Optimización de Sistemas de Gestión de Calidad y Mantenimiento Industrial

Definición de Calidad

La calidad se define como el grado en el que un conjunto de características inherentes de un objeto (producto, servicio, proceso, persona, organización, sistema o recurso) cumple con ciertos requisitos. Estos requisitos deben satisfacer las expectativas del cliente. Puede referirse a las características de un producto o de un servicio.

La normalización es una actividad que busca el consenso entre fabricantes, consumidores y la administración con el fin de unificar criterios. Para ello, se elaboran documentos técnicos denominados normas. Existen normas internacionales, europeas, nacionales, y las UNE (Una Norma Española).

Sistemas de Gestión de la Calidad

Un Sistema de Gestión de la Calidad es un conjunto que define la estructura organizativa de la empresa.

Una vez implantado, lo habitual es buscar su certificación a través de un organismo acreditado para demostrar que cumple con una norma específica. Esto conlleva varias ventajas:

• Mayores oportunidades de negocio y competitividad.
• Aumento de la satisfacción de los clientes.
• Mejora en la relación con los proveedores.
• Mejora de la calidad en la empresa.
• Reducción de gastos por desperdicio.
• Impulso a la mejora continua de la calidad y eficiencia.

Modelo ISO 9000 para Sistemas de Gestión de la Calidad

La serie de normas ISO 9000, creadas por la Organización Internacional de Normalización (ISO), recoge los requisitos para que las organizaciones mejoren sus procesos y actividades, asegurando a sus clientes que se realizan correctamente. Está constituida por tres normas básicas:

• ISO 9000: Fundamentos y vocabulario. Establece la terminología.
• ISO 9001: Requisitos. Especifica los requisitos del sistema.
• ISO 9004: Directrices para la mejora del desempeño.

Principios de la Gestión de la Calidad de la norma ISO 9000

La alta dirección debe basar su gestión en ocho principios básicos:

1. Enfoque al cliente.
2. Liderazgo.
3. Participación del personal.
4. Enfoque basado en procesos.
5. Enfoque del sistema para la gestión.
6. Mejora continua.
7. Enfoque basado en hechos para la toma de decisiones.
8. Relaciones mutuamente beneficiosas con el proveedor.

La norma UNE-EN ISO 9001:2008 establece una forma de trabajar:

• Escribir lo que se hace.
• Hacer lo que se ha escrito.
• Verificar lo que se ha hecho.
• Mejorar de forma continua.

Técnicas para la Mejora y Resolución de Problemas: Ciclo PDCA

También llamado ciclo de Deming, es un proceso metodológico que tiene como objetivo asegurar la mejora continua de las actividades y procesos, especialmente aquellos que se desean optimizar.

• Planear (PLAN): Definir qué se debería hacer, cuál es la meta y cómo se puede alcanzar. Esto implica:

1. Encontrar un problema.
2. Identificar las posibles causas del problema.
3. Seleccionar las causas que parecen más importantes.
4. Fijar la solución al problema.

• Hacer (DO): Implantar la solución propuesta.
• Verificar (CHECK): Comprobar los resultados obtenidos.
• Actuar (ACT): Aplicar cambios y estandarizar si los resultados son satisfactorios.

Técnicas de Trabajo en Grupo

Destacaremos la tormenta de ideas, el diagrama de afinidades y el catchball.

• La tormenta de ideas: Busca generar una gran cantidad de ideas en un corto periodo de tiempo, aprovechando la capacidad creativa de los participantes. Un moderador coordina las siguientes fases:

1. Definición del problema.
2. Reflexión.
3. Emisión de ideas.
4. Análisis y selección de ideas.

• El diagrama de afinidades: Es una herramienta para resolver problemas complejos. Se utiliza en reuniones donde empleados y directivos proponen nuevos objetivos y sugieren fórmulas para lograr las mejoras deseadas.
• Catchball: Contribuye a cultivar la cultura de colaboración entre todos los empleados de una empresa para encontrar soluciones a todo tipo de problemas. Se basa en cuatro pasos:

1. Lanzar.
2. Atrapar y reflexionar.
3. Mejorar.
4. Volver a lanzar.

Herramientas Estadísticas de la Calidad

Para establecer la calidad del producto, se realizan mediciones y se obtienen datos numéricos, recurriendo a técnicas estadísticas. Existen siete herramientas básicas de la calidad:

1. Hoja de recogida de datos: Documento que permite recopilar datos para su posterior análisis, como el número de veces que sucede algo, el tiempo necesario para que algo suceda, el costo de una actividad o el impacto de una actividad a lo largo del tiempo.
2. Diagramas de Pareto: Herramienta utilizada para priorizar los problemas o las causas que los generan, a partir de una representación gráfica de los datos obtenidos.
3. Diagramas de dispersión: Se utilizan para estudiar las posibles relaciones entre dos variables. Pueden mostrar:

• Correlación Positiva: Al aumentar el valor de una variable, aumenta el de la otra.
• Correlación Negativa: Cuando una variable aumenta, la otra disminuye.
• Correlación No Lineal o Compleja: Existe una relación entre las dos variables en forma de curva.
• Sin Correlación: No hay relación de dependencia entre las dos variables.

4. Diagramas de causa-efecto: Permiten analizar las causas de un problema, identificando, explorando y mostrando todas las posibles causas de un problema específico. Son un excelente instrumento para el análisis en grupo.
5. Diagramas de flujo: Se utilizan para representar gráficamente las actividades planificadas, ya sea para la resolución de problemas o para describir procesos de mejora de la calidad.
6. Histogramas: Representación gráfica mediante barras verticales que muestra la frecuencia con la que ocurren eventos relacionados entre sí.
7. Gráficos de control.

Estadística Básica

Con la estadística, es posible pronosticar la variabilidad de un proceso sin necesidad de medir o conocer las características de todos los productos fabricados. Se controla únicamente una pequeña muestra de los productos y, mediante técnicas estadísticas, se determina si las variaciones de las características están dentro de unos márgenes aceptables.

Planes de Muestreo

Todas las empresas reciben suministros de sus proveedores, y la calidad de estos debe estar asegurada de alguna manera. Para aceptar un lote de suministros, un comprador tiene tres opciones:

1. Inspección total del lote recibido.
2. Muestreo.
3. No inspeccionar ningún producto del lote.

Si en la muestra se mide una variable física continua, se trata de una inspección por variables. Si se contabiliza una serie de defectos, hablamos de una inspección por atributos. En función del número de unidades defectuosas, se puede estimar el nivel de calidad del lote y decidir si se acepta o se rechaza.

Definiciones

• Lote: Conjunto de unidades de un producto del que se extrae una muestra para realizar una inspección.
• Tamaño del lote: Número N de unidades del producto que componen el lote.
• Muestra: Conjunto de una o varias unidades de producto extraídas al azar de un lote.
• Nivel de calidad aceptable (NCA): Porcentaje máximo de unidades defectuosas que pueden tener los lotes para ser admitidos.
• Muestreo: Acción de extraer una muestra de un lote.
• Inspección normal, rigurosa y reducida.
• Planes de muestreo: Indican el número de unidades de producto de cada lote que deberán ser inspeccionadas, así como el criterio para aceptar o rechazar el lote.

Planes de Muestreo Simple

Se toma una sola muestra del lote. El tamaño de la muestra y los números de aceptación y rechazo se determinan en función del tamaño del lote y del nivel de calidad aceptable.

Plan de Muestreo Doble

Se pueden tomar una o dos muestras del lote, dependiendo de los resultados de la primera muestra.

Evolución Histórica del Mantenimiento

Podemos diferenciar las siguientes etapas en la evolución del mantenimiento:

• Artesanía: El propio usuario se encargaba de las tareas de mantenimiento.
• Maquinismo: A principios del siglo XIX, durante la Revolución Industrial.
• Fabricación en serie: Surge la necesidad de planificar las paradas para realizar el mantenimiento, dando lugar al concepto de Mantenimiento Preventivo.
• II Guerra Mundial: Necesidad de fabricación a toda costa, lo que implicaba mantenimiento a cualquier precio.
• Años 60: Se priorizan criterios como la fiabilidad y las técnicas de monitorización, dando inicio al Mantenimiento Condicional o Predictivo.
• Años 70: La grave crisis industrial lleva a una optimización técnica y económica para aumentar la rentabilidad de las empresas.
• Años 80: Adopción de potentes técnicas de diagnosis y de la informática para la gestión del mantenimiento (GMAO).
• Años 90: Los programas de mantenimiento y el aumento en la utilización de estas técnicas han reducido los costes de su aplicación, facilitando el acceso a las PYMES.

Funciones del Mantenimiento

Si los equipos a mantener son pocos y simples, el mantenimiento puede consistir en acciones directas como limpiar, lubricar, regular, calibrar, apretar, cambiar piezas y conjuntos, reparar, reacondicionar piezas y conjuntos, y proteger con pintura.

Si los equipos son más complicados, se necesita una planificación del mantenimiento. Esto implica decidir y definir los trabajos a ejecutar, indicar la fecha de ejecución, emitir las Órdenes de Trabajo y controlar que se realicen los trabajos. Si los equipos son aún más complejos, numerosos y costosos de mantener, se requiere una actividad posterior de análisis y control del mantenimiento, con el objetivo de constatar si los resultados obtenidos son satisfactorios.

Esto implica:

• Captar información de los trabajos ejecutados, gastos realizados, mano de obra utilizada, demoras, fallos repetitivos, etc.
• Procesar la información.
• Analizar la información.
• Recomendar mejoras o cambios en el diseño del equipo, normas, etc.

Podemos distinguir tres funciones básicas:

• Función Realización: Intervenciones y rondas de mantenimiento. Informar de las actividades realizadas y los resultados obtenidos.
• Función Ordenamiento: Previsiones y programación. Repartición del trabajo. Control del trabajo realizado.
• Función Métodos: Análisis del trabajo. Preparación del trabajo. Documentación técnica.

Mantenimiento

Conjunto de técnicas que tienen por objeto conseguir una utilización óptima de los activos productivos, manteniéndolos en el estado que requiere una producción eficiente con costes mínimos.

Mantenimiento Correctivo

Se realiza después de ocurrir un fallo con el objeto de devolver el elemento fallado al estado que le permita realizar las funciones requeridas.

Dentro del mismo, podemos diferenciar entre:

• Mantenimiento paliativo: Arreglo de urgencia, no definitivo, para restablecer rápidamente la producción.
• Mantenimiento curativo: Reparación más profunda y con carácter definitivo.

Es especialmente ineficiente cuando se practica en equipos importantes de una línea de producción, ya que esta queda paralizada. Esto provoca dos costes no deseables: el coste de reparación y el coste de paralización.

La adopción del mantenimiento correctivo en exclusiva solo está justificada en los siguientes casos:

• Cuando los costes indirectos del fallo son mínimos y los requerimientos de seguridad lo permiten.
• Cuando la empresa está constituida por máquinas donde las paradas eventuales no son críticas para la producción.
• Cuando la empresa adopta una política de renovación frecuente del material.

Mantenimiento Preventivo

Se realiza a intervalos predeterminados o con criterios preestablecidos para reducir las probabilidades de fallo o la degradación de las funciones de un elemento.

Objetivos

• Aumentar la fiabilidad de un equipo.
• Aumentar la duración de la vida eficaz del equipo.
• Mejorar el ordenamiento de los trabajos.
• Reducir y regularizar la carga de trabajo.
• Facilitar la gestión de existencias.
• Garantizar la seguridad.
• Reducir las averías imprevistas.

Para efectuar el trabajo de mantenimiento, se requiere parar la línea de producción, por lo que se podrá elegir el mejor momento para efectuar la intervención, planificándose y programándose la acción. El problema crucial es determinar el momento más oportuno para hacer el cambio de una pieza: ni muy prematuro ni muy tardío. La determinación de este momento se puede hacer estadísticamente si se cuenta con un histórico, o a partir de un sistema de inspecciones dentro del mantenimiento preventivo.

a) Mantenimiento Sistemático o Programado

Mantenimiento preventivo realizado según un plan preestablecido basado en las horas de funcionamiento del equipo o el número de piezas producidas. Las intervenciones sistemáticas se programarán siguiendo y con los resultados recogidos en las visitas preventivas. El conocimiento de estas intervenciones permite establecer un plan. Este plan puede ser en tiempo absoluto, siguiendo un calendario, o bien en tiempo relativo o en unidades de uso.

Cuando el funcionamiento de una máquina es muy regular, el uso del tiempo calendario simplifica la programación. En caso contrario, la utilización de un contador de unidades de uso es técnicamente necesaria.

El mantenimiento sistemático afecta sobre todo a:

• Equipos con un coste de fallo elevado.
• Equipos donde el fallo tiene un carácter grave.
• Equipos donde la parada será de larga duración.
• Equipos donde un fallo pone en peligro la seguridad.
• Equipos sometidos a legislación.

b) Mantenimiento Condicional o Predictivo

Se realiza en función de las condiciones reales del elemento, captadas mediante la observación o la información de un captador, y el diagnóstico de su funcionamiento.

La ventaja es que la decisión de intervención se toma cuando existe evidencia experimental de fallo inminente, y no a partir de un estudio estadístico (ley de degradación) como en el caso del sistemático.

La primera condición para su aplicación es que el material posea una degradación progresiva y detectable, y que, a causa de la criticidad del material, convenga tomar esta decisión.

Seguidamente, es necesario encontrar una correlación entre un parámetro medible y el estado del sistema.

Diferentes Formas de Mantenimiento Condicional

• Mantenimiento condicional de vigilancia periódica.
• Mantenimiento condicional sin vigilancia.

La diferencia entre el mantenimiento sistemático y el mantenimiento condicional reside en la determinación de la fecha de intervención. En el caso del mantenimiento sistemático, está predeterminada por la planificación, mientras que en el condicional es la “alarma” la que determina la fecha de intervención. El mantenimiento condicional utiliza los elementos al máximo de sus posibilidades y admite una disminución de existencias, lo que reduce la parte de mantenimiento correctivo residual. Aligera los análisis técnico-económicos. Por contra, complica el ordenamiento y obliga a realizar una gestión individualizada de la programación de las intervenciones. Necesita de redes de telemedida de coste elevado.

c) Mantenimiento de Ronda

El mantenimiento de ronda consiste en una vigilancia regular del material, a base de “rondas” de frecuencia corta, que comporta pequeños trabajos cuando es necesario.

Criterios de Fiabilidad, Mantenibilidad y Disponibilidad de las Instalaciones

La fiabilidad de un equipo industrial es la probabilidad de que este equipo realice la función requerida, según unas condiciones de utilización durante un periodo de tiempo determinado.

Para estimar la fiabilidad de un equipo, se utiliza la tasa de fallos, que es el número de fallos por unidad de tiempo:

[averías / hora]

El comportamiento de los equipos se puede caracterizar por leyes de probabilidad típicas como la exponencial, la normal o la de Weibull.

La ley exponencial se utiliza cuando la tasa de fallos es constante e independiente del tiempo:

Fiabilidad de conjuntos: Los sistemas con máquinas en serie solo funcionan si todos sus componentes funcionan. La fiabilidad del conjunto de elementos montados en serie es: R_T = R₁ · R₂ · R₃ ·..... · R_n

En los sistemas con máquinas en paralelo, el sistema falla solo si todos los componentes fallan. La fiabilidad del conjunto de elementos montados en paralelo es: (1 – R_T) = (1 – R₁) · (1 – R₂) · (1 – R₃) ·..... · (1 – R_n)

La mantenibilidad es la probabilidad de que un equipo averiado sea restaurado completamente a su nivel operacional dentro de un periodo de tiempo dado, cuando se efectúa un mantenimiento en condiciones prefijadas y utilizando los procedimientos establecidos. Es decir, la mantenibilidad es la aptitud de un equipo para ser reparado. La tasa de reparación es el número de reparaciones por unidad de tiempo que podemos realizar:

[reparaciones / hora]

La disponibilidad es la probabilidad de que un elemento esté funcionando en un momento dado:

Tiempos Técnicos de Reparación (TTR)

Los TTR se componen de la suma de los siguientes tiempos:

• Tiempo de verificación de la realidad del fallo.
• Tiempo de diagnóstico.
• Tiempo de acceso al elemento que falla (desmontajes).
• Tiempo de reemplazamiento o de reparación.
• Tiempo de montaje.
• Tiempo de controles y ensayos.

Los Costes del Mantenimiento Integral

Se deben considerar los aspectos económicos que implica el mantenimiento:

• El elevado coste de las inversiones obliga a que los equipos sean más y mejor explotados para obtener mayor productividad.
• Los equipos son cada vez más sofisticados y, por tanto, requieren mayores costes de mantenimiento.
• La aparición de averías en equipos importantes compromete el programa de actividades de la empresa, produciendo una pérdida de rentabilidad proporcional a los gastos fijos.

Cuando el margen de beneficios no es muy grande, los costes del mantenimiento son muy importantes, por lo que conviene optimizarlos. El análisis de costes del mantenimiento permite al responsable:

• Establecer un presupuesto previsional anual.
• Hacer un seguimiento de los gastos en relación con el presupuesto.
• Verificar la eficacia de la acción del mantenimiento.
• Decidir sobre la conveniencia de la subcontratación de las tareas de mantenimiento.
• Abordar el problema de la renovación del material.

Los Costes del Mantenimiento

• Costes directos del Mantenimiento, C_dm: Gastos relacionados directamente con el mantenimiento y los ocasionados por una intervención de avería. Incluyen:

• Mano de obra directa de mantenimiento.
• Costes generados por el departamento de Mantenimiento.
• Costes de posesión de recambios, herramientas y máquinas.
• Costes originados por el consumo de recambios y material.
• Costes de contratación externa de trabajos.

El coste directo es la suma de todos los costes descritos anteriormente: C_dm = C_mo + C_f + C_c + C_e

• Costes indirectos del Mantenimiento, C_im: Costes originados por la parada de producción, como productos no fabricados, mano de obra de fabricación desocupada, amortización de los equipos parados, penalizaciones por retraso y la puesta en marcha del proceso de producción (verificaciones y calibraciones).
• Coste total de Mantenimiento, C_m: C_m = C_dm + C_im

Coste Medio Anual: Renovación de Equipos

El Coste Medio Anual es el coste acumulado del material dividido por el tiempo de vida en explotación. Permite detectar la vida óptima de explotación de un material. Un equipo tiene los siguientes costes acumulados: valor de inversión (estudio + adquisición + instalación): V_i, costes de explotación o funcionamiento: ΣC_f, costes de mantenimiento: ΣC_m, valor de reventa: V_r. El Coste Medio Anual valdrá:

Donde n son los años de explotación.

El momento óptimo de renovación de un equipo se calcula obteniendo el Coste Medio Anual, C_ma, para cada año de la vida del equipo, y determinando el año donde el coste es mínimo.

Inventario

Es una codificación del conjunto de bienes a cargo del departamento de mantenimiento, organizada con agrupaciones de familias arborescentes. Incluye:

• Máquinas de producción: Utilizadas para fabricar el producto o permitir dar el servicio requerido.
• Material periférico.
• Instalaciones.

La codificación permite la gestión técnica y económica del servicio.

Dossier Máquina

Es la referencia que permite el conocimiento de un equipo, su origen, sus tecnologías y sus comportamientos. Consta de todos los documentos suministrados por el constructor:

• Documentos comerciales.
• Documentos técnicos: Carpeta clasificada con el código del inventario relativo a la máquina, que contendrá los documentos del constructor y los elaborados por el departamento de mantenimiento. Se anotarán todas las modificaciones realizadas a la máquina.
• Histórico: Fichero relativo a cada máquina inventariada que describe cronológicamente todas las intervenciones correctivas sufridas por la máquina desde su puesta en servicio, así como las intervenciones preventivas.

La Preparación del Mantenimiento

Consiste en:

• Definir las necesidades de materiales y de personal.
• Editar los documentos operacionales.

Los objetivos de la preparación del mantenimiento son:

• Facilitar el trabajo de los técnicos de intervención.
• Reducir los costes directos de intervención disminuyendo los tiempos de espera.
• Reducir costes indirectos al disminuir los tiempos de inmovilización de los equipos.
• Prever los consumos de recambios, materiales, etc.

Índice de Criticidad

La preparación no es justificable si las ganancias que produce no son superiores a los gastos que ocasiona. El nivel óptimo de preparación no es fácil de encontrar a priori.

Las tareas que se deben preparar son:

• Trabajos importantes.
• Trabajos repetitivos.
• Trabajos con parada de la producción.
• Trabajos que afecten a la seguridad del personal de mantenimiento que realiza la intervención.

Podemos seleccionar los equipos prioritarios a los que realizaremos una preparación de sus intervenciones mediante un índice de criticidad. A cada criterio se le asigna un coeficiente de ponderación en función de la importancia que tiene para la empresa, por ejemplo, del 1 al 5.

Tipos de Fallos en las Máquinas

Un fallo es la pérdida de capacidad de un equipo para cumplir o seguir cumpliendo sus funciones.

La tipología de fallos se puede clasificar de la siguiente manera:

• Fallo parcial.
• Fallo total.
• Fallo cataléctico.
• Fallo por degradación.
• Fallo aleatorio.
• Fallo de desgaste.

Proceso de Evolución de un Fallo

• Iniciación.
• Propagación.
• Rotura.

Formas de Fallo

• Formas de fallos por la salud de la materia: Defectos preexistentes.
• Formas de fallos mecánicos en funcionamiento:

• Golpe.
• Fatiga.
• Fatiga térmica.
• Desgaste.
• Abrasión.
• Erosión.
• Corrosión química.
• Corrosión de contacto.
• Cavitación.

• Formas de fallos eléctricos:

• Rotura de una unión eléctrica.
• Desgaste de contactos.