Confiabilidad operacional en procesos industriales, un enfoque modular y progresivo

Introducción

Existen factores externos e internos que influyen sobre el desempeño económico de las instalaciones industriales. Si bien los factores externos son determinados por fuerzas ajenas a las organizaciones, tales como las condiciones de la economía y el mercado, el entorno político, entre otros, sobre los factores internos se pueden tomar acciones proactivas que mejoran el desempeño económico de los procesos industriales.

Uno de los aspectos internos que influye de manera importante sobre el desempeño de un proceso productivo es la disponibilidad (i.e. la probabilidad de que un proceso esté operable en un instante dado). Por ejemplo, los paros no programados, causa de indisponibilidad, producen pérdidas por suspensión de la producción; y en los incidentes o accidentes, además de las pérdidas de producción, influyen negativamente en el ánimo de los equipos de trabajo.

La disponibilidad de los procesos está fuertemente influida por la confiabilidad de los equipos (i.e. la probabilidad de que un equipo opere durante un intervalo de tiempo determinado), las acciones humanas y la calidad de la base documental que rige la relación entre ellos. Dicha base documental incluye procedimientos e instrucciones de operación y mantenimiento, bases de diseño, manuales, entre otros documentos, y contribuye favorable o desfavorablemente a la confiabilidad de equipos y de recursos humanos. Lograr el buen desempeño de los tres elementos: equipos, humanos y la base documental que los relaciona, es fundamental para mejorar y controlar el desempeño económico de los procesos.

A lo largo del tiempo se han desarrollado diversas herramientas metodológicas que, cuando se aplican de forma adecuada, son de gran utilidad para mejorar, controlar y supervisar aspectos específicos de la confiabilidad de los procesos. Por ejemplo, en lo que respecta a la confiabilidad de los equipos, una metodología que ha demostrado generar ahorros y mejoras es el Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM, por sus siglas en inglés). El RCM se ha aplicado con éxito en diversas industrias como la aeronáutica, la petrolera, la automotriz, la militar, entre otras.

Al igual que el RCM, existen otras metodologías que están orientadas a mejorar aspectos específicos de los procesos, así como propuestas con un enfoque más integral, un ejemplo de ello es la confiabilidad operacional, integrada por cuatro áreas: la confiabilidad de equipo, la confiabilidad humana, la confiabilidad del proceso y la confiabilidad del diseño, tal como se muestra en la Figura 1.

El concepto de confiabilidad operacional aparece en las últimas tres décadas. Algunos autores explican la confiabilidad operacional como "la capacidad de una instalación o sistema para cumplir su función, dentro de los límites de diseño y bajo un contexto operacional específico"¹.

Por una parte, existen metodologías especializadas en aspectos específicos de la confiabilidad, por otra, existen propuestas con una visión más integral y tenerla reporta más beneficios que la aplicación aislada de las metodologías especializadas o específicas, sin embargo, se debe tener precaución en la forma en que se establece esa integración, ya que por un lado puede dar origen a un método complejo de implementación, y por otro, pudiera requerir grandes esfuerzos antes de que se observen los beneficios. Lo anterior podría provocar el rechazo por parte de posibles usuarios o propietarios de procesos industriales debido al nivel de esfuerzo e inversión necesaria, así como al periodo requerido para que una herramienta de este tipo pueda aportar resultados.

Por lo anteriormente expuesto, es valioso contar con una propuesta integral que aproveche tanto los beneficios de las metodologías específicas, como las sinergias que originan las interacciones y complementariedad de esas metodologías, tal como se esquematiza en la Figura 1, asegurando que su implantación sea práctica mediante un esquema modular y progresivo. Hecho de esa manera, los grupos responsables de la toma de decisiones pueden aspirar a realizar esfuerzos alcanzables con presupuesto razonables, y atestiguar los beneficios en tiempos más cortos. Así mismo, los grupos de trabajo pueden ir adaptándose a los nuevos paradigmas, creando así una cultura de mejora de la confiabilidad.

La confiabilidad operacional en un ciclo de mejora continua

Si se parte de las cuatro áreas de la confiabilidad operacional como centro de un sistema de mejora de la confiabilidad de un proceso industrial, se requiere proveer de complementos que de manera sistemática le den funcionalidad. Esos complementos se muestran en la Figura 2.

El ciclo inicia con la selección de un proceso industrial (1), del cual se debe recopilar la información (2) que permita aplicar los métodos de la confiabilidad de equipos, de la confiabilidad humana, de la confiabilidad del proceso y de la confiabilidad del diseño (3), cada una de ellas permitirá identificar mejoras operativas, lo que puede dar origen a un plan de mejoras operativas del proceso (4). Cuando se implantan esas mejoras y se continúa con la operación y el registro de información (5), a través de mecanismos como el monitoreo de desempeño del proceso (6) se puede determinar la efectividad de los cambios y generar información que puede apoyar los procesos de toma de decisiones (7). El esquema planteado permite mantener el nivel de desempeño deseado de un proceso productivo y con ello se establece un ciclo natural de mejora continua.

Enfoque modular del ciclo de mejora continua de la confiabilidad operacional

El esquema presentado en la Figura 2 integra los elementos necesarios para dar funcionalidad, en un ciclo de mejora continua, a las áreas de confiabilidad operacional mostradas en la Figura 1. Ese esquema organiza los elementos de forma lógica, aprovechando las ventajas que provee la aplicación de metodologías independientes, especializadas en mejorar áreas específicas de la confiabilidad, no obstante, se debe tener cuidado en la forma de implantación de la Figura 2, ya que puede dar origen a un proceso de implantación complejo y demandante de recursos. Para evitar esta situación, se diseñó un esquema de implantación modular y progresivo (Figura 3), que plantea la integración de metodologías independientes y especializadas que mejoran las diferentes áreas de la confiabilidad. La implantación también plantea el uso de una herramienta informática para facilitar su aplicación y seguimiento, así como para identificar de manera oportuna las desviaciones sobre el desempeño deseado. Una de las ventajas de esta propuesta radica en el hecho de que cada elemento modular identifica oportunidades de mejora de la confiabilidad operacional que, una vez implantadas, se reflejarán en los indicadores de desempeño del proceso en periodos cortos.

El esquema de implantación comienza con la recopilación de información de la instalación. Al realizarse de forma sistemática, esa actividad permite determinar el estado de la base documental que soporta la operación y el mantenimiento de la instalación. Entre las acciones que se pueden realizar, se analiza si la información está completa, actualizada, legible, disponible, concentrada y controlada. Además, se encuentran: la especificación del diseño, manuales, procedimientos, políticas, descripción de perfiles y responsabilidades, entre otras. El beneficio de realizar esta actividad reside en identificar oportunidades de mejora respecto al estado de la base documental que norma la relación entre personas y equipos.

Después de la recopilación de la información está el módulo de documentación del contexto operativo , en el cual se describe cada modo de operación (i.e. la forma o estado en el que funciona el proceso), se identifican capacidades del proceso, subprocesos, sistemas y componentes, así como los rangos normales de operación, las metas de producción y los tiempos para alcanzarlas, su relación con los insumos, entre otros detalles.

En algunos procesos industriales, la desactualización de la documentación sobre capacidades de sistemas, equipos o componentes, o la falta de definición de los rangos de operación aceptables han conducido a accidentes e incidentes. Además, es común que con el tiempo se hagan modificaciones al proceso, que pueden involucrar cambios en suministros, filosofía de operación o mantenimiento, e incluso al diseño, entre otros, y que no se han reflejado de manera formal en las memorias técnicas de documentación del proceso, por lo que documentar el contexto operativo es fundamental para establecer la única referencia válida para evaluar y dar seguimiento al desempeño del proceso o equipos.

Con el análisis de la información y el establecimiento del contexto operativo se está en posibilidad de evaluar el estado de la instalación o del proceso, y la evaluación puede hacerse con respecto al mismo proceso, considerando que todo funciona de manera ideal. Esta evaluación podría apuntar a las oportunidades de mejora más evidentes del proceso y que podrán corroborarse con los análisis posteriores.

Después del módulo de evaluación del estado de la instalación, una salida conduce al módulo de selección de indicadores, variables y parámetros globales de desempeño , el cual, de manera sistemática, permite determinar el conjunto de información a monitorear, relacionada con el desempeño global del proceso industrial y que apoya la toma de decisiones. La otra salida conduce al módulo de selección de sistemas críticos . Para procesos industriales complejos e integrados por muchos sistemas es necesario contar con criterios y/o métodos, para seleccionar los sistemas más importantes. La aplicación de ese módulo provee el orden de importancia de los sistemas y se puede usar como guía para la asignación de recursos para mantenimiento. También se usa para determinar los sistemas a los cuales se les aplicarán los métodos especializados que soportan la aplicación de las áreas de la confiabilidad operacional: confiabilidad humana, confiabilidad de equipo, confiabilidad de procesos y confiabilidad del diseño . Cada método que soporta las áreas de la confiabilidad operacional permite identificar acciones de mejora en su especialidad.

Las acciones de mejora de la confiabilidad operacional se concentran en el módulo de planes de mejora operativa, donde se priorizan las mejoras, y se da seguimiento al estado de los programas de implantación, estado de las acciones, fechas de inicio, conclusión y responsables. Una de las salidas de ese módulo envía información sobre el estado de implantación de las mejoras al módulo de algoritmos de análisis de datos para el desempeño , el cual soportará su despliegue en el tablero de monitoreo. La otra salida se dirige hacia el módulo de implantación de estrategias y acciones (e.g. de mantenimiento).

En el módulo de implantación de estrategias y acciones (e.g. de mantenimiento) , el usuario contará con el soporte para gestionarlas, incluyendo la actualización de la base documental y la ejecución de las estrategias (e.g. el mantenimiento). Una vez que las estrategias y acciones se implanten, y ejecuten, se comienza a disponer de datos (e.g. datos de falla y de mantenimiento). Con esos datos se alimenta el módulo de recopilación de información y se pueden encontrar oportunidades de ahorro y mejora. Ese módulo le permite al usuario disponer de un registro histórico y sistemático de datos para alimentar al módulo de cálculo de parámetros ; por ejemplo, parámetros como la tasa de falla de componentes. Siendo la tasa de falla, el número de fallas por unidad de tiempo. Con el resultado de este último módulo se pueden alimentar algoritmos de análisis para determinar valores como la confiabilidad de sistemas, la disponibilidad de procesos y apoyar la toma de decisiones.

El módulo de algoritmos de análisis de datos para el desempeño permite adquirir datos desde diversas partes del proceso, los concentra, realiza los análisis requeridos y los integra para generar información con valor. Por ejemplo, los rangos de operación correcta y los valores en los cuales se deben emitir alertas de desviaciones que pueden llegar a convertirse en daños a equipos, pérdida de producción, o altos consumos de insumos, entre otras. Con base en esta información se pueden tomar decisiones de manera directa, o si fuera requerido, se pueden integrar a algoritmos predictivos de la ocurrencia de fallas, u otros cálculos, que permitan soportar el proceso de toma de decisiones.

Finalmente, el tablero de despliegue de indicadores de desempeño y monitoreo de procesos muestra de manera selectiva e integrada la información del proceso en forma gráfica e histórica. Esa información es la más relevante para la confiabilidad operacional del proceso productivo, incluye los indicadores clave de desempeño, así como las variables y parámetros de operación global del proceso y los específicos de los equipos. Así mismo, es aquí donde se generan las alertas de las desviaciones en etapas incipientes para una oportuna intervención. El monitoreo de toda la información generada en el proceso servirá para retroalimentar al mismo sistema. Posteriormente se pueden realizar correcciones sobre alguna o las cuatro áreas de la confiabilidad, manteniendo el proceso en un ciclo virtuoso de mejora continua.

Como módulos complementarios y opcionales se pueden considerar: un módulo para realizar análisis causa-raíz de eventos relevantes; un módulo para dar seguimiento a la experiencia operacional interna y externa; un módulo para análisis big data, y otras herramientas analíticas predictivas.

Experiencia del INEEL y beneficios

El INEEL cuenta con amplia experiencia en la aplicación de varias técnicas y métodos que conforman la confiabilidad operacional y que se han aplicado en el desarrollo de diversos proyectos para el sector energético, tanto para las áreas eléctrica como petrolera, y en la industria automotriz. Para el caso particular de la confiabilidad de equipos, se han desarrollado proyectos en instalaciones petroleras marítimas de bombeo de petróleo crudo, compresión, deshidratación y endulzamiento de gas amargo. Debido al grado de detalle capturado en el proceso de documentación, la mayoría de las instalaciones adoptaron esa documentación, no sólo para modificar los planes y programas de mantenimiento, sino como material bibliográfico para entrenamiento de nuevos operadores y personal técnico en general.

En procesos de generación eléctrica se tiene amplia experiencia en Análisis de Riesgos y Análisis de Confiabilidad para centrales de generación hidroeléctrica, dentro de las que se incluyeron sistemas como la obra de toma, la turbina hidráulica, el generador eléctrico, el sistema de excitación, el sistema de enfriamiento del generador y el sistema de distribución de corriente directa que se utiliza tanto en los sistemas de regulación automática de voltaje, como en el sistema de protecciones eléctricas, entre otros.

En procesos de transmisión de energía eléctrica se han analizado transformadores de potencia, autotransformadores, reactores e interruptores de potencia.

Incluso se han aplicado esas mismas técnicas y métodos a la industria automotriz, cuyos procesos tienen características distintas a los sectores eléctrico y energético.

Algunos de los beneficios obtenidos al hacer la implantación y dar seguimiento a las técnicas de confiabilidad operacional incluyen:

Conclusiones

Implantar las cuatro áreas de la Confiabilidad Operacional (CO) de manera simultánea puede dar origen a un problema complejo y demandante de recursos, razón por la cual se diseñó un esquema de implantación de la CO que es modular y progresivo. Adicionalmente, el esquema incorpora complementos que le dan funcionalidad, de manera sistemática, en un ciclo de mejora continua.

El esquema planteado simplifica un proceso complejo y provee, a quienes tengan interés en implantarlo, los elementos para hacerlo de forma gradual sin perder la visión integral, permitiéndoles ajustar el alcance. Lo anterior podría incluir desde la revisión sistemática de la base documental de los procesos, hasta el uso de técnicas analíticas avanzadas para soportar la toma de decisiones, con enfoque a la excelencia operativa de la industria.

El esquema modular lo hace accesible a procesos industriales grandes, medianos y pequeños. Cada módulo, de forma independiente, tiene el potencial para identificar oportunidades de mejora de la CO en los procesos industriales y los resultados pueden reflejarse en el corto plazo.

¹ Referencia: Parra, C., Crespo, A., Fygueroa, S., "Modelo integral para optimizar la confiabilidad en instalaciones petroleras", 2° Congreso Mundial de Mantenimiento y 19° Congreso Brasileño de Mantenimiento, Brasil, 2004.

Autores:
Roberto Calixto Rodríguez, rcalixto@ineel.mx
Salvador Sandoval Valenzuela, sandoval@ineel.mx
Rogelio Rea Soto, rrea@ineel.mx