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MRS: Simulación de Fiabilidad Mecánica |
MRS: Simulación de Fiabilidad Mecánica
| El Mercado de hoy día requiere ciclos de desarrollo de productos cortos y rápidos, además de un creciente énfasis en la reducción de costos y tiempo de mercadeo. Metodologías de simulación avanzadas son ahora utilizadas para predecir el comportamiento y la respuesta de sistemas complejos como consecuencia de la reducción de testeos.
El MRS ayuda a diseñadores a evaluar el rendimiento de fiabilidad durante la fase de desarrollo del sistema, para alcanzar de esta manera un producto competitivo y de alto rendimiento. El MRS es la única herramienta de modelación y simulación, diseñado para posibilitar, en sistemas mecánicos, la localización de las raíces de las fallas y la predicción de fiabilidad. La predicción de fiabilidad para sistemas mecánicos, es un proceso muy sensible a los distintos tipos de parámetros relevantes, como material, cargas y esfuerzos, fricción, fuerzas, corrosión, vibración, etc.
Los datos sobre fallas, los que dependen solo del tiempo de funcionamiento, son inadecuados e insuficientes para predecir la fiabilidad de sistemas mecánicos. Las tasas de fallo de un sistema mecánico no pueden, generalmente, ser descritas por una distribución continua y única. Además, la distribución de tasa de fallo constante tampoco puede ser utilizada para uso genérico. Debido a esto, la estimación de fiabilidad para equipamientos mecánicos se convierte en una tarea difícil de realizar durante la fase del diseño. Al contrario de otros modelos de predicción de fiabilidad mecánica, el MRS toma en cuenta las relaciones y dependencias entre los componentes mecánicos, sus diferentes modos de fallo, los distintos limites operacionales y mas.
El MRS es un método probabilístico de predicción, que incorpora a la fiabilidad en el proceso del diseño, estableciendo una base científica para la evaluación de limites de estrés mecánico, modelos de fallo, mecanismos de fallo potenciales, geometrías relevantes, cargas y esfuerzos operacionales, parámetros de condiciones ambientales, estructura, dimensiones, corrosión y fatiga.
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Beneficios del MRS
- Rápida predicción analítica de MTBF para todo tipo de componente mecánico
- Amplio rango de elementos incorporados, mecanismos de mando y transmisión, rodamientos (rulemán), mecanismos sujetadores y activadores entre otros, permitiendo una rápida creación de ensamblajes mecánicos para la predicción avanzada de fiabilidad
- Amplio rango de distribuciones, permitiendo la descripción de condiciones de carga del mundo real y propiedades de los distintos materiales
- Permite definir la conexión entre componentes: transmisión automática de parámetros cinemáticos y dinámicos tales como, momentos de torsión, velocidades y fuerzas entre los elementos conectores, resultando en un menor tiempo de entrada de datos y una reducción de los errores humanos
- Calcula el MTBF y la distribución de las fallas para componentes definidos por el usuario
- Posee una amplia librería de propiedades de los distintos materiales utilizados en el mercado
- Modos de fallo y causas de falla básicos generados automáticamente para cada tipo de componente mecánico, con el fin de ser utilizado en los análisis FMEA/FMECA, FTA y RBD
- Permite la exportación de datos de distribución de fiabilidad para la optimización del mantenimiento preventivo, utilizando SAMO
- Análisis de movimientos acoplados, estructura, incremento de deformación (arrastramiento), térmico, desgaste, corrosión y fatiga con nuevas ecuaciones analíticas desarrolladas
- El MRS permite a diseñadores, simular virtualmente cualquier tipo de sistema mecánico. Incluye el árbol de proyecto y constructor estructural asociado. A su vez este incluye un conjunto de iconos de componentes mecánicos y las conexiones entre ellos:
- Elementos de maquinaria, como discos rotatorio, ejes, acopladores y mas
- Mecanismos de mando y transmisión como engranajes, poleas, levas y mas
- Rodamientos (rulemanes) como rodamiento de bolas y rodillos, bujes y rodamientos deslizantes de rotación y mas
- Mecanismos activadores como activador lineal neumático e hidráulico, motores eléctricos y mas
- Sujetadores y ajustadores como tornillos, pines, prensas y mas
Flujo de trabajo del MRS
El MRS cuenta con los siguientes módulos principales:
- Físico, propiedades de materiales, formas geométricas, tamaños, superficies, propiedades de tratamientos térmicos, propiedades ambientales, cargas estáticas y dinámicas (fuerzas, momentos de torsión, velocidad de giro, etc.) y sus respectivas distribuciones estadísticas
- Modelación de fiabilidad mecánica, usando los modos de fallo y las interrelaciones funcionales de los componentes individuales
- Simulador de disipación estocástica para todos los parámetros de entrada
- Procedimientos de cálculo de tiempo de fallo utilizando dependencias teóricas y empíricas
Durante el diseño de un sistema mecánico, es esencial proporcionar información sobre fallas críticas para determinar los modos de fallo potenciales (eventos o mecanismos físicos que causan el surgimiento de fallas, como por ejemplo, corrosión, fatiga o desgaste) que un producto puede quizás encontrar durante su ciclo de vida. Al considerar y diseñar nuevos productos, estos conocimientos e informaciones se utilizan para ayudar a los diseñadores a realizar sus extrapolaciones, basándose en similitudes con productos existentes.
El MRS provee una librería dividida en categorías, la que permite a los diseñadores ser capaces de generar causas y modos básicos de fallo para cada componente mecánico incluido en el sistema. Las caracterización de los modos de fallo incluye las siguientes clases como oculto, predecible, prevenible y aleatorio. La tasa de causa para cualquier modo de fallo debe ser evaluada de acuerdo con la experiencia del diseñador o a través del análisis de fallas de campo (un estudio sistemático de la naturaleza de varios modos de fallo del material).
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Seleccionando la distribucion para una variable de entrada aleatoria
El programa MRS utiliza un metodo analitico predictivo y probabilistico unico para el analisis de la fiabilidad de cada elemento mecanico dentro del sistema. En cada elemento de la maquinaria existe una incierta cantidad de parametros de entrada. (por ejemplola geometria, propiedades del material, cargas, ambiente). La variacion de estos parametros de entrada esta definida como variables de entrada aleatorias y estan caracterizadas por su tipo de distribucion (por ejemplo, exponencial, normal, lognormal, etc) y por la distribucion de los parametros (por ejemplo, valores medios, desviacion estandar). El tiempo de fallos para cada elemento mecanico es calculado como un parametro salida aleatorio usando simulacion Monte Carlo como un modo de fallos dependiente de la influencia del tiempo (por ejemplo, fatiga, corrosion, desgaste y fluencia)
Indicadores de bondad son usados para seleccionar el optimo tipo de distribucion y consecuentemente los parametros de distribucion y MTBF para cada elemento mecanico.
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Ventajas del MRS
- Evalúa la fiabilidad de sistemas mecánicos en la temprana fase del diseño
- Provee la base para los cálculos de repuestos y mantenimiento preventivo
- Examina la degradación con el tiempo (del sistema o un sub sistema cualquiera) para entornos ambientales particulares y estipulados, fuerzas, tipos de material, etc.
- Proporciona un método de evaluación estandarizado de fiabilidad
- Ayuda a ingenieros a evaluar los resultados de trabajo en condiciones extremas
- Reduce y elimina testeos costosos e innecesarios
- Lleva a alcanzar un tiempo de mercadeo menor y a un costo mas bajo
- Facilita un análisis simple de comparación
- Permite realizar un análisis de sensibilidad para parámetros de diseño y funcionamiento
- Permite seleccionar el componente optimo para cada tipo de aplicación
- Minimiza el “sobre diseño”
- Minimiza el “sobre estrés”
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