Diseños para un mundo más seguro

Cómo la fiabilidad ayuda a los ingenieros a compensar las exigencias

Es probable que los desastres naturales sean una tendencia a destacar en el siglo XXI. Desde las olas de calor en Australia a los fuegos incontrolados en el oeste de Estados Unidos, los huracanes en el Caribe o las inundaciones en el sureste asiático, el impacto en la humanidad es nefasto. Y puede incluso empeorar si hablamos de construcciones, instalaciones e infraestructuras poco fiables.

Los ingenieros mecánicos y estructurales necesitan planificar y anticiparse a eventos inesperados pero, al mismo tiempo, deben utilizar productos más baratos, más ligeros y menos ruidosos. Siendo realistas, ¿podemos esperar que, en medio de tanta presión, los ingenieros consideren la fiabilidad?

Si miramos atrás veremos que esta cuestión no es nueva. Con frecuencia los ingenieros se han visto entre la espada y la pared, respondiendo muchas veces a requisitos incompa-tibles. La exigencia puede parecer mayor que antes, pero éste no es necesariamente un cambio drástico.

Mejor, más rápido y más barato

Fred Schenkelberg es un ingeniero y consultor de fiabilidad, que lleva más de 20 años trabajando e impar-tiendo formación en este campo. Como bien indica, esta situación no ha surgido ahora. "¡Quiero que sea mejor, más rápido y más barato!' Este enfoque viene de antaño. Sin embargo, ahora podemos añadir que se ha potenciado".

“Pero ése es el arte de la ingeniería: encontrar el término medio respondiendo a las necesidades de forma competitiva".

"Un equipo de diseño seguramente tendrá un presupuesto, una fecha de lanzamiento del producto y unos requisitos de funcionalidad. Durante el proceso de diseño, existen muchas medidas y prioridades. Como profesional de fiabilidad, me intento asegurar de que el rendimiento de fiabilidad también sea visible en todas las fases del diseño.

Una de las maneras de lograrlo es a través de un diseño para la fiabilidad (DfR), que presenta numerosas herramientas y metodologías desa-rrolladas en ingeniería de calidad.

La fiabilidad en el ciclo de vida

El diseño para la fiabilidad (DfR) es un proceso gradual que enfatiza la fiabilidad durante el ciclo de vida de un producto, desde su concepción a la obsolencia. Esto significa que el DfR no es un área exclusiva de los profesionales de fiabilidad. Su concepción y aplicación a nivel organizativo, permite guiar el diseño, la fabricación y el mantenimiento de un producto, de modo que puede llegar a implicar a cada parte de la empresa.

Si existe un principio fundamental que respalde dicho DfR, veremos que la fiabilidad surge en el punto de decisión. Partiendo de esta premisa, la fiabilidad se debe tener en cuenta antes de iniciar la producción física.

En primer lugar, es necesario comprender qué es la fiabilidad. En ingeniería mecánica, la fiabilidad es la probabilidad de que un elemento funcione acorde a lo esperado durante un período concreto en condiciones específicas.
Partiendo de este entendimiento general, podemos identificar y definir los requisitos de fiabilidad de un producto; los cuales es muy probable que sean similares o idénticos a las expectativas del cliente. Una vez tengamos claros dichos requisitos, podremos empezar con el diseño del producto conforme a lo requerido.

No existe un modelo único

No existe un modelo aceptado universalmente para el DfR. Aun así, en el dibujo de esta página detallamos los pasos básicos que implica.

Sin embargo, no es un proceso unidireccional. Se espera que el diseño, el análisis y la verificación se revisen reiteradamente antes de que el producto esté listo para su lanzamiento al mercado. En estos pasos, puede haber diferentes herramientas, ensayos y procesos que desvelen la vulnerabilidad del producto, su tolerancia y robustez. Schenkelberg nos ofrece un resumen breve del DfR:

“Se trata de un conjunto de reglas, pautas y actividades que permite que quienes toman las decisiones —ya sean técnicos, ingenieros o directores— comprendan las ramificaciones de la fiabilidad en su totalidad".

"Pero no se trata de un conjunto fijo de herramientas o actividades. Cada situación, producto y aplicación es diferente". 

Evaluar para añadir valor

Estas diferencias son cruciales ya que entender el DfR como un conjunto fijo de pasos a seguir puede ser problemático. "Es un error que las empresas digan: ‘Nuestro último producto fue realmente bueno. Cumplió con nuestras expectativas de fiabilidad y con las especificaciones del cliente, así que hagamos lo mismo que la última vez’. Este enfoque es peligroso porque el siguiente producto puede tener una aplicación y unos objetivos diferentes, e incluso ser para un cliente distinto", explica Schenkelberg. 

Podemos terminar visualizando los pasos a seguir: ‘Haremos estos dos ensayos, someteremos el producto a vibración durante 2 horas y, ya está’.

Pero, ¿al proceder de esta manera, estamos añadiendo valor? Debemos evaluar qué ensayos estamos realizando para desvelar posibles problemas que se puedan presentar en un futuro". Y para desvelar problemas futuros, debemos hacer algo que los diseñadores a menudo evitan: aceptar los fallos para beneficiarnos de ellos.

Cómo beneficiarnos de los fallos

Evaluar un producto hasta el punto de fallo puede ser una herramienta útil para investigar su fiabilidad. No obstante, es un enfoque que puede chocar con los princi-pios de diseño habituales.

"Los diseñadores e ingenieros normalmente diseñan distanciándose del fallo; es algo que a menudo está en su mente durante el proceso de creación de un producto". Schenkelberg añade:

"Lo que la ingeniería de fiabilidad puede hacer es que el fallo sea más visible".

"Es importante tener capacidad para apren-der de los fallos. Mucha gente quiere hacer un ensayo para mostrar que un producto funciona. Se realizan ensayos en condiciones donde se espera que el producto funcione satisfactoriamente, pero si intentamos buscar algo que no sepamos, entonces debemos evaluar el producto hasta que falle".

"De ese modo, conoceremos la naturaleza del fallo, cómo se manifiesta y qué factores de tensión se combinan para desencadenar esa situación. Existen diferentes maneras de lograrlo, siempre y cuando queramos buscar los fallos".

Una manera de detectar posibles fallos es a través de un ensayo de vida útil a alta aceleración (HALT). Éste se puede utilizar en los pasos de verificación y validación del DfR.

Comprender la verdadera fiabilidad

"Me gusta utilizar el ensayo de tipo HALT como un proceso de descubrimiento", indica Schenkelberg. "Permite utilizar diferentes factores de tensión relevantes para la aplicación evaluada, e ir añadiendo más hasta que se fuerza el fallo. Esto nos permite evaluar si el producto falla al nivel de tensión esperado, pudiendo tomar decisiones sobre los márgenes en base al resultado. Al mismo tiempo, e igual de importante, es aprender sobre la naturaleza del fallo y cómo se produjo".

Los académicos y profesionales han elaborado listas de posibles tensiones que pueden afectar a edificios, instalaciones e infraestructuras como resultado de cambios climáticos y otros eventos catastróficos. Aunque estos eventos plantean nuevas demandas para los ingenieros, lo que cambia es la magnitud y la combinación de tensiones a las que se enfrentan.

Al buscar los fallos, como sugiere Schenkelberg, podemos comprender la verdadera fiabilidad y robustez de un producto y entender mejor su capacidad de reacción a eventos inesperados.

Diseño de uniones atornilladas fiables con Nord-Lock Group

Descubrir el posible origen del fallo es uno de los numerosos procedimientos de ensayo de Nord-Lock Group, explica Cyril Cadoux, director técnico en Europa.

"En una unión atornillada, rara vez realizamos ensayos de fallo, ya que contamos con los conocimientos adecuados para determinar por qué las piezas se han dañado. Basta con observar miles de ciclos iniciales para indicarnos la tendencia seguida. Esto nos permite entender y confiar en la fiabilidad de nuestros productos, ofreciendo una garantía de por vida", añade.

Pero entendemos que no es suficiente con observar nuestros productos por separado y confirmar que son robustos y fiables. Evaluamos nuestros tornillos y arandelas en los entornos donde se van a utilizar".

"Hablamos con nuestros clientes, nos informamos sobre las aplicaciones y realizamos un análisis más exhaustivo en base a los datos. Recopilamos la máxima información posible y después, reproducimos el escenario. A veces los planos o dibujos 3D no son suficiente, y es preciso visitar los lugares de trabajo en persona".

"Esto implica que no sólo evaluamos los productos de Nord-Lock, sino que también evaluamos sus uniones atornilladas. Podemos presentar nuestro análisis y simulación, nuestras herramientas internas, para asesorar a nuestros clientes correctamente", concluye Cadoux.

¿Quiere recibir más información al respecto? Siga leyendo nuestro documento oficial sobre principios de diseño de uniones atornilladas seguras, disponible en inglés en www.nord-lock.com/safe-bolts