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Suzana Paula Gomes Fernando da Silva LampreiaMestre em Engenharia Industrial
Manuteno Baseada no Es tado de Cond io. Um aAbordagem Uti l izando Cartas de Con trolo
Modif icadas
Dissertao para obteno do Grau de Doutor emEngenharia Industrial
Orientador: Jos Antnio Mendona Dias, Professor Doutor,FCT-UNL
Co-orientador: Jos Fernando Gomes Requeijo, Professor Doutor,FCT-UNL
Co-orientador: Valter Martins Vairinhos, Professor Doutor,CINAV e CENTEC
Jri:
Presidente: Prof. Doutor Virglio Antnio Cruz MachadoArguentes: Prof. Doutor Lus Antnio de Andrade Ferreira
Prof. Doutor Armando Lus Ferreira Leito
Vogais: Prof. Doutor Filipe Jos Didelet Pereira
Prof. Doutor Jos Augusto da Silva Sobral
Setembro de 2013
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Suzana Paula Gomes Fernando da Silva LampreiaMestre em Engenharia Industrial
Manuteno Baseada no Es tado de Cond io. Um aAbordagem Uti l izando Cartas de Con trolo
Modif icadas
Dissertao para obteno do Grau de Doutor emEngenharia Industrial
Orientador: Jos Antnio Mendona Dias, Professor Doutor,FCT-UNL
Co-orientador: Jos Fernando Gomes Requeijo, Professor Doutor,FCT-UNL
Co-orientador: Valter Martins Vairinhos, Professor Doutor,CINAV e CENTEC
Jri:
Presidente: Prof. Doutor Virglio Antnio Cruz MachadoArguentes: Prof. Doutor Lus Antnio de Andrade Ferreira
Prof. Doutor Armando Lus Ferreira Leito
Vogais: Prof. Doutor Filipe Jos Didelet Pereira
Prof. Doutor Jos Augusto da Silva Sobral
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RESUMO
Na Marinha, como na indstria, a manuteno condicionada hoje em dia, a poltica demanuteno tendencialmente mais usada. Vrios fatores contribuem para esse efeito,nomeadamente a necessidade imperiosa de evitar gastar recursos inutilmente, aplicando-os apenas
e quando a manuteno necessria para garantir as altas taxas de disponibilidade e seguranaexigidas. Trata-se, pois, de uma forma de manuteno baseada essencialmente, em informao e,mais especificamente, no conhecimento preciso do estado dos equipamentos em cada instante. Istosignifica a recolha contnua de dados acerca dos equipamentos e o seu tratamento em tempo real(online) por tcnicas estatsticas adequadas aos processos de deciso nesta rea. S o atual estado
de desenvolvimento tecnolgico permite concretizar essas polticas com sucesso, o que explica que,sendo conhecidas h dcadas, s agora se assista ao seu uso generalizado.
Especificamente, a monitorizao online, em detrimento da offline, pode contribuirsignificativamente para uma melhoria do conhecimento do estado ou condio dos equipamentos econtribuir para a definio do timingcorreto das intervenes de acordo com os fatores externosassociados e exigidos pelos gestores de projeto das organizaes. So assim minimizadas asintervenes associadas a falsos alarmes ou determinadas por planos desfasados da realidade.Podem, tambm, ser evitadas eventuais avarias catastrficas que conduzam a uma perda total doequipamento.
A tese fundamental deste trabalho a de que as Cartas de Controlo usadas para Controlo Estatsticode Processos (SPC) mas aplicadas agora a dados de funcionamento de equipamentos, podem serum instrumento fundamental no diagnstico e predio de avarias mecnicas num contexto demanuteno condicionada. Nesta investigao no s foi desenvolvida uma metodologia queincluiu a adaptao e desenvolvimento de algumas cartas de controlo neste domnio, como arespetiva validao experimental usando principalmente mas no s dados de vibrao deequipamentos mecnicos recolhidos em condies experimentais (eletrobomba montada numa
oficina da Escola Naval) como dados observacionais reais recolhidos de mquinas propulsorasNavais (turbinas a gs e motores diesel).
Pretendeu-se criar um modelo que admita adaptaes de acordo com as exigncias de normativosem vigor, as definies do fabricante e os requisitos do utilizador, podendo assim haverajustamento nas regras que impem uma interveno.
Neste sentido, para amostras grandes, consideram-se duas fases na aplicao das cartas de controlo.Na primeira fase testada a independncia e normalidade das variveis. Caso a independncia,eventualmente, no se verifique, os dados podem ser modelados usando um modelo da famliaARIMA (p, d,q), sendo calculados os resduos do modelo ajustado, definindo assim os parmetros
de funcionamento dos equipamentos. Na segunda fase, calculam-se os erros de previso do modelo
ajustado de forma a permitir a monitorizao online atravs de cartas especiais modificadasunivariadas, e cartas tradicionais e especiais multivariadas. Para amostras pequenas - caso dosequipamentos propulsores - aplicam-se as cartas de controlo Short Runcom uma s fase e em que amonitorizao efetuada a partir da quarta observao.
O estudo experimental evidenciou resultados encorajadores - nomeadamente aplicabilidade,flexibilidade e adaptabilidade - que levam a admitir que a aplicao futura da metodologia propostapode contribuir para uma manuteno mais eficaz e eficiente.
Palavras Chave
Manuteno Condicionada, Monitorizao Online, Cartas de Controlo Modificadas, Medio e
Anlise de Vibraes
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IX
ABSTRACT
In the Navy, as in industry, condition maintenance is nowadays the preferred maintenance policy.Several factors contribute to this effect, namely the imperative need to avoid spending resourcesunnecessarily, and applying them only when maintenance is required to ensure high levels of
availability and security. It is, therefore, a way of maintaining essentially based on information, andmore specifically, on the precise knowledge of equipment condition or state at each time. Thismeans the continuous collection of data on the equipment and its processing and analysis in realtime (online) using statistical techniques serving the decision-making process in this field. Only thecurrent state of technological development allows successful implementations of these policies,
which explains that, known for decades, only now we see their widespread use.
Specifically, online monitoring, at the expense of offline, can significantly contribute to improvingknowledge of the state or condition of the equipment and contribute to define the correct timing forinterventions, according to external factors and required by organizations project managers. Thisallows also the reduction of interventions associated with false alarms or determined by plansincompatible with reality. This can also avoid catastrophic failures resulting in a total loss of theequipment.
The fundamental thesis of this work is that the Control Charts used for Statistical Process Control(SPC) but now applied to equipment operating data, can be a key tool for the diagnosis andprediction of mechanical failure in the context of condition based maintenance. With this researchnot only a methodology that includes the adaptation and development of some control charts forthis area was developed, the respective experimental validation were concretize. For that was used,mainly - but not only - vibration data of mechanical equipment collected under experimentalconditions (electric pump mounted in a workshop Naval School) and observational data collectedfrom real Naval propulsion machinery (gas turbines and diesel engines).
The intention was to create a model that admits adaptations according to the regulatoryrequirements in force, the manufacturer's settings and user requirements allowing some adjustmentin the rules used to detect the need for interventions.
For large samples, we consider two stages in the application of control charts. In the first stage,variables independency and normality are tested. If the independence hypothesis is rejected, thedata can be modelled using a model from the ARIMA (p, d, q) family the residues of the fittedmodel being calculated and, thereby defining the operating parameters of the equipment. In thesecond phase, the forecasting errors of the fitted model are calculated and used, allowing onlinemonitoring through modified special control charts, and univariate and multivariate traditionalcontrol charts. For small samples, as for the case of propulsion units, the Short Run control charts
with a single phase are applied, and the monitoring is possible since fourth observation.
The experimental study showed encouraging results, including applicability, flexibility andadaptability, leading to admit that the future application of the proposed methodology cancontribute to a more effective and efficient maintenance.
Keywords
On Condition Maintenance, Online Monitoring, Modified Control Charts, Vibration Measurementand Analysis.
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XI
NDICE DE MATRIAS
.......................................................................................................................................................Pg.
CAPTULO 1 - INTRODUO .......................................................................................................... 1
1.1 Enquadramento da Dissertao .................................................................................................... 3
1.2. Objetivos da Dissertao ............................................................................................................. 4
1.3. Aplicao dos Mtodos Desenvolvidos ........................................................................................ 5
1.4. Organizao da Dissertao ....................................................................................................... 5
CAPTULO 2 - MANUTENO BASEADA NA MONITORIZAO OFFLINE & ONLINE .............
............................................................................................................................................................. 7
2.1 Introduo ..................................................................................................................................... 9
2.2 Manuteno Baseada em Dados Histricos
Monitorizao Offline ........................................ 10
2.2.1 Gesto da Manuteno ........................................................................................................ 10
2.2.2 A Manuteno na Organizao ........................................................................................... 14
2.2.2.1 Sistemas de Recolha e Tratamento de Dados ............................................................... 16
2.2.2.2 Vibraes Offline na Organizao ............................................................................... 18
2.2.3 Metodologias de Manuteno - Controlo de Condio ....................................................... 18
2.2.3.1 Sistemas e Tcnicas de Controlo de Condio ............................................................. 19
2.2.4 Sistemas Reparveis ............................................................................................................ 20
2.2.4.1 Algumas Metodologias Utilizadas em Manuteno de Sistemas Reparveis .............. 23
2.3 Manuteno Baseada no Estado de Condio - Online ............................................................. 26
2.3.1 Medio e Anlise de Vibraes .......................................................................................... 27
2.3.1.1 Medio de Vibraes .................................................................................................. 28
2.3.1.2 Anlise de Vibraes .................................................................................................... 31
2.3.1.2.1 Desequilbrio ......................................................................................................... 32
2.3.1.2.2 Desalinhamento .................................................................................................... 33
2.3.1.2.3 Veio Empenado ..................................................................................................... 35
2.3.1.2.4 Rolamento Enviesado ............................................................................................ 36
2.3.1.2.5 Ressonncias ......................................................................................................... 36
2.3.1.2.6 Avarias em Rolamentos ......................................................................................... 37
2.3.1.2.7 Foras Hidrulicas e Aerodinmicas ................................................................... 38
2.3.1.2.8 Avarias Tpicas em Equipamentos ........................................................................ 39
2.4 Consideraes ............................................................................................................................. 42
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Pg.
CAPTULO 3 - MANUTENO CONDICIONADA COM APLICAO DE CARTAS DECONTROLO MODIFICADAS ......................................................................................................... 45
3.1 O Controlo Estatstico na Manuteno.......................................................................................47
3.1.1 Tcnicas Estatsticas na Atualidade e a Manuteno..........................................................48
3.1.2 As Cartas de Controlo Modificadas Aplicadas em Manuteno Condicionada .................50
3.2 Monitorizao da Condio com Cartas de Controlo Modificadas - Fase 1 .............................52
3.2.1 Cartas de Controlo Univariadas Tradicionais ....................................................................53
3.2.1.1 Cartas de Controlo de Observaes Individuais e Amplitude Mvel........................... 53
3.2.1.2 Cartas de Controlo da Mdia e da Amplitude .............................................................. 55
3.2.2 Cartas de Controlo Multivariadas Tradicionais .................................................................57
3.2.2.1 Controlo do Vetor Mdia ............................................................................................. 59
3.3 Auto-correlao dos Dados ........................................................................................................61
3.3.1 Independncia dos Dados ....................................................................................................61
3.3.1.1 Funo de Auto-correlao .......................................................................................... 61
3.3.1.2 Funo de Auto-correlao Parcial ............................................................................. 62
3.3.2 Cartas de Controlo de Processos com Dados Auto-correlacionados .................................63
3.3.2.1 Modelao do ProcessoModelo de ARIMA ............................................................. 64
3.3.2.1.1 Identificao..........................................................................................................66
3.3.2.1.2 Estimao ..............................................................................................................68
3.3.3.1.3 Validao ..............................................................................................................68
3.4 Monitorizao de Equipamentos - Fase 2 ..................................................................................70
3.4.1 Cartas de Controlo Especiais Univariadas .........................................................................71
3.4.1.1 Cartas de Controlo CUSUM ........................................................................................ 71
3.4.1.1.1 Carta CUSUMM - Metodologia ...........................................................................75
3.4.1.2 Cartas de Controlo EWMA .......................................................................................... 76
3.4.1.1.2 Carta EWMAM - Metodologia ..............................................................................78
3.4.2 Cartas de Controlo Tradicionais Multivariadas .................................................................80
3.4.2.1 Cartas de Controlo Multivariadas - T2........................................................................ 80
3.4.2.1.1 Interpretao de Outliers de Dados Multivariados ..............................................81
3.4.2.1.2 T2Modificada - Metodologia ................................................................................84
3.4.3 Cartas de Controlo Especiais Multivariadas ......................................................................86
3.4.3.1 Carta de Controlo CUSUM Multivariada Modificada - MCUSUMM ......................... 87
3.4.3.1.1 MCUSUMM - Metodologia ..................................................................................88
3.4.3.2 Cartas de Controlo Multivariadas EWMA - MEWMAM ............................................. 90
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XIII
Pg.
3.4.3.2.1 MEWMAM - Metodologia ..................................................................................... 91
3.5 Cartas de Controlo Short Run Modificadas ........................................................................ 92
3.5.1 Condio de Aplicao das Cartas de Controlo ShortRun ................................................. 92
3.5.2 Cartas de Controlo Q .......................................................................................................... 93
3.5.2.1 Cartas de Controlo QM ................................................................................................ 93
3.5.2.1.1 QMMetodologia ................................................................................................ 94
3.5.2.2 Cartas Short Run Especiais Modificadas ..................................................................... 96
3.5.2.2.1 Carta CUSUMQ Modificada ................................................................................ 96
3.5.2.2.1.1 CUSUMQM - Metodologia ............................................................................ 96
3.5.2.2.2 Carta EWMAQ Modificada .................................................................................. 97
3.5.2.2.2.1 EWMAQM - Metodologia .............................................................................. 98
3.5.3 Cartas de Controlo MQ ....................................................................................................... 99
3.5.3.1 MQM - Metodologia ................................................................................................... 101
3.5.4 Cartas de Controlo Multivariadas Especiais para Short Run ........................................... 102
3.5.4.1 Carta MCUSUMQ Modificada .................................................................................. 102
3.5.4.1.1 MCUSUMQMMetodologia ......................................................................... 102
3.5.4.2 Carta MEWMAQ Modificada..................................................................................... 104
3.5.4.1.1 Carta MEWMAQMMetodologia ..................................................................... 104
3.6 Consideraes ........................................................................................................................... 105
CAPTULO 4 - APLICAO DA METODOLOGIA A MQUINAS PROPULSORAS ..................107
4.1 Enquadramento da Implementao da Metodologia ................................................................ 109
4.2 Equipamentos em Laboratrio .................................................................................................. 109
4.2.1 Caratersticas do Equipamento de Medio de Vibraes ................................................ 109
4.2.2 Eletrobomba ...................................................................................................................... 110
4.2.3 Os Limites de Vibrao Considerados .............................................................................. 112
4.3 Aplicao de Cartas de Controlo Univariadas ......................................................................... 113
4.3.1 Fase 1 ................................................................................................................................ 113
4.3.2 Fase 2 ................................................................................................................................ 119
4.4 Aplicao de Cartas de Controlo Multivariadas ...................................................................... 125
4.4.1 Fase 1 ................................................................................................................................ 126
4.4.2 Fase 2 ................................................................................................................................ 127
4.5 Diagnstico ............................................................................................................................... 132
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XIV
Pg.
4.6 Consideraes .......................................................................................................................... 135
CAPTULO 5 - MANUTENO CONDICIONADA COM APLICAO DE CARTAS DE
CONTROLO MODIFICADAS ...................................................................................................... .1375.1. Caratersticas das Mquinas Propulsoras ............................................................................... 139
5.1.1 Turbinas a Gs .................................................................................................................. 139
5.1.2 Motores Diesel ................................................................................................................... 142
5.2 Aplicao da Metodologia a Turbinas a Gs ........................................................................... 144
5.2.1 Aplicao das Cartas Controlo QM a Turbinas a Gs ..................................................... 144
5.2.2 Aplicao da Carta Controlo CUSUMQM a Turbinas a Gs ........................................... 146
5.2.3 Aplicao Carta Controlo EWMAQM a Turbinas a Gs .................................................. 147
5.2.4 Aplicao Carta Controlo MQM a Turbinas a Gs .......................................................... 149
5.2.5 Aplicao Carta Controlo MCUSUMQM a Turbinas a Gs ............................................ 149
5.2.6 Aplicao Carta Controlo MEWMAQM a Turbinas a Gs............................................... 150
5.3 Aplicao da Metodologia a Motores Diesel ............................................................................ 151
5.3.1 Aplicao Carta Controlo QM a Motores Diesel .............................................................. 151
5.3.2 Aplicao Cartas Controlo CUSUMQM a Motores Diesel .............................................. 152
5.3.3 Aplicao das Cartas Controlo EWMAQM a Motores Diesel .......................................... 153
5.3.4 Aplicao Cartas Controlo MQM a Motores Diesel ......................................................... 154
5.3.5 Aplicao das Cartas Controlo MCUSUMQM a Motores Diesel ..................................... 155
5.3.6 Aplicao das Cartas Controlo MEWMAQM a Motores Diesel ....................................... 155
5.4 Aplicao das Cartas para Amostras Grandes com Simulao Dados .................................... 156
5.4.1 Fase 1 Definio dos Parmetros de Funcionamento da TG1 ....................................... 156
5.4.2 Fase 2 Monitorizao com Cartas de Controlo Multivariadas ...................................... 158
5.5 Consideraes ........................................................................................................................... 162
CAPTULO 6 - CONCLUSES E INVESTIGAO FUTURA ..................................................... 165
6.1 Anlise dos Resultados .................................................................................................... 167
6.2 Concluses ..................................................................................................................... 169
6.3 Investigao Futura ........................................................................................................ 170
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................. 173
ANEXO I - FATORES PARA CONSTRUO DAS CARTAS DE CONTROLO DE VARIVEIS .181
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XV
Pg.
ANEXO II - BACOS ..................................................................................................................... .185
II.1 bacos para as cartas CUSUM e CUSUM-FIR ...................................................................... 187
II.2 bacos para as cartas EWMA .................................................................................................. 191
ANEXO III - COMPLEMENTO DE VIBRAES ......................................................................... .193
ANEXO IV - COMPLEMENTO DA IMPLEMENTAO DA METODOLOGIA NUM PROTTIPO.........................................................................................................................................................199
IV.1 Cartas Univariadas ................................................................................................................. 201
IV.1.1 Fase 1 ............................................................................................................................... 201
IV.1.1.1 Resultados da Var1 ................................................................................................... 201
IV.1.1.2 Resultados da Var3 ................................................................................................... 204
IV.1.1.3 Resultados da Var4 ................................................................................................... 207
IV.1.2 Fase 2 ............................................................................................................................... 210
IV.1.2.1 Resultados da Var1 ................................................................................................... 210
IV.1.2.2 Resultados da Var2 ................................................................................................... 212
IV.1.2.3 Resultados da Var3 ................................................................................................... 217
IV.1.2.4 Resultados da Var4 ................................................................................................... 220
IV.2 Diagnstico ............................................................................................................................. 223
IV.2.1 Resultados da Var1 .......................................................................................................... 223
IV.2.2 Resultados da Var3 .......................................................................................................... 224
IV.2.3 Resultados da Var4 .......................................................................................................... 226
ANEXO V - COMPLEMENTO DA IMPLEMENTAO DA METODOLOGIA EM MQUINASPROPULSORAS ............................................................................................................................. .229
V.1 Turbinas a Gs ......................................................................................................................... 231
V.1.1 Aplicao Univariada das Cartas Short-Run ................................................................... 231
V.1.2 Aplicao Multivariada das Cartas Short Run ................................................................. 237
V.2 Motores Diesel .......................................................................................................................... 238
V.2.1 Aplicao Univariada das Cartas Short-Run ................................................................... 238
V.2.2 Aplicao Multivariada das Cartas Short Run ................................................................. 244
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XVI
Pg.
ANEXO VI - ARTIGOS PUBLICADOS .......................................................................................... 251
Artigo Revista Propulsor 2013 ...................................................................................................... 253
Artigo ICOVP2013 ........................................................................................................................ 264
GLOSSRIO .................................................................................................................................. .293
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XVII
NDI CE DE F IGURAS Pg.
Figura 2.1 Polticas de manuteno .................................................................................................11
Figura 2.2 Ciclo de uma instalao ..................................................................................................13
Figura 2.3 Curva da banheira ..........................................................................................................13
Figura 2.4 Custos de sistemas em funo da sua idade ...................................................................14
Figura 2.5 Funcionamento do ciclo de planeamento do SGM/SMP ................................................15
Figura 2.6 Etapas da criao da base de dados ...............................................................................17
Figura 2.7 Exemplo de um Sistema Reparvel .................................................................................21
Figura 2.8 Pirmide Estrutural ........................................................................................................25
Figura 2.9 Estrutura de monitorizao ............................................................................................27
Figura 2.10 Ponteiras de sensores de vibrao ................................................................................30
Figura 2.11 Desequilbrio esttico ...................................................................................................33
Figura 2.12 Causas do desalinhamento............................................................................................34
Figura 2.13 Equipamentos a vibrar por desalinhamento .................................................................35
Figura 2.14 Vibraes em veio empenado ........................................................................................36
Figura 2.15 Vibraes em rolamento enviesado ..............................................................................36
Figura 2.16 Frequncia de ressonncia ...........................................................................................37
Figura 2.17 Avarias em rolamentosespetro com bandas laterais ................................................38
Figura 2.18 Frequncia de passagem de ps ...................................................................................38
Figura 2.19 Turbulncia do fluxo .....................................................................................................39
Figura 2.20 Cavitao ......................................................................................................................39
Figura 2.21 Espetro de uma avaria numa bomba ............................................................................40
Figura 2.22 Deteo de Avarias em ventiladores de consola ...........................................................40
Figura 2.23 Deteo avarias em ventiladores de consola, caso p danificada ...............................41
Figura 2.24 Avaria no estator de um motor eltrico ........................................................................41
Figura 2.25 Avarias em rotores excntricos .....................................................................................42
Figura 3.1 Metodologia de aplicao das cartas de controlo modificadas em manuteno
condicionada .....................................................................................................................................51
Figura 3.2 Regras para a interveno ..............................................................................................52
Figura 3.3 Tipo de cartas de controlo tradicionais ..........................................................................52
Figura 3.4 Regras de deteo de causas especiais ...........................................................................53
Figura 3.5 Elipse de Controlo .........................................................................................................57
Figura 3.6 Funo de Auto-Correlao Estimada ..........................................................................57
Figura 3.7 Funo de Auto-Correlao Parcial Estimada ..............................................................65
Figura 3.8 Sequncia de aplicao do modelo ARIMA ....................................................................65
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Pg.
Figura 3.9 V-Mask. ...........................................................................................................................72
Figura 3.10 Metodologia de aplicao da carta de controlo CUSUMM .........................................75
Figura 3. 11 Metodologia de aplicao da carta de controlo EWMAM ..........................................79
Figura 3.12 Metodologia de aplicao da carta de controlo T2M ...................................................85
Figura 3.13 Metodologia de aplicao da carta de controlo MCUSUMM ......................................89
Figura 3.14 Metodologia de aplicao da carta de controlo MEWMAM ........................................91
Figura 3.15 Metodologia de aplicao da carta de controlo QM ....................................................95
Figura 3.16 Metodologia de aplicao da carta de controlo CUSUMQM ......................................97
Figura 3.18 Metodologia de aplicao da carta de controlo MQM ..............................................101
Figura 3.19 Metodologia de aplicao da carta de controlo MCUSUMQM .................................103
Figura 3.20 Metodologia de aplicao da carta de controlo MEWMAQM ...................................105
Figura 4.1 Equipamento de recolha de dados: CSI 2130 da Emerson ...........................................110
Figura 4.2 Sensor - Acelermetro usado na recolha de dados: A0760GP .....................................110
Figura 4.3 Eletrobomba de gua e pontos de anlise de vibrao ................................................110
Figura 4.4 Medio de vibrao num ponto do prottipo ..............................................................111
Figura 4.5 FACE dos dados no revistos - Var2 ............................................................................113
Figura 4.6 FACPE dos dados no revistos - Var2 .........................................................................113
Figura 4.7 FACE dos resduos no revistos - Var2 ........................................................................114
Figura 4.8 FACPE dos resduos no revistos - Var2 .....................................................................114
Figura 4.9 Carta de controlo eMR dos resduos com dados no revistos - Var2 ........................115
Figura 4.10 FACE dos dados - Var2 ..............................................................................................115
Figura 4.11 FACPE dos dadosVar2 ...........................................................................................116
Figura 4.12 FACE dos resduosVar2..........................................................................................116
Figura 4.13 FACPE dos resduos - Var2 ........................................................................................116
Figura 4.14 Carta de controlo eMR dos resduos - Var2 ............................................................117
Figura 4.15 Verificao da normalidade dos resduos revistos - Var2 ..........................................118
Figura 4.16 Carta CUSUMMsem avaria =0,5......................................................................120
Figura 4.17 Carta CUSUMM1 agravamento da avaria para =0,5......................................120
Figura 4.18 Carta CUSUMM2 agravamento da avaria para =0,5......................................121
Figura 4.19 Carta CUSUMM3 agravamento da avaria para =0,5......................................121
Figura 4.20 Carta CUSUMM4 agravamento da avaria para =0,5......................................121
Figura 4.21 Carta CUSUMM4 agravamento da avaria para =1.........................................122
Figura 4.22 Carta CUSUMM4 agravamento da avaria para =1.5......................................122
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Figura 4.23 Carta EWMAM sem avaria =0,5.........................................................................123
Figura 4.24 Carta EWMAM 1 agravamento da avaria para =0,5........................................123
Figura 4.25 Carta EWMAM 2 agravamento da avaria para =0,5........................................124
Figura 4.26 Carta EWMAM 3 agravamento da avaria para =0,5........................................124
Figura 4.27 Carta EWMAM 4 agravamento da avaria para =0,5........................................124
Figura 4.28 Carta EWMAM 4 agravamento da avaria para =1,0........................................125
Figura 4.29 Carta EWMAM 4 agravamento da avaria para =1,5........................................125
Figura 4.30 Fase 1 - carta T2..........................................................................................................126
Figura 4.31 Fase 2 - carta T20, 1, 2 agravamento da avaria ....................................................127
Figura 4.32 Fase 2 - carta T23 agravamento da avaria .............................................................128
Figura 4.33 Fase 2 - carta T2- 4 agravamento da avaria .............................................................128
Figura 4.34 Fase 2 - carta MCUSUMM 0, 1, 2 agravamento da avaria ..................................129
Figura 4.35 Fase 2 - carta MCUSUMM 3 agravamento da avaria ...........................................129
Figura 4.36 Fase 2 - carta MCUSUMM - 4 agravamento da avaria ............................................130
Figura 4.37 Fase 2 - carta MEWMAM 0, 1, 2 agravamento da avaria ....................................130
Figura 4.38 Fase 2 - carta MEWMAM 3 agravamento da avaria .............................................131
Figura 4.39 Fase 2 - carta MEWMAM - 4 agravamento da avaria ..............................................131
Figura 4.40 Fase 2 - carta MEWMAM - 4 agravamento da avaria -=0,13...............................132
Figura 4.41 Anlise de frequncia sem avaria. ...........................................................................133
Figura 4.42 Anlise de frequncia 1 agravamento ....................................................................133
Figura 4.43 Anlise de frequncia 2 agravamento ....................................................................133
Figura 4.44 Anlise de frequncia 3 agravamento ....................................................................134
Figura 4.45 Anlise de frequncia 4 agravamento ....................................................................134
Figura 4.46 Integrao de sistema controlo ...................................................................................135
Figura 5.1 Turbina a gs (Fonte: Centerfield, 2013) .....................................................................140
Figura 5.2 Motor Diesel (MTU, 2013) ...........................................................................................142
Figura 5.3 Carta QM para sensor SNV0474 ..................................................................................144
Figura 5.4 Carta QM para sensor SNV0475 ..................................................................................145
Figura 5.5 Carta QM para sensor SNV0476 ..................................................................................145
Figura 5.6 Carta QM para sensor SNV0477 ..................................................................................145
Figura 5.7 Carta CUSUMQM para sensor SNV0474 para k=0,25 ..............................................146
Figura 5.8 Carta CUSUMQM para sensor SNV0476 com k=0,25 ................................................147
Figura 5.9 Carta EWMAQM para sensor SNV0474 com=0,05..................................................147
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Figura 5.10 Carta EWMAQM para sensor SNV0474 com =0,13................................................ 148
Figura 5.11 Carta EWMAQM para sensor SNV0474 com =0,25................................................ 148
Figura 5.12 Carta EWMAQM para sensor SNV0476 com =0,25................................................ 148
Figura 5.13 Carta MQM para TG2 ................................................................................................ 149
Figura 5.14 Carta MCUSUMQM para TG2 .................................................................................. 150
Figura 5.15 Carta MEWMAQM para TG2..................................................................................... 150
Figura 5.16 MD1 - Carta QM para sensor OP0155 ..................................................................... 151
Figura 5.17 MD1 - Carta QM para sensor OT0114 ...................................................................... 151
Figura 5.18 MD1 - Carta QM para sensor OP0157 ...................................................................... 152
Figura 5.19 MD1 - Carta QM para sensor FP0163 ....................................................................... 152
Figura 5.20 MD1 - Carta CUSUMQM para sensor OT0114 com K=0,25 .................................... 153
Figura 5.21 MD1 - Carta CUSUMQM para sensor FP0163 com k=0,25 ..................................... 153
Figura 5.22 MD1 - Carta EWMAQM para sensor OT0114 com =0,25....................................... 154
Figura 5.23 MD1 - Carta EWMAQM para sensor FP0163 com = 0,25...................................... 154
Figura 5.24 MD1 - Carta MQM ..................................................................................................... 154
Figura 5.25 MD1 - Carta MCUSUMQM ....................................................................................... 155
Figura 5.26 MD1 - Carta MEWMAQM .......................................................................................... 155
Figura 5.27 Carta de controlo X-MR ............................................................................................. 156
Figura 5.28 FACE dos dados ......................................................................................................... 157
Figura 5.29 FACPE dos dados ....................................................................................................... 157
Figura 5.30 Fase 1 - Carta T2......................................................................................................... 158
Figura 5.31 Fase 2 - Carta T2- 3 agravamento da avaria ............................................................ 159
Figura 5.32 Fase 2 - Carta T2- 4 agravamento da avaria ............................................................ 160
Figura 5.33 Fase 2 - Carta CUSUMM - 3 agravamento da avaria .............................................. 161
Figura 5.34 Fase 2 - Carta CUSUMM - 4 agravamento da avaria .............................................. 161
Figura 5.35 Fase 2 - Carta MEWMAM - 3 agravamento da avaria ............................................. 162
Figura 5.36 Fase 2 - Carta MEWMAM - 4 agravamento da avaria ............................................. 162
Figura II.1 Combinao de k e h da carta CUSUM, com 0C 0 e 0T 0 , para vrios valores de
EmControloARL .................................................................................................................................... 187
Figura II.2 Combinao de k e h da carta CUSUM, com 0C 0 e 0T 0 , para vrios valores de
EmControloARL ..................................................................................................................................... 188
Figura II.3 Combinao de k e h da carta CUSUM, com 0C 0 e 0T 0 , para vrios valores de
EmControloARL .................................................................................................................................. 189
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Figura IV.29 Carta CUSUMM 2 agravamento da avaria para =1,5................................... 213
Figura IV.30 Carta CUSUMM 3 agravamento da avaria para =1...................................... 214
Figura IV.31 Carta CUSUMM 3 agravamento da avaria para =1,5................................... 214
Figura IV.32 Carta EWMAMsem avaria para =1................................................................. 214
Figura IV.33 Carta EWMAMsem avaria para =1.5.............................................................. 215
Figura IV.34 Carta EWMAM1 agravamento da avaria para =1......................................... 215
Figura IV.35 Carta EWMAM1 agravamento da avaria para =1,5...................................... 215
Figura IV.36 Carta EWMAM2 agravamento da avaria para =1......................................... 215
Figura IV.37 Carta EWMAM2 agravamento da avaria para =1,5...................................... 216
Figura IV.38 Carta EWMAM3 agravamento da avaria para =1......................................... 216
Figura IV.39 Carta EWMAM3 agravamento da avaria para =1,5...................................... 216
Figura IV.40 Carta CUSUMMsem avaria para =0,5............................................................ 217
Figura IV.41 Carta CUSUMM1 agravamento da avaria para =0,5.................................... 217
Figura IV.42 Carta CUSUMM2 agravamento da avaria para =0,5.................................... 217
Figura IV.43 Carta CUSUMM3 agravamento da avaria para =0,5.................................... 218
Figura IV.44 Carta CUSUMM4 agravamento da avaria para =0,5.................................... 218
Figura IV.45 Carta EWMAMsem avaria e 1 agravamento para =0,5................................. 218
Figura IV.46 Carta EWMAM2 agravamento da avaria para =0,5...................................... 219
Figura IV.47 Carta EWMAM3 agravamento da avaria para =0,5...................................... 219
Figura IV.48 Carta EWMAM 4 agravamento da avaria para =0,5..................................... 219
Figura IV.49 Carta CUSUMMsem avaria para =0,5............................................................ 220
Figura IV.50 Carta CUSUMM1 agravamento da avaria para =0,5.................................... 220
Figura IV.51 Carta CUSUMM 2 agravamento da avaria para =0,5................................... 220
Figura IV.52 Carta CUSUMM3 agravamento da avaria para =0,5.................................... 221
Figura IV.53 Carta CUSUMM 4 agravamento da avaria para =0,5................................... 221
Figura IV.54 Carta EWMAMsem avaria e 1 agravamento para =0,5................................. 221
Figura IV.55 Carta EWMAM 2 agravamento da avaria para =0,5..................................... 222
Figura IV.56 Carta EWMAM 3 agravamento da avaria para =0,5..................................... 222
Figura IV.57 Carta EWMAM 4 agravamento da avaria para =0,5..................................... 222
Figura IV.58 Anlise espetral - sem avaria ................................................................................... 223
Figura IV.59 Anlise espetral - 1 agravamento ............................................................................ 223
Figura IV.60 Anlise espetral - 2 agravamento ............................................................................ 223
Figura IV.61 Anlise espetral - 3 agravamento ............................................................................ 224
Figura IV.62 Anlise espetral - 4 agravamento ............................................................................ 224
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Figura IV.63 Anlise espetral - sem avaria .................................................................................... 224
Figura IV.64 Anlise espetral - 1 agravamento ............................................................................ 225
Figura IV.65 Anlise espetral - 2 agravamento ............................................................................ 225
Figura IV.66 Anlise espetral - 3 agravamento ............................................................................ 225
Figura IV.67 Anlise espetral - 4 agravamento ............................................................................ 226
Figura IV.68 Anlise espetral - sem avaria .................................................................................... 226
Figura IV.69 Anlise espetral - 1 agravamento ............................................................................ 227
Figura IV.70 Anlise espetral - 2 agravamento ............................................................................ 227
Figura IV.71 Anlise espetral - 3 agravamento ............................................................................ 227
Figura IV.72 Anlise espetral - 4 agravamento ............................................................................ 228
Figura V.1 TG1 - carta QM para sensor SNV0474 ........................................................................ 231
Figura V.2 TG1 - carta QM para sensor SNV0475 ........................................................................ 232
Figura V.3 TG1 - carta QM para sensor SNV0476 ........................................................................ 232
Figura V.4TG1 - carta QM para sensor SNV0477 ......................................................................... 232
Figura V.5 TG1 - carta CUSUMQM para sensor SNV0374 .......................................................... 233
Figura V.6 carta CUSUMQM para sensor SNV0376 .................................................................... 233
Figura V.7 TG2 - carta CUSUMQM para sensor SNV0475 .......................................................... 233
Figura V.8 TG2 - carta CUSUMQM para sensor SNV0476 para k=0,5 ....................................... 234
Figura V.9 TG2 - carta CUSUMQM para sensor SNV0476 para k=0,75 ..................................... 234
Figura V.10 TG2 - carta CUSUMQM para sensor SNV0477 ........................................................ 234
Figura V.11 TG1 - carta EWMAQM para sensor SNV0374 para =0,05..................................... 235
Figura V.12 TG1 - carta EWMAQM para sensor SNV0374 para =0,13..................................... 235
Figura V.13 TG1 - carta EWMAQM para sensor SNV0374 para =0,25..................................... 235
Figura V.14 TG1 - carta EWMAQM para sensor SNV0376 para =0,25..................................... 236
Figura V.15 TG2 - carta EWMAQM para sensor SNV0374 para =0,05..................................... 236
Figura V.16 TG2 - carta EWMAQM para sensor SNV0376 para =0,13..................................... 236
Figura V.17 TG1 - carta MQM para TG1 ...................................................................................... 237
Figura V.18 Carta MCUSUMQM para TG1 .................................................................................. 237
Figura V.19 Carta MEWMAQM para TG1 .................................................................................... 237
Figura V.20 MD2 - carta QM para sensor OP0255 ...................................................................... 239
Figura V.21 MD2 - carta QM para sensor OT0214 ....................................................................... 239
Figura V.22 MD1 - carta CUSUMQM para sensor OT0114 com k=0,5 ....................................... 239
Figura V.23 MD1 - Carta CUSUMQM para sensor OT0114 com k=0,75 .................................... 240
Figura V.24 MD1 - carta CUSUMQM para sensor OT0114 com k=1 .......................................... 240
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Figura V.25 MD2 - carta CUSUMQM para sensor SNV0475 com k=0,25 ..................................... 240
Figura V.26 MD2 - carta CUSUMQM para sensor OT0214 com k=0,25 ....................................... 241
Figura V.27 MD2 - carta CUSUMQM para sensor OP0257 com k=0,25 ....................................... 241
Figura V.28 MD1 - carta EWMAQM para sensor OP0114 com = 0,05...................................... 241
Figura V.29 MD1 - carta EWMAQM para sensor OT0114 com =0,13 ........................................ 242
Figura V.30 MD1 - carta EWMAQM para sensor FP0163 com = 0,05 ....................................... 242
Figura V.31 MD1 - carta EWMAQM para sensor FP0163 com = 0,13 ....................................... 242
Figura V.32 MD1 - carta EWMAQM para sensor OP0214 com = 0,05 ....................................... 243
Figura V.33 MD1 - carta EWMAQMpara sensor OP0214 com = 0,13 ....................................... 243
Figura V.34 MD1 - carta EWMAQM para sensor OP0214 com = 0,25 ....................................... 243
Figura V.35 MD2 - carta MQM para sensor OP0214 com = 0,25................................................ 244
Figura V.36 MD2 - carta MCUSUMQM para sensor OP0214 com = 0,25 ................................. 244
Figura V.37 MD2 - cartaMEWMAQM para sensor OP0214 com = 0,25.................................... 245
Figura V.38 Fase 2 - 0 agravamento da avaria - simulao............................................................ 246
Figura V.39 Fase 2 - 1 agravamento da avaria - simulao .......................................................... 246
Figura V.40 Fase 2 - 2 agravamento da avaria - simulao .......................................................... 247
Figura V.41 Fase 2 - 0 agravamento da avaria - simulao............................................................ 247
Figura V.42 Fase 2 - 1 agravamento da avaria- simulao ........................................................... 247
Figura V.43 Fase 2 - 2 agravamento da avaria - simulao .......................................................... 248
Figura V.44 Fase 2 - 0 agravamento da avaria - simulao............................................................ 248
Figura V.45 Fase 2 - 1agravamento da avaria - simulao ........................................................... 249
Figura V.46 Fase 2 - 2 agravamento da avaria - simulao .......................................................... 249
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XXV
NDI CE DE TABEL AS
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Tabela 2.1 Estgios da anlise e predio de fiabilidade ................................................................12
Tabela 2.2 Pontos de medida definidos para turbinas a gs ............................................................18
Tabela 2.3 Caratersticas das medidas das turbinas a gs...............................................................18
Tabela 2.4 Ensaios no destrutivos ..................................................................................................19
Tabela 2.5 Limites do estudo das vibraes .....................................................................................29
Tabela 2.6 Nvel de vibrao de mquinas com rotao entre 1500-3000rpm ................................32
Tabela 2.7 Tipos e caratersticas de desalinhamento .......................................................................34
Tabela 3.1 Limites de Controlo da Carta Observaes Individuais e Amplitude Mvel ..................54
Tabela 3.2 Limites de Controlo da Carta da Mdia e da Amplitude ................................................56
Tabela 3.3 Exemplo de valor de m-amostras a recolher ..................................................................58
Tabela 3.4 Limites de controlo para a carta T2................................................................................60
Tabela 3.5 Caratersticas tericas da FAC e da FACP para os modelos ........................................68
Tabela 3.6 Limites de Controlo das Cartas de Shewhart baseadas nos resduos.............................70
Tabela 3.7 Clculo da Mdia e do Desvio Padro ...........................................................................78
Tabela 3.8 Decomposio de 2T em componentes ortogonais para 3p .......................................83
Tabela 3.9 h da carta MCUSUM para 0,5k ................................................................................88
Tabela 3.10 Cartas de controlo short run .........................................................................................93
Tabela 4.1 Caratersticas da eletrobomba ......................................................................................111
Tabela 4.2 Parmetros para o equipamento com os dados no revistosVar2............................114
Tabela 4.3 Parmetros para a Var2 ...............................................................................................117
Tabela 4.4 Parmetros do modelo para as quatro variveis ..........................................................118
Tabela 4.5 Parmetros do equipamento estimados para as quatro variveis ................................119
Tabela 4.6 Limites carta CUSUMM e (TL)N ...................................................................................119
Tabela 4.7 TLcorrespondente a (TL)N ............................................................................................120
Tabela 4.8 Valores de e .............................................................................................................123
Tabela 4.9 Desvio padro para erros de previso .........................................................................123
Tabela 4.10 Valores de definio de limites ...................................................................................126
Tabela 4.11 Limite de alerta e limite superior de controlo da carta MCUSUMM .........................129
Tabela 5.1 Sensores das turbinas a gs em investigao ...............................................................140
Tabela 5.2 Limites de vibrao da turbina .....................................................................................141
Tabela 5.3 Caratersticas motores diesel sob estudo (Marinha-ETNA, 2010b) .............................142
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Pg.
Tabela 5.4 Sensores do motor .........................................................................................................143
Tabela 5.5 Limites dos sensores .....................................................................................................143
Tabela 5.6 Valor dos limites para vrios K para a carta CUSUMQM ..........................................146
Tabela 5.7 Valores da mdia e desvio padro que geraram valores no MATLAB para o 3 e 4
agravamento ...................................................................................................................................159
Tabela 5.8 Limite de alerta e limite superior de controlo da carta MCUSUMM TG1...................160
Tabela I. 1 Fatores para construo das cartas de controlo de variveis .....................................183
Tabela III.1 ISO 2372-Vibration Severity .......................................................................................195
Tabela III.2 Solues para problemas de vibraes .......................................................................196
Tabela IV.1 Parmetros do modelo ajustado Var1 .....................................................................203
Tabela IV.2 Parmetros do modelo ajustado Var3 .....................................................................206
Tabela IV.3 Parmetros do modelo ajustado Var4 .....................................................................209
Tabela IV.4 (TL)N e TL ......................................................................................................................210
Tabela V.1 Sintomas anomalia vs alterao parmetros em Aero-turbinas ..................................231
Tabela V.2 Sintomas anomalia vs alterao parmetros em motores de combusto interna ........238
Tabela V.3 Valores da mdia e desvio padro ...............................................................................245
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ABREVIATURAS
AL Alert Level
AR Auto-regressive
ARIMA Auto-regressive integrated Moving Average
ARMA Mix ofAReMA
ACF Auto-correlation Function
AMSAA Army Material Systems Analysis Activity
ARL Average Run Lenght
BB Bombordo
BPI Ball Pass Inner Race - Passagem de esferas na pista interior
BPO Ball Pass Outer Race - Passagem de esferas na pista exterior
BS Ball Spin - Frequncia de Rotao das Esferas
CARM Carta de Manuteno na Organizao
CBM Condition Based Maintenance
CMS Condition Monitoring System
CUSUM Cumulative Sum
CUSUMM CUSUMModificada
DN Direo de Navios
DSM58 Documento de pedido de trabalho na Organizao
DSM59 Documento de controlo de horas de funcionamento na Organizao
DSM60 Documento de pedido de sobressalentes na Organizao
EB Estibordo
EMA Estado Maior da Armada
EPC Engineering Process Control
ETNA Escola de Tecnologias Navais
EWMA Exponentially Weighted Moving Average
EWMAM EWMAModificada
EWMAST EWMAfor Stationary Process
FAC Funo de Auto-correlao
FACE Funo de Auto-correlao Estimada
FACP Funo de Auto-correlao Parcial
FACPE Funo de Auto-correlao Parcial Estimada
FMEA Failure Modes and Effects Analysis
FMECA Fault Modes and Effects Criticality Analysis
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XXXI
SMBOLOS
2A Fatores limites de controlo 2 da carta da mdia
3A Fatores limites de controlo 3 da carta da mdia
rA Fator para clculo da estatstica Short Runmultivariada
B Operador deLags(desfasamentos)
B3 Fatores limites de controloB3da carta do desvio padro
B4 Fatores limites de controloB4 da carta do desvio padro
( , )t t kCov X X + Covarincia das observaes intervaladas por k instantes
tC
Estatstica da carta CUSUM para os mximos;Estatstica da carta CUSUMQ
para os mximos;
d Ordem de diferenciao para tornar o processo estacionrio
2d Fator de linha central 2
3d Fator limite de controlo 3d das cartas de amplitudes
3D Fator limite de controlo 3 das cartas de amplitudes
4D Fator limite de controlo 4 das cartas de amplitudes
id Estatstica dpara cada varivel ipara detetar situaes fora de controlo.
0E Valor inicial da varivelE de 0( )YE =
ie Erro de previso no instante i
tE Estatstica da cartaEWMAno instante t
ke Vetor dos erros de previso
te Resduos para o instante t
te Mdia da amostra
( )e T Erro de previso
( )E X Mdia de um processo
a1F ( x ) Funo probabilidade de avaria
; ;p m p
F
Percentil direita para uma probabilidade,da distribuio de Fisher comp
e (m-p) graus de liberdade
C Graus celsius
( )G Distribuio de T-studentem funo degraus de liberdade
h Parmetrohdas cartas CUSUM; limite da cartaCUSUM
0h ( t ) Funo de risco arbitrria, no especificada
I Matriz identidade
K Valores determinados em funo do valore doARLpara a cartaEWMA
k Nmero de amostras; parmetro da carta CUSUM; valor de referncia
m Nmero de amostras
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XXXII
2
rM Fator para clculo da estatstica Short Runmultivariada
MR Mdia da amplitude mvel
fn Nmero de falhas
n Dimenso da amostra
p Nmero de variveis
a1 a1P( X x ) Forma calcula da funo probabilidade de avaria
( )r rQ X Caraterstica Qno instante r; estatstica da carta short run univariada
tQ Caracterstica da carta short runpara o instante t
S Matriz das covarincias da amostra
1S
Matriz inversa das covarincias da amostra
1rS Desvio padro de ( )1r
tS Desvio padro em t
R Amplitude da amostra
tR Amplitude dos resduos em t
( )R Fiabilidade para
( )1 2R , Fiabilidade para o intervalo [ ]2 1;
t Tempo de falha associado
2T Carta de controlo tradicional deHotteling
2T
2
i
T Estatstica da cartaMEWMA; Estatstica da cartaMEWMAQ
LT Limite de um parmetro de equipamento
( )L NT Limite do equipamento dado por normativo
( )1rL
T Limite de vibrao considerando ( ) ( ) 13 = rNLrL TT para a observaonmero ( )1r
tT
Estatstica da carta CUSUMpara os mnimos; Estatstica da carta CUSUMQpara os mnimos
( )Var X Varincia deX
X Observao individual
X Mdia da amostra
iX Valor estimado deX no instante i
Xr Observao da caratersticaXno instante r
ijx Observaojda amostra i
kX Vetor mdia para aspmdias de amostras para o instante k
maxX Xmximo para clculo da amplitude
minX Xmnimo para clculo da amplitude
rX Observao no instanter
RMSx ObservaoRoot Mean Square
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XXXIII
tX ObservaoXno instante t
t
X Valor esperado no perodo t
*Y Estatstica da cartaMCUSUM
0 Auto-covarincia de desfasamento k=0 ou varincia deXk
Auto-covarincia de desfasamento k
tY Valor da varivel Y no instante t
*
tY Estatstica da cartaMCUSUMQ
Z Vetor linha das K covariveis
0z Normal reduzida
tZ Varivel normal reduzida
Nvel de significncia
i Risco do tipo I para a varivel i
Vetor coluna dos Kparmetros de regresso. Parmetro de forma no modelode Crow-AMSAA
; /2;( 1)/2p m p Percentil direita, para uma probabilidade , da distribuio Beta com os
parmetros / 2p
0 Var(X)
Alterao na mdia de um processo
Alterao ao desvio padro para variao da mdia
t Erro ou resduo no instante t; Rudo branco no instante t( ( )2~ 0,N )
j Parmetro de ordemjdo modeloMAouARMA
j Valor estimado do parmetro de ordemjdo modeloMAouARMA
( )q B Polinomial de mdias mveis de ordemp
Parmetro de escala; constante de amortecimento. Taxa de avarias de umPPH
( ) Derivada do nmero esperado de avarias
j Coeficiente de correlao de desfasamento (Lag), j
k Coeficiente de auto-correlao
( t ) Taxa de ocorrncia de avaria
Desvio padro
2 Varincia do processo
2
E Varincia da varivelE
2
Varincia do erro,
Desvio padro do erro estimado
X Desvio padro da distribuio de mdias de amostras
Matriz das covarincias
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XXXIV
Mdia estimada
' Vetor mdia
Parmetro para determinao da mdia do processo de um modeloAR(p)
( ) 1
Inverso da Funo de Distribuio Normal
j Parmetro de ordem j no modeloARouARMA
j Valor estimado do parmetro de ordem j no modeloARouARMA
kk Coeficiente de auto-correlao de ordem k
( )p B Polinomial auto-regressivo de ordemp2
Estatstica do Qui-Quadrado. Carta de controlo tradicional de 2
Operador de diferenas
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CAPTULO 1- INTRODUO
Importncia das machinas para a
sociedade. As machinas, pondo
disposio da humanidade o consenso
dos agentes naturaes, teem exercido uma
grande e benfica influencia na
civilizao dos povos, e constituindo um
dos seus mais poderosos instrumentos deprogresso.(Marinha-EN, 1904)
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CAPTULO 1 Introduo
Manuteno Baseada no Estado de Condio. Uma Abordagem Utilizando Cartas de Controlo Modificadas 3
CAPTULO 1
1.1. Enquadramento da Dissertao
1.2. Objetivos da Dissertao
1.3. Aplicao dos Mtodos Desenvolvidos
1.4. Organizao da Dissertao
1.1 Enquadramento da D issertao
As questes que deram origem presente dissertao foram as seguintes:
Na organizao onde foi realizada a presente investigao existe um Sistema de Gesto daManuteno que permite a definio de polticas de manuteno diferenciadas para os diversossistemas e equipamentos. Face relativamente fraca incidncia das polticas de manutenocondicionada baseadas na monitorizao contnua dos equipamentos, decidiu-se proceder a umainvestigao em que se pretende estudar a possibilidade de realizar a monitorizao contnua de
certos equipamentos selecionados baseada em cartas de controlo, criando assim uma base para aintensificao daquele tipo de polticas.
Da a Questo Central desta tese:QCPodem as cartas de controlo ser aplicadas monitorizao de equipamentos de meios
navais?
Face o propsito acima referido, as questes derivadas da questo principal e s quais se procuraresponder atravs desta investigao so as seguintes:
QD1 Como efetuada atualmente a manuteno nos navios da organizao onde foirealizado este estudo, e como mud-la de forma a intensificar o uso de polticas demanuteno baseadas na monitorizao contnua de certos equipamentos
selecionados?QD2 Como implementar a monitorizao onlinedos equipamentos baseada nas cartas de
controlo?QD3 Podem sensores fixos, usados para a medio de vibrao e outros parmetros de
funcionamento dos equipamentos, permitir uma monitorizao onlinefidedigna?
Relativamente primeira questo derivada, pretende-se verificar, especificamente qual o tipo demanuteno atualmente aplicada aos navios da organizao, e quais os meios e mtodos a utilizarde forma a melhor-la aumentando o nmero de equipamentos com manuteno condicionadaassente na respetiva monitorizao contnua de certas variveis.
Em relao segunda questo derivada, caso se constate a aplicabilidade das cartas de controlo,
deve ser testada a respetiva implementao nos equipamentos, procedendo a eventuais
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CAPTULO 1 Introduo
6 Manuteno Baseada no Estado de Condio. Uma Abordagem Utilizando Cartas de Controlo Modificadas
Finalmente, no Captulo 6 ser apresentada a concluso da investigao e o trabalho a desenvolverno futuro, sendo apresentada uma anlise final de resultados e as possibilidades dedesenvolvimento e derivaes da metodologia num futuro prximo.
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CAPTULO 2 Manuteno Baseada na Monitorizao Offline & Online
Manuteno Baseada no Estado de Condio. Uma Abordagem Utilizando Cartas de Controlo Modificadas 9
CAPTULO 2
2.1 Introduo
2.2 Manuteno Baseada em Dados HistricosMonitorizao Offline
2.3 Manuteno Baseada no Estado de CondioMonitorizao Online
2.4 Consideraes
2.1 Introduo
O conceito de manuteno, mesmo que no de forma consciente, surgiu desde que o Homem sededicou criao tecnolgica. Desde ento tem evoludo tornando-se essencial ao bomdesempenho de indstrias, de meios navais e de outros ambientes estruturados.
No incio do sculo XX ainda no se falava de vibraes mecnicas e de manuteno como hojeconhecemos, mas j se falava na existncia de foras perturbadoras para as mquinas (Marinha-EN,1904), que estariam na base do incio das suas avarias, e por conseguinte na necessidade da suamanuteno.
Foi no perodo da primeira guerra mundial que a complexidade dos sistemas e equipamentosaumentou e com esse aumento surgiu a necessidade de efetuar o controlo de produo. Foi assimque no perodo de 1920-1930 surgiram os primeiros controladores de processos e sistemas sendo,ento, desenvolvidas as primeiras Cartas de Controlo de Shewhart, iniciando-se o ciclo doControlo Estatstico da Qualidade (Pereira & Requeijo, 2012).
Na segunda guerra mundial, na aviao, surgiram os conceitos de manuteno preventiva, devido necessidade do desenvolvimento e produo em srie de meios aeronuticos e de os manter, faceaos acidentes que se verificavam (Mota, 2009). Neste mesmo perodo da histria, aliado ao
conceito de manuteno surgiu o de fiabilidade dos avies e dos meios blicos utilizados.Dias (2002) descreve: A manuteno uma atividade realizada sobre um sistema reparvel, de talforma que este desempenhe as suas misses corretamente ou, aumente a sua disponibilidade,fiabilidade e segurana.
Marinha (1998) enuncia que A manuteno de meios navais tem como objetivo principalassegurar nveis de disponibilidade do material, compatveis com os programas de utilizaooperacional estabelecidos, fazendo uso dos recursos logsticos disponveis ou passveis deaquisio com custos aceitveis.(Marinha-EMA, 1997) (Marinha, 1998).
O conceito de manuteno e a sua aplicabilidade tem-se vindo a adaptar realidade dos tempos e
realidade financeira dos responsveis pelos meios. Sendo certo que uma frao muito importantedos custos do ciclo de vida dos equipamentos determinada pela manuteno, qualquer otimizao
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CAPTULO 2 Manuteno Baseada na Monitorizao Offline & Online
10 Manuteno Baseada no Estado de Condio. Uma Abordagem Utilizando Cartas de Controlo Modificadas
nesta rea gera economias marginais importantes. Dado o contexto atual a sua aplicao na reados meios navais, tanto os militares como os de transporte de passageiros imperativa que sejaefetuada numa filosofiaLean. A gesto da manuteno neste tipo de meios tem de responder a umconjunto diversificado de consideraes, como por exemplo segurana, fiabilidade, qualidade, eproteo elevada do ambiente, de forma a garantir uma disponibilidade e performance mxima dosequipamentos (Lampreia, 2005).
As necessidades de manuteno de um equipamento podem ser originadas na forma como foiconstrudo, no modo como foi instalado e no modo como mantido (Institute, 2005). Quando sedefine uma poltica de manuteno podemos basear a sua aplicao na gesto do risco. Desta formaos equipamentos monitorizados devem ser, principalmente, os vitais ou selecionados. A estes deveser aplicado um sistema de apoio deciso que permita determinar a sua fiabilidade e a tendnciapara a avaria (Parnell et al, 2008).
A forma como se processam os procedimentos de manuteno e reparao dos equipamentosdepende das estratgias de manuteno definidas pela organizao. Se estivermos perante umamanuteno centralizada, esta fica concentrada no departamento de manuteno sendo esteresponsvel total pelo controlo e manuteno dos sistemas, o que tem algumas vantagens edesvantagens; isto , h funes que devem ser centralizadas e outras que devem serdescentralizadas. Por exemplo h trabalhos que devem ser realizados a nvel local. Estes chamam-se trabalhos de primeiro escalo, em que os utilizadores dos equipamentos ou operrios podemefetuar algumas aes de manuteno (Dias, 2002). Esta viso est na linha da Total Productive
Maintenance(TPM) que ser referida frente neste mesmo captulo.
Em tempos mais recentes surgiram os conceitos Lean e, com estes, o conceito de LeanMaintenance onde a reduo de desperdcios diminui os custos do processo produtivo, mesmotratando-se de equipamentos de laborao contnua (Yile et al, 2008). O mesmo autor refere aindao conceito deLean Maintenance sendo sugerido que este tipo de manuteno proactiva e implicaaes planeadas e coordenadas tal como o TPM utilizando tcnicas aplicadas pela RCM
(Reliability Centered Maintenance), aes de processos sob conceitos 5S, ou os mais recentes 6S,em que os tcnicos da interveno so multifacetados nas suas aes.
No obstante, das vrias prticas de manuteno no passado e passado recente, considera-se queatualmente a manuteno pode ser dividida em dois tipos de manuteno: a manuteno offlinee amanuteno online. Dentro destes dois tipos enquadra-se o estado da arte que desenvolvidoseguidamente.
2.2 Manuteno Baseada em Dados Histricos Monitorizao Offline
No h qualidade sem fiabilidade. Isto , a fiabilidade um dos atributos da qualidade de umproduto, mquina ou servio, sendo evidente que uma mquina ou servio que falhafrequentemente no merece confiana e portanto no tem qualidade, fato reconhecido porFeigenbaum em 1983 que define Qualidade a correo dos problemas e de suas causas aolongo de toda a srie relacionada com marketing, projetos, engenharia, produo e manuteno,que exercem influncia sobre a satisfao do usurio..
2.2.1 Gesto da Manuteno
Considerando o conceito de manuteno referido por Dias (2002) em que o principal objetivo
conservar e eventualmente melhorar o potencial duma atividade produtiva de forma a garantir umaboa relao Custo-Fiabilidade, podem ser consideradas vrias polticas de manuteno conforme apresentado na Figura 2.1.
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CAPTULO 2 Manuteno Baseada na Monitorizao Offline & Online
Manuteno Baseada no Estado de Condio. Uma Abordagem Utilizando Cartas de Controlo Modificadas 11
Figura 2.1 Polticas de manuteno (Fonte de: Mota, 2009 e Assis, 1997)
As formas de atuar na manuteno consideradas na figura acima (Figura 2.1) podem assumirdiversas definies de acordo com vrios autores, no entanto o objetivo geral mantm-se e pode serdescrito conforme se segue:
A manuteno planeada uma manuteno realizada de forma organizada, com coordenao econtrolo (Lampreia, 2005).
A manuteno preventiva descrita como sendo a ao de realizao de determinados trabalhosplaneados de forma a cumprir com as especificidades dos equipamentos e sistemas de forma amanter a sua capacidade funcional (Smith, 1993). Outros autores descrevem ainda como sendo amanuteno executada em intervalos de tempo pr-determinados, ou de acordo com critriosprescritos, com a finalidade de reduzir a probabilidade de avaria ou de degradao dofuncionamento de um bem. (Parreira, 2009).
A manuteno preventiva sistemtica a manuteno preventiva que obedece a um determinadocalendrio de interveno, no existindo necessariamente controlo prvio do estado doequipamento (Parreira, 2009).
A manuteno preventiva condicionada a manuteno efetuada mediante avaliao do estadoda mquina, usualmente efetuada de forma contnua (Assis, 1997).
A manuteno preditiva quando a manuteno condicionada executada e planeada de acordocom as previses resultantes da avaliao do estado de degradao de um dado equipamento(Lampreia, 2005).
A manuteno no planeada executada sem planeamento antecipado, na ocorrncia inopinadade uma anomalia, pode e deve ter algum tipo de coordenao e gesto, considerando que existemmeios de primeira interveno prximos da rea afetada (Lampreia, 2005).
A manuteno corretiva um tipo de manuteno que pode ser planeada ou no planeada. No
caso da planeada porque no existe risco eminente de anomalia, no caso da manuteno no
Manuteno
Planeada No planeada
Corretiva deEmergncia
Corretiva
Condicionada
Preventiva
Sistemtica
Preditiva
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CAPTULO 2 Manuteno Baseada na Monitorizao Offline & Online
12 Manuteno Baseada no Estado de Condio. Uma Abordagem Utilizando Cartas de Controlo Modificadas
planeada funciona como sendo de emergncia (Smith, 1993), e visa restabelecer uma determinadacondio operacional de uma mquina (NP, 2007).
A manuteno de emergncia (ou urgncia) uma manuteno no planeada e corretiva que efetuada numa situao de anomalia para evitar consequncias catastrficas (NP, 2007).
Mechefske em Silva (2005) refere ainda trs estratgias de manuteno: a Run-to-Failure, acalendarizada e a manuteno baseada na condio. As duas ltimas so respetivamente a planeadasistemtica e a manuteno condicionada. Quanto ao tipo de manuteno que se chama Run-to-
Failure(Breakdown) somente efetuada quando a mquina avaria e no pode funcionar, o que setraduz na no planeada corretiva de emergncia.
No mbito destes conceitos importante a definio de Avaria, em que a NP (2007) traduz queavaria a Cessao da aptido de um bem para cumprir uma funo requerida (NP, 2007). Vriasinterpretaes podem ser efetuadas relativamente a um equipamento em avaria, a mesma normacoloca duas notas, em que uma diz que aps a avaria uma mquina pode estar em falha total ouparcial, e outra em que Avaria um acontecimento, e que em falha ou avariado umestado (NP, 2007). Portanto um equipamento com um acontecimento de avaria pode no estar em
falha e manter um funcionamento condicionado a um estado de avariado.
A manutibilidade a Aptido de um bem, sob condies de utilizao definidas, para ser mantidoou restaurado, de tal modo que possa cumprir uma funo requerida, quando a manuteno realizada em condies definidas, utilizando procedimentos e recursos prescritos. (NP, 2007).
Juran & Junior (1970) definiu vrios estgios para anlise e predio da fiabilidade na fase deconceo de um equipamento, conforme se apresenta na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 Estgios da anlise e predio de fiabilidade (Fonte de: Juran & Junior, 1970)
Incio ProjetoDesenvolvimento
do ProjetoFinal do projeto Testes do Sistema Operao no Cliente
Base
Predio baseadanas avarias ou no
tempofuncionamento, eno conhecimento
dos limitesfuncionamento.
Predio baseadanas quantidades e
tipo decomponentes, osseus limites de
funcionamento eredundncia.
Predio baseadanos tipos e
quantidades dataxa de avaria porcomponentes e o
limite doscomponentes.Tem ainda em
considerao asmanutenespraticadas.
Medidas baseadasnos resultados dostestes do sistema
completo. Osndices de
fiabilidade socalculados com base
no nmero deavarias e no tempode funcionamento.
Medidas baseadasnos resultados dostestes do sistemacompleto. Mas os
ndices defiabilidade so
calculados com basenos dados recolhidospelo utilizador finalde um equipamento.
Usos Primrios
Avaliar aviabilidade de
corresponder aosrequisitos
numricospropostos.Colaborar a
estabelecer umobjetivo de
fiabilidade quandose est a conceberos equipamentos.
Avaliar a
fiabilidade totaldo equipamento.Definir as reas
sensveis dosequipamentos.
Avaliar a
fiabilidade totaldo equipamento.Definir as reas
sensveis dosequipamentos.
Avaliar a fiabilidade
total doequipamento.Definir as reas
sensveis dosequipamentos.
Meta de fiabilidadeatingida.
Definir as reassensveis dos
equipamentos.Obter dados paraprojetos futuros.
Seria interessante e bastante til, que os parmetros de funcionamento dos equipamentos que socalculados atravs da metodologia definida no captulo 3, fossem definidos durante as fasesdescritas por Juran & Junior (1970).
O ciclo de vida de uma instalao (Figura 2.2) segundo Nepomuceno (1985) congrega vrios
fatores. O ciclo apresenta o investimento inicial num sistema ou mquina, aps o que se inicia operodo de vida til, em que os sistemas esto sujeitos a fatores internos e externos que degradam o
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CAPTULO 2 Manuteno Baseada na Monitorizao Offline & Online
Manuteno Baseada no Estado de Condio. Uma Abordagem Utilizando Cartas de Controlo Modificadas 13
seu funcionamento e por outro lado so tomadas aes corretivas aos estados de anomalia em que,em determinado ponto, se decide por uma reviso geral ou se opta pela sua substituio. Asmetodologias que vo ser desenvolvidas nesta tese centram-se volta do perodo de vida til(Figura 2.3), em que de acordo com as anomalias registadas ser tomada uma determinada ao(Nepomuceno, 1985).
Investimento
Instalao
Mquina Nova
Obsolescncia
Incidentes
Desgaste
ErroseFalhas
Componentes da Entropia
Vida til - Operao Mquina Velha
Sucata
Roturas
Conservao
Regulao
Substituies
Controlo
Componentes da Manuteno
Reparaes
Reforma Geral e Total
Figura 2.2 Ciclo de uma instalao (Fonte de: Nepomuceno, 1985)
Ajustes,Regulaese DefeitosPrecoces
Manuteno Preventivae
Defeitos - Reparaes Eventuais
Defeitos