Diseño y aplicación de un análisis de criticidad, interpretación de resultados y planes de acción sugeridos

El presente artículo propone la novedosa aplicación de una Metodología conocida como “Análisis de Criticidad”, como una herramienta para establecer jerarquías o prioridades de instalaciones, sistemas, equipos y dispositivos, de acuerdo con su contribución al riesgo total asociado a un proceso o negocio, generando una estructura que facilita la toma de decisiones y el direccionamiento del esfuerzo y los recursos en las áreas y situaciones con base en el impacto sobre el negocio. Esta aplicación es el resultado de la combinación de los mejores aspectos técnicos del estándar Noruego Norzok Z-008 “Criticality analysis for maintenance purposes”, la norma MIL-STD-882D “Standard Practice for System Safety”, y el método de Ciliberti “Establishing Mechanical Integrity of Process Equipment using a Criticality Based Maintenance Program”.

Esta metodología propuesta establece la determinación de un valor de riesgo semicuantitativo, representado por la composición de dos matrices de riesgo: en la primera, se evalúa el impacto de la falla del equipo en seguridad, calidad y medio ambiente; mientras que, en la segunda matriz, se evalúa el valor de riesgo según el impacto financiero en el proceso productivo. Se ilustrarán algunos ejemplos de los resultados obtenidos en una aplicación para equipos industriales; así como los planes de acción requeridos para reducir o mitigar el nivel de criticidad o riesgo. Este modelo es aplicable y se puede adaptar a cualquier industria. El mismo permite obtener resultados en un corto plazo para jerarquizar los activos de un proceso productivo y establecer las acciones requeridas, de acuerdo con el nivel de riesgo de cada equipo, lo cual permite la optimización de los recursos financieros de la organización obteniendo una mejor rentabilidad del negocio.

1. Análisis de criticidad

El análisis de criticidad consiste en una metodología semicuantitativa de análisis de riesgo de los activos con base en el impacto individual en producción, seguridad, calidad del producto, ambiente, y/o cualquier otro rubro que se considere pertinente en el contexto organizacional, al ocurrir un evento no deseado o falla del mismo; lo que nos permite jerarquizar los activos con base en dichos impactos, generalmente representado en matrices de criticidad.

En dichas matrices de criticidad se evalúa el riesgo con base a la ecuación que lo representa por definición:

Riesgo = Probabilidad x Consecuencia (Ec. 1)

Donde, la Probabilidad está representada por la frecuencia en la que se presenta el evento no deseado o falla del equipo, en este caso refiriéndose a la falla total del mismo. Mientras que la Consecuencia se refiere al impacto como producto de la falla.

El riesgo, al ser representado por matrices de criticidad semicuantitativas, implica que ambas variables se evalúan en rangos de valores.

Para el método diseñado en este caso de estudio se seleccionaron las matrices que se muestran en la Figura 1.

Esto nos permite evaluar en la misma relevancia el impacto de la falla de un activo en las áreas de calidad, seguridad y ambiente (QSE, por sus siglas en inglés) y en el área de producción. Por lo tanto, si el activo genera un alto impacto en QSE y/o en producción, el resultado final será un activo altamente crítico.

2. Alcance

Con la finalidad de llevar a cabo el análisis de criticidad, en primer lugar, se deben listar los sistemas/equipos a evaluar y delimitar el estudio. Para ello se deben seleccionar los sistemas relevantes que impactan los procesos productivos, la seguridad de las personas/activos, la calidad del producto y/o el ambiente. Es importante resaltar que, si en el análisis particular de la organización se considera algún otro segmento para la evaluación; los sistemas cuyas fallas afecten dicho segmento deben ser considerados.

Por otro lado, se debe delimitar el análisis en cuanto a si se estimará la criticidad a los equipos principales, o por el contrario, se llegará hasta el ítem mantenible. Esta decisión dependerá del uso que se le dará a los resultados y los objetivos del análisis. Por supuesto para los responsables de la confiabilidad en cualquier organización lo ideal es llegar hasta estimar el riesgo del ítem mantenible; sin embargo, el tiempo y los recursos aunado a los objetivos finales del estudio, impactarán dicha decisión.

Debe tomarse en cuenta también dentro del alcance de estos análisis, que los activos a evaluar están conformados por las familias de equipos pertenecientes a la clasificación de rotativos (compresores, bombas, turbinas, entre otros), eléctricos y electrónicos. Los equipos estáticos que generalmente sufren mecanismos de deterioro físico/químico; como por ejemplo recipientes sometidos a presión, condensadores, tuberías, entre otros; en los cuales es requerido el estudio de la física de la falla, deben ser jerarquizados mediante la metodología de Inspección Basada en Riesgo.

En este caso de estudio, el análisis de criticidad presentado para el proceso productivo revisado se limita sólo a los equipos principales de los sistemas que se consideraron. Una vez seleccionados los equipos principales para el análisis se realiza la agrupación de los mismos bajo la norma ISO 14224(1), los “Equipment group” a evaluar.

En la figura 2 se muestra un ejemplo de agrupación de un equipo bomba bajo la norma ISO 14224.

Esta normativa fue desarrollada para los activos en las industrias de petróleo, gas y petroquímica; sin embargo, se puede adecuar a cualquier tipo de organización sin importar su tamaño y finalidad económica; por lo que la recomendación es su análisis y revisión. En caso de tener activos que no estén contemplados en esta norma, se debe crear un equipo de trabajo expertos en la operación y mantenimiento de los mismos, con la finalidad de realizar la adecuada selección de los límites y agrupación de componentes de los equipos principales.

3. Información técnica requerida

Una vez determinados los equipos principales que impactan el proceso productivo, se realiza el levantamiento de la información técnica relevante de cada uno de ellos, mediante la recolección de las características técnicas de operación y contexto operacional de los activos, los antecedentes referentes a las fallas más relevantes y como éstas han afectado los aspectos de seguridad, calidad del producto, el ambiente y el proceso productivo.

Entre la información relevante para el análisis de criticidad se encuentran: las condiciones operacionales del activo como, por ejemplo, presión y temperatura de operación, voltaje de alimentación, fluidos o gases manejados, velocidad de rotación; entre otros, que se consideren pertinentes. Adicionalmente el histórico de eventos de fallas de los activos; con el detalle de las fechas de ocurrencias y las consecuencias acaecidas y las que se consideren probables en el contexto operativo.

Dicha información podrá ser recolectada de fuentes de información variadas como el sistema computarizado de gestión de mantenimiento, CMMS por sus siglas en inglés (si existe en la organización); manuales de operación y mantenimiento de los activos; registros operativos y de mantenimiento en digital o en papel de las personas encargadas de los procesos a evaluar y/o recurriendo a la opinión de expertos en las áreas respectivas. Ciertamente esta recolección de información es primordial sea llevada a cabo de la manera más efectiva y eficaz para obtener datos que reflejen el comportamiento real de los equipos a evaluar.

Tomando en cuenta que el resultado final de evaluación de riesgo en los equipos proyectará la realidad en la medida que la información refleje las condiciones de operación, el desempeño, las frecuencias y las consecuencias de los eventos que han ocurrido y/o que se consideren probables de ocurrir en caso de un evento no deseado o falla, se sugiere utilizar las recomendaciones de la norma ISO 14224 para la recolección de la información requerida.

4. Estimación del riesgo en Calidad, Seguridad y Ambiente

En el caso de no contar con una matriz de criticidad definida, en primer lugar, se deben determinar los rangos de probabilidad y consecuencias en cada rubro que consideremos apropiado según el proceso productivo. En el caso de la matriz de criticidad tomada como referencia para este modelo (Figura 1) se deben establecer los 5 rangos para la estimación de la probabilidad y 5 rangos para la estimación de las consecuencias.

Para la probabilidad de un evento que afecte Calidad, Seguridad y/o Ambiente (CSA), en general la escala que se recomienda se muestra en la Figura 3; acotando a su vez, fue la utilizada en el presente caso de estudio.

En cuanto a la clasificación de consecuencias, se deben seleccionar los rubros a evaluar en calidad, seguridad y ambiente. Se sugiere establecer los rangos muy alto y muy bajo según la tolerancia al riesgo de la organización y los hechos ocurridos o que se consideren probables de ocurrir; posteriormente con base en éstos establecer los rangos intermedios. En la Figura 4 se muestra una sugerencia que incluye los rubros de seguridad y ambiente según Ciliberti(2).

En el caso de estudio propuesto, se evaluaron los rubros de calidad, seguridad y ambiente por separado, es lo más recomendable si éstos son muy relevantes para la organización y se cuenta con la información suficiente para su estimación. De esta manera, en cuanto a seguridad se toman en cuenta las condiciones operacionales de los activos como se expone por Tony Ciliberti(3), aunado a las recomendaciones mostradas en la Figura 4; las cuales adecuadas al proceso bajo análisis, se presenta el resultado propuesto utilizado en este caso (Figura 5).

Adicionalmente, en cuanto a calidad del producto y ambiente, se procede de la misma manera a diseñar los 5 rangos de consecuencia tomando en cuenta normativas legales, parámetros de calidad del producto definidos por la organización, niveles de servicio esperados por el cliente, quejas del cliente, impactos al medio ambiente, entre otros.

Una vez establecida la base de datos con la información requerida, se procede a estimar los riesgos en calidad, seguridad y ambiente.

De esta manera, cada activo es evaluado para estimar su índice de criticidad en cada rubro mediante los rangos de probabilidad mostrados en la figura 3 y los rangos de consecuencias en calidad, seguridad (Figura 5) y ambiente establecidos. El resultado de cada rubro se obtiene de la combinación de probabilidad y consecuencia mediante la matriz “Riesgo en QSE” de la Figura 1.

El índice de criticidad final para Calidad, Seguridad y Ambiente (CSA) se toma como el más alto de los 3 rubros evaluados individualmente. Algunos resultados se muestran en las Figuras 6 y 7.

5. Estimación del riesgo en Procesos

Recordando que el riesgo en procesos está compuesto por la probabilidad y las consecuencias que afectan el sistema productivo analizado, en primera instancia se definen los rangos de probabilidad, con base en la frecuencia de ocurrencia de las fallas de cada activo evaluado, para ello se toma como base los Tiempos Promedios para la Falla (TPPF).

Es importante mencionar que dichas escalas deben ser adaptables a las frecuencias de fallas presentadas por los activos bajo análisis, incluso en este caso de estudio para un grupo de equipos se definió la escala presentada en la Figura 8; mientras que para otro grupo de equipos cuyas fallas son más frecuentes, se tomó otra escala de evaluación.

Por otro lado, para la estimación de las consecuencias en el proceso se suele contemplar en primer lugar las afectaciones a la producción cuando se presenta el evento no deseado o falla del activo. Un indicador relevante a tomar en cuenta es el Tiempo Promedio Para Reparar (TPPR) que nos da una referencia de los tiempos fuera de servicio de los activos ante una falla, y por ende de la duración de los eventos que afectan la producción. En este caso se recomienda tomar como referencia los rubros propuestos por Tony Ciliberti(3).

Para el presente estudio, se analizaron estos rubros y se adecuaron según lo mostrado en la Figura 9.

En la figura 11 se muestran algunos resultados para la evaluación de criticidad en procesos del caso de estudio presentado. Al igual que para el índice de criticidad por CSA, en este caso se combina el nivel de probabilidad con el nivel de consecuencias con el apoyo de la matriz “Riesgo en Procesos” de la Figura 1.

6. Determinación del nivel de riesgo global de equipos: índice de criticidad y jerarquización

Finalmente se estima el índice de criticidad de cada equipo con base en las evaluaciones de criticidad en calidad, seguridad y ambiente (criticidad en CSA) y la criticidad en procesos, utilizando la referencia de la matriz mostrada en la Figura 1.

Como se puede observar en dicha figura la criticidad del equipo constará de un código compuesto por una letra, la cual ágilmente nos indica el nivel de criticidad: A: Muy alto, B: Alta, C: Medio, D: Bajo y E: Muy Bajo, aunado a sus respectivos colores Rojo, Naranja, Amarillo y Verde. A su vez, dicha letra va seguida de un par de números que nos indican el nivel de riesgo en procesos y el nivel de riesgo en calidad, seguridad y ambiente, respectivamente.

En la Figura 12 se muestra un ejemplo de los resultados obtenidos para el caso de estudio, con la lista de algunos equipos con base en su impacto.

Por otro lado, es relevante el análisis de los porcentajes de cantidad de equipos en cada nivel de criticidad, generalmente debe cumplir con el principio de Pareto; por lo que aproximadamente un 20% de los activos evaluados debe estar en el rango del 80% de mayor impacto al proceso productivo. En la Figura 13 se muestran los resultados de evaluación para 441 activos del sistema productivo bajo estudio.

7. Plan de acción de acuerdo al nivel de riesgo de cada equipo

Una vez finalizado el estudio, deberá establecerse un plan de trabajo para los equipos críticos con la finalidad de reducir los niveles de riesgo o, en el caso que no se pueda, mitigar las consecuencias una vez que se presente la falla.

Con la finalidad de establecer un plan adecuado al análisis realizado, las acciones o actividades sugeridas deben ser diseñadas acorde a los criterios utilizados. Por ejemplo; si en el caso de seguridad se evaluaron fatalidades, lesiones y enfermedades en los distintos niveles, y algún activo analizado genera un riesgo alto, se diseñan las acciones que deben tomarse para mitigar el mismo o disminuir las consecuencias.

De manera homóloga, para el caso del riesgo en procesos; por ejemplo, si se presenta una alta incidencia de fallas (bajo TPPF) se debe recomendar realizar un Análisis Causa Raíz para generar un plan de mitigación de las causas de las fallas recurrentes. El plan generado debe ser genérico y abarcar todos los criterios evaluados en el análisis.

En la figura 14, se muestra un ejemplo de acciones recomendadas para los niveles de riesgo en seguridad, y de esta misma manera se diseñan sugerencias para el resto de los criterios (calidad, ambiente y procesos). En el caso del estudio presentado, para los criterios de calidad, ambiente y procesos; se tomaron en cuenta reglamentos internos de la organización, regulaciones nacionales e internacionales, y cualquier recomendación que se considere pertinente para la disminución del riesgo y/o mitigación de sus consecuencias.

Finalmente se deben establecer las acciones concretas para cada activo que se consideren pertinentes; la recomendación es comenzar por los equipos cuyo resultado de criticidad fue “Muy Alto”, y sucesivamente seguir trabajando según los niveles establecidos. Un punto muy relevante en este aspecto es hacer seguimiento a las acciones, por lo que para establecer el plan y su respectivo seguimiento se sugiere el formato establecido en la Figura 15.

Adicionalmente, la evaluación de criticidad se recomienda realizarla al menos una vez al año o cuando ocurra un cambio drástico en el contexto operacional, lo que nos permite además de incluir los nuevos activos que se adquieran, una revisión de la eficiencia del plan diseñado, tomando en cuenta que hay riesgos que no se podrán disminuir por la naturaleza intrínseca de los activos.

Referencias

1. EN ISO 14224:2016, International Organization for Standardization. (2016). Petroleum, petrochemical and natural gas industries -- Collection and exchange of reliability and maintenance data for equipment. UK.

2. Ciliberti, Tony. (1996). Establishing mechanical integrity of process equipment using a criticality-based maintenance program. NPRA Refinery and Petrochemical Plant Maintenance Conference. Nashville, Tennessee, USA.

3. Ciliberti, Tony. (1998) Use Criticality-Based Maintenance for Optimum Equipment Reliability. Chemical Engineering Progress Julio 1998, páginas 63-67.

4. NORSOK STANDARD Z-008, Norsk Sokkels Konkuranseposisjon. (2001). Criticality Analysis for Maintenance Purposes. Rev. 2. Oslo, Norway.

5. Yañez, M; y otros (2007). Confiabilidad Integral. Tomo II. Reliability and Risk Management S.A, Venezuela.

6. MIL-STD-882D, United States Military Standard. (2000). Standard Practice for System Safety. Department of Defense USA.

Maria Teresa Romero

Ingeniero Senior de Confiabilidad. Colaboradora de WIRAM.