Uma contribuição para a análise da confiabilidade de sistemas redundantes com inspeção periódica

Abstract

Sistemas redundantes sujeitos à inspeção periódica são amplamente utilizados nas indústrias, especialmente naqueles processos que envolvem alto risco operacional. Inspeções periódicas são realizadas a fim de identificar e recuperar eventuais falhas de componentes antes da falha do sistema. Inspeções frequentes melhoram a confiabilidade e disponibilidade do sistema, mas envolvem maiores custos de manutenção preventiva. Por outro lado, períodos longos entre inspeções diminuem os custos com inspeções, mas aumentam os riscos de falha do sistema. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho é a análise de confiabilidade e a otimização do intervalo entre inspeções de sistemas redundantes sujeitos a inspeções periódicas, a fim de garantir a confiabilidade desejada, juntamente com o menor custo possível. Para analisar a confiabilidade de sistemas redundantes aplicados na prática, inicialmente é realizada uma pesquisa para a identificação dos tipos e características de sistemas redundantes utilizados pelas empresas e dos métodos empregados para a manutenção desses sistemas. Identificadas suas deficiências, um modelo inicial de fácil aplicação que melhore a confiabilidade dos sistemas redundantes estudados é determinado. Na sequência, são desenvolvidos modelos mais sofisticados para a otimização do intervalo entre inspeções, através da minimização dos custos totais envolvidos na manutenção, a fim de garantir a competitividade do processo sem sacrificar a sua confiabilidade. Visto que o reparo imediato é uma suposição que não reflete totalmente a realidade, a próxima etapa envolve a consideração do tempo de reparo para a incrementação do modelo. Por fim, o aprimoramento do modelo envolve a introdução de degradação nos componentes do sistema, que passam a envelhecer com o tempo, aumentando sua taxa de falha. Como resultados têm-se: a elaboração de um quadro comparativo de tipos de redundâncias e métodos de análise de confiabilidade e gestão da manutenção utilizados e recomendados, o desenvolvimento de tabelas e gráficos de simples utilização que permitem a determinação do intervalo entre inspeções mais adequado e o desenvolvimento de um método para otimização do intervalo entre inspeções de sistemas com e sem tempo de reparo e que sofrem ou não degradação, através da minimização dos custos totais de manutenção.

Redundant systems subject to periodic inspections are utilized to decrease high levels of operational risk across different industries. Periodic inspections are utilized to identify and rectify component failures before complete system failure. Frequent inspections improve the system reliability and availability, but require higher preventive maintenance costs. On the other hand, long periods between inspections decrease inspection costs while also increasing the risk of system failure. The main objective of this thesis is to optimize the time intervals between periodic inspections of redundant systems to ensure the required reliability at the lowest cost possible. To analyze the reliability of redundant systems used in real situations, interviews were conducted with maintenance managers from industry leading companies. These interviews identified the types, characteristics, and maintenance methods of the redundant systems that are actually used at these firms. Once their deficiencies were identified, an initial model to improve the redundant system’s reliability was created. Next, more sophisticated models were developed to optimize the time interval between inspections which minimized maintenance costs. Given that instantaneous repair cannot be assumed in many situations, the next step integrated time to repair into the model as a random variable. Finally, the model was further improved by taking into consideration systems comprised of components that degrade over time, thus increasing their failure rate. Redundant systems subject to periodic inspections are utilized to decrease high levels of operational risk across different industries. Periodic inspections are utilized to identify and rectify component failures before complete system failure. Frequent inspections improve the system reliability and availability, but require higher preventive maintenance costs. On the other hand, long periods between inspections decrease inspection costs while also increasing the risk of system failure. The main objective of this thesis is to optimize the time intervals between periodic inspections of redundant systems to ensure the required reliability at the lowest cost possible. To analyze the reliability of redundant systems used in real situations, interviews were conducted with maintenance managers from industry leading companies. These interviews identified the types, characteristics, and maintenance methods of the redundant systems that are actually used at these firms. Once their deficiencies were identified, an initial model to improve the redundant system’s reliability was created. Next, more sophisticated models were developed to optimize the time interval between inspections which minimized maintenance costs. Given that instantaneous repair cannot be assumed in many situations, the next step integrated time to repair into the model as a random variable. Finally, the model was further improved by taking into consideration systems comprised of components that degrade over time, thus increasing their failure rate