Experts systems and artificial intelligence applied to interpretation and diagnosis in complex mechatronics systems

Hi everybody, as you know I am Electronics engineer with a strong background in control systems, instrumentation and industrial automation and also I am finishing my masters degree in mechanical engineering, you know I love the mechatronics engineering and their role in the actual technical world, 

today I want to show you some of the results that I found in my masters thesis project called, "Design, implementation and evaluation of a expert systems applied for failure analysis in mechanical elements" (Axis, gears, bearings and boilers), in that thesis project I´m comparing three different inference engines as a artificial intelligence strategy for diagnosis and interpretation:

The finish document is here http://www.bdigital.unal.edu.co/45143/
And here there is a paper (you can download for free the pdf for the next 50 days) about this work published in the engineering failure analysis journal Science direct.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630715001089

1. Clasic inference engine: based in modus tollens and modus ponens rules.

2. Fuzzy inference engine: Based on a previous comparation between sugeno and mamdani inference engines.

3. Bayesian inference engine, based on bayesian networks.

The system that I developed for axis has got 4 modules:Fracture, corrosion, wear and plastic modules.

Acordding to the different test that I did, I am very surprised because the bayesian inference engine have been the better behavior compares with the clasic and fuzzy inference engine, is amazing how the system solves complex cases of interpretation of evidence in many failure analysis process, Im  using a lot of failure analysis cases from the National University of Colombia (AFIS group have been resolved cases for many industries like Oil & gas, automotive and complex heavy industries).

At the end of my thesis ,probably 2 months, :)I will post the final results, this research project also could be implemented in other engineering fileds (instrumentation, automation and control systems) with amazing results.

I think that in the near future the applied cibernetics as artificial intelligence will be the win ticket for many companies thart spend a lot of money and time designing experts systems for their engineering optimization, honestly I think that artificial intelligence is the future for those industries.

Do you want to see a print screen of my system?

1. An example of bayesian network just for fracture module in axis:

2. Take a look around of the wear module, few questions are necesary to identify the failure mode, based in the knowledge base:  

3. After of the analysis according to the evidence for example for adhesive failure wear mode the system shows the following fault three analysis FTA.(for more information of FTA analsysis read the certified realiability engineer handbook)

The GUI was developed using Matlab/Simulink GUIDE (Bayesian and fuzzy) and C#+Amzi! Prolog (clasic inference). The work has been hard.

The most interesting result in this research masters project is the integration of a lot of my passions in one project as Electronics engineering, mechanical engineering, software develop and control systems, maintenance and reliability knowledge...

Some Oil & Gas companies are interested to implement this system in those industries for interpretation and diagnosis in their specific process (alarm management, Safety Instrumentation systems, control systems), I will be waiting for new challenges :)

Mechatronics and the Role of Engineers - ASME

Mechatronics and the Role of Engineers - ASME

An interesting review about the most wonderful and great ocupation for me around the world, the mechatronics engineering.


The mechatronics engineering acording to my personal point of view, is just the exotic juice of differents fields of knowledge, I am glad to be part of that.   Best regards   Carlos Javier Moreno Gomez

Cause and Effect Diagram Training Video

Estrategia de las 5S en el TPM (Total Productive Maintenance)

La informacion que presentare a continuacion tiene fines academicos para toda persona interesada en conocer un poco mas de ing. de mantenimiento y confiabilidad.

Esta informacion es una parte de la que oriento como instructor de mantenimiento, automatizacion industrial y electronica en el SENA-Centro de electricidad, electronica y telecomunicaciones Bogota, asi que pido disculpas si su contenido no es trabajado de la forma mas amplia, dado que esta es una introduccion.

El proposito de esta entrada tiene como fin explicar de forma general que es la estrategia de las 5S dentro del TPM.

Si usted amigo lector es una persona con experiencia en gestion de mantenimiento, es muy probable que haya escuchado o implementado las 5S dentro de su campo de accion, para la persona que no sabe que son las 5S empezare por lo siguiente...

Las 5S son acciones que buscan reducir y optimizar la labor de mantenimiento y confiabilidad de las organizaciones y debe su nombre a las iniciales de 5 palabras en Japones que representan:
1. Seiri (Clasificar)
2. Seiton (Ordenar)
3. Seiso (Limpieza)
4. Seiketzu (Estandarizar)
5. Shitzuke (Disciplina)

Algunas personas consideran que las 5S son el pilar del TPM que nacio en Japon pero que se difundio por todo el mundo gracias a su efectividad organizacional.

Seiri (clasificar)

Como su nombre lo indica esta etapa consiste en identificar todos los elementos realmente necesarios para ejecutar una labor de mantenimiento, los elementos que no sean necesarios deben ser desechados o reubicados para que estos no entorpezcan u obstaculicen la labor de reparacion o mantenimiento de una organizacion. Aqui en Colombia existe un decir popular que dice "lo que no sirva, que no estorbe", lo que no sea util entonces que no se vuelva obstaculo.

Cuantos de ustedes alguna vez han visitado o han tenido la oportunidad de trabajar en organizaciones en donde el departamento de mantenimiento es conocido cariñosamente como el "basurero o deshuesadero" (cables por aqui, manchas de grasa por alla, piezas de maquinas por todos lados, etc.).


Esta es una imagen que encontre en la web que ilustra como Seiri puede ayudar a optimizar las labores.

Que beneficios tiene implementar Seiri?

1. Libera espacio en las plantas y oficinas lo cual facilita la movilidad, reduciendo los tiempos de acceso a materiales, herramientas etc.

2. Cuando se encuentra material o herramientas no clasificado, es comun que este se pierda o se dañe porque se encuentra expuesto a escenarios rudos como la interperie o similares, razon por la cual Seiri ayuda a conservar y preservar herramientas y materiales.

3. Mejora el bienestar mental y fisico del personal porque el stress visual es menor.

4. Mejora el control de stocks de repuestos (inventarios) y elementos de producción, carpetas con información, planos, etc.

5. Preparar las áreas de trabajo para el desarrollo de acciones de mantenimiento autónomo, ya
que se puede apreciar con facilidad los escapes, fugas y contaminaciones existentes en los
equipos.

Seiton (ordenar)

Despues de haber clasificado lo necesario y lo innecesario viene la siguiente etapa que consiste en ordenar todos los elementos que hacen parte de la actividad a realizar.

Que beneficios tiene implementar Seiton en las organizaciones? algunos son:
1. El acceso a los elementos de trabajo se hace con mayor rapidez.

2. Se aumentan los niveles de seguridad dentro de la planta porque se demarcan todos los espacios de la misma advirtiendo cuales son mas peligrosos y cuales no.

3. La presentación y estética de la planta se mejora, comunica orden, responsabilidad y
compromiso con el trabajo.

4. El trabajo se hace mas ameno y agradable.

5. La limpieza se puede realizar con mayor seguridad y facilidad.

Seiso (Limpieza)

Seiso significa eliminar y minimizar la suciedad dentro de la planta, la limpieza esta estrechamente relacionada con el buen funcionamiento de una maquina o proceso, si existen escapes de refrigerante, grasa o similares es comun que estemos ante una falla, es por esto que Seiso dentro de las labores de mantenimiento preventivas busca minimizar este tipo de situaciones.

Beneficios de Seiso:
1. Reduce el riesgo potencial de que se produzcan accidentes.
2. Mejora el bienestar físico y mental del trabajador.
3. Se incrementa la vida útil del equipo al evitar su deterioro por contaminación y suciedad.
4. Las averías se pueden identificar más fácilmente cuando el equipo se encuentra en estado óptimo de limpieza.
5. Se reducen los despilfarros de materiales y energía debido a la eliminación de fugas y escapes.
6. La calidad del producto se mejora y se evitan las pérdidas por suciedad y contaminación del producto y empaque.

Seiketsu (Standarizar)

Cuando se habla de un Standard se habla de algo que ha sido implementado con exito, un standard es una norma que rige el curso de lo que se hara en un futuro, si en las organizaciones no existen standares es probable que los viejos habitos (los malos) reaparezcan echando abajo todo lo que se habia logrado hasta el momento.

El proposito de Seikestu es identificar esos buenos habitos de limpieza e inspeccion que han dado resultado dentro de la planta u organizacion, obviamente entre los beneficios de implementar Seikestu se encuentra que ayuda a mantener la clasificacion, el orden y el aseo dentro de las plantas (primeras 3 S).

Shitsuke (Disciplina)

Shitsuke busca que la siciplina de los miembros que hacen parte de una organizacion, asuman y se apropien de la importancia de actuar en el trabajo con responsabilidad, orden y entusiasmo.
Su aplicación garantiza que la seguridad será permanente dentro y fuera de la planta, ademas la productividad se vera mejorada progresivamente y por supuesto la calidad de los productos sera la mas alta.

Es comun escuchar otras S que hacen parte del TPM como Shikari (constancia), Shitsukoku (compromiso), Seishoo (Cordinacion) y Seido (Sincronizacion).

Cristo petrolero, Barrancabermeja-Colombia

Para mas informacion acerca de TPM recomiendo un libro llamado Total Productive Maintenance de Steven Borris, la editorial es McGraw-Hill Professional Publishing publicado en el año 2005.

La gestion de mantenimiento Mecanico, Electrico y Electronico Industrial y el Failure Modes, Effects and Criticality Analysis (FMECA)

En el mantenimiento Mecanico, Electrico y Electronico industrial existen diversas metodologias para la gestion y gerencia de un departamento de mantenimiento, en un principio habia comentado la gestion de mantenimiento centrada en confiabilidad (RCM), tambien habiamos hablado del analisis causa raiz (RCA) y hoy hablaremos del modo de fallo, efectos y analisis de criticidad (FMECA) de procesos y mantenimiento que es otra de las herramientas con las que contamos los ingenieros y personal del mantenimiento y automatizacion industrial.

La FMECA esta diseñada para identificar los fallos y efectos de procesos o productos, sin embargo esta mas aosciada a los procesos que a los productos a nivel de mantenimiento.

En general para implementar un modelo FMECA de gestion de mantenimiento en una industria cualquiera ,se necesita conocer cierta informacion de cada proceso, por ejemplo:
1. El item a evaluar (Proceso o producto).
2. Las funciones de ese item, proceso o producto.
3. Que concecuencias trae la aparicion de cierta falla
4. La causa de esa falla.
5. El control que se hace actualmente a esa falla.
6. Las recomendaciones ante la aparicion de esa falla.

Para llevar a cabo el analisis FMECA de un proceso de mantenimiento se debe identificar ademas, la severidad de esa falla en el sistema, su ocurrencia y su deteccion.

De estos datos (severidad, ocurrencia y deteccion) se obtiene el Risk Priority Number (RPN) o numeros de prioridad de riesgo el cual es la multiplicacion de severidad, ocurrencia y deteccion, como su nombre lo indica a mayor valor mayor atencion por parte del departamento de mantenimiento.

La severidad entre mayor sea su impacto, mayor sera el valor que tome el parametro.
La ocurrencia entre mas se presente, mayor sera el valor que tome el parametro.
La deteccion entre mas facil sea de detectar la falla, mas pequeño sera su valor, entre mas dificil de detectar mayor valor tomara el parametro.

Para la presentacion de los analisis FMECA es comun utilizar estandares internacionales que los rigen, SAE J1739, AIAG FMEA-3 and MIL-STD-1629A, dependiendo del tipo de industria y proceso a analizar, aunque, en general un formato de FMECA incluye la siguiente informacion:
1. Item a evaluar (proceso o producto).
2. Descripcion de la falla.
3. Consecuencias y efectos ante la eventual presencia de falla.
4. Severidad de la falla.
5. Posibles causas de la falla (mecanicas, electricas o electronicas).
6. Ocurrencia de esa falla.
7. Parametros de control para la prevencion de la falla.
8. Parametros de control para la deteccion de la falla.
9. Deteccion de la falla.
10. El valor RPN = Severidad*ocurrencia* deteccion
11. Recomendaciones de mantenimiento.
12. Acciones a tomar ante la eventual falla.

A continuacion encontraran un tipico formato de analisis FMECA, es importante recordar que debe existir una tabla de analisis FMECA para cada proceso, sistema y subsistema de una planta para garantizar que la confiabilidad y desarrollo de labores de la organizacion cumpla con los estandares definidos previamente por la direccion y gerencia general hacia nuestro departamento de mantenimiento y automatizacion.



Espero que esta informacion sea de mucha ayuda para ustedes y quiero agradecer a las personas que se han inscrito a mi blog y espero seguir contando con su presencia ya que finalmente este blog lo hago por ustedes y para ustedes... muchas gracias a todos.

Nos vemos.

Indicadores de gestión de mantenimiento.

Para un ingeniero o director de mantenimiento es clave manejar indicadores de gestion para su departamento, dichos indicadores le permiten a la organizacion reevaluar las tecnicas de mantenimiento y confiabilidad utilizadas en el desarrollo del ejercicio industrial.

En la gestión de mantenimiento existen diversos indicadores que muestran las relaciones existentes entre elementos lo cual permite optimizar los recursos no solo fisicos sino tambien humanos que hacen parte del departamento de mantenimiento.

Un indicador es una relación que existe entre dos elementos que pueden ser de naturaleza distinta.

Ejemplo= unidades vendidas/unidades totales

Nos muestras las relaciones directas e inversas proporcionalmente de dichos elementos.

A continuación algunos indicadores de gestion de mantenimiento, por ahora veremos algunos indicadores de costo y algunos indicadores de mano de obra (personal de mantenimiento).

Indicadores de costo de mantenimiento.

1. Indicador de costo de mantenimiento por facturación.

Este índice expresa la relación entre el costo total de mantenimiento y la facturación de la empresa en el período considerado. El dato de facturacion lo pueden solicitar al departamento de contabilidad

CMFT= CTMN/FTEP

Sirve para saber en que medida esta reduciendo costos de manteamiento una organización, porque si mantiene los costos totales de mantenimiento con base en la facturación se puede saber si aumento o disminuyeron estos.

2. Indicador de Costos de Mantenimiento por Producción

Este indicador nos muestra la influencia que tiene el costo de mantenimiento en el costo final del producto normalmente puede rondar el 5% a 12%.

CMPP = Costos de Mantenimiento Totales/Costos de Producción

3. Indicador de Costos de Mantenimiento Preventivos por mantenimientos Totales

Este indicador pone de manifiesto el grado de utilización de técnicas preventivas frente a las correctivas, este puede rondar el 20%. Nos refleja que tanto mantenimiento preventivo se esta haciendo con respecto al total, en las organizaciones se debe buscar que el costo de mantenimiento correctivo sea mucho menor que el costo demantenimiento preventivo.

CPCT =Costo del mto. Preventivo/Costos Totales de Mantenimiento (preventivo +correctivo)

Nos refleja que tanto mantenimiento preventivo se esta haciendo con respecto al total, en las organizaciones se debe buscar que el costo de mantenimiento correctivo sea mucho menor que el costo demantenimiento preventivo.

Indicadores de Mano de Obra

1. Horas de paro por horas realizadas

Este indicador nos muestra la relación entre las horas empleadas para la producción y las de paro del equipo por averías. Al tomar las horas de paro en lugar del número de averías introducimos en la relación un concepto de gravedad de las averías. Al tomar las horas de producción realizadas, también estamos considerando la tasa de inutilización del equipo la cual generalmente oscila entre el 1% y el 3%.

HPHP = Horas de Paro por Mantenimiento/ Horas de Producción Realizadas

Este indicador va muy ligado a la confiabilidad del sistema, tema que desarrollaremos en la seccion confiabilidad.

2. Trabajo en Mantenimiento Preventivo

Nos señala la relación entre las horas hombres gastados en trabajos programados en mantenimiento preventivo y las horas hombres disponibles, entendiéndose por horas hombres disponibles, aquellos presentes en la instalación y físicamente posibilitados de desempeñar los trabajos requeridos.

TBMP= totalidad (HHMP)/ Totalidad (HHDP)

3. Trabajo en Mantenimiento Correctivo

Es la relación entre las horas hombres gastados en reparaciones de mantenimiento correctivo y las horas hombres disponibles.

TBMC= totalidad (HHMC)/Totalidad (HHDP)

4. Ociosidad del Personal de Mantenimiento

Demuestra la relación entre la diferencia de las horas hombres disponibles menos las horas hombres trabajadas sobre los hombres horas disponibles, indicando por lo tanto, cuanto del tiempo del personal no fue ocupado en ninguna actividad.

OCPM= totalidad (HHDP-HHTM)/totalidad (HHDP)

5. Exceso de Servicio del Personal de Mantenimiento

Nos muestra la relación entre la diferencia de las horas hombres trabajadas y disponibles, y las horas hombres disponibles, indicando por lo tanto, cuanto del tiempo del personal fue ocupado por arriba de la carga normal de trabajo.

ESPM= totalidad (HHTP-HHDP)/totalidad (HHDP)

Para conocer mucho mas acerca de los indicadores de gestion de mantenimiento se puede consultar el material del ing. Lourival Tavares en Administração Moderna da Manutenção.