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Metodología de incremento de fiabilidad en cabezales de fresado

Jose Zendoia y Juan Antonio Arrieta
Ingenieros del Dpto. de Desarrollo de Producto de Ideko Centro Tecnológico
15/05/2003
En los últimos 3 años, desde IDEKO Centro Tecnológico se están haciendo esfuerzos muy relevantes de cara a la implementación de metodologías sistemáticas de fiabilidad en las máquinas-herramienta fabricadas en cualquiera de las empresas que constituyen el Grupo Danobat. Transcurrido este tiempo, es a partir de ahora cuando la aplicación de esta metodología está arrojando sus resultados, tanto en el incremento de fiabilidad de las partes constructivas de mayor trascendencia como en el de la máquina completa. Concretamente, el presente artículo trata de la aplicación de la metodología desarrollada por Ideko con objeto de incrementar la fiabilidad de una gama de cabezales de fresadora.
Se puede afirmar que el cabezal es una de las partes más complejas, costosas y problemáticas, pero al mismo tiempo, es uno de los aspectos clave que permite diferenciar una fresadora de otra que sea competidora suya en el mercado. Teniendo en cuenta el alto nivel de exigencias tanto de la operación de fresado como de la demanda del mercado, los fabricantes de fresadoras se ven obligados a diseñar cabezales que ofrezcan importantes prestaciones en cuanto al trinomio par/potencia/revoluciones, que soporte el proceso de mecanizado sin un calentamiento excesivo, y finalmente, que ofrezca las garantías de un producto de una fiabilidad contrastada.

Dentro de la gama de cabezales seleccionados se consideran básicamente dos modelos de cabezal diferentes: los que llevan lubricación por grasa y los que disponen de lubricación por medio de aceite refrigerado.

Se define la fiabilidad de una máquina como la aptitud de una máquina, o de unos componentes, o de unos equipos, para desempeñar sin fallos una función determinada, en condiciones especificadas y durante un periodo de tiempo dado (según la norma EN 292/1). Uno de los conceptos que se utilizan para cuantificar la fiabilidad es la Tasa de Fallo (l), definida como el número de fallos por unidad de tiempo. La tasa de fallo es considerada constante sobre el "período de vida útil". Para aclarar este último concepto haría falta remitirse a la conocida como "curva de la bañera". En dicha curva, se representa la Tasa de Fallo (l) frente al tiempo, obteniéndose a rasgos generales, que esta tasa se mantiene prácticamente constante hasta un punto en el que, debido a la aparición de efectos de uso y desgastes, el componente empieza a originar más fallos y ser fuente de problemas.

Objetivos planteados

Los objetivos que a nivel cualitativo se plantean en el punto de partida de esta aplicación del análisis de fiabilidad en los cabezales de fresado, se pueden agrupar en los tres puntos que siguen a continuación:
  • Mejora del tiempo de funcionamiento, efecto directamente derivado de una reducción en el número de averías.
  • Reducción de los tiempos de parada y de intervención por averías.
  • Mejora de la tasa de calidad interna o bien reducción de gastos de no calidad.

Metodología utilizada

El análisis realizado se basa en la Metodología de Gestión y Mejora de Parámetros RAM (fiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad) en máquina-herramienta, desarrollada por IDEKO Centro Tecnológico (véase artículo "Gestión y Mejora de Parámetros RAM en el sector de Máquina Herramienta" publicado en el número de Enero-Febrero de 2002 de esta revista).

En primer lugar, se trata de analizar los fallos detectados en la explotación del producto, es decir, en las diversas aplicaciones industriales de los cabezales de fresado, con el objetivo de conocer la fiabilidad actual de los cabezales, e identificar componentes y modos de fallo críticos, así como posibles causas de fallo. Para realizar esta tarea es necesario estudiar los informes de mantenimiento preventivo y correctivo, analizar al detalle las reuniones mantenidas con técnicos de los departamentos del Servicio de Asistencia Técnica y de Oficina Técnica, y profundizar en la información existente sobre el funcionamiento de máquina en las empresas de los usuarios finales.

En base al procesamiento de la información mencionada, se obtienen unas gráficas que muestran los diagramas de frecuencia de componentes sustituidos en un cabezal (% de las veces de cada sustitución que corresponde a cada uno de los componentes identificados), bien porque hayan sido reparados o bien por tratarse de nuevos repuestos. Estos diagramas recogen la diferente casuística, tanto en los cabezales lubricados por grasa como en los lubricados por aceite refrigerado, pudiéndose realizar un diagnóstico de cuáles son los componentes más problemáticos, en cada caso.

Una vez definidas las acciones de mejora se asignan responsables y plazos para su implantación. En esta fase son los técnicos del fabricante de fresadoras los que toman parte activa
Seguidamente, mediante la aplicación de la herramienta de Análisis Funcional, se identifican, ordenan y valoran las funciones a cumplir por los cabezales desde el punto de vista del usuario, clasificándolas bien como funciones básicas bien como funciones de soporte, y refiriéndose en ambos casos a la función principal que se habrá definido anteriormente. Se analizan los componentes que intervienen en la realización de las funciones obtenidas desde un punto de vista técnico. En esta fase se identifican las primeras oportunidades de mejora optimizando las características de los componentes, en relación a las especificaciones de las funciones a cumplir.
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Se trata de una metodología aplicable tanto a nuevos productos como a productos existentes, si bien lo ideal es aplicarla en el momento de configuración de un nuevo producto.

Posteriormente, se representa el modo en el que se relacionan los componentes del cabezal mediante un diagrama de bloques. La relación entre los componentes es una relación en serie por lo que la tasa de fallos total del sistema será la suma de la tasa de fallos de los componentes que componen el sistema.

A partir de este momento, se ha preparado todo para la realización del AMFEC. Esta es la herramienta fundamental utilizada en el análisis de fiabilidad para analizar las incidencias ocurridas. La realización de los AMFEC se divide en dos fases:

1 Organizar la información existente de incidencias ocurridas (fallos), y así, identificar todas las posibles causas de fallo y los efectos que producen en los cabezales. En este punto cobra gran importancia identificar la causa última del problema, es decir analizar en qué período de vida del cabezal está el origen del problema: Diseño, Fabricación, Montaje, Puesta a punto, Mal uso, Desgaste, …

2 Evaluar la criticidad de cada una de las incidencias mediante los parámetros de Frecuencia (de la causa), Gravedad (del efecto) y Detección (del modo de fallo), a partir de los criterios más habituales utilizados en empresas del sector de Automoción.

Del análisis realizado, es necesario identificar el listado de puntos críticos, que se corresponde con aquellos de mayor índice de criticidad. La valoración realizada por parte del equipo de trabajo se ha llevado a cabo tomando como crítico el valor de IC ≥ 16, en base a la metodología establecida inicialmente.

Se define la fiabilidad de una máquina como la aptitud de una máquina, o de unos componentes, o de unos equipos, para desempeñar sin fallos una función determinada, en condiciones especificadas y durante un periodo de tiempo dado
En base a todo el estudio realizado hasta el momento y una vez identificados los puntos críticos, se trata de que a continuación se planteen acciones de mejora, con objeto de reducir la criticidad de los fallos o hasta solucionar los puntos problemáticos detectados. Para ello se identifican las causas raíces de fallo y se plantean acciones para eliminar o reducir los problemas. Las acciones planteadas dependen de la causa raíz pero pueden ser cambios de diseño, aseguramiento de la calidad en la fabricación, aseguramiento de la calidad en el montaje, optimización del rodaje de cabezales, análisis del mantenimiento óptimo,…

Una vez definidas las acciones se asignan responsables y plazos para su implantación. En esta fase son los propios técnicos de la empresa fabricante de fresadoras los que toman parte activa en el proyecto implicándose en la búsqueda de soluciones. Se pueden elaborar unas gráficas donde se muestra el porcentaje de acciones en función de la causa raíz, siendo conveniente la diferenciación según se trate de cabezales lubricados por grasa o lubricados por medio de aceite refrigerado.

Evaluación de mejora conseguida y resultados obtenidos

Una vez implantadas las acciones de mejora, el siguiente paso consiste en medir o cuantificar de alguna manera la mejora conseguida. Para ello, se analizan los datos de explotación en dos periodos de tiempo diferentes (antes y después de implantar las acciones), se aplica una tabla de ponderación con un nivel de confianza del 60% y se calcula su tasa de fallos (según la norma E41.50.515.G PSA Peugeot Citroen)
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Conclusiones derivadas de la implementación y acciones futuras

Del análisis realizado se pueden obtener las siguientes conclusiones:
  1. Se ha reducido la tasa de fallos en un 48% en el cabezal lubricado por grasa después de aplicar las acciones de mejora, sobre todo en aquellos componentes que más influencia tenían en las operaciones de mantenimiento realizadas.
  2. Las acciones de mejora implementadas tanto de diseño como de procesos pueden ser aplicadas a la restante gama de cabezales. La metodología aplicada se puede extender así mismo a otros grupos de máquina.
  3. Desde un punto de vista de mejora continua del producto es interesante el implantar una sistemática para recoger parámetros de funcionamiento de máquina en casa del cliente.
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Bibliografía y documentación utilizada

  • D17 Metodología de Gestión y Mejora de Parámetros RAM en Máquina Herramienta v2.0.
  • EN 292/1 Seguridad de las máquinas Conceptos básicos, principios generales para el diseño. Parte 1: terminología básica, metodología.
  • E41.50.515.G PSA PEUGEOT CITROEN Moyens de Production Fiabilite, maintenabilite disponibilite document de base pour conception
  • NSWC-88/LE1 Handbook of reliability prediction procedures for mechanical equipment

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