Confiabilidade de Equipamentos de Informática, Notas de estudo de Cultura

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Marco Aurélio da Cruz

CONFIABILIDADE DE EQUIPAMENTOS DE

INFORMÁTICA: estudo a partir de dados

de manutenção

Taubaté – SP

Marco Aurélio da Cruz

CONFIABILIDADE DE EQUIPAMENTOS DE

INFORMÁTICA: estudo a partir de dados

de manutenção

Monografia apresentada para obtenção do Certificado de Especialização pelo Curso de Pós-Graduação MBA em Gerência de Produção e Tecnologia do Departamento de Economia, Contabilidade e Administração da Universidade de Taubaté. Área de Concentração: Produção e Tecnologia Orientador: Prof. Dr. Marco Antonio Chamon

Taubaté – SP

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Marco Antonio Chamon pelo conhecimento passado e pela habilidade com a qual orientou e apoiou a elaboração desse trabalho.

Ao Sr. Gérson Gavazzi, da Daruma Telecomunicações e Informática S.A., por permitir a utilização dos dados e do nome da companhia na elaboração desse trabalho.

Aos meus amigos, da Daruma Telecomunicações e Informática S.A., Luciano Garcia Sanches, Marcos Rogério Ribeiro Campos, Ingrid Milena da Silva Rodrigues Ferreira e em especial ao Floriano Ribeiro de Souza e à Crizângela Belitardo Lopes, pelo auxílio na coleta e explicações dos dados utilizados nesse trabalho.

CRUZ, Marco Aurélio da. Confiabilidade de equipamentos de informática: estudo a partir de dados de manutenção. 2004. 63 f. Monografia (MBA em Gerência de Produção e Tecnologia) – Departamento de Economia, Contabilidade e Administração, Universidade de Taubaté, Taubaté.

RESUMO

Este trabalho apresenta a análise de confiabilidade e manutenibilidade de um acessório de informática - uma impressora fiscal - a partir de dados de fabricação e manutenção do produto. Trata-se de uma análise a posteriori , isto é, após a concepção e fabricação do equipamento. Escolhido um período para análise dos dados, e através de uma rastreabilidade dos números de série dos equipamentos que sofreram processo de manutenção, pode-se determinar qual é a data de produção e as datas de entrada e saída de manutenção de cada um deles. Dessa maneira, e de posse do volume total de equipamentos produzidos nesse período, obtém-se uma planilha na qual é possível se calcular a taxa de falha, o tempo médio entre falhas e o tempo médio para reparo do produto. A análise dos resultados verificou que, para o produto analisado, o tempo médio entre falhas encontra-se na mesma faixa de grandeza de produtos similares de outros fabricantes. Através dos índices de manutenibilidade percebe-se uma grande variância no tempo médio para reparo, indicando que alguma medida corretiva pode ser tomada pelo fabricante na tentativa de se homogeneizar esses tempos.

Palavras-chave: taxa de falha, confiabilidade, MTBF, MTTR.

SUMÁRIO

RESUMO ..........................................................................................................

ABSTRACT......................................................................................................

LISTA DE FIGURAS

• RESUMO ..........................................................................................................
• ABSTRACT......................................................................................................
• LISTA DE TABELAS .....................................................................................
• LISTA DE FIGURAS ......................................................................................
• 1 INTRODUÇÃO..........................................................................................
  • 1.1 APRESENTAÇÃO ...........................................................................................
  • 1.2 OBJETIVOS .....................................................................................................
  • 1.3 JUSTIFICATIVA .............................................................................................
  • 1.4 LIMITAÇÕES DO ESTUDO...........................................................................
  • 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO .....................................................................
• 2 CONFIABILIDADE: HISTÓRICO E CONCEITOS ...........................
  • 2.1 HISTÓRIA DA DEPENDABILIDADE...........................................................
    • 2.1.1 Início da Era Industrial até a Década de 1930 ...........................................
    • 2.1.2 Década de 1940..........................................................................................
    • 2.1.3 Década de 1950..........................................................................................
    • 2.1.4 Década de 1960..........................................................................................
    • 2.1.5 Décadas de 1970 e 1980 ............................................................................
    • 2.1.6 Década de 1990..........................................................................................
  • 2.2 PROBABILIDADE NA ENGENHARIA ........................................................
  • 2.3 DEFINIÇÃO DE CONFIABILIDADE............................................................
  • 2.4 DEPENDABILIDADE .....................................................................................
  • 2.5 FALHAS: DEFINIÇÕES E CLASSIFICAÇÕES ............................................
  • 2.6 SISTEMAS REPARÁVEIS E NÃO-REPARÁVEIS ......................................
  • 2.7 CONFIABILIDADE.........................................................................................
    • 2.7.1 Variáveis Aleatórias...................................................................................
      • Acumulada................................................................................................. 2.7.2 Função Densidade de Probabilidade e Função de Distribuição
    • 2.7.3 Caracterização da Confiabilidade ..............................................................
  • 2.8 TAXA DE FALHA...........................................................................................
  • 2.9 DISTRIBUIÇÕES UTILIZADAS EM CONFIABILIDADE ..........................
    • 2.9.1 Distribuição Exponencial...........................................................................
    • 2.9.2 Distribuição Normal ..................................................................................
    • 2.9.3 Distribuição Weibull ..................................................................................
  • 2.10 MANUTENIBILIDADE ..................................................................................
  • 2.11 DISPONIBILIDADE........................................................................................
• 3 GERENCIANDO A CONFIABILIDADE ..............................................
  • 3.1 OBJETIVOS DA CONFIABILIDADE............................................................
  • 3.2 POLÍTICAS DA CONFIABILIDADE.............................................................
  • 3.3 FUNÇÕES RELACIONADAS COM CONFIABILIDADE ...........................
  • 3.4 IMPACTO DA CONFIABILIDADE NO CUSTO DA QUALIDADE...........
  • 3.5 FALHAS COMO UMA OPORTUNIDADE ...................................................
  • 3.6 ANÁLISE DE FALHAS...................................................................................
    • 3.6.1 FMEA/FMECA .........................................................................................
    • 3.6.2 Árvore de Falha .........................................................................................
  • 3.7 CAUSAS DE FALHAS EM SISTEMAS ELETRÔNICOS ............................
• 4 METODOLOGIA......................................................................................
• 5 ESTUDO DE CASO ..................................................................................
  • 5.1 IMPRESSORA FISCAL...................................................................................
  • 5.2 A EMPRESA ....................................................................................................
  • 5.3 CONTROLE DOS DADOS .............................................................................
• 6 RESULTADOS E DISCUSSÃO...............................................................
  • 6.1 CÁLCULO DA TAXA DE FALHA ................................................................
  • 6.2 CÁLCULO DO TEMPO MÉDIO ENTRE FALHAS (MTBF) .......................
  • 6.3 CÁLCULO DA CONFIABILIDADE ..............................................................
  • 6.4 CÁLCULO DO TEMPO MÉDIO PARA REPARO (MTTR) .........................
  • 6.5 CÁLCULO DA DISPONIBILIDADE .............................................................
• 7 CONCLUSÕES..........................................................................................
• REFERÊNCIAS .............................................................................................
• Figura 1 – Taxa de falha dependente do tempo ..............................................................
• Figura 2 – Classificação das falhas .................................................................................
• Figura 3 – Exemplo de uma função densidade de probabilidade (PDF) ........................
• Figura 4 – Relação entre PDF e CDF..............................................................................
• Figura 5 – Distribuição exponencial ...............................................................................
• Figura 6 – Distribuição Normal ......................................................................................
• Figura 7 – Distribuição Weibull ......................................................................................
• Figura 8 – Relação entre a confiabilidade, manutenibilidade e disponibilidade.............
• Figura 9 – Interação das atividades no planejamento de um produto .............................
• Figura 10 – Circuito elétrico ilustrativo para execução de uma FMEA .........................
• Figura 11 – Exemplo de uma FMEA ..............................................................................
• Figura 12 – Simbologia utilizada na árvore de falhas.....................................................
• Figura 13 – Circuito elétrico ilustrativo para a construção de uma árvore de falhas......
• Figura 14 – Exemplo de uma árvore de falhas................................................................
• Figura 15 – Produção mensal do equipamento ...............................................................
• Figura 16 – Distribuição do tempo de reparo por equipamento......................................
• Figura 17 – Curva da manutenibilidade ..........................................................................

1 INTRODUÇÃO..........................................................................................

1.1 APRESENTAÇÃO

A introdução de novas tecnologias, o aumento da competição e a disputa por novos mercados, e a flexibilização das relações trabalhistas, têm provocado nos últimos anos grandes mudanças no ambiente industrial e lançado as empresas numa incessante busca por qualidade e produtividade. Portanto, é nesse cenário que a confiabilidade adquire um alto grau de importância, pois além de contribuir para a melhoria da qualidade do produto, colabora para o aumento da produtividade e da competitividade da empresa, influindo diretamente na redução dos custos de retrabalho, correções de projeto e de pós-venda. A confiabilidade de um produto ou serviço está diretamente associada às necessidades básicas dos consumidores. Ela é capaz de influenciar a percepção e a avaliação que os consumidores terão sobre a qualidade de determinado produto ou serviço. A confiabilidade dará ao consumidor a garantia de que aquele produto ou serviço por ele adquirido exercerá as funções, no mínimo, da maneira esperada, podendo até mesmo superar as expectativas que ele viesse a ter. A confiabilidade pode associar a sua marca a um conceito amplo de qualidade. As falhas em equipamentos podem representar grandes perdas econômicas e, em muitos casos, comprometimento significativo para a imagem da empresa. Para uma indústria, à medida que os produtos são desenvolvidos com prazos reduzidos e pressão por custos cada vez menores, conhecer ou estimar a confiabilidade de determinado produto é de fundamental importância para a sua competitividade, pois através desses dados o fabricante poderá estimar o maior prazo de garantia possível, sem que os custos envolvidos com reparos, que possam vir a ocorrer nessa época, tragam prejuízo ao mesmo. Segundo Vollertt Jr. (1996, p. 16), “as várias técnicas de confiabilidade, que são aplicadas durante todo o ciclo de vida do produto, existem a fim de evitar que falhas ocorram quando o produto está na mão do usuário (campo)”. Ainda, de acordo com o autor, o fato de aplicá-las não elimina a possibilidade de que elas ocorram, pois não é possível predizer com certeza quais são todos os fatores que podem levá-las a ocorrer.

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valor de um equipamento desse tipo, é primordial que o fabricante desenvolva seu equipamento o mais confiável possível, pois os custos envolvidos com garantias e equipamentos parados podem trazer grandes prejuízos tanto para o comerciante quanto para o fabricante do equipamento. Além disso, se uma grande rede varejista possuir equipamentos pouco confiáveis, fatalmente quando ocorrer uma futura expansão da rede de lojas, eles irão preterir determinada marca em prol de outra mais confiável, e dificilmente o antigo fabricante conseguirá vender novamente seus equipamentos para aquela rede.

1.4 LIMITAÇÕES DO ESTUDO

O presente trabalho estará limitado a dados de arquivo do fabricante, de maneira que será feita uma estimativa a posteriori da confiabilidade, ou seja, após a observação dos dados empíricos. Dessa maneira, estudos da confiabilidade de componentes eletrônicos e mecânicos de maneira individual, não serão feitos para se estimar qual seria a confiabilidade do produto. O estudo será limitado a um único modelo de equipamento, não sendo possível uma generalização para outras famílias de impressoras da companhia. Também não será objeto desse trabalho a questão da confiabilidade de software no chamado software básico do equipamento. Como esse tipo de equipamento possui um microprocessador que controla o funcionamento da máquina e executa as operações de controle fiscal, é necessário desenvolver, normalmente através de linguagem de programação de alto nível, um software que é armazenado em uma memória eletrônica do tipo permanente. O funcionamento desse software é sujeito a um roteiro de análise pelas autoridades competentes para verificar se o equipamento está cumprindo o que determina a legislação. Uma falha nesse software , que pode acontecer em alguma condição não testada pelo fabricante ou pelo roteiro, pode até mesmo deixar o equipamento inoperante, como ocorrido recentemente com um fabricante, em que o equipamento ficou fora de operação na passagem do ano de 2003 para 2004.

1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO

Este trabalho foi organizado em seis capítulos, distribuídos conforme descrição que segue. No capítulo 2 é mostrado um histórico da confiabilidade desde o início da Era

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Industrial até a época atual. Esse capítulo também apresenta os principais índices de confiabilidade e também como calculá-los, bem como os conceitos e forma de cálculo da manutenibilidade e da disponibilidade. O capítulo 3 traz conceitos relacionados à administração da confiabilidade, mostrando quais são os seus objetivos, seus impactos e os motivos pelos quais uma empresa deve adotar a cultura da confiabilidade nos seus processos. Também são apresentadas metodologias para se prevenir e eliminar possíveis causas de falhas em produtos. O capítulo 4 apresenta a técnica de pesquisa adotada para o levantamento dos dados e a maneira pela qual esses dados foram tratados para se obter os índices de confiabilidade. O capítulo 5 destina-se à apresentação do produto impressora fiscal e sua finalidade e uma breve descrição do fabricante do equipamento. Na seqüência são mostrados os dados coletados para os cálculos dos índices de confiabilidade do produto. No capítulo 6 são efetuados os cálculos dos índices de confiabilidade, de acordo com os conceitos apresentados no capítulo 2, e também são feitos alguns comentários acerca dos valores encontrados. As considerações finais são apresentadas no capítulo 7, bem como algumas conclusões e recomendações sobre a aplicabilidade desse trabalho.

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2.1.2 Década de 1940

As primeiras ferramentas e modelos de confiabilidade surgiram na Alemanha durante o desenvolvimento do projeto do míssil V1. A idéia geral que se tinha era de que a confiabilidade de um sistema, dentro de certa extensão, seria igual à média da confiabilidade de todas as partes constituintes desse sistema. Mas os testes revelaram que ela era na verdade muito pior que a sua média (VILLEMEUR, 1992). Por meio de demonstrações matemáticas, nasceu, então, a fórmula de confiabilidade para sistemas em série, conhecida como Lei de Lusser, que diz que a confiabilidade dos componentes deve exceder em muito a confiabilidade requerida para o sistema (VILLEMEUR, 1992). Enquanto isso, nos Estados Unidos, esforços para melhorar a confiabilidade estavam focados especialmente na melhoria da qualidade, onde dois requisitos especiais receberam maior atenção: equipamentos mais robustos e melhor projetados, bem como controles para aumentar a vida útil de um componente ou sistema. Dessa maneira, consideráveis progressos foram alcançados através da melhoria da qualidade e do controle de qualidade. Cursos, livros e técnicas estatísticas cresceram em número nessa época (VILLEMEUR, 1992).

2.1.3 Década de 1950

“A confiabilidade, como um ramo da engenharia, nasceu nos Estados Unidos nessa época devido ao desenvolvimento da eletrônica” (VILLEMEUR, 1992, p. 6). A crescente complexidade dos sistemas eletrônicos, especialmente os utilizados nos equipamentos militares, foi responsável por grandes taxas de falhas e significantes diminuições da disponibilidade desses equipamentos. Também os custos para diagnóstico e reparo desses dispositivos estavam se tornando cada vez maiores (VILLEMEUR, 1992). Esses fatos levaram o Departamento de Defesa Americano e as indústrias eletrônicas da época a criarem um grupo de pesquisa para conduzir estudos sobre confiabilidade. Pouco a pouco, a idéia que foi se formando é que, é mais sensato projetar um equipamento confiável do que esperar por falhas e necessitar consertá-lo posteriormente. Foi sugerido que novos equipamentos deveriam ser testados por horas nos mais diversos ambientes (temperaturas elevadas e baixas, vibrações, entre outros), de modo que os pontos fracos dos mesmos fossem corrigidos antes do início da

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produção em massa (VILLEMEUR, 1992). Esse grupo também alertou para dois fatos principais: 1) a confiabilidade deveria ser demonstrada e que o tempo médio entre falhas (MTBF) fosse computado, bem como o seu intervalo de confiança; 2) que o MTBF atual deveria ser descoberto para exceder o MTBF exigido (VILLEMEUR, 1992). Nessa década muitos trabalhos pioneiros na disciplina de confiabilidade foram desenvolvidos, tais como (DENSON, 1998):

• Esforços para melhorar a confiabilidade através de dados coletados e design;
• O estabelecimento de programas de confiabilidade;
• Simpósios dedicados à engenharia de qualidade e confiabilidade;
• O desenvolvimento de técnicas estatísticas, como, por exemplo, a distribuição de Weibull ;
• Os US Military Handbooks , que serviram como guia na aplicação confiável de componentes eletrônicos. Outro fato bastante marcante nessa época foram os primeiros trabalhos na área de previsão quantitativa da confiabilidade. Em 1956 a empresa americana RCA lançou o relatório TR-1100, “ Reliability Stress Analysis for Eletronic Equipment ”, que apresentou os modelos matemáticos para a estimativa das taxas de falhas de componentes eletrônicos. Esse relatório mostrava as dificuldades associadas com a correlação estatística entre causa e efeito. Esse relatório foi o precursor do Military Handbook MH-217 (DENSON, 1998). Também apareceram os primeiros esforços para se compreender e prevenir os erros humanos responsáveis pelas falhas nos sistemas (VILLEMEUR, 1992).

2.1.4 Década de 1960

Nessa época houve um grande desenvolvimento de novas técnicas e aplicações relacionadas à confiabilidade. As primeiras análises de falhas de componentes e suas implicações no desempenho dos sistemas e na segurança das peças e pessoas foram desenvolvidas, e encontraram rápida aplicação na indústria aeronáutica e espacial. (VILLEMEUR, 1992). A análise de falhas preditiva também destacou-se, principalmente no campo das armas nucleares. Destacou-se, também, o desenvolvimento dos conceitos da árvore de falhas e do FMEA ( Failure Mode and Effects Analysis ), sendo novamente a indústria

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2.1.5 Décadas de 1970 e 1980

“Nessa época a indústria nuclear desempenhou um grande papel com as inovações introduzidas com os métodos de prognósticos de riscos industriais” (VILLEMEUR, 1992, p. 10). Um grande número de cenários de acidentes foram considerados nesses estudos, cobrindo desde falhas de componentes e erros de operadores e manutenção de reatores nucleares, e que poderiam vir a acarretar um vazamento de material radioativo para as populações vizinhas. Esses estudos foram desenvolvidos para avaliar tais riscos e desse modo, tranqüilizar os crescentes movimentos ambientalistas nos Estados Unidos. Outro objetivo foi o de hierarquizar os problemas de segurança, identificando os pontos fracos e fortes dessas instalações (VILLEMEUR, 1992). Apesar da falta de consenso entre vários especialistas em relação à aplicabilidade e à complexidade desses estudos, no início da década de 1980 eles começaram a ser aplicados, lenta e progressivamente, nas mais diversas áreas, tais como indústrias petrolíferas, químicas, automotivas, tratamento de efluentes, estradas de ferro, entre outros. Confiabilidade probabilística, disponibilidade e critérios de segurança começaram a ser utilizados, fosse para obedecer a legislação ou apenas como metas impostas às equipes de projetistas (VILLEMEUR, 1992). No início da década de 1970 têm início os primeiros estudos sobre a confiabilidade de software. Também são introduzidas novas técnicas nas indústrias de bens de consumo com o objetivo de se melhorar a qualidade e a confiabilidade dos seus produtos. Nas indústrias japonesas surgem os primeiros círculos da qualidade, visando primeiramente a solução de problemas relacionados à qualidade, e também de problemas relacionados à segurança, produtividade e condições de trabalho (VILLEMEUR, 1992). Em 1965 a IEC criou o Comitê Técnico nº 56 para preparar recomendações internacionais a respeito da confiabilidade de componentes eletrônicos e equipamentos. Esse comitê iniciou suas atividades com o trivial nome de Confiabilidade de Componentes Eletrônicos e Equipamentos, até que, em 1974, interessado também em manutenibilidade, mudou seu nome para Confiabilidade e Manutenibilidade. Para enfatizar ainda mais o nome, o comitê foi renomeado, em 1990, para Dependabilidade, finalizando desse modo a solidificação desse conceito surgido no início da década de 1980 (VILLEMEUR, 1992).

19 As recomendações publicadas pela IEC, afiliada da ISO ( International Organization for Standardization ), ganharam o status de normas internacionais em 1976, o que representa um consenso internacional em relação aos assuntos relacionados (VILLEMEUR, 1992). “Desse modo, na década de 1980, as técnicas de confiabilidade, disponibilidade, manutenibilidade e segurança tendem a ser adotadas em larga escala, por um lado, para controlar e gerenciar os principais riscos industriais, e por outro lado, para o desenvolvimento de bens de consumo” (VILLEMEUR, 1992, p. 13). As preocupações dos engenheiros, antes limitadas à confiabilidade e à segurança, passaram a englobar também a disponibilidade e a manutenibilidade, o que levou ao nascimento de uma nova disciplina na engenharia chamada de Dependabilidade (VILLEMEUR, 1992). Na década de 1980 outras agências desenvolveram modelos de previsão da confiabilidade, de acordo com as necessidades de suas indústrias, como, por exemplo, a SAE ( Society of Automotive Engineers ), que estabeleceu um conjunto de modelos específicos para a eletrônica automotiva, pois ela acreditava que não existia nenhuma metodologia que se aplicasse para o nível específico de qualidade e ambiente das aplicações automotivas (DENSON, 1998).

2.1.6 Década de 1990

Nessa época a chave da discussão estava relacionada à forma de aquisição dos dados. A premissa dos métodos tradicionais, como, por exemplo, o MH-217, é de que a taxa de falha é determinada primeiramente pelos componentes que compõem o sistema. Nas décadas de 1960 e 1970 essa premissa era bastante razoável, pois os componentes possuíam alto índice de falhas e os sistemas não eram tão complexos como os atuais. O aumento da complexidade dos sistemas e da qualidade dos componentes transferiu as causas de falhas dos sistemas para fatores que incluem a manufatura, o design, os requisitos do sistema, interfaces e softwares. Historicamente, esses fatores não eram explicitamente abordados nos métodos de prognóstico (DENSON, 1998).

2.2 PROBABILIDADE NA ENGENHARIA

Segundo Smith (1976), a palavra probabilidade é aceita com certo ceticismo na engenharia, pois ela se autodefine como uma ciência exata, apesar de valer-se bastante