Todavía hoy seguimos discutiendo en los congresos de mantenimiento si sería buena idea aplicar estrategias de mantenimiento como la preventiva o la predictiva. Este artículo pretende despejar todas las dudas que suscitan estos asuntos.
Estamos en la época de la optimización de recursos. Reciéntemente se ha publicado (finales de 2014) una norma sobre Gestión de Activos (ISO 55001). Ya existen organizaciones que han reaccionado, que apuestan por una Gestión de Activos inteligente, optimizada, racional, que convierta a sus plantas de producción en organizaciones más competitivas. Lo dice todo el mundo, las organizaciones que no reaccionen y apuesten por el continuismo, desaparecerán. Y a pesar de todo esto, todavía hoy existen muchas organizaciones que están ignorando lo que sucede a su alrededor.
Las estrategias de mantenimiento son en realidad estrategias para la optimización de los planes de mantenimiento y, por lo tanto, de la fiabilidad de los activos productivos.
En mi artículo “El Mantenimiento Predictivo es un pilar fundamental del RCM” publicado en Preditécnico 22 ubico las estrategias reactiva, preventiva y predictiva en el ámbito del Mantenimiento Centrado en Fiabilidad (RCM). En cambio en este artículo profundizo en los aspectos propios y las aplicaciones de cada una de estas estrategias, centrándome principalmente en la estratregia predictiva y sus ventajas frente a las demás.
Estas tendencias de mantenimiento han probado ya su éxito en sectores como el de generación, oil&gas, industria de proceso y otros… pero son aplicables a todos los sectores industriales e incluso al mantenimiento de edificios y otras instalaciones.
Estrategias de mantenimiento
¿Cúantas estrategias de mantenimiento diferentes puedo aplicar?
En una primera clasificación distinguimos entre Mantenimiento Planificado y Mantenimiento No planificado.
Mantenimiento Planificado: Es aquel que implica una proactividad, es decir, plantea una programación de tareas con el fin de mitigar el riesgo de se produzca una avería o de que ésta llegue a generar consecuencias no deseadas. Estas tareas se pueden programar a intervalos fijos (preventivo), según condición (predictivo) o cuando ya se ha producido la avería, pero no se requiere una acción inmediata (reactivo).
Mantenimiento no Planificado: Es el mantenimiento reactivo inmediato. La avería ya se ha producido y se ha de reparar inmediatamente.
Fig. 1. Esquema de relaciones entre las estrategias de mantenimiento industrial.
Mantenimiento Reactivo
Conocido como “run to failure” o funcionamiento hasta el fallo, consiste en no programar ninguna tarea hasta que la máquina falla.
El mantenimiento reactivo es el tradicional, que se limitaba a actuar como un «taller de mantenimiento», concebido bajo la idea de crear una gran capacidad humana que pudiese atender a cualquier imprevisto dentro de las plantas industriales. Es decir, como la aparición de la avería era absolutamente imprevisible, era necesario disponer de un equipo humano libre de obligaciones, salvo la propia de actuar en caso de una emergencia. Esta filosofía de «bombero» se conoce en la actualidad como mantenimiento reactivo.
Fig. 2. La estrategia reactiva en el mantenimiento no debe aplicarse a los activos críticos, en los cuales una avería puede tener consecuencias catastróficas.
Podemos definir el mantenimiento reactivo como el mantenimiento efectuado a una máquina o instalación cuando la avería ya se ha producido, para restablecerla a su estado operativo habitual de servicio.
El mantenimiento reactivo puede realizarse inmediatamente tras detectarse la avería o bien programarse en la parada o momento en el cual sea posible la intervención, con el fin de afectar lo menos posible la disponibilidad de la instalación.
La estrategia reactiva en el mantenimiento ofrece las siguientes ventajas:
- Es para muchos componentes la estrategia más eficiente, porque sólo se actúa sobre ellos cuando ya se ha producido una avería, luego la duración útil del componente es mayor que si se aplicase, por ejemplo, una estrategia preventiva con sustituciones de la pieza a intervalos fijos.
- Ahorros en planificación, puesto que las órdenes de trabajo se generan conforme van apareciendo la averías y no se necesita apenas planificación.
El mantenimiento reactivo es adecuado para aquellos activos no críticos donde una avería:
- no afecta a la seguridad,
- no provoca emisiones o vertidos contaminantes,
- no interrumpe o reduce la producción,
- no provoca daños irreversibles en la máquina o costosas reparaciones,
- y no afecta a la calidad del producto fabricado ni a la reputación de la compañía.
En cambio, el mantenimiento reactivo no es adecuado para máquinas críticas o esenciales donde una avería inesperada genere alguna situación inadmisible de las enumeradas en la lista anterior.
A pesar de que la estrategia reactiva no es adecuada para el mantenimiento de activos críticos, donde una avería puede tener consecuencias inaceptables, todavía hoy es la única estrategia en algunas instalaciones industriales. Nos encontramos casos de mantenimiento reactivo puro en instalaciones cuyo mantenimiento se subcontrata por periodos cortos o en sectores con una carencia clara de cultura industrial.
Mantenimiento programado según calendario o mantenimiento preventivo (PM)
El mantenimiento preventivo es aquel que programa la sustitución de los elementos de las máquinas de manera periódica. La periodicidad de las intervenciones de mantenimiento se basa en cálculos teóricos o estimaciones de la duración de los componentes que fallan según patrones basados en el tiempo de funcionamiento.
El análisis estadístico de la vida útil de los equipos y sus elementos permite realizar el mantenimiento de las máquinas basándose en la sustitución periódica de estos elementos independientemente del estado o condición de deterioro y desgaste de los mismos. Esta filosofía se conoce como mantenimiento a intervalos fijos o mantenimiento preventivo basado en caledario. Su gran limitación es la incertidumbre a la hora de definir el instante de la sustitución del elemento, puesto normalmente se ignora la enorme dispersión de los datos relativos a la duración de los componentes que en ocasiones se produce y se basa exclusivamente en su valor promedio.
Podemos decir que el mantenimiento preventivo consiste en programar las intervenciones o cambios de algunos componentes o piezas según intervalos predeterminados de tiempo o según eventos regulares (horas de servicio, kilómetros recorridos, toneladas producidas). El objetivo de este tipo de mantenimiento es reducir la probabilidad de avería o pérdida de rendimiento de una máquina o instalación tratando de planificar unas intervenciones que se ajusten al máximo a la vida útil del elemento intervenido.
El principal objetivo del mantenimiento preventivo es reducir las paradas no planificadas por avería, lo cual es una gran ventaja en los procesos productivos continuos. Pero esta estrategia solamente se recomienda si no existe una manera de conocer el estado de las piezas o componentes a sustituir mediante inspecciones o monitorización continua. Si se sustituyen piezas sólo por el criterio de horas de funcionamiento, corremos el riesgo de programar trabajos inútiles para reparar máquinas que están en perfecto estado y provocar una situación de riesgo innecesaria, al intervenir máquinas sólo “por que les toca”. Siempre hay que preguntarse cuando programamos una operación de mantenimiento si lo hacemos por “pura inercia” o si realmente reconocemos el valor que genera dicha operación.
La planificación del mantenimiento a intervalos fijos evita algunas averías, pero también provoca otras y además resulta extremadamente cara por:
- la sustitución de componentes en buenas condiciones,
- por la mano de obra asociada a estas intervenciones innecesarias
- y por las consecuencias de las averías provocadas por manipular las máquinas innecesariamente.
Desmontar, volver a montar y ajustar una máquina es una tarea que conlleva un riesgo, puesto que se pueden inducir averías derivadas de estas intervenciones. Muchas compañías consideran inútiles los trabajos de mantenimiento a intervalos fijos cuando se pueda realizar una supervisión del estado de la maquinaria por algún medio, como por ejemplo, la aplicación de las técnicas predictivas.
La estrategia del mantenimiento preventivo se recomienda para aquellos activos con modos de fallo al desgaste, en los cuales una avería tendría consecuencias graves y no es posible definir ningún indicador de supervisión de sus modos de fallo o sí es posible, pero la monitorización tiene un coste superior al beneficio que produce.
Mantenimiento predictivo (PdM) o mantenimiento basado en la condición (CBM)
El mantenimiento predictivo o basado en la condición evalúa el estado de la maquinaria y recomienda intervenir o no, lo cual produce grandes ahorros.
La mayoría de modos de fallo de la maquinaria tienen una evolución lenta. Desde sus etapas incipientes, los fallos en desarrollo emiten mensajes en forma de vibración, ultrasonidos, etc. que son descifrados por los analistas predictivos para determinar el estado de los activos críticos y encontrar el momento óptimo para su reparación.
El diagnóstico predictivo de maquinaria se desarrolla en la industria en la década que va desde mediados de los ochenta a mediados de los noventa del siglo XX. Actualmente, la estrategia predictiva se aplica a la maquinaria crítica en aquellas plantas que cuentan con programas de optimización del mantenimiento.
El mantenimiento predictivo es un conjunto de técnicas instrumentadas de medida y análisis de variables para caracterizar los modos de fallo potenciales de los equipos productivos. Su misión principal es optimizar la fiabilidad y disponibilidad de equipos al mínimo costo.
Fig. 3. Colector de vibraciones con diagnóstico automático FALCON de ACOEM.
Desde el punto de vista técnico, una actividad de mantenimiento será considerada como predictiva siempre que se den ciertos requisitos:
- La medida sea no intrusiva, es decir, que se realice con el equipo en condiciones normales de operación.
- El resultado de la medida pueda expresarse en unidades físicas, o también en índices adimensionales correlacionados.
- La variable medida ofrezca una buena repetibilidad.
- La variable predictiva pueda ser analizada y/o parametrizada para que represente algún modo típico de fallo del equipo, es decir, ofrezca alguna capacidad de diagnóstico.
Desde el punto de vista organizativo, un sistema de gestión de mantenimiento será predictivo siempre que:
- La medida de las variables se realice de forma periódica en modo rutina.
- El sistema permita la coordinación entre el servicio de verificación predictiva y la planificación del mantenimiento.
- El departamento de mantenimiento (planificación, taller) y producción (operación) estén preparados para reaccionar ante la eventualidad de un diagnóstico que reclame acciones inmediatas.
Fig. 4. Aplicación de las estrategias predictivas en función de criticidad y tipo de fallo.
Actualmente, se pueden encontrar en el mercado sistemas de diagnóstico predictivo de bajo costo y altas prestaciones que reducen considerablemente los costes de explotación de los sistemas de mantenimiento predictivo. En máquinas muy críticas que requieren una supervisión con intervalos cortos entre medidas puede ser más rentable instrumentar la maquinaria para tomar las medidas mediante sistemas automáticos, los cuales miden y procesan parámetros indicadores de los modos de fallo habituales. Los avances en comunicaciones facilitan que la información fluya desde las máquinas hasta los analistas que interpretan estos datos para generar los informes de diagnóstico predictivo, los cuales indican qué máquinas deberán intervenirse, con qué prioridad y en qué plazo. Los sistemas de medida de parámetros de supervisión en continuo reducen los costes de operación de los sistemas predictivos y aumentan en gran medida su fiabilidad, al generarse abundante información de gran calidad a un coste mínimo.
Las técnicas predictivas de mayor implantación son:
- análisis de vibraciones,
- inspecciones termográficas,
- análisis de aceites,
- detección de ultrasonidos,
- análisis de motores eléctricos
- y otras…
Cada una de estas técnicas tiene su aplicación en la detección y diagnóstico de un conjunto determinado de fallos. Cuando dos o más técnicas permiten el diagnóstico de un mismo fallo, se comportan como complementarias y aumenta la fiabilidad del diagnóstico.
El análisis de vibraciones es la técnica que aporta más información sobre el estado de la maquinaria rotativa, por lo que ésta suele ser la técnica principal sobre la cual se apoyan la mayoría de los departamentos de mantenimiento predictivo de las plantas industriales. Pero un error muy frecuente es considerar que el análisis de vibraciones es la única técnica predictiva aplicable en un plan de mantenimiento predictivo y se menosprecian otras técnicas que también aportan una gran capacidad de diagnóstico.
Fig. 5. Impacto de las paradas por intervenciones en las máquinas según una estrategia reactiva, preventiva o predictiva. Con las estrategias preventiva y predictiva el tiempo de preparación no es un tiempo improductivo, puesto que al programarse la reparación ya se conoce sobre qué componentes se ha de actuar y por lo tanto, se preparan los trabajos con antelación. El mantenimiento preventivo a intervalos fijos realiza más intervenciones de las realmente necesarias, por lo cual pierde rentabilidad frente al mantenimiento basado en la condición o mantenimiento predictivo.
Fig. 6. Al aplicar la estrategia predictiva se puede extender la vida útil de un activo hasta cinco veces más que si se sigue una estrategia preventiva. La estrategia reactiva es la que aprovecha mejor la duración de los activos, pero ignora el riesgo de hacer funcionar una máquina hasta el momento de su avería.
Hay veces que es difícil decidir si una orden de trabajo se origina por Mantenimiento Reactivo o por Mantenimiento Basado en la Condición. Por ejemplo, si en una instalación aparece una fuga de aceite por el deterioro de una junta,
- si la fuga es detectada en una ruta de inspección predictiva, entonces se programaría la reparación mediante una orden de trabajo generada por Mantenimiento Predictivo, en cambio,
- si la fuga es detectada por el departamento de producción o por otro personal de mantenimiento que no estuviese realizando una inspección predictiva, se trataría claramente de una corrección debida a Mantenimiento Reactivo.
Para alcanzar el éxito en la implantación de un plan predictivo se han de tener en cuenta los siguientes puntos:
- Conseguir que el mantenimiento predictivo se considere estrategia de empresa, es decir, que se encuentre dentro de un plan de orden superior de Gestión de Activos, como puede ser la implantación y desarrollo del RCM (Mantenimiento Centrado en Fiabilidad) o del RBM (Mantenimiento Basado en Riesgo).
- Diseñar un plan para dimensionar los recursos necesarios para implantar con éxito la estrategia predictiva.
- Documentar en unidades económicas los ahorros obtenidos por el cambio de estrategia.
- Si en un año no se han conseguido resultados satisfactorios, tomar las acciones correctivas necesarias.
- Siempre es más sencillo acertar a la primera si nos dejamos aconsejar por expertos que ya hayan cosechado éxitos en otros proyectos similares.
El mantenimiento predictivo o basado en la condición se debe aplicar en aquellas máquinas en las cuales se puedan definir unos indicadores de modos de fallo y se realicen inspecciones de supervisión periódicas que alerten de las necesidades de mantenimiento sobre estos activos. Para definir correctamente qué estrategia de mantenimiento aplicar a cada activo se recomienda realizar un estudio RCM (Reliability Centered Maintenance) sobre los activos productivos de la planta industrial.
Evidentemente, la aplicación de la estrategia predictiva será más interesante en la maquinaria crítica. La manera de identificar la maquinaria crítica en una planta industrial es mediante un análisis de criticidad. Este análisis de criticidad tiene como resultado la lista de activos de la planta ordenados según el RPN o IPR (Risk Priority Number o Índice de Prioridad de Riesgo)
Figura 7. RPN, Risk Priority Number o Índice de Prioridad de Riesgo.
La frecuencia de ocurrencia se obtiene del histórico de fallos. La gravedad de las consecuencias se evalúa al analizar qué sucedería si se produjese ese fallo. Y la detectabilidad es un parámetro que no siempre se tiene en cuenta y es absolutamente clave, pues un modo de fallo detectable y detectado con antelación reduce el riesgo de manera que cambia totalmente el Índice de Prioridad de Riesgo.
Por ejemplo, en un ventilador industrial existen modos de fallo fáciles de detectar como el desequilibro de masas, fallos en rodamientos o poleas/correas y otros más difíciles de detectar como el desarrollo de grietas en el eje principal.
La gestión optimizada de la planificación del mantenimiento
La planificación del mantenimiento puede gestionarse según averías inesperadas, de manera periódica o basado en la condición del activo.
La programación de las intervenciones de mantenimiento a partir de las averías inesperadas aparecidas es lo que hemos llamado Mantenimiento Reactivo.
La programación de las intervenciones de mantenimiento a partir de intervenciones periódicas según calendario u horas de funcionamiento es lo que hemos llamado Mantenimiento Preventivo.
Y la programación de las intervenciones de mantenimiento en base a la condición de los activos es lo que hemos llamado Mantenimiento Predictivo o Mantenimiento Basado en la Condición.
Por lo tanto, se recomienda el siguiente procedimiento para aplicar alguna de estas tres estrategias de programación del mantenimiento:
Estrategia reactiva:
- Cuando no es posible definir indicadores de fallo para llevar un seguimiento del estado del activo.
- Cuando, a pesar de poderse definir indicadores de seguimiento de los fallos potenciales del activo, sería antieconómica la estrategia predictiva, porque las consecuencias de un fallo no son graves.
- Cuando, a pesar de que la probabilidad de aparición de algún modo de fallo aumente con el tiempo, las consecuencias de un fallo no son graves y, por lo tanto, tampoco se justifica la estrategia preventiva.
- Cuando los posibles modos de fallo no atienden a patrones de desgaste, es decir, una estrategia basada en mantenimientos periódicos no aumenta la fiabilidad del activo.
Estrategia preventiva:
- Cuando la consecuencia de una avería inesperada es grave y por lo tanto se han de tomar medidas para evitar fallos durante los periodos productivos.
- Cuando no es posible definir indicadores de fallo para llevar un seguimiento del estado del activo.
- Cuando los posibles modos de fallo siguen un patrón de desgaste, es decir, la probabilidad de un fallo es mayor a medida que aumentan las horas de funcionamiento.
- Cuando la intervención de la máquina no puede inducir nuevas averías por errores en el montaje o ajuste.
Estrategia predictiva:
- Cuando la consecuencia de una avería inesperada es grave y por lo tanto se han de tomar medidas para evitar fallos durante los periodos productivos.
- Cuando se pueden definir indicadores de fallo para realizar un seguimiento del estado del activo.
- Cuando el coste de la monitorización es superado por los beneficios derivados de la misma.
- Cuando la intervención de la máquina puede inducir nuevas averías por errores en el montaje o ajuste.
Los responsables del mantenimiento han de realizar los cambios necesarios para conseguir un equilibrio entre intervenciones de mantenimiento reactivas, preventivas y predictivas. Aunque los porcentajes entre ellos difieren de unos tipos de plantas industriales a otras, un objetivo general sería no tener en maquinaria crítica más de un 10-20% de intervenciones por reactivo, aproximadamente un 20-40% por preventivo y el resto (40-60%) por predictivo. La realidad de muchas plantas industriales es bastante diferente, lo cual influye negativamente en la rentabilidad global de la planta (ver figura 8).
Figura 8. Un objetivo recomendado por expertos en gestión de mantenimiento es no generar más de un 10% de las intervenciones de mantenimiento en maquinaria crítica por reactivo, un 35% por preventivo y un 55% por predictivo.
La nueva norma de Gestión de Activos ISO 55001 apunta a la monitorización de la maquinaria como un pilar imprescindible para conseguir una gestión optimizada de su ciclo de vida. Términos que destaca como el Índice de Salud del Activo (Asset Health Score), pueden conseguirse mediante cálculos estadísticos a partir de datos históricos o mucho mejor a partir de la información derivada de su monitorización.
Nuevas tendencias: La aplicación del IIoT y el Big Data al mantenimiento predictivo en la era de la Industria 4.0
Estamos asistiendo en estos días a la revolución consecuencia del buen uso de los datos generados automáticamente por las propias máquinas.
El concepto de monitorización aplicado a la maquinaria no es nuevo. Lo nuevo en la era de la Industria 4.0 es obtener información útil de manera automatizada de los datos generados por todos los sensores incorporados en las máquinas.
Si los datos que ofrecen los sensores instalados en una máquina, originariamente incorporados exclusivamente para su protección o para la supervisión del proceso comunican la información que generan a una base de datos, donde esos datos se correlacionan entre sí y se diseñan modelos de comportamiento “normales” y “anormales”, tendremos la capacidad de adelantarnos a las averías y programar las intervenciones de mantenimiento en el momento óptimo. La era de las comunicaciones nos trae sensores que hablan en protocolos estándar y facilita que la información se almacene y se trate en potentes servidores donde se aplican algoritmos “busca alertas”. Este es el perfecto caldo de cultivo para que la aplicación de la estrategia predictiva en el mantenimiento industrial avance otro peldaño hacia su universalización.
La gestión optimizada de la programación del mantenimiento reporta las siguientes ventajas:
- Aumento de la disponibilidad de la maquinaria.
- Mejora de la fiabilidad global.
- Reducción del índice de intervenciones/año de los equipos.
- Amplía la duración de servicio de los componentes, solamente se sustituyen cuando comienzan a dañarse.
- Reducción de los riesgos de mortalidad infantil (por errores humanos en las reparaciones), al producirse menos intervenciones de mantenimiento.
- Se evitan las pérdidas de producto por paros en el proceso productivo.
- Reducción del gasto en repuestos, pues el número de intervenciones a lo largo del ciclo de vida del activo puede reducirse hasta a la quinta parte (p.e. en rodamientos).
- Como consecuencia del punto anterior, se reduce la mano de obra.
- Si aprovechamos los datos de la monitorización para establecer un programa de análisis causa raíz de los fallos (RCFA), reduciremos los fallos en general y especialmente los fallos catastróficos.
- Se mejora la calidad del producto fabricado (mecanización, laminación).
- Se aumenta la reputación de la compañía. Menos sorpresas desagradables.
- Se evitan emisiones y vertidos contaminantes.
- Se garantiza el cumplimiento de regulaciones.
- Se impiden penalizaciones por retrasos en las entregas.
- La monitorización tiene como consecuencia la reducción de accidentes y el aumento de la seguridad.
- Menor coste de los seguros industriales, al alcanzar la planta mejores KPIs y, por lo tanto, reducir el riesgo para la compañía aseguradora.
Conclusiones
La estrategia predictiva se desarrolla en la industria hace ahora unos 30 años, pero todavía hoy se sigue discutiendo la conveniencia o no de aplicar un modelo como el expuesto en este artículo. Además, muchos intentos de implantación de un plan de mantenimiento preventivo-predictivo han fracasado por la falta de apoyo de la dirección de las compañías. La visión cortoplacista en la gestión de los presupuestos destinados al mantenimiento impide que se realicen las inversiones necesarias para el desarrollo adecuado de los planes de mantenimiento.
Es responsabilidad de la gerencia y de nadie más que la gestión del mantenimiento se realice de una manera optimizada. El director de planta ha de ponderar cuánto y cómo invierte en mantenimiento para conseguir la fiabilidad deseada para cumplir con los compromisos de producción. Esta responsabilidad del director de planta no se debe delegar al jefe de mantenimiento, puesto que desde la jefatura de mantenimiento es tremendamente difícil realizar las inversiones y los cambios necesarios para implantar la estrategia preventiva-predictiva.
Es un hecho que un alto porcentaje de implantaciones de planes predictivos fracasan. Los motivos son varios y fundamentalmente se deben a fallos en la gestión empresarial. Aunque se ha escrito mucho sobre los motivos de los fracasos en la implantación de la estrategia predictiva, todos estos motivos se derivan de una falta de estrategia, compromiso y cultura de la compañía.
Las compañías que no sigan prácticas de Excelencia Operacional, desaparecerán. La única manera de competir contra países con mano de obra más económica es mediante la automatización y optimización de la gestión de los procesos y del mantenimiento de los medios de producción.[:en]Introduction
We are still discussing at maintenance congresses today whether it would be a good idea to apply preventive or predictive maintenance strategies. This article aims to clear up all the doubts that arise in these matters.
We are in the age of resource optimization. A standard on Asset Management (ISO 55001) has just been published (late 2014). Already there are organizations that have reacted, who are committed to an intelligent, optimized, rational Asset Management that makes their production plants more competitive organizations. Everyone says, organizations that do not react and bet on continuity, will disappear. And despite all this, there are still many organizations today that are ignoring what is happening around them.
Maintenance strategies are actually strategies for the optimization of maintenance plans and, therefore, the reliability of productive assets.
In my article «Predictive Maintenance is a fundamental pillar of the RCM» published in Preddicécnico 22 I locate the reactive, preventive and predictive strategies in the field of Reliability Centered Maintenance (RCM). On the other hand, in this article, I focus on the specific aspects and applications of each of these strategies, focusing mainly on the predictive strategy and its advantages over others.
These maintenance trends have already proven their success in sectors such as generation, oil & gas, process industry and others … but they are applicable to all industrial sectors and even the maintenance of buildings and other facilities.
Maintenance Strategies
How many different maintenance strategies can I apply?
In a first classification we distinguish between Planned Maintenance and Unplanned Maintenance.
Planned Maintenance: It is one that implies a proactivity, that is, it raises a scheduling of tasks in order to mitigate the risk of a failure or that this will generate unwanted consequences. These tasks can be programmed at fixed intervals (preventive), according to condition (predictive) or when the fault has already occurred, but immediate (reactive) action is not required.
Unplanned Maintenance: Immediate reactive maintenance. The fault has already occurred and must be repaired immediately.
Fig. 1. Scheme of relations between industrial maintenance strategies.
Reactive Maintenance
Known as «run to failure» or run to failure, it consists of not scheduling any tasks until the machine fails.
Reactive maintenance is the traditional one, which simply acts as a «maintenance workshop», conceived under the idea of creating a large human capacity that could attend to any unforeseen within the industrial plants. That is to say, as the appearance of the fault was absolutely unpredictable, it was necessary to have a human team free of obligations, except the one to act in case of an emergency. This philosophy of «firefighter» is now known as reactive maintenance.
Fig. 2. The reactive strategy in maintenance should not be applied to critical assets, in which a failure can have catastrophic consequences.
We can define the reactive maintenance as the maintenance done to a machine or installation when the fault has already occurred, to restore it to its normal operating state of service.
Reactive maintenance can be carried out immediately after the fault is detected or programmed at the stop or time at which the intervention is possible, in order to affect as little as possible the availability of the installation.
The reactive strategy in maintenance offers the following advantages:
It is for many components the most efficient strategy, because they only act upon them when a fault has already occurred, then the useful life of the component is greater than if it were applied, for example, a preventive strategy with replacements of the piece at fixed intervals .
Savings in planning, since work orders are generated as the breakdowns appear and planning is not needed.
Reactive maintenance is suitable for those non-critical assets where a breakdown:
Does not affect safety,
Does not cause polluting emissions or discharges,
Does not interrupt or reduce production,
It does not cause irreversible damages in the machine or expensive repairs,
And does not affect the quality of the product manufactured nor the reputation of the company.
On the other hand, reactive maintenance is not suitable for critical or essential machines where an unexpected failure generates some unacceptable situation from those listed above.
Although the reactive strategy is not adequate for the maintenance of critical assets, where a failure can have Unacceptable consequences, is still the only strategy in some industrial facilities. We have cases of pure reactive maintenance in facilities whose maintenance is contracted for short periods or in sectors with a clear lack of industrial culture.
Scheduled maintenance according to schedule or preventive maintenance (PM)
Preventive maintenance is one that schedules the replacement of the elements of the machines on a periodic basis. The periodicity of the maintenance interventions is based on theoretical calculations or estimates of the duration of the components that fail according to patterns based on the time of operation.
The statistical analysis of the useful life of the equipment and its elements allows to perform the maintenance of the machines based on the periodic replacement of these elements regardless of the state or condition of deterioration and wear of the same. This philosophy is known as maintenance at fixed intervals or preventive maintenance based on caledario. Its great limitation is the uncertainty in defining the instant of the substitution of the element, since it is usually ignored the enormous dispersion of the data related to the duration of the components that occasionally occurs and is based exclusively on its average value.
We can say that preventive maintenance consists in scheduling the interventions or changes of some components or parts according to predetermined intervals of time or according to regular events (hours of service, miles traveled, tons produced). The objective of this type of maintenance is to reduce the probability of failure or loss of performance of a machine or installation by trying to plan interventions that are adjusted to the maximum to the life of the intervened element.
The main objective of preventive maintenance is to reduce unplanned downtime, which is a great advantage in continuous production processes. But this strategy is only recommended if there is no way to know the status of the parts or components to be replaced by inspections or continuous monitoring. If parts are replaced only by the criterion of operating hours, we run the risk of programming useless jobs to repair machines that are in perfect condition and cause an unnecessary risk situation, when intervening machines only «by touch». We always have to ask ourselves when we schedule a maintenance operation if we do it by «pure inertia» or if we really recognize the value that generates this operation.
The planning of the maintenance at fixed intervals avoids some failures, but also provokes others and also is extremely expensive by:
The replacement of components in good condition,
For the workforce associated with these unnecessary interventions
And by the consequences of the damages caused by manipulating the machines unnecessarily.
Disassembling, reassembling and adjusting a machine is a risky task, since it is possible to induce damages resulting from these operations. Many companies consider maintenance work at fixed intervals to be useless when monitoring the state of the machinery by some means, such as the application of predictive techniques.
The preventive maintenance strategy is recommended for those assets with wear failure modes, in which a failure would have serious consequences and it is not possible to define any monitoring indicator of their failure modes or if possible, but monitoring has a cost Higher than the benefit it produces.
Predictive maintenance (PdM) or condition based maintenance (CBM)
Predictive or condition-based maintenance evaluates the condition of the machinery and recommends intervening or not, resulting in large savings.
Most failure modes of machinery have a slow evolution. From its incipient stages, failures in development emit messages in the form of vibration, ultrasound, etc. Which are deciphered by predictive analysts to determine the status of critical assets and find the optimum time for repair.
The predictive diagnosis of machinery is developed in the industry in the decade that goes from the middle of the eighties to the mid-nineties of the twentieth century. Currently, the predictive strategy is applied to the critical machinery in those plants that have maintenance optimization programs.
Predictive maintenance is a set of instrumented techniques of measurement and analysis of variables to characterize the potential failure modes of productive teams. Its main mission is to optimize the reliability and availability of equipment at the lowest cost.
Fig. 3. Vibration collector with FALCON automatic diagnosis of ACOEM.
From the technical point of view, a maintenance activity will be considered as predictive whenever certain requirements are met:
The measurement is non-intrusive, that is, performed with the equipment under normal operating conditions.
The result of the measurement can be expressed in physical units, or also in correlated dimensionless indices.
The measured variable offers good repeatability.
The predictive variable can be analyzed and / or parameterized to represent some typical mode of equipment failure, that is, it offers some diagnostic capability.
From the organizational point of view, a maintenance management system will be predictive provided that:
The measurement of the variables is performed periodically in routine mode.
The system allows coordination between the predictive verification service and maintenance planning.
The maintenance department (planning, workshop) and production (operation) are prepared to react to the eventuality of a diagnosis calling for immediate action.
Fig. 4. Application of predictive strategies as a function of criticality and type of failure.
Low-cost, high-performance predictive diagnostics systems that significantly reduce the operating costs of predictive maintenance systems can now be found on the market. On very critical machines requiring short-term monitoring between measurements it may be more cost-effective to instrument the machinery to take measurements through automatic systems, which measure and process parameters indicative of the usual failure modes. Advances in communications make it easier for information to flow from the machines to the analysts who interpret this data to generate predictive diagnostic reports, which indicate which machines are to be addressed, with what priority and in what time frame. Continuous monitoring parameter measurement systems reduce the operating costs of predictive systems and greatly increase their reliability by generating abundant high quality information at minimal cost.
The most important predictive techniques are:
Vibration analysis,
Thermographic inspections,
Analysis of oils,
Ultrasound detection,
Analysis of electric motors
and others…
Each of these techniques has its application in the detection and diagnosis of a determined set of failures. When two or more techniques allow the diagnosis of a single failure, they behave as complementary and increase the reliability of the diagnosis.
Vibration analysis is the technique that provides more information about the state of rotating machinery, so this is usually the main technique on which most of the predictive maintenance departments of industrial plants are supported. But a very frequent error is to consider that the vibration analysis is the only applicable predictive technique in a predictive maintenance plan and other techniques that also contribute a great capacity of diagnosis are despised.
Fig. 5. Impact of the stops by interventions in the machines according to a reactive, preventive or predictive strategy. With preventive and predictive strategies the preparation time is not an unproductive time, since when the repair is scheduled, it is already known about which components to act and therefore, the work is prepared in advance. Preventive maintenance at fixed intervals performs more interventions than are really necessary, so it loses profitability over condition-based maintenance or predictive maintenance.
Fig. 6. In applying the predictive strategy, the useful life of an asset can be extended up to five times more than if a preventive strategy is followed. The reactive strategy is the one that takes better advantage of the duration of the assets, but ignores the risk of operating a machine until the moment of its failure.
There are times when it is difficult to decide whether a work order originates from Reactive Maintenance or Condition-Based Maintenance. For example, if an oil leak occurs due to the deterioration of a joint,
If the leak is detected in a predictive inspection route, then the repair would be programmed by a work order generated by Predictive Maintenance, instead,
If the leak is detected by the production department or by other maintenance personnel not performing a predictive inspection, this would clearly be a correction due to Reactive Maintenance.
To achieve success in implementing a predictive plan, the following points must be taken into account:
To ensure that predictive maintenance is considered a company strategy, ie, that it is part of a higher order asset management plan, such as the implementation and development of the RCM (Reliability Centered Maintenance) or the RBM (Maintenance Based at risk).
Design a plan to size the resources needed to successfully implement the predictive strategy.
To document in economic units the savings obtained by the change of strategy.
If satisfactory results have not been achieved within one year, take the necessary corrective actions.
It is always easier to hit the first one if we let ourselves be advised by experts who have already been successful in other similar projects.
Predictive or condition-based maintenance should be applied to those machines where fault mode indicators can be defined and periodic monitoring inspections are carried out to alert maintenance needs on these assets. To correctly define which maintenance strategy to apply to each asset, it is recommended to perform a Reliability Centered Maintenance (RCM) study on the productive assets of the industrial plant.
Obviously, the application of predictive strategy will be more interesting in the critical machinery. The way to identify the critical machinery in an industrial plant is through a criticality analysis. This criticality analysis results in the list of plant assets ordered according to the RPN or Risk Priority Number (IPR)
Figure 7. RPN, Risk Priority Number.
The frequency of occurrence is obtained from the failure history. The severity of the consequences is assessed by analyzing what would happen if that failure occurred. And the detectability is a parameter that is not always taken into account and is absolutely key, since a detected mode of failure and detected in advance reduces the risk in a way that totally changes the Risk Priority Index.
For example, in an industrial fan there are fault modes that are easy to detect such as mass imbalance, failure of bearings or pulleys / belts and others more difficult to detect such as the development of cracks in the main shaft.
Optimized management planning mantenimiento
Maintenance planning can be managed according to unexpected faults, periodically or based on the condition of the asset.
The programming of the maintenance interventions from the unexpected breakdowns is what we have called Reactive Maintenance.
The programming of maintenance interventions from periodic interventions according to the schedule or hours of operation is what we have called Preventive Maintenance.
And the scheduling of maintenance interventions based on the condition of the assets is what we have called Predictive Maintenance or Condition-Based Maintenance.
Therefore, the following procedure is recommended to apply one of these three maintenance scheduling strategies:
Reactive strategy:
When it is not possible to define failure indicators to track the status of the asset.
When, in spite of being able to define indicators of monitoring the potential failures of the asset, the predictive strategy would be uneconomical, because the consequences of a failure are not serious.
When, although the probability of occurrence of some failure mode increases with time, the consequences of a failure are not serious and, therefore, the preventive strategy is not justified either.
When the possible failure modes do not attend to wear patterns, ie, a strategy based on periodic maintenance does not increase the reliability of the asset.
Preventive strategy:
When the consequence of an unexpected breakdown is serious and therefore measures must be taken to avoid failures during the productive periods.
When it is not possible to define failure indicators to track the status of the asset.
When possible failure modes follow a wear pattern, ie, the probability of a failure is greater as the operating hours increase.
When the intervention of the machine can not induce further failures due to errors in the assembly or adjustment.
Predictive strategy:
When the consequence of an unexpected breakdown is serious and therefore measures must be taken to avoid failures during the productive periods.
When you can define fault indicators to track the status of the asset.
When the cost of monitoring is exceeded by the benefits derived from it.
When the intervention of the machine can induce new faults due to errors in the assembly or adjustment.
Those responsible for maintenance must make the necessary changes to achieve a balance between
Those responsible for maintenance must make the necessary changes to achieve a balance between reactive, preventive and predictive maintenance interventions. Although the percentages between them differ from one type of industrial plant to another, a general objective would be not to have in critical machinery more than 10-20% of interventions per reagent, approximately 20-40% per preventative and the rest (40- 60%) per predictive. The reality of many industrial plants is quite different, which negatively influences the overall profitability of the plant (see figure 8).
Figure 8. One goal recommended by maintenance management experts is to not generate more than 10% of maintenance interventions in critical machinery per reagent, 35% per preventative and 55% per predictive.
The new standard of Asset Management ISO 55001 aims at the monitoring of machinery as an essential pillar to achieve an optimized management of its life cycle. Terms that stand out like the Asset Health Score, can be obtained by means of statistical calculations from historical data or much better from the information derived from its monitoring.
New Trends: The application of IIoT Big Data and predictive maintenance in the era of Industry 4.0
We are witnessing these days to the revolution as a result of the good use of data automatically generated by the machines themselves.
The concept of monitoring applied to machinery is not new. What is new in the Industry 4.0 era is to obtain useful information in an automated way from the data generated by all the sensors built into the machines.
If the data provided by the sensors installed in a machine, originally incorporated exclusively for its protection or for the monitoring of the process, communicate the information they generate to a database, where that data is correlated with each other and the behavior models are designed «normal» «And» abnormal «, we will have the ability to anticipate faults and schedule maintenance interventions at the optimum time. The communications age brings us sensors that speak in standard protocols and makes it easier for information to be stored and processed on powerful servers where «look-up» algorithms are applied. This is the perfect breeding ground for the application of the predictive strategy in industrial maintenance to advance another step towards its universalization.
Optimized management of maintenance scheduling reports the following advantages:
Increased availability of machinery.
Improved overall reliability.
Reduction of the rate of interventions / year of the teams.
It extends the service life of the components, they are only replaced when they begin to be damaged.
Reduced risks of child mortality (due to human errors in repairs), with fewer maintenance interventions.
Product losses are prevented by stoppages in the production process.
Reduction in spare parts spending, as the number of interventions throughout the life cycle of the asset can be reduced up to one-fifth (eg in bearings).
As a consequence of the previous point, the workforce is reduced.
If we take advantage of monitoring data to establish a root cause failure analysis program (RCFA), we will reduce failures in general and especially catastrophic failures.
The quality of the manufactured product is improved (mechanization, lamination).
It increases the reputation of the company. Less unpleasant surprises.
Emissions and pollutant discharges are avoided.
Compliance with regulations is guaranteed.
Penalties for delays in deliveries are precluded.
Monitoring results in reduced accidents and increased safety.
Lower cost of industrial insurance, by reaching the plant better KPIs and, therefore, reduce the risk to the insurance company.
Conclusions
The predictive strategy was developed in the industry about 30 years ago, but still is still discussed the convenience or not of applying a model like the one exposed in this article. In addition, many attempts to implement a preventive-predictive maintenance plan have failed because of the lack of management support from the companies. The short-term vision in the management of maintenance budgets prevents the necessary investments for the proper development of maintenance plans.
It is the responsibility of the management and of nobody else that the maintenance management is carried out in an optimized way. The plant manager has to weigh how much and how he invests in maintenance to achieve the desired reliability to meet production commitments. This responsibility of the plant manager should not be delegated to the maintenance manager
To achieve the desired reliability to meet production commitments. This responsibility of the plant manager should not be delegated to the maintenance manager, since maintenance management is extremely difficult to make the investments and changes necessary to implement the preventive-predictive strategy.
It is a fact that a high percentage of implantations of predictive plans fail. The reasons are several and fundamentally they are due to failures in the business management. Although much has been written about the reasons for failures in the implementation of predictive strategy, all of these reasons stem from a lack of strategy, commitment and culture of the company.
Companies that do not follow Operational Excellence practices will disappear. The only way to compete against countries with cheaper labor is through automation and optimization of process management and maintenance of the means of production[:]