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Livro sobre técnicas e estudo de engenharia de confiabilidade

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  • Engenharia de Confiabilidade e Riscos Prof. Daniel Farias

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    ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE

    E RISCOS

    Prof. Daniel Farias

  • Engenharia de Confiabilidade e Riscos Prof. Daniel Farias

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    SUMRIO

    1.0 - Conceitos de Confiabilidade 03

    2.0 Funo Confiabilidade 18

    3.0 Distribuies contnuas de probabilidade 37

    4.0 Distribuies Discretas de probabilidade 44

    5.0 Confiabilidade de Sistemas 47

    6.0 Bibliografia 50

  • Engenharia de Confiabilidade e Riscos Prof. Daniel Farias

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    INTRODUO A ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE

    1.0 Conceitos de Confiabilidade

    A engenharia de confiabilidade o ramo da engenharia

    voltado para o estudo de confiabilidade de sistemas de forma

    geral, durante o seu ciclo de vida. A confiabilidade est

    geralmente ligada com as falhas durante a vida do produto.

    De uma forma genrica, a confiabilidade pode ser definida

    como a possibilidade de um componente, equipamento, ou

    sistema executar a sua funo, sob condies de operao

    estabelecidas, por um perodo de tempo especfico, sem

    apresentar falhas.

    Desta forma, a confiabilidade est associada com a operao

    de um produto com sucesso, ou seja, que este execute as

    funes para o qual foi projetado, preferencialmente com

    ausncia de paradas para manuteno ou de falhas.

    Usualmente a confiabilidade representada em termos de

    uma probabilidade, e de acordo com suas caractersticas podem

    ser utilizadas algumas distribuies para representar a

    probabilidade de falha, obedecendo a critrios de falhas bem

    definidos, possibilitando determinar a partir de que momento o

    produto sob anlise considerado com desempenho abaixo

    daquele apontado como aceitvel, e, portanto considerado com a

    ocorrncia de falha.

    Apresenta-se a seguir algumas definies bsicas para

    caracterizao da confiabilidade.

    Da European Organization for Quality Control (1965):

    A medida da habilidade de um produto operar com sucesso,

    quando solicitado, por um perodo de tempo pr-determinado,

    sob condies ambientais especficas. medida como uma

    probabilidade.

    Do US Military Handbook (1970):

    A probabilidade de um item executar a sua funo sob

    condies pr-definidas de uso e manuteno por um perodo de

    tempo especfico.

    Do BS Institution (1970) e UK Army (1976):

    A habilidade de um item executar a sua funo sob

    determinadas condies especficas, por um perodo pr-

    determinado.

    Segundo Lafraia (2001):

    A confiabilidade de um item a probabilidade de que este

    desempenhe a funo requerida, por um intervalo de tempo

    estabelecido, sob condies definidas de uso.

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    1.1 Porque estudar Confiabilidade?

    Equipamentos falham sistemas e componentes no so

    perfeitos, mas: o que seria um sistema perfeito?. Sistema

    perfeito aquele que sempre se mantm operacional e atinge os

    objetivos sem a ocorrncia de falha durante a sua vida til. Na

    prtica isto no acontece! Um sistema perfeito invivel

    economicamente e tecnologicamente, tendo em vista, que o

    nosso conhecimento ainda limitado.

    De acordo com Lewis (1996), a importncia da confiabilidade

    vem crescendo motivada por diversos fatores como, por

    exemplo: aumento da complexidade e sofisticao dos sistemas;

    conscientizao dos consumidores, e posterior exigncia, com

    relao importncia da qualidade do produto; surgimento de

    leis regulamentaes estabelecendo responsabilidade do

    fabricante com relao ao seu produto; presses econmicos

    resultantes de altos custos das falhas, reparos e programas de

    garantia. Porm, alguns fatores so limitantes para

    desenvolvimento desses sistemas perfeitos, tais como: elevados

    custos de desenvolvimento, materiais, testes, entre outras

    etapas do projeto o que tornam economicamente invivel a

    construo desse sistema; e engenheiros de projeto que no tm

    conhecimento total das condies de trabalho, de produo e

    manuteno de tais componentes. Devido a essas limitaes

    econmicas e prticas, componentes e sistemas no so

    perfeitos, ocasionando uma probabilidade de falha durante seu

    tempo de vida. Estas falhas, no sistema ou de produtos,

    ocasionam impacto social e econmico.

    1.2 Dimenses da Confiabilidade

    Em princpio, tendo-se o conhecimento total dos processos

    qumicos, fsicos e at biolgicos atravs dos quais falhas se

    desenvolvem, poder-se-ia descrever exatamente o que iria

    acontecer com um sistema e predizer exatamente quando o

    mesmo iria falhar. Esta a dimenso (viso) determinstica da

    confiabilidade, ou seja, aquele no qual as partes interagem de

    uma forma perfeitamente previsvel, no dando lugar a dvidas:

    Ex. Poderamos seguir este procedimento ideal de tal

    forma que com um conhecimento total do sistema

    podemos garantir que um dado equipamento ir operar

    sem falhas por pelo menos um perodo mnimo de tempo

    (ou nmero de ciclos)

    Na prtica, porm:

    Ns no temos um entendimento perfeito de cincia e

    engenharia;

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    Mais importante, ns no temos os recursos ($) para

    realizar uma anlise completa do sistema at o seu nvel

    mais elementar (nvel atmico)

    Logo temos que ser capazes de operar com um

    conhecimento menos que perfeito, em uma dimenso (viso)

    probabilstica da confiabilidade:

    Por exemplo, ns podemos assegurar que 99% provvel

    que o nosso equipamento ir operar sem falhas por certo

    tempo (ou nmero de ciclos).

    Todo fenmeno cuja ocorrncia s pode ser prevista por um

    modo probabilstico um fenmeno aleatrio. Assim, uma dada

    varivel ser aleatria quando esta no pode ser determinada

    previamente. A Teoria probabilstica a base matemtica da

    Engenharia da Confiabilidade.

    Segundo Smith (1976), a palavra probabilidade aceita

    com certo ceticismo na engenharia, pois ela se autodefine como

    uma cincia exata, apesar de valer-se bastante do empirismo.

    A engenharia pode ser considerada como uma forma de fsica

    aplicada, e muitos fenmenos fsicos podem ser explicados

    somente atravs do uso das teorias de probabilidade. Desta

    maneira, falhas em equipamentos que resultam da interao de

    calor, campos eltricos e magnticos, cargas estticas e

    vibraes podem ser mais bem descritos em termos

    probabilsticos.

    Direta ou indiretamente, em atividades que envolvem um

    elemento de incerteza, como por exemplo, a engenharia, a

    probabilidade exerce um papel importante, pois ela atua como

    uma substituta para a certeza. A probabilidade uma medida

    do que esperado ocorrer na mdia se um dado evento

    repetido um grande nmero de vezes sob as mesmas condies

    (SMITH, p. 5, 1986).

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    1.3 Historia da confiabilidade

    De acordo com Villemeur (1992), as tcnicas de

    confiabilidade (reliability), foram desenvolvidas relativamente

    tarde se comparada s tcnicas de outros ramos da engenharia.

    Ainda, de acordo com o autor, a noo de confiabilidade foi

    apenas recentemente desenvolvida em matria de conceitos e

    tcnicas, e o termo por si s possui pouco mais de quarenta

    anos.

    Dcada de 1940 as primeiras ferramentas e modelos de

    confiabilidade surgiram na Alemanha durante o desenvolvimento

    do projeto do mssil V1, conforme figura 01. A idia geral que se

    tinha era de que a confiabilidade de um sistema, dentro de certa

    extenso, seria igual mdia da confiabilidade de todas as

    partes constituintes desse sistema. Mas os testes revelaram que

    ela era na verdade muito pior que a sua mdia (VILLEMEUR,

    1992).

    Por meio de demonstraes matemticas, nasceu, ento, a

    frmula de confiabilidade para sistemas em srie, conhecida

    como Lei de Lusser, que diz que a confiabilidade dos

    componentes deve exceder em muito a confiabilidade requerida

    para o sistema (VILLEMEUR, 1992).

    Figura 01 Mssil V1 (Armas Secretas de Adolf Hitler)

    Na dcada de 50, houve uma crescente preocupao quanto

    confiabilidade dos componentes, essencialmente naqueles

    presentes em equipamentos eletrnicos. A crescente

    complexidade dos sistemas eletrnicos, especialmente os

    utilizados nos equipamentos militares, foi responsvel por

    grandes taxas de falhas e significantes diminuies da

    disponibilidade desses equipamentos. Tambm os custos para

    diagnstico e reparo desses dispositivos estavam se tornando

    cada vez maiores (VILLEMEUR, 1992).

    Esses fatos levaram o Departamento de Defesa Americano e

    as indstrias eletrnicas da poca a criarem um grupo de

    pesquisa para conduzir estudos sobre confiabilidade. Nesse

    perodo, chegou-se a concluso de que era necessrio melhorar a

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    coleta de dados de falha de tempo em campo, desenvolver

    componentes mais confiveis, estabelecer os requisitos

    quantitativos de confiabilidade, realizar testes antes de se iniciar

    uma produo e estabelecer um comit permanente para

    estabelecer os padres de confiabilidade a serem seguidos

    (DENSON, 1998). No final da dcada de 50 e incio do