Edição 20, Outubro 2006

Estimando a Disponibilidade com Simulação  

A Disponibilidade é uma medida que combina os conceitos de confiabilidade e de mantenabilidade. A Disponibilidade fornece a probabilidade de uma unidade estar disponível - não estar quebrada e não estar sob ação de reparo - quando solicitada para o uso. As indústrias que contam com determinadas peças chaves no equipamento têm um grande interesse em conseguir e poder modelar a disponibilidade destas máquinas. Fazendo com que os clientes dos fabricantes de sistemas reparáveis, tenham um grande interesse na disponibilidade dos produtos que estão comprando. A estimação da disponibilidade é feita mais freqüentemente com simulação. Neste artigo, nós mostraremos a maneira que o software BlockSim da ReliaSoft conduz a simulação da disponibilidade.

O BlockSim utiliza o método da simulação para estimar a disponibilidade do sistema e as medidas associadas. Isto inclui o número de falhas previstas, o número de ações previstas de manutenção, etc.. O processo de estimação envolve em sintetizar o processo do desempenho do sistema num número dado de funcionamento ou de laços da simulação. Cada laço emula como o sistema pôde executar na vida real baseando-se nas propriedades especificadas de falha e de funcionamento do sistema. Estas propriedades consistem nas inter-relações entre os componentes, como definidas no diagrama de bloco de confiabilidade (RBD), falha, reparo, e as propriedades quantitativa correspondentes da manutenção para cada componente.

Por exemplo, suponha que nós desejamos determinar a disponibilidade de um sistema complexo sobre o período de um ano. Um modelo para simulação do sistema poderia ser desenvolvido para emular as falhas aleatórias e os tempos de reparo dos componentes no sistema, assim criando um retrato mostrando o estado do tempo ativo e inativo do sistema, similar à figura seguinte. 

Para um dado tempo da operação, o tempo até a falha, se necessário, o tempo até o reparo, são gerados aleatoriamente. Se o componente ou os componentes que falham nesse período de tempo é vital à operação do sistema, o sistema é dito como inativo. Este processo é repetido para um número especificado de iterações e o resultado é a média calculada para o modelo geral desenvolvido da disponibilidade do sistema.

O processo será ilustrado com um simples exemplo de um sistema reparável com um componente. A distribuição de falha do componente é dada por uma distribuição Weibull de dois parâmetros, com parâmetro de forma = 1,5 e o parâmetro de escala = 150 horas. A distribuição de reparo é uma distribuição normal com = 5 horas e = 2 horas. Nós não trataremos dos conceitos "avançados" tais como a manutenção preventiva ou tempos logístico adicionais.

No BlockSim, o usuário deve entrar com o número de "loops" para realizar simulação na janela Maintainability/Availability Simulation. (Note que o número de "loops" internos e externos é irrelevante para simulação de mantenabilidade; a simulação da mantenabilidade é concernida somente com o número total dos "loops".) Por exemplo, nós escolheremos apenas dez "loops" por causa da simplicidade. Em aplicações práticas, é sempre melhor e mais indicado ter um número elevado dos "loops" a fim obter uma simulação mais exata. É requerido ao usuário também, entrar com um tempo final da operação. Por exemplo, nós escolheremos 100 horas como nosso tempo do fim da operação.

Com a entrada destas informações, a simulação pode começar. Em cada loop, o simulador gera uma falha aleatória, usando-se do método de Monte Carlo, baseando na distribuição de falha para o componente. Haverá somente um tempo de falha para este sistema, pois ele consiste em somente um componente. Este tempo de falha é comparado ao tempo do fim da operação. Se o tempo de falha for maior do que o tempo do fim da operação, o loop será considerado como excedente e nenhum tempo de downtime é registrado para esse loop. Se o tempo de falha aleatória for menor do que o tempo do fim da operação, uma falha está registrada de encontro ao componente e, se a falha do componente resultar em uma falha do sistema, de encontro ao sistema também. Em nosso exemplo, uma falha do componente é equivalente a uma falha do sistema. Neste momento, um tempo de reparo é gerado baseando-se na distribuição de reparo do componente. Isto é registrado como tempo inativo do componente e/ou do sistema. As falhas acumuladas pelo componente nestas circunstâncias equivalente a vida é a soma do tempo de falha e tempo de reparo. Se esta soma, ou o tempo decorrido, for menor do que o tempo do fim da operação, um outro tempo de falha aleatória está gerada. Se este novo tempo de falha for menor do que o tempo restante (tempo do fim da operação), um outro tempo de reparo será registrado, e assim por diante. Esse processo de repetição de falha e de reparo decorre o quanto necessário para encontrar-se com ou exceder o tempo do final da operação do sistema, e o tempo indisponível e o número total das falhas para os loops são registrados.

Esse processo é repetido para cada loop, e o tempo de operação para cada loop (tempo final de operação menos o tempo indisponível) é calculado. No fim de todos os loops da simulação, o tempo indisponível é medido e dividido pelo tempo total da operação para determinar a disponibilidade média. A disponibilidade pontual é determinada dividindo o número total da época que o sistema estava operando até o final de cada loop pelo número de loop. 

Embora esta descrição possa parecer um pouco complexa, o processo pode ser esclarecido através deste exemplo pelo de loop e calculando os resultados.

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