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confiabilidade

1. Manutenção
Mecânica
5 –Confiabilidade e
Mantenabilidade

2. Confiabilidade e Mantenabilidade
Conceituação moderna da Manutenção –
A Missão da Manutenção é garantir a
Disponibilidade da função dos equipamentos e
instalações de modo a atender a um processo de
produção ou de serviço com Confiabilidade,
segurança, preservação do meio ambiente e custo
adequado.

3. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Confiabilidade é freqüentemente
definido como a probabilidade que um
sistema, veículo, máquina, dispositivo, ou
outro produto realizará a função que se
espera dele sob algumas condições de
operação especificadas, para um
especificado período de tempo .

4. Confiabilidade e Mantenabilidade
Aumentar a confiabilidade é uma
parte importante para se aumentar a
qualidade do produto .

5. Confiabilidade e Mantenabilidade
Existem muitas definições diferentes
de qualidade, mas existe uma
concordância geral de que um
produto ou um equipamento não
confiável não é de alta qualidade.

6. Confiabilidade e Mantenabilidade
•PROBABILIDADE
Uma vez que confiabilidade é uma
probabilidade, é uma variável que pode
ser medida. A teoria das probabilidades
fornece a base para descrever
matematicamente as propriedades de um
processo físico.

7. Confiabilidade e Mantenabilidade
•PERFORMANCE COM SUCESSO
Para calcular probabilidade, um produto (ou
unidade) tem que existir em um dos dois
estágios: performance com sucesso ou falha.
As condições para uma unidade falhar tem que
ser claramente definidas. Por exemplo, falha
poderia significar inoperabilidade total, mas
poderia também significar performance
diminuída.

8. Confiabilidade e Mantenabilidade
• TEMPO
Dentro do contexto de confiabilidade, tempo é um
termo genérico. É freqüentemente medido em horas
mas poderia também ser medido em milhas, ciclos, ou
outras unidades de uso do produto. De qualquer modo,
algum período de uso, tem que ser estabelecido para
calcular confiabilidade. O tempo da missão poderia ser
a vida total de uma unidade, tal como um motor de um
foguete ou poderia ser uma pequena parte da vida, tal
como 1.000 milhas de vôo de uma aeronave comercial.

9. Confiabilidade e Mantenabilidade
•TAXA DE FALHA ( )
Mede a taxa na qual as unidades falham sobre
um período de tempo estabelecido. É calculado
como o número de falhas durante o intervalo
dividido pelo número de unidades em operação
no início do intervalo e pelo comprimento do
intervalo de tempo (t).

10. Confiabilidade e Mantenabilidade
•TEMPO MÉDIO PARA FALHAR
(Mean Time to Failure – MTTF)
Um medida da confiabilidade de uma
unidade não reparável enquanto sendo
usada durante sua vida útil.

11. Confiabilidade e Mantenabilidade
•TEMPO MÉDIO ENTRE FALHAS
(Mean Time Between Failure – MTBF)
Uma medida de confiabilidade de uma
unidade reparável enquanto sendo usada
durante sua vida útil.

12. Confiabilidade e Mantenabilidade
•MTTF e MTBF são simplesmente
indicadores da confiabilidade de uma
unidade enquanto sendo usada durante a
vida útil. O símbolo padrão para MTTF e
MTBF é . Matematicamente, MTTF e
MTBF são iguais à média da distribuição
exponencial usada para modelar os
tempos de falha da unidade durante a
vida útil.

13. Confiabilidade e Mantenabilidade
Ambos são calculados como o inverso da
taxa de falha:
 


1
MTBFMTTF

14. Confiabilidade e Mantenabilidade
• Quanto maior o MTTF ou MTBF, menor a
probabilidade da unidade falhar para uma
dada missão de tempo e maior a
confiabilidade. Um decréscimo na taxa de
falha resulta em um aumento da MTTF e
MTBF e consequentemente, um aumento
da confiabilidade.

15. Confiabilidade e Mantenabilidade
• DISPONIBILIDADE
Disponibilidade é a probabilidade que uma unidade
estará pronta para uso num instante de tempo
determinado, ou sobre um período de tempo
determinado, baseados em aspectos combinados de
confiabilidade e mantenabilidade. Em outras palavras, a
disponibilidade é uma função de sua taxa de falha
(confiabilidade) e o tempo requerido para restaurar a
unidade após uma falha (mantenabilidade).

16. Confiabilidade e Mantenabilidade
Durante um estudo mais profundo sobre
a disponibilidade de uma unidade, o
engenheiro de confiabilidade tem que
considerar vários elementos além da
confiabilidade e mantenabilidade,
incluindo:
Tipo do sistema
Uso do produto
Paradas para manutenção preventiva

17. Confiabilidade e Mantenabilidade
 MTTRMTBF
MTBF
Disponibilidade =


18. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Mantenabilidade
É a capacidade de um item ser mantido ou
recolocado em condições de uso especificadas,
quando a manutenção é executada sob
condições determinadas e mediante
procedimentos e meios prescritos.

19. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Mantenabilidade é incorporada durante o
projeto do sistema e antes do estágio de
desenvolvimento do equipamento.
•Ela mede a habilidade de uma unidade
para ser mantida ou restabelecida, em
condições especificadas.

20. Confiabilidade e Mantenabilidade
• Para o cálculo de mantenabilidade, as
seguintes suposições são feitas:
Manutenção é realizada por pessoal
qualificado.
Pessoal da manutenção tem acesso aos
recursos requeridos para fazer
manutenção e reparos.
Manutenção é realizada de acordo com
procedimentos prescritos.

21. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Mantenabilidade é importante para a
confiabilidade porque ela mede a
quantidade de tempo que um sistema
não está funcionando. As medidas são
calculadas baseadas no tipo de
manutenção realizada: corretiva ou
preventiva.
•Mantenabilidade é o estudo das
paradas.

22. Confiabilidade e Mantenabilidade
•TEMPO MÉDIO PARA REPARO
(Mean Time to Repair – MTTR)
Manutenção corretiva é quantificada pelo
tempo médio requerido para completar a
manutenção, conhecido como tempo
médio para reparo (Mean Time to Repair).

23. Confiabilidade e Mantenabilidade
•MTTR – É a relação entre o tempo total
gasto para repor o equipamento em
condições de operar e o número de
reparos ocorridos, dentro do período de
tempo considerado.
•Taxa de reparo (μ) – Nº de reparos/t
•Mantenabilidade: M(t) = 1 – e
-λt

24. Confiabilidade e Mantenabilidade
•CONCEITOS DE CARACTERÍSTICA
DE VIDA
É importante entender como o modo de
falha de um produto pode mudar com o
tempo (ou uso do produto). O modelo
usado para descrever os modos de falha
de uma população sobre a vida total de
um produto é conhecido como curva da
banheira (Bathtub Curve).

25. Confiabilidade e Mantenabilidade

26. Confiabilidade e Mantenabilidade
•A curva da banheira é um gráfico de taxa de falha
versus tempo. Ela mostra quão rápido as falhas de um
produto variam com o tempo, e se a taxa de falha está
aumentando, diminuindo ou constante.
A curva pode ser dividida em três regiões:
Período de mortalidade Infantil (Também chamado
Periodo Burn-In ou Debugging)
Tem a taxa de falha decrescente.
Período de vida útil (Também chamado Período de
falhas aleatórias)
Tem a taxa de falha constante.
Período de envelhecimento ou degradação
Tem a taxa de falha crescente.

27. Confiabilidade e Mantenabilidade
•A curva da banheira não é um modelo
perfeito, mas é útil para descrever
modelos de falha para uma população de
produtos bem projetados. Além disso, ela
determina qual distribuição é selecionada
para análise da confiabilidade. Cada parte
da curva da banheira tem um distribuição
correspondente que indica como a taxa de
falha muda.

28. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Envelhecimento ou degradação:
DISTRIBUIÇÃO NORMAL
O lado direito da curva da banheira tem
uma taxa de falha crescente, significando:
Existe uma probabilidade crescente de
falha.
Idade é um fator na probabilidade de
falha.

29. Confiabilidade e Mantenabilidade
•A distribuição normal pode ser usada para
modelar as falhas de um produto no
período de Degradação. Isto é porque a
distribuição normal tem uma taxa de falha
crescente, do mesmo modo que o período
de Degradação.

30. Confiabilidade e Mantenabilidade
A confiabilidade é encontrada na tabela de
probabilidade normal.
•Para usar a tabela é necessário usar a equação:


•Onde:
• t é tempo especificado.
•  é a média da distribuição, referido como
tempo médio de degradação.
 é o desvio padrão.



1t
Z

31. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Período de vida útil:
DISTRIBUIÇÃO EXPONENCIAL
O período de vida útil é aquele no qual
tem-se a intenção de usar o produto e o
consumidor usa mais o produto. É
também o período durante o qual os
engenheiros de confiabilidade fazem a
maioria dos cálculos e predições de
confiabilidade.

32. Confiabilidade e Mantenabilidade
•A parte central da curva da banheira,
chamada região de vida útil, mostra um
taxa de falha constante. Isto significa que
a idade do produto não afeta a
probabilidade de falha. Nesta região a
taxa de falha deve ser extremamente
baixa se a confiabilidade é alta.

33. Confiabilidade e Mantenabilidade
•A distribuição exponencial pode ser usada
para modelar as falhas de um produto no
período de vida útil. Isto porque a
distribuição exponencial tem uma taxa de
falha constante, do mesmo modo que o
período de vida útil.

34. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Distribuição exponencial
Uma variável aleatória X é dita ter uma
distribuição exponencial de parâmetro λ se:
A função de distribuição é dada por:
F(t) = 1 – e
- λ t
para t >= 0.
F(t) = 0 para t < 0

35. Confiabilidade e Mantenabilidade

36. Confiabilidade e Mantenabilidade
E a respectiva função de densidade:
f(t) = λe
-λt
para t >= 0.
f(t) = 0 para t < 0.

37. Confiabilidade e Mantenabilidade

38. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Confiabilidade na região de vida útil:

tt
eetR
 

/


1


39. Confiabilidade e Mantenabilidade
•PERÍODO DE MORTALIDADE INFANTIL
O período de mortalidade infantil mostra uma
taxa de falha decrescente. Eles são causados
por não conformidades introduzidas no produto
pelo processo de produção.
O período de mortalidade infantil é também
chamado de Burn-In Period. Burn-In é a prática
de acumular tempo de operação sobre cada
unidade antes de enviá-la ao consumidor.

40. Confiabilidade e Mantenabilidade
•As falhas durante o período Burn-In podem ser
reduzidas através de uma especificação correta
do produto (por parte do consumidor e
vendedor), inclusão de engenharia de qualidade
e do processo durante a análise do projeto, uso
de inspeção por amostragem, estudos de
Capabilidade do processo e procedimentos de
controle estatístico do processo incluindo cartas
de controle, uso de estudos de FMEA, estudo
da adequação do projeto para a manufatura.

41. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Eliminar as falhas do produto durante o
período Burn-In tem vários benefícios.
Ajuda a melhorar a satisfação do cliente e
a reduzir custos associados com a
produção, incluindo custos de garantia,
custos de falha interna/externa e custos
de Burn-In.

42. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Análise de Weibull - DISTRIBUIÇÃO DE
WEIBULL
A distribuição de Weibull pode ser usada
para qualquer parte da curva da banheira
sob certas condições. A distribuição de
Weibull tem um número de formas
possíveis. Ela pode assumir a forma das
distribuições que tem taxas de falha
crescente, decrescente ou constante.

43. Confiabilidade e
Mantenabilidade
•PARAMETROS DA DISTRIBUIÇÃO DE
WEIBULL
A distribuição tem 3 parâmetros:
Característica inicial,
Vida(carga ou escala) característica, 
Fator(parâmetro) de forma, 

44. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Para a maioria das aplicações em
engenharia de confiabilidade, o parâmetro
característica inicial é igual a zero, reduzindo
a distribuição de Weibull a dois parâmetros.
O parâmetro vida característica  é um ponto
comum entre todas as distribuições de
Weibull. É o valor onde a função cumulativa
é igual a 0,632.

45. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Quando o valor de  muda, a distribuição
de Weibull muda de forma. Por exemplo:
•Quando  = 1 a distribuição de Weibull
torna-se uma distribuição exponencial.
•Quando  = 3,5 a distribuição de Weibull e
a distribuição normal são essencialmente
a mesma.
•Quando 1    3, a distribuição de
Weibull é desviada para a direita.

46. Confiabilidade e Mantenabilidade

47. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Como a forma da distribuição muda, a taxa de falha que
descreve a falha do produto também muda. Por exemplo:
•Se  < 1, a taxa de falha é decrescente. Neste caso, a
distribuição de Weibull poderia ser usada para descrever
a falha do produto durante o período de mortalidade
infantil.
•Se  = 1, a taxa de falha é constante. Neste caso a
distribuição de Weibull poderia ser usada para descrever
a falha de um produto durante o período de vida útil.
•Se  > 1, a taxa de falha é crescente. Neste caso a
distribuição de Weibull poderia ser usada para descrever
a falha de um produto durante o período de degradação.

48. Confiabilidade e Mantenabilidade
•Se  e  são conhecidos, a seguinte fórmula
pode ser usada para calcular a confiabilidade:










n
t
etR
 é o parâmetro de forma
 é o parâmetro de escala

49. Confiabilidade e Mantenabilidade
Métodos e ferramentas para o aumento Métodos e ferramentas para o aumento
da confiabilidade:da confiabilidade:
Sistema em série:
R
1
R
2
RR
R
3

50. Confiabilidade e Mantenabilidade
O diagrama de bloco de um sistema em
série mostra que o sucesso da operação do
sistema depende do sucesso da operação
de cada subsistema, ou seja, a falha de
qualquer subsistema resultará na falha do
sistema.

51. Confiabilidade e Mantenabilidade
O diagrama de bloco de um sistema em
série é caracterizado pelo seguinte:
Cada caixa representa um subsistema.
Existe somente um caminho para o
sucesso do sistema.
Se qualquer subsistema falha, o sistema
inteiro falhará.
As interfaces dos subsistemas tem que
ser incluídas desde que elas possam ser
fontes de falha.

52. Confiabilidade e Mantenabilidade

53. Confiabilidade e Mantenabilidade
A confiabilidade do sistema será menor que a
confiabilidade de qualquer subsistema.
Se qualquer aumento significante na
confiabilidade de um sistema em série é desejado,
o subsistema com a confiabilidade mínima tem
que ser aumentado. Aumentando a confiabilidade
de qualquer outro subsistema resulta somente em
um pequeno incremento na confiabilidade do
sistema.

54. Confiabilidade e Mantenabilidade
VANTAGENS DO USO DE UM SISTEMA
EM SÉRIE:
Usa um número mínimo de partes.
Consome potência mínima.
Ocupa um mínimo de espaço e adiciona
peso mínimo.

55. Confiabilidade e Mantenabilidade
MODELO DE CONFIGURAÇÃO EM SÉRIE
DURANTE A VIDA ÚTIL
Numa configuração em série o sucesso da
operação do sistema depende do sucesso da
operação de cada subsistema.
A confiabilidade de cada subsistema pode ser
calculada usando-se a distribuição apropriada para
aquele subsistema.
Para determinar a distribuição apropriada, é
necessário saber qual região da curva da banheira
o subsistema está operando.

56. Confiabilidade e Mantenabilidade

57. Confiabilidade e Mantenabilidade
Sistema em paralelo:

58. Confiabilidade e Mantenabilidade
O modelo paralelo fornece mais que um
caminho para o sucesso do sistema por ter
múltiplos subsistemas on-line que podem
realizar individualmente as funções
requeridas para o sucesso do sistema.
Por esta razão, a configuração em paralelo
é chamada redundância ativa.

59. Confiabilidade e Mantenabilidade
Se um subsistema falha, os outros
subsistemas em paralelo podem operar
para fornecer o sucesso do sistema.
No modelo paralelo todos os subsistemas
tem que falhar para ocorrer a falha do
sistema.

60. Confiabilidade e Mantenabilidade
No modelo paralelo ativo se um subsistema
falha, os outros subsistemas em paralelo
podem operar para fornecer o sucesso do
sistema.
No modelo paralelo ativo todos os
subsistemas tem que falhar para ocorrer a
falha do sistema.

61. Confiabilidade e Mantenabilidade
Quando usando um diagrama de bloco de um sistema em
paralelo ativo, é necessário assumir o seguinte:
A falha de cada subsistema é completamente
independente da falha de qualquer outro subsistema.
Assim, a falha de um subsistema não causará a falha de
qualquer outro subsistema.
Uma falha em um subsistema não afeta a confiabilidade de
qualquer outro subsistema.
Isto significa que não existe stress ou carga adicional sobre
subsistemas remanescentes quando uma falha ocorre.

62. Confiabilidade e Mantenabilidade
A função do sistema paralelo ativo é realizada
com somente um subsistema operando tão
bem quanto com todos os subsistemas
operando.
Não existem novos modos de falha
introduzidos no sistema por causa da
interface entre subsistemas em paralelo ativo.

63. Confiabilidade e Mantenabilidade
CÁLCULO DA CONFIABILIDADE PARA
SISTEMA EM PARALELO ATIVO.
O cálculo da confiabilidade para um sistema
em paralelo ativo assume que o sistema
terá sucesso (não falhará) se existir pelo
menos um subsistema que não falha.

64. Confiabilidade e Mantenabilidade

65. Confiabilidade e Mantenabilidade

66. Confiabilidade e Mantenabilidade
DESVANTAGENS DE UM SISTEMA
PARALELO
Existem algumas desvantagens em usar um
sistema paralelo. Muitas vezes, a única
maneira de ter redundância ativa e
encontrar os requerimentos de um sistema
paralelo é ter dois ou mais sistemas
completos operando independentemente,
cada um realizando a mesma função. Isto
pode levar a aumento significativo de custo,
potência consumida, peso e espaço.

67. Confiabilidade e Mantenabilidade
SISTEMAS SÉRIE-PARALELO
Um sistema pode ser modelado como uma
combinação de subsistemas em série e paralelo.
A confiabilidade para um sistema série-paralelo
pode ser encontrada convertendo-se o sistema
combinado em um sistema série ou paralelo
equivalente e então usando a fórmula para o
cálculo da confiabilidade do sistema equivalente
escolhido.

68. Confiabilidade e Mantenabilidade
m DE n SISTEMAS EM PARALELO
Uma forma muito utilizada de sistema em paralelo é
o m de n sistemas (m < n ).
Este é um sistema de redundância ativa que
funcionará se pelo menos m de n subsistemas
redundantes continuam a operar (não falham).
Se a confiabilidade de cada subsistema é igual, a
confiabilidade pode ser encontrada usando a
distribuição binomial e a lei aditiva de eventos
mutuamente exclusivos.

69. Confiabilidade e Mantenabilidade

70. Confiabilidade e Mantenabilidade
ANÁLISE FORÇA-ESTRESSE
Na maioria das vezes, um componente falha quando o
estresse aplicado excede a sua resistência.
Em geral, projetistas projetam para uma resistência
normal e um estresse nominal que será aplicado a um
componente.
O projetista tem também que conhecer a variabilidade do
estresse e resistências nominais.

71. Confiabilidade e Mantenabilidade
As curvas de distribuição para estresse e
resistência, mostradas na figura abaixo, são
suficientemente separas de tal modo que
exista pouca probabilidade que em alto nível
de estresse interfira com um item que está
sobre a parte baixa da distribuição de
resistência, e como resultado nós não
esperamos que uma falha ocorra por um
estresse elevado.

72. Confiabilidade e Mantenabilidade

73. Confiabilidade e Mantenabilidade
Existe muito mais variabilidade para a proximidade
das médias para estresse e resistência e existe
um aumento na probabilidade de falha a qual é
representada pela superposição da área
sombreada.

74. Confiabilidade e Mantenabilidade

75. Confiabilidade e Mantenabilidade
Quando a distribuição do estresse e a
distribuição da resistência são
independentes entre si, a seguinte relação
se aplica:

x-y = 
x - 
y
22
yxyx  


76. Confiabilidade e Mantenabilidade
Para calcular a probabilidade de uma falha
causada pela interferência estresse e força,
usa-se a distribuição normal padrão e z.
22
yx
yx
Z






77. Confiabilidade e Mantenabilidade

78. Confiabilidade e Mantenabilidade
FMEA – FAILURE MODE AND EFFECTS
ANALYSIS
Também chamada de FMECA é uma das
ferramentas mais eficientes para
melhorar a segurança e a confiabilidade
usada durante o desenvolvimento de um
produto.

79. Confiabilidade e Mantenabilidade
A FMEA é uma técnica qualitativa.
É um grupo de atividades sistemáticas com o
objetivo de:
Reconhecer e avaliar uma falha e os efeitos que a
falha tem sobre o sistema.
Identificar ações que poderiam eliminar a falha,
reduzir a probabilidade de ocorrência da falha, ou
reduzir a criticidade da falha sobre o sistema ou
usuários dele.
Documentar o processo.

80. Confiabilidade e Mantenabilidade
A FMEA ajuda a encontrar falhas críticas
em potencial de um sistema e então
eliminá-las ou controlá-las. Uma falha crítica
é freqüentemente definida como uma falha
que afeta a segurança do usuário ou causa
um parada total do sistema, embora esta
definição possa variar de sistema para
sistema.

81. Confiabilidade e Mantenabilidade
Como é impossível eliminar todas as falhas
possíveis, a FMEA fornece uma
oportunidade para considerar as falhas que
são mais danosas para o sistema ou para a
segurança dos usuários.

82. Confiabilidade e Mantenabilidade
Existem dois tipos de FMEA:
DFMEA – Design Failure Mode And Effects
Analysis(FMEA de Projeto)
É realizada para melhorar o projeto do
sistema. É geralmente considerada uma
tarefa de engenharia de confiabilidade com
o apoio da engenharia da qualidade.

83. Confiabilidade e Mantenabilidade
PFMEA – Process Failure Mode and Effects
Analysis(FMEA de Processo)
É realizada para melhorar o processo de
manufatura. É geralmente considerada uma
tarefa da engenharia da qualidade
com o apoio da engenharia de
confiabilidade.

84. Confiabilidade e Mantenabilidade
DFMEA
Documenta os pontos fracos no projeto de um
produto que podem causar falhas no sistema
enquanto o produto está em serviço. A DFMEA
deve ser realizada por uma equipe multifuncional
que exclui representação de todas as funções de
engenharia necessárias para completar as
seguintes tarefas:
Analisar o projeto do produto.
Recomendar as mudanças no projeto.
Seguir as ações recomendadas.

85. Confiabilidade e Mantenabilidade
As funções de engenharia podem incluir
mas não estão limitadas a: confiabilidade,
projeto de produto, qualidade, manufatura,
testes, serviço de campo, logísticas.

86. Confiabilidade e Mantenabilidade
PFMEA
Identifica deficiências em potencial no processo
precocemente ou seja, durante o ciclo de
planejamento do processo. Isto habilita os
engenheiros a focar sobre os controles que
reduzem produtos não conforme e aumentam a
detecção da Capabilidade bem antes de iniciar a
produção. Ela também fornece um modelo
organizado e sistemático para processar mudança
e ajuda a priorizar ações de melhoramento do
processo.

87. Confiabilidade e Mantenabilidade
NPR ou RPN(Número de risco prioritário)
Probabilidade (frequencia) – probabilidade da
falha ocorrer.
Detecção – probabilidade que os controles do
sistema detectarão e eliminarão o modo de falha
antes que o produto esteja em serviço ou antes
que a falha possa ocorrer enquanto o produto está
em serviço.
Severidade – severidade do efeito da falha sobre
o sistema ou seus usuários.

88. Confiabilidade e Mantenabilidade
Calculo do (NPR)
É o produto dos três valores designados.
O NPR fornece um valor numérico para
ranquear as várias falhas baseadas nos
seus efeitos . As falhas com valores de NPR
mais altos são consideradas para o
melhoramento do sistema.