad 2000 en Capacitación de líderes de Satisfacción del cliente. adelante. calidad que potencialice Prevenir errores. en el proceso. Reducción de costos. Equipos de mejora continua. Generar competitividad. Aumento de utilidades. Nueva revolución Estrategias de calidad 100 porciento de las mediciones de industrial inteligentes y control calidad (parámetros críticos) no (Industry 4.0) adaptativo predictivo, serán resultado de muestreos basado en el manejo de aleatorios, sino, a través de un grandes volúmenes de 100% de covertura de mediciones. datos (Data-cloud). Significa un cambio radical ya que se estará cada vez más cerca de los límites de tolerancia. [38] Fuente: Revista Universidad de La Salle, 2009. [36]. Esta evolución ayuda comprender de dónde proviene la necesidad de ofrecer calidad del producto o servicio que se proporciona al cliente y, en definitiva, a la sociedad, y cómo poco a poco se ha ido involucrando toda la organización en la consecución de este fin. La calidad no se ha convertido únicamente en uno de los requisitos esenciales del producto, sino que en la actualidad es un factor estratégico clave del que dependen la mayor parte de las organizaciones, no sólo para mantener su posición en el mercado, sino incluso, para asegurar su supervivencia. [39]. 11.

(25) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. 1.3.1 La fiabilidad de los sistemas en el contexto de la calidad La elevación de la calidad es uno de los problemas más complejos con que se enfrenta el desarrollo económico de cualquier sociedad, su mejoramiento es una de las condiciones más importantes en el aumento de la eficiencia de la producción social, también es de gran relevancia en la producción destinada tanto al consumo como a la industria. [2, 40] Determinar los factores fundamentales que influyen sobre las características de la calidad, resulta una tarea difícil, mucho más si se trata de la fiabilidad, es por ello que dentro del mejoramiento continuo de la calidad se distingue el mejoramiento de la fiabilidad. [5, 7] Existe una estrecha relación entre el control de la calidad, fiabilidad y garantía lo cual se demuestra en el siguiente análisis. La calidad de los productos duraderos se define mediante su trabajo prolongado y sin fallos durante un tiempo económico socialmente determinado, la expresión de este tiempo es la fiabilidad del producto, que, en el ámbito mercantil, el cliente lo capta a través de la garantía. [7, 11, 12, 41] El problema de garantizar la calidad está vinculado con las etapas de creación del artículo y todo el período de su empleo. Esta se produce durante su diseño y cálculo, es asegurado durante el proceso productivo mediante la evaluación correcta de la tecnología de elaboración, el control de la calidad, de los materiales, del propio proceso y del producto terminado, así como los procesos posteriores de servicios de mantenimiento y de reparaciones. [3, 10, 42] En el aseguramiento de la fiabilidad se pueden analizar los siguientes factores: [2, 42, 43] Al diseñar un artículo debe tenerse en cuenta: . La calidad de los elementos y componentes a utilizar.. . El régimen de trabajo de los componentes, elementos y sus propiedades físicas.. . La accesibilidad a todas las partes del artículo para su reparación.. . El dispositivo de protección que ha de ser utilizado con el objetivo de disminuir los fallos posibles.. Durante la producción de artículos, debe observarse una serie de condiciones vinculadas con el mantenimiento de la disciplina tecnológica en su elaboración, como son: . Control de la calidad del proceso mediante los parámetros que define la calidad del producto. 12.

(26) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. . No admitir alteraciones en la calidad de los materiales o la sustitución de estos por otros de más baja calidad.. . No permitir alteración alguna en el régimen de los procesos tecnológicos, así como en las reglas para los ensamblajes tecnológicos.. . Estricto control de los parámetros que definen la calidad de los productos acabados.. Los factores principales que influyen en la fiabilidad de los artículos durante su explotación son: . Mantener las condiciones de explotación para las cuales fue concebido el artículo (climatología u otro exterior).. . La efectividad de los mantenimientos y reparaciones que se brindan al artículo.. . Calificación y responsabilidad del proceso vinculado a la explotación del artículo.. Una de las vías fundamentales que se utilizan en la industria moderna para elevar la eficiencia de la producción, es el mejoramiento continuo de la calidad. Para aquellas producciones duraderas en su valor de uso, la expresión fundamental de la calidad es la garantía y la fiabilidad de las mismas. [5, 7].. 1.4 Gestión de la Calidad. Papel de la fiabilidad en la gestión moderna. La Calidad no se obtiene por casualidad, sino mediante los recursos y los procedimientos adecuados, es decir, a través de la gestión. La parte de la gestión de una empresa que se relaciona con la obtención de la calidad es la gestión de la calidad. Esta incluye actividades como la planificación, el control, el aseguramiento y la mejora de la calidad. La gestión de la calidad es el término que mayor auge ha alcanzado en la actualidad. La calidad es considerada parte integrante de la estrategia global de la empresa, y se gestiona como factor estratégico. Y es que la gestión de la calidad “tiene impacto estratégico en la empresa y representa una oportunidad competitiva, poniendo especial énfasis en el mercado y en las necesidades del cliente. [44] La gestión de la calidad se lleva a cabo mediante un sistema, es decir, mediante un conjunto de elementos mutuamente relacionados o que actúan entre sí. En el caso de la gestión de la calidad, se trata de un sistema de gestión de la calidad o sistema de calidad. La empresa debe aportar los recursos necesarios para que la política de calidad sea viable y documentar el sistema para que no se pierda esfuerzo realizado. El sistema de calidad se describe en un documento, llamado manual de la calidad. [45]. 13.

(27) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. La gestión de la calidad es un constructo multidimensional, sobre la cual no existe una definición comúnmente aceptada en primera instancia, porque se trata de un concepto complejo, difícil de observar, difícil de medir; en segunda instancia, por la percepción incompleta que tienen los directivos de las organizaciones de los principios, prácticas, técnicas y herramientas de medición que conforman cada enfoque de la gestión de la calidad, y en tercera instancia, se olvidan partes muy importantes como las dimensiones cultural, estratégica y organizacional. [36]. Se denomina gestión de la calidad al aspecto de la función general de la empresa que determina y aplica la política de la calidad. La obtención de la calidad deseada requiere el compromiso y la participación de todos los miembros de la empresa, la responsabilidad de la gestión recae en la alta dirección de la empresa. [46] Algunos autores afirman que la gestión de la calidad será el modo en que la dirección planifica el futuro, implanta los programas y controla los resultados de la función calidad con vistas a una mejora permanente. [47] Otros plantean que gestión de la calidad no es más que un sistema que permita librar los productos conforme a las especificaciones, mejorando los costos inútiles de no calidad. Además, plantean que al incluir en la gestión el término de calidad integral se amplía lo establecido, al integrar en dicha gestión no sólo a la calidad, sino al ambiente laboral y al entorno según establece la ISO para la integración de sistemas de gestión. [48] Se entiende por gestión de la calidad el proceso consistente en identificar, interiorizar, satisfacer y superar de forma continua las expectativas de los agentes relacionados con la empresa (clientes, proveedores, empleados, directivos, propietarios y la propia sociedad) en relación con los productos y servicios que aquella proporciona. [37] La gestión de la calidad es un campo de especialización que puede imprimir a la administración de organizaciones una nueva filosofía, un nuevo sistema de valores que guíen la práctica directiva, y enriquecer su caja de herramientas con nuevas prácticas y técnicas. [49] La NC ISO 9000:2005, como norma rectora, fija el concepto de gestión de la calidad como las actividades coordinadas para dirigir y controlar una organización en lo relativo a la calidad, que generalmente incluye el establecimiento de la política de la calidad, los objetivos de la calidad, la planificación de la calidad, el control, mejoramiento y aseguramiento de la calidad. [15]. 14.

(28) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. Según diferentes autores, la Gestión de la Calidad tiene disímiles definiciones, aunque todos exponen que son un conjunto de actividades en las cuales deben estar inmersas todas las partes de una organización para así lograr una mejora continua. Una gran contribución a este tema fue la realizada por Juran en 1993, al establecer la Trilogía para la Gestión de la Calidad como se muestra en la figura 1.1.. Figura 1.2: La Trilogía de Juran Fuente: Juran and Gryna, 1993 [50] En la tabla 1.3 se presentan los tres elementos que la componen, así como la esencia de cada uno.[51]. Tabla 1.3: Trilogía de Gestión de la Calidad Elementos La planificación de la calidad. El control de la calidad. Cometario Se basa en la determinación de las necesidades de nuestros clientes (actuales y potenciales) y considerando que dichas necesidades evolucionan con el tiempo. Todos los requisitos recogidos de los “clientes” deben ser transferidos al diseño y proceso de trabajo de la entidad. Considerado como un sistemático aporte de valor a la empresa, al entenderse como retroalimentación en el cual son partícipes todos los trabajadores (actores) de la entidad, de modo, que se pueda comparar lo planificado inicialmente, con lo realmente obtenido, pudiéndose actuar sobre errores o desviaciones detectadas. 15.

(29) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. Elementos La mejora de la calidad. Cometario La información recogida y tratada de la fase de control corresponde con las ideas posteriores para la adopción de modificaciones con objeto de ir elevando el nivel de calidad de los procesos.. Fuente: Juran and Gryna, 1993 [50] La ISO 9001:2015 tiene registrado principios básicos que contribuyen a la gestión de la calidad en las organizaciones, los mismos facilitan el cumplimiento de los objetivos trazados por las empresas de manera tal que perfeccione y aumente el nivel de calidad. La norma ISO 9001 es la norma de referencia por la que principalmente las organizaciones establecen, documentan e implantan sus Sistemas de Gestión de la Calidad con el objeto de demostrar su capacidad para proporcionar productos y/o servicios que cumplan con los requisitos de los clientes. El 23 de septiembre del 2015 se publicó la última versión de la ISO 9001: 2015, la cual plantea siete principios de la gestión de la calidad, que son la base racional para el desempeño de la organización: [52] . Enfoque al cliente. . Liderazgo. . Compromiso de las personas. . Enfoque a procesos. . Mejora. . Toma de decisiones basadas en la evidencia. . Gestión de las relaciones. Estos principios tienen una visión más abarcadora, lo que contribuye a la mejor adaptación por parte de la organización a la hora de su aplicación. El uso exitoso de estos principios de gestión proporcionará a la alta dirección la conducción más eficiente de la organización hacia la mejora del desempeño e implicará beneficios para las partes interesadas.. 1.4.1 Papel de la fiabilidad en la gestión moderna. En la actualidad, la fiabilidad de sistemas de ingeniería, se ha hecho un factor importante durante su planificación, diseño, y operación. Los factores que son responsable de esto, incluyen el costo de adquisición, la cantidad creciente de demandas judiciales, la competencia, las presiones públicas, y las fallas del sistema. Existen 16.

(30) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. nuevos avances que han sido hecho en el campo de la confiabilidad que ayuda a dar lugar a sistemas seguros. Miles de millones de dólares se están destinando a desarrollar productos y servicios confiables y de buena calidad. La competencia mundial y otros factores están forzando a fabricantes y otros a que produzcan productos y servicios muy confiables y de buena calidad. La confiabilidad y principios de calidad se están aplicando en muchos sectores diversos de la economía, y cada uno de estos sectores ha adaptado que los principios de confiabilidad/calidad, los métodos, y los procedimientos satisfagan su necesidad específica. Algunos ejemplos de estos sectores son la robótica, la atención sanitaria, la generación de energía eléctrica, la Internet y el software. Por consiguiente, hay una necesidad positiva para el logro de la fiabilidad y calidad por parte de los profesionales que trabajan en áreas diversas, y para esto se hace necesario llevar a cabo las tareas eficazmente. Por tanto, esto originará una mejor fiabilidad y calidad de productos y servicios. [53] Los avances rápidos en la tecnología, el desarrollo de productos muy sofisticados, la competencia global intensa y las expectativas más crecientes de los clientes, han puesto nuevas presiones sobre los fabricantes para producir productos de buena calidad. Los productores piensan en la alta calidad, y con relación a la chatarra se basan en minimizarla y reelaborarla, mientras los clientes están preocupados por la funcionalidad, la fiabilidad, y la vida útil del producto. [54] Los clientes esperan que un producto comprado se conozca y sobrepase las expectativas de vida y proporcione seguridad. Mejorar la fiabilidad es muy importante para mejorar la calidad del producto. Algunos autores enfatizan que la fiabilidad es la calidad en el tiempo. Los programas modernos para mejorar la fiabilidad de los productos existentes y garantizar una alta fiabilidad para la próxima generación de productos, requieren de los métodos cuantitativos para pronosticar y tasar la confiabilidad de producto, y para suministrar tempranas señales e información sobre las causas del fracaso. En muchos casos, esto involucrará la recolección y el análisis de los datos de fiabilidad de estudios, como pruebas del laboratorio de materiales, dispositivos, y componentes, se realizan pruebas sobre unidades de prototipo, se efectúa una observación cuidadosa de las unidades, el análisis de datos de garantía, y la agrupación según el rendimiento del producto. Esto frecuentemente también involucra el cuidadoso planeando de tales programas para asegurar que la información más significativa sea obtenida. [55] La fiabilidad de un sistema se desarrolla continuamente durante su diseño, desarrollo, producción, y el uso de campo. Este cambio en curso se conoce como "crecimiento de 17.

(31) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. fiabilidad". El crecimiento requiere de los esfuerzos de los fabricantes para descubrir las fallas que se pueden originar. Este proceso consiste en "evaluar, analizar, y arreglar", siendo la idea básica encontrar y solucionar los problemas. El análisis de crecimiento de fiabilidad, se basa en un modelo de crecimiento de fiabilidad a los datos de fracaso, sobre sistemas desarrollados con el tiempo. Estos modelos empíricos son empleados para pronosticar la fiabilidad de sistemas en las futuras generaciones. [29] Debido a las muchas fallas (aleatoria o sistemática), la fiabilidad de un sistema operativo debe ser considerado en la etapa de planificación. Un método eficaz de tal planificación es proporcionado por la teoría moderna de la confiabilidad, que permite analizar los estados probables del sistema tecnológico en relación con las posibilidades técnicas del equipo. [56] El estudio de la fiabilidad en una instalación tiene doble incidencia sobre el costo, por una parte, aumenta la seguridad del sistema y reduce o elimina el costo de los accidentes; por otra, permite aumentar la disponibilidad del sistema, se eliminan las paradas y como consecuencia se incrementa la productividad. [55] Para mejorar la fiabilidad del servicio, la empresa debe desplegar planes para alcanzar los resultados esperados. Cada parte de la organización define los resultados tangibles, es decir, el tipo y la cantidad que necesita para mejorar el servicios y da a conocer los objetivos directamente vinculados a los planes de acción. [54]. 1.5 Ingeniería de la fiabilidad. Bases teóricas del cálculo de la fiabilidad. Durante los años 50 numerosas compañías se enfrentaron con nuevos problemas en el diseño y construcción de complejos sistemas a niveles de confiabilidad, motivando esto el surgimiento de un nuevo campo conocido como Ingeniería de la fiabilidad. Uno de los problemas fundamentales es la fiabilidad de los equipos, la cual se ha ido desarrollando conjuntamente con las técnicas de fabricación y la tecnología de operación de los mismos. La ingeniería de la fiabilidad es un concepto cada vez más utilizado en el diseño de componentes, procesos de fabricación, seguridad, higiene, medioambiente, mantenimiento, e incluso, en la gestión de stock y logística. Desarrollado inicialmente para la industria aeronáutica, nuclear y militar, pronto pasó a la industria automovilística y de allí al sector energético, naval y alimentario. Se puede pensar que el único objetivo de este campo es averiguar si un equipo o proceso va a funcionar correctamente durante un período de tiempo. Pero, en realidad, los objetivos son muy amplios e incluyen el 18.

(32) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. cálculo de los costos de operación y reparación de un equipo o proceso, el número de equipos o repuestos necesarios para realizar una operación, el dimensionamiento de los equipos de mantenimiento y la probabilidad de fabricar un pedido a tiempo unido a la gestión de garantías. [57, 58] La ingeniería de fiabilidad es una disciplina que combina experiencia práctica con conocimientos matemáticos, de física y de ingeniería. La realización de un estudio de fiabilidad parte de la observación de datos experimentales, que se tratan de forma matemática, para crear modelos que permitan profundizar en el conocimiento de equipos y procesos; continúa con la aplicación de conocimientos físicos para estudiar sus causas; y finaliza con la aplicación de soluciones de ingeniería que permitan optimizar sus rendimientos, minimizar sus fallos y reducir los costos de operación. [59] Para alcanzar estos fines, se combina la utilización de una serie de métodos, que se pueden clasificar en cualitativos y cuantitativos, que permiten, por un lado, conocer los procesos de fallo, y por otro, darles una valoración que se pueda evaluar. Los métodos cualitativos que se utilizan en ingeniería de fiabilidad son: [59]. . Análisis de modos de fallo y efectos. . Mantenimiento centrado en la fiabilidad. . Análisis de causa raíz. . Sistemas de informe de fallos. . Análisis y acciones correctivas. . Repuestos centrados en la fiabilidad. . Teoría de restricciones.. Respecto a los métodos cuantitativos, los utilizados son: . Predicciones de fiabilidad. . Fiabilidad de sistemas. . Análisis de vida mediante estudio de distribuciones. . Análisis de mejora de fiabilidad. . Análisis de vida acelerada. . Análisis de árbol de fallos. . Diseños de experimentos.. La ingeniería de fiabilidad se ocupa del estudio de la longevidad y fallo de los equipos. Durante la investigación de las causas por las que los dispositivos envejecen y fallan, se aplican principios científicos y matemáticos. Una mayor comprensión de los fallos de 19.

(33) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. los dispositivos ayudará a identificar las mejoras que pueden introducirse en los diseños de los productos para aumentar su vida o, por lo menos, limitar las consecuencias adversas de sus fallos. [57, 58] La interacción entre fiabilidad y economía se produce en todos los aspectos de la ingeniería. La modelización y análisis de esta relación resulta bastante compleja debido a la necesidad de cuantificar el costo del fallo, que debería incluir tanto el equivalente monetario de aspectos no cuantificables en estos términos, como el costo incurrido en la mejora de la fiabilidad. Mejorar la fiabilidad de un sistema cuesta dinero y se justifica económicamente si la disminución esperada del costo debido al fallo es, al menos, igual al aumento de costo debido a la mejora de fiabilidad. En el pasado, sólo las industrias de alta tecnología (básicamente la industria aeroespacial y de defensa) se preocupaban de este aspecto; sin embargo, hoy en día la alta tecnología está presente también en la vida cotidiana. La necesidad de mantener altos niveles de productividad y competitividad en los mercados internacionales, hace que el esfuerzo en mejorar la fiabilidad se convierta en una necesidad estratégica. [60]. 1.5.1 Bases teóricas del cálculo de la fiabilidad La fiabilidad es un nuevo campo cuya concepción fundamental es lo relacionado con el análisis de la confiabilidad de los sistemas complejos sofisticados y automatizados de la tecnología moderna. Los índices de fiabilidad son características cuantitativas que dependen de una o de varias de las propiedades y expresan la fiabilidad de los artículos. Existen diferentes índices tales como: índices de operatividad, de durabilidad, de conservabilidad y de mantenibilidad. [61] La operatividad es la propiedad de conservar ininterrumpidamente el estado de capacidad de trabajo durante un tiempo de trabajo útil bajo condiciones establecidas, en el anexo 1 se muestran los índices correspondiente a lo anteriormente planteado. En el anexo 2 se brinda información acerca de los índices de durabilidad, siendo esta la propiedad de conservar el buen estado y la capacidad de trabajo hasta la ocurrencia del fallo. Otra propiedad es la conservabilidad, que tiene la función de conservar el buen estado durante la carga y descarga del artículo, transporte y almacenamiento, y los índices se pueden apreciar en el anexo 3. La mantenibilidad es la propiedad exclusiva de productos reparables. Indica el grado de facilidad para prevenir y detectar fallos y 20.

(34) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación. solucionarlos mediante mantenimiento, reparación o restauración, y los índices correspondientes se refleja en el anexo 4. [53] Los índices de fiabilidad se clasifican en simples y complejos. Los simples, son aquellos que representan una de las propiedades que forman parte de la fiabilidad, y los complejos, son aquellos que representan relaciones entre varias de las propiedades que conforman la fiabilidad de los artículos y se calculan de la forma siguiente: [57] 𝑘𝑑 =. 𝑡̅ 𝑡̅ + 𝑡̅𝜃. 𝑘𝑢𝑡 =. 𝑡̅ 𝑡̅ + ̅̅̅̅ 𝑡𝜃 ℎ + ̅̅̅̅ 𝑡𝑝𝑝. 𝑘𝑑𝑜 = 𝑘𝑑 ∗ ∆𝑡. 1.1.. 1.2.. 1.3.. De acuerdo con el tipo de artículo, es decir, si es reparable o no, de acuerdo a los regímenes de trabajo que se le imponen, las posibilidades de restauración entre otras características, determinarán los índices que caracterizarán a un determinado dispositivo. [61] Se selecciona un modelo teórico probabilístico sobre la base de uno de los siguientes criterios: [57, 58, 61] . La naturaleza física del problema ajusta con las suposiciones y requisitos de una distribución particular.. . Los datos son de fácil acceso y el ploteo de los mismos en términos de 𝑓(𝑥) o de 𝐹(𝑥) vuelca el problema hacia el ajuste de una curva o distribución particular.. . Un modelo simple y conveniente es seleccionado tratando de satisfacer los criterios anteriores, siendo el tipo de problema quien justifique la selección del modelo.. En la tabla 1.4 se muestra el cálculo de los índices de fiabilidad y en la tabla 1.5, se presenta las distribuciones de probabilidad teóricas más utilizadas en los análisis de fiabilidad.. 21.

(35) Capítulo I: Marco Teórico y Referencial de la Investigación Tabla 1.4: Cálculo de los índices de fiabilidad Ley Probabilidad Exponencial. 𝑡̅ 1 𝜆̂. Weibull. Г(1 + 𝑏̂). 1. 1. 𝜆̂𝑏̂ Normal. 𝑡𝑘𝛿 1 − 𝑙𝑛𝛿 𝜆̂. 𝑃(𝑡) ̂ 𝑒 −𝜆𝑡. 𝜆(𝑡). 1 (−𝑙𝑛𝛿) 𝜆̂. 𝑒 −𝜆𝑡. ̂ 𝑏̂𝜆̂𝑡 (𝑏−1). 𝑢̂ + 𝑧𝛿𝜎̂. 𝑃(𝑡 > 𝑡𝑥). ̂ 1 𝑡−𝑢 ̂ 𝑓( 𝛿 ̂ 𝛿. 𝜆̈ =. ̂ 𝑏̂. 𝑢̂ LogNormal. 1 𝑡0̂. 𝑃(𝑡). 𝑒 𝑢̂𝑙𝑛+. 𝑒 𝑢̂𝑙𝑛+𝑧𝛿𝜎̂𝑙𝑛. ̂ 𝑙𝑛 𝛿 2. 𝑃(𝑡𝑙𝑛 > 𝑙𝑛𝑡𝑥). ). 1 𝑙𝑛𝑡 − 𝑢̂𝑙𝑛 𝑓( ) 𝑡𝜎̂𝑙𝑛 𝜎̂𝑙𝑛. Fuente: M. M. Shooman, 1968. [57] Tabla 1.5: Distribuciones de probabilidad Binomial Poisson Exponencial Normal LogNormal. 𝑛 ( ) 𝑝𝑟 (1 − 𝑝)𝑛−𝑟 𝑟 𝑒 −𝜇 𝜇 𝑥. 𝜆𝑒. 𝑥! −𝜆𝑥. 1. 2. 𝜎√2𝜋 1. 𝑒 −1⁄2((𝑥−𝜇)/𝜎). 𝜎𝑙𝑜𝑔 √2𝜋 Weibull. 𝑘𝑥 𝑚 𝑒 −. 𝛽 𝛼+1 Г(𝛼 𝑘𝑥𝑒. + 1). 2. 𝑛𝑝(1 − 𝑝). 𝜇. 𝜇. 1 𝜆 𝜇. 1 𝜆2 𝜎2. 𝜇𝑙𝑜𝑔. 𝜎 2 𝑙𝑜𝑔 1. 𝑘𝑥𝑚+1 𝑚+1. 1. Gamma Rayleigh. 𝑒 −1⁄2((𝑙𝑜𝑔𝑥−𝜇𝑙𝑜𝑔)/𝜎log). 𝑛𝑝. − 𝑚+1 𝑚+2 𝑘 Г( )( ) 𝑚+1 𝑚+1. 𝑥 𝛼 𝑒 −𝑥⁄𝛽. −𝑘𝑥 2 /2. 𝛽(𝛼 + 1). √. 𝜋 2𝑘. 𝑚+3 𝑚+2 ) − Г2 ( ) 𝑚+1 𝑚+1 2 𝛽 (𝛼 + 1) Г(. 2 (1 − 𝜋 2 /4) 𝑘. Fuente: M. M. Shooman, 1968. [57] 22.