Introducción a la ingeniería de Confiabilidad y Mantenibilidad

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Introducción a la ingeniería de Confiabilidad y Mantenibilidad

Sobre el Libro

Introducción a la ingeniería de Confiabilidad y Mantenibilidad (An Introduction to Reliability and Maintainability Engineering 3rd Edition) es un libro escrito por Charles E. Ebeling y publicado en el año 2019 en su tercera edición por la editorial Waveland Press, Inc., la cual edita libros de texto y suplementos de nivel universitario.

Descripción del Libro

Información extraída y traducida del sitio web oficial (Waveland Press, Inc.)

Muchos libros sobre confiabilidad se enfocan en el modelado o en el análisis estadístico y requieren una amplia experiencia en probabilidad y estadística. Continuando con su tradición de excelencia como texto introductorio para aquellos con una educación formal limitada en la materia, este libro probado en el aula presenta los conceptos necesarios en probabilidad y estadística dentro del contexto de su aplicación a la confiabilidad. La tercera edición agrega breves discusiones sobre la prueba de Anderson-Darling, el modelo de riesgos proporcionales de Cox, el modelo de tiempo de falla acelerado y la simulación de Monte Carlo.

Se han agregado más de 80 nuevos ejercicios de final de capítulo, así como soluciones a todos los ejercicios impares. Además, los libros de trabajo de Excel, disponibles para descargar, evitan que los estudiantes realicen numerosos cálculos tediosos y les permiten concentrarse en conceptos de confiabilidad. Ebeling ha creado un texto excepcional que permite a los lectores aprender cómo analizar fallas, reparar datos y derivar modelos apropiados para confiabilidad y mantenibilidad, así como aplicar esos modelos a todos los niveles de diseño.

Opiniones referentes al Libro

Información extraída y traducida del sitio web oficial (Waveland Press, Inc.)

“Me encanta este libro de texto y estoy agradecido con Waveland y el Dr. Ebeling por un producto tan bueno”. – Javad Seif, Cal Poly Pomona.

“He seleccionado este libro para nuestra clase de Ingeniería de confiabilidad. Este es un texto increíble para estudiantes de ingeniería junior / senior. Hay muchos ejercicios y derivaciones detalladas de ecuaciones. Muy impresionante.” – Junfeng Ma, Universidad Estatal de Mississippi.

“He utilizado el texto de Ebeling desde que se publicó la primera edición. Es un gran libro en el nivel adecuado para mis estudiantes de pregrado “. – Noel Artiles-León, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez.

“Amo el libro. Tiene un diseño muy organizado con una gran cobertura de una amplia gama de temas. El nivel de rigor es perfecto para los ingenieros que a menudo no quieren quedar sepultados por complejas derivaciones matemáticas “. – John S. Usher, Universidad de Louisville.

“Está bien escrito con la combinación adecuada de teoría y aplicación en un lenguaje comprensible para el público objetivo”. – Kalikathan Krishnamoorthi, Universidad de Bradley.

“Un excelente libro de texto con excelentes recursos para el instructor (diapositivas de presentación y manual de soluciones). Muy recomendable. Precios atractivos”. – Randal Sitton, Universidad de Houston.

“Un libro absolutamente excelente. Lo mejor que hay para un primer curso completo de I + M”. – Kenneth Case, Universidad Estatal de Oklahoma.

“Todo estudiante de confiabilidad y todo profesional de mejoramiento de confiabilidad debe tener este libro al alcance de la mano. Está escrito con claridad y se centra no solo en los conceptos de confiabilidad sino también en su aplicación. Las plantillas de Excel proporcionadas con el libro son de gran ayuda en el proceso de aprendizaje haciendo los tediosos cálculos “. – Paul J. Fields, Universidad Brigham Young.

“Este es un texto sobresaliente sobre los fundamentos de confiabilidad y facilidad de mantenimiento. El texto está bien organizado y es legible. Los problemas son apropiados en términos de cantidad y dificultad”. – Stanley Bullington, Universidad Estatal de Mississippi.

Acerca del Libro

Información extraída y traducida del libro

Este es un libro de texto introductorio sobre ingeniería de confiabilidad y mantenibilidad. Está escrito en los niveles de pregrado senior y de posgrado de primer año. La mayor parte de este texto puede cubrirse en un curso de un semestre o el texto completo puede cubrirse en dos trimestres académicos. El texto se divide en tres partes. La primera parte cubre el modelado de confiabilidad y mantenibilidad, la segunda parte aborda el análisis de datos de fallas y reparaciones, y la tercera parte proporciona ejemplos y aplicaciones de ingeniería de confiabilidad y considera la implementación de programas de confiabilidad y mantenibilidad. Muchos libros de texto sobre confiabilidad se han centrado típicamente en la actividad de modelado o en el análisis estadístico de datos de fallas. Muchos están escritos a un nivel avanzado que requieren una amplia experiencia en probabilidad y estadística por parte del estudiante. La intención de este libro es proporcionar una amplia cobertura de los conceptos importantes de confiabilidad y mantenibilidad y evitar un enfoque más formal de prueba de teoría. Se anima al estudiante interesado en más profundidad a leer algunos de los textos avanzados disponibles, así como las revistas técnicas apropiadas. Este texto debería proporcionar una base para este estudio adicional.

Para el estudiante

Información extraída y traducida del libro

El objetivo principal del texto es presentar el tema de la ingeniería de confiabilidad y mantenibilidad al estudiante de ingeniería, ingeniero en ejercicio o gerente técnico que ha tenido una educación formal muy limitada en probabilidad y estadística. Esto se logra en parte mediante la introducción de conceptos de probabilidad y estadística dentro del contexto de su uso en confiabilidad. Además, las derivaciones de muchas de las fórmulas se relegan a apéndices para centrarse principalmente en conceptos y aplicaciones. La notación se ha mantenido lo más simple y consistente posible al intentar adherirse a la convención. Las referencias a material más avanzado se proporcionan en los lugares apropiados. Sin embargo, es cierto que quienes han tenido un curso formal de introducción a la probabilidad y la estadística se beneficiarán más de este texto. Si no tiene estos antecedentes, le recomendamos que utilice los dos apéndices del primer capítulo, que proporcionan una introducción a algunos conceptos básicos de probabilidad y estadística.

Al Instructor

Información extraída y traducida del libro

Si está utilizando este libro de texto en su clase, lo más probable es que elija y elija los temas que considere apropiados para alcanzar sus objetivos. El libro presenta los conceptos básicos de confiabilidad y capacidad de mantenimiento en lo que creo que es un orden lógico. Puede que no esté de acuerdo y que desee cambiarlo. Con ese fin, esta edición se reorganizó en parte para reducir las dependencias entre capítulos. Sin embargo, dado que gran parte del material se basa en sí mismo, es inevitable cierta dependencia. Hay secciones en la mayoría de los capítulos que se pueden omitir y varios capítulos que se pueden excluir. Se puede obtener una introducción rápida a la confiabilidad básica cubriendo los capítulos 2-4 y 12-13. Luego, se pueden cubrir otros capítulos a medida que el tiempo y los intereses lo permitan.

Tabla de Contenido del Libro

Información extraída y traducida del sitio web oficial (Waveland Press, Inc.)

1. Introducción
El estudio de confiabilidad y mantenibilidad / Conceptos, términos y definiciones / Aplicaciones / Una breve historia / Ingeniería de confiabilidad como profesión.

Parte I: MODELOS BÁSICOS DE CONFIABILIDAD

2. La distribución de fallas
La función de confiabilidad / Tiempo medio hasta la falla / Función de índice de riesgo / Curva de la bañera / Confiabilidad condicional / Resumen.

3. Modelo de tasa de fallas constante
La función de confiabilidad exponencial / Modos de falla / Aplicaciones / La distribución exponencial de dos parámetros / Procesos de Poisson / Redundancia y el modelo CFR.

4. Modelos de fallas dependientes del tiempo
La distribución de Weibull / La distribución normal / La distribución logarítmica normal / La distribución gamma.

5. Conf iabilidad de los sistemas
Configuración en serie / Configuración en paralelo / Sistemas combinados en serie-Paralelos / Función de estructura del sistema, cortes mínimos y rutas mínimas (opcional) / Fallas de modo común / Dispositivos de tres estados.

6. Sistemas dependientes del estado
Análisis de Markov / Sistema de reparto de carga / Sistemas en espera / Sistemas degradados / Dispositivos de tres estados / Simulación de sistemas dependientes.

7. Modelos de confiabilidad física
Modelos de covariables / Modelos estáticos / Modelos dinámicos / Modelos de física de fallas.

8. Diseño para la confiabilidad
Especificación de confiabilidad y mediciones del sistema / Asignación de confiabilidad / Métodos de diseño / Análisis de fallas / Seguridad del sistema y análisis del árbol de fallas.

9. El proceso de reparación
Análisis del tiempo de inactividad / Distribución del tiempo de reparación / Procesos de puntos estocásticos / Tiempo de reparación del sistema / Confiabilidad bajo mantenimiento preventivo / Sistemas dependientes del estado con reparación.

10. Diseño para la mantenibilidad
Requisitos de mantenimiento / Métodos de diseño / Factores humanos y ergonomía / Predicción y demostración de mantenibilidad.

11. Disponibilidad
Conceptos y definiciones / Modelo de disponibilidad exponencial / Disponibilidad del sistema / Modelo de disponibilidad de inspección y reparación.

Parte II: EL ANÁLISIS DE FALLOS DE DATOS

12. Recopilación de datos y métodos empíricos
Recolección de datos / Métodos empíricos / Estimación de vida estática / Intervalos de confianza no paramétricos.

13. Identificación de distribuciones de fallas y reparaciones
Identificación de distribuciones candidatas / Gráficos de probabilidad y ajuste de curvas de mínimos cuadrados / Estimación de parámetros / Intervalos de confianza / Estimación de parámetros para modelos de covariables.

14. Pruebas estadísticas
Prueba de bondad de ajuste de chi-cuadrado / Prueba de Bartlett para la distribución exponencial / Prueba de Mann para la distribución de Weibull / Prueba de Kolmogorov-Smirnov para distribuciones normales y lognormales / Prueba de Anderson-Darling / Estimación y pruebas para las distribuciones de ajuste Nhpp / On.

15. Prueba de confiabilidad
Pruebas de productos / Pruebas de vida útil de confiabilidad / Cálculos de tiempos de prueba / Pruebas de quemado / Pruebas de aceptación / Pruebas de vida útil acelerada / Pruebas de crecimiento de confiabilidad.

Parte III: SOLICITUD

16. Estimación y aplicación de la confiabilidad
Caso 1: Redundancia / Caso 2: Prueba de quemado / Caso 3: Análisis de mantenimiento preventivo / Caso 4: Asignación de confiabilidad / Caso 5: Prueba de crecimiento de confiabilidad / Caso 6: Análisis de sistema reparable / Caso 7: Multiplicar datos censurados / Caso 8: Modos de falla múltiples / Caso 9: Disponibilidad (proceso de renovación) / Caso 10: Disponibilidad (proceso de reparación mínima).

17. Implementación
Objetivos, funciones y procesos / La economía de la confiabilidad y la capacidad de mantenimiento y el diseño del sistema / Consideraciones organizativas / Fuentes de datos y métodos de recopilación de datos / Responsabilidad del producto, garantías y asuntos relacionados / Confiabilidad del software.

Extracto de la Introducción

Información extraída y traducida del libro

Las cosas fallan. Durante un período de dos años, este autor ha experimentado una rotura en la carcasa de una cortadora de césped, una falla en la lavadora, una batería de automóvil descargada, un enchufe eléctrico del horno tostador quemado, una fuga en el calentador de agua, un disco duro de la computadora averiado, un televisor el control remoto dejó de funcionar, un amplificador estéreo dejó de funcionar, el motor de arranque de un automóvil falló y una gotera en el techo de la casa. La carcasa de la cortadora de césped agrietada se debió a que su construcción de aluminio no tenía suficiente resistencia para soportar las tensiones que se le imponían. La batería del automóvil, la posición del motor y el motor de la lavadora se desgastaron después de una vida “normal”. El enchufe del horno tostador tenía un diseño deficiente, considerando la cantidad de corriente que pasa a través de él. La corrosión del tanque de agua caliente provocó una fuga. La corrosión se atribuyó en parte a la falta de mantenimiento preventivo, que requirió el drenaje periódico del fondo del tanque. La falla de la unidad de la computadora fue el resultado de una falla mecánica desconocida (prematura), y la falla del control remoto del televisor fue causada por una falla “aleatoria” de un componente electrónico. Por otro lado, la falla del amplificador estéreo fue causada por una abertura en una junta de soldadura. La mala construcción provocó que el techo de la casa tuviera goteras junto a las buhardillas. Algunas de estas fallas causaron muchos inconvenientes además de su impacto económico. Varias de las fallas plantearon preocupaciones sobre la seguridad personal, aunque no resultaron lesiones.

El Estudio de Mantenimiento y Confiabilidad

Información extraída y traducida del libro

Dado que las disciplinas de la ingeniería, la confiabilidad y la capacidad de mantenimiento son relativamente nuevas, su crecimiento ha sido motivado por varios factores, que incluyen el aumento de la complejidad y sofisticación de los sistemas, la conciencia pública y la insistencia en la calidad del producto, nuevas leyes y regulaciones sobre responsabilidad del producto, requisitos contractuales gubernamentales para cumplir con las especificaciones de rendimiento de confiabilidad y mantenibilidad, y las consideraciones de ganancias resultantes del alto costo de fallas, sus reparaciones y programas de garantía.

Una encuesta de Gallup realizada en 1985 para la Sociedad Estadounidense de Control de Calidad entrevistó a más de 1,000 personas para determinar qué atributos eran más importantes para ellos al seleccionar un producto. Los 10 atributos enumerados en la Tabla 1.1 fueron clasificados por cada individuo en una escala de 1 (menos importante) a 10 (más importante); las puntuaciones medias se muestran en la tabla. Obviamente, tanto la confiabilidad como la facilidad de mantenimiento son consideraciones importantes en la compra del consumidor.

La confiabilidad y la capacidad de mantenimiento no solo son una parte importante del proceso de diseño de ingeniería, sino también funciones necesarias en el cálculo de costos del ciclo de vida, análisis de costos y beneficios, estudios de capacidad operativa, reparación y dotación de recursos para instalaciones, determinación de requisitos de inventario y repuestos, decisiones de reemplazo y establecimiento de programas de mantenimiento preventivo.

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