Edição 16, Junho 2006

Modelando Inspeções Periódicas e Antecipando Falhas com o BlockSim

Para melhorar a disponibilidade, integridade, produtividade e a segurança, muitas organizações executam um monitoramento regular nas partes críticas do sistema, possibilitando um retorno sobre o status do equipamento e o tempo excedente de degradação antes de alcançar a falha. Isto permite uma resposta rápida sobre os distúrbios e a ajuda evitar paradas não programadas ou problemas de segurança.

Há uma tendência de aumento na introdução de técnicas modernas para detecção de falhas prematuras e censuras em projetos de centros de controles avançados em várias aplicações, tais como manufatura, navios da marinha, processos da indústria e plantas nucleares. O papel destes sistemas computadorizados é detectar falhas e desempenhos de degradação e alertar os operadores às anomalias no sistema para ajudar-lhes controlar tão rapidamente os problemas como possível com mínimas conseqüências adversas. Este exemplo apresenta uma aproximação para modelo de monitoração periódica de um sistema e a detecção antecipada de falhas, usando o BlockSim.

Vamos considerar o exemplo de um sistema com parada programada em um sistema de controle de uma planta de poder nuclear. O diagrama de bloco de confiabilidade (RBD) do sistema, de forma simplificada, é mostrado a seguir.

Os canais são representados pelo seguinte RBD.

O componente Reator do sistema é considerado como sendo um componente crítico que necessita de monitoração regular e uma melhor visibilidade para permitir a detecção prévia da degradação que indica uma falha iminente. A tabela a seguir resume as distribuições de falha e as distribuições de reparo e o custo de reparo para os blocos dos dois RBDs acima.

Sensores são usados nos Reatores para detectar a degradação em seus parâmetros. Os sensores monitoram diariamente o Reator. No BlockSim, isto pode ser modelado usando Inspection Policy clicando em Create New Inspection Policy no botão ,  que fica na caixa Inspection em Block Properties do Reator, selecionando Upon fixed time interval based on: e System Age basta entrar com o valor que representa a freqüência de inspeção (cada 24h) dos sensores.

A implementação de um sensor no sistema, pode detectar a degradação do reator e predizer quando a falha estiver próxima de ocorrer. A sensibilidade do sensor é estimada em 90% para o tempo até a falha, isto é, aproximadamente 90% do tempo até a falha, o impedimento da falha é detectado. Isto é quantificado no BlockSim usando o Failure Detection Threshold (FDT), que é um número entre 0 e 1 que indica a porcentagem de vida de um item que deve decorrer antes que a ocorrência da próxima falha possa ser detectada. Por exemplo, se o FDT é 0.9 e o item irá falhar com 1000 dias, a falha será detectada em 900 dais. Note que, mesmo o sensor medindo a degradação, o ponto inicial para provocar uma manutenção preventiva no BlockSim está baseada em tempos de falhas simuladas. Da relação entre tempo e degradação, o ponto inicial de degradação pode ser transferido para o tempo inicial provocado. O Failure Detection Threshold (FDT) esta localizado no aba da Inspection do Block Properties do Reator, com mostrado na próxima figura.

Quando uma falha é antecipada, o controlador emite uma ordem aos operadores do local para executar uma ação preventiva. O custo e o tempo preventivo do reparo são descritos na seguinte tabela.

Este planejamento da inspeção preventiva é definido no BlockSim clicando no botão  , Create New Preventive Action Policy, e configurando a nova Preventive Action Policy apropriada. Faça as seleções como mostradas nas duas telas seguintes:

Geralmente, as manutenções preventivas são executados em uma base regular (baseado na idade do item ou na idade do sistema) ou quando o sistema está parado. Neste exemplo, nenhum destes tipos da manutenção preventiva é executada. Na figura acima, a manutenção de um outro item do grupo foi selecionada (Upon Maintenance of another Group Item); entretanto, desde que nenhum grupo de blocos foi criado neste RBD, esta seleção não terá uma influência na análise. O objetivo desta política da manutenção preventiva é associar uma ação preventiva de reparo ao tempo em que o ponto inicial da detecção de falha é alcançado.

Se o plano de inspeção não for implementado (isto é, nenhuma configuração for feita na aba Preventive ou na Inspection nas propriedades do bloco reator), então por 5 anos (43,800h) de operação, a disponibilidade média é estimada em 0.9951 e o custo de manutenção parada programada do sistema é $2.581.671 como mostrado em seguida no sumário dos resultados da simulação.

Antes da simulação é configurado a entrada das paradas programadas de preventivas e inspeções, o reator (um reator) é simulado por 5 anos de operação. O sumário seguinte é uma visão geral dos resultados da simulação do reator se o plano regular de inspeção for executado.

A tabela acima indica que aproximadamente 5 manutenções preventivas executadas são esperadas (baseado na detecção prévia das falhas). O sistema é simulado por 5 anos de operação.

O sumário seguinte é uma visão geral do desempenho do sistema com os ajustes da inspeção e preventiva do reator.

A tabela acima mostra que por 5 anos de operação, a disponibilidade média é estimada em 0.9997 e o custo de manutenção e de parada programada é $183.153 + $500.000 = $683.153 (após ter adicionado os equipamentos de sensor e computado os custos do sistema) que é uma principal melhoria comparada aos resultados obtidos se nenhuma inspeção e manutenção preventiva for executada em cada reator. A tabela seguinte resume a comparação da análise  entre implementar o plano de inspeção e não implementar.

O gráfico seguinte é um gráfico com os valores DECI (Downing Event Criticality Index) dos componentes, que é obtido do número de eventos que o componente trouxe a parada do sistema divididos pelo número de falhas de sistema.

No próximo gráfico são mostrados os valores FCI (Failure Criticality Index) dos componentes, que é obtido do número de falha dos componentes dividido pelo número de falhas de sistema.

Estes dois gráficos mostram que mesmo o componente reator tendo uma confiabilidade menor em comparação com os outros componentes do sistema, sua contribuição à desconfiabilidade (unreliability) total do sistema não é significativa, que é devido principalmente às manutenções  preventivas que são executadas uma vez que a falha do reator é antecipada. Esta análise ilustra o benefício de executar políticas regulares de inspeção e as grandes vantagens de ganho quando as falhas podem ser antecipadas e tratadas dentro de uma forma oportuna.

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