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ANÁLISIS MODO EFECTO DE FALLAS (AMEF) FAILURE MODE EFFECT ANALYSIS (FMEA) Prof. Germán Crespo F.
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1.- INTRODUCCIÓN: El concepto del riesgo y su evaluación. Métodos para la cuantificación y reducción del riesgo: HAZOP, Inspección Basada en Riesgo (IBR), AMEF (FMEA). 2.- ANÁLISIS MODO EFECTO DE FALLA: Historia y Antecedentes en la Industria Automotriz. Qué es un AMEF?. Metodología y proceso del AMEF aplicado al Diseño, Manufactura y Operación. 3.- IDENTIFICACIÓN DE FUNCIONES Y MODOS DE FALLA: El inicio del AMEF como proceso; identificación de funciones de sistemas, equipos o elementos; modos de falla: total, parcial, intermitente, progresiva, sobrefunción. sobrefunción. 4.- EFECTOS: El procedimiento para consecuencias potenciales; evaluación y cuantificación de las consecuencias según su severidad. 5.- CAUSAS Y ANÁLISIS DE FALLA: Identificación positiva de las causas que producen los modos modos de falla; causa causa técnica y causa raíz; procesos de análisis de fallas. 6.- OCURRENCIA: Frecuencia y probabilidad de ocurrencia de un modo de falla; cuantificación de la ocurrencia. Histograma de fallas. 7.- DETECCIÓN: Evaluación y cuantificación de los sistemas de detección de los modos de falla. Aplicación de técnicas conexas (HAZOP). 8.- INDICE DE PRIORIDAD DE RIESGO: Evaluación cuantitativa del riesgo para un modo de falla en particular, en función de las consecuencias y del sistema actual de
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1.- INTRODUCCIÓ I NTRODUCCIÓN N La automatización y masificación de los procesos productivos y la continua expansión de los procesos industriales con la incorporación de nuevas tecnologías, lleva consigo un aumento en la probabilidad de fallas en los sistemas, equipos y componentes que no llevan consigo a la Ingeniería de Riesgos como parte integrante de su diseño, manufactura y operación. Un porcentaje de fallas se ha presentado siempre y se seguirán presentando dado que la meta de cero defectos, cero fallas y cero accidentes es una meta a la que podemos acercarnos asintóticamente pero nunca alcanzar. Desde hace varias décadas se ha entendido que el riesgo involucrado en estas fallas puede cuantificarse y que es preferible mantener el control sobre las con secuencias que actuar sólo cuando una falla se presenta. El resultado es una disminución de costos y un incremento en la productividad con con una mejor “calidad “calidad de vida” en el trabajo.
Existen técnicas ya desarrolladas para la evaluación de riesgos que permiten a los diseñadores, fabricantes y operadores actuar en consecuencia tanto para minimizarlas como para controlar las consecuencias y que éstas no se traduzcan en pérdidas económicas para el sistema productivo.
1.1 El HAZOP: Hazard and operability studies Una de las técnicas más útiles en el análisis de riesgos y que es componente vital en las demás metodologías es el llamado Análisis de Riesgo en Operación (HAZOP) que no sólo aplica a las plantas ya activas sino que se utiliza durante el proceso de la Ingeniería
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Qué pasaría si esa válvula no cierra?. Qué pasaría si al camión se le van los frenos mientras descarga descarga el producto?. Que pasaría si hay un corte de luz en esta zona? Qué pasaría si ese tubo se perfora o se rompe?. Que pasaría si ese detector no actúa?.
1.1.2.- Evaluación: Agotadas la etapa de diagnóstico donde se cree que no se puede repetir la pregunta a algo más y luego de ordenar las respuestas por familias según los equipos y la severidad de las consecuencias, se procede a la segunda etapa que consiste en responder a otra simple pregunta: Qué habría que hacer para evitar que eso ocurra? Siguiendo las preguntas ejemplo dadas más arriba, las respuestas pudieran ser: -
Colocar doble válvula; ordenar la apertura de un by pass, apagar tal bomba. Colocar topes de hierro empotrados al piso; anclar el camión mientras se descarga. Instalar un sistema de emergencia tipo UPS. Colocar una camisa; reinstalar el tubo por la parte exterior de la planta, colocar un sensor de fugas.
1.1.3.- Toma de decisiones: Sabiendo lo que pudiera hacerse para evitar la falla y sus consecuencias, se pasa a la evaluación cuantitativa que generalmente es económica y que contrapone dos preguntas: Cuál es el costo de hacer lo que se sugiere para evitar la falla y sus consecuencia? y
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1.2 Inspección Basada en Riesgo (IBR): Dada la complejidad de las operaciones en instalaciones de procesamiento de hidrocarburos y productos petroquímicos, resulta necesario crear métodos claros que guíen hacia un proceso uniforme y efectivo de selección y definición de tareas de inspección en equipos estáticos y tuberías, basados en la gerencia del riesgo. El propósito de este procedimiento es proveer lineamientos fundamentales y elementos básicos para llevar a cabo en forma consistente y eficiente programas de Inspección Basada en Riesgo (IBR) en equipos estáticos y tuberías de instalaciones petroleras y petroquímicas de. A lo largo del procedimiento se hace referencia a otros documentos donde se especifican detalles de la metodología. No se pretende describir en detalle en este curso la metodología de Inspección Basada en Riesgo (IBR), pero si deben enumerarse los aspectos más resaltantes: Conocer los conceptos y principios fundamentales de Inspección Basada en Riesgo (IBR) para la gerencia del riesgo en equipos estáticos y tuberías. • Planificación de un programa de Inspección Basada en Riesgo (IBR). • Recopilación de datos necesarios e información requerida. • Identificación de mecanismos de deterioro y modos de falla. • Estimación de la probabilidad de falla. • Estimación de la consecuencia de falla. • Estimación del riesgo . Actividades de inspección para la gerencia del riesgo. Y Actualización del riesgo •
• Roles, responsabilidades, entrenamiento y calificaciones • Documentación y manejo de resultados.
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Los beneficios de la aplicación de una forma sistemática y con criterios homologados de los programas de Inspección Basada en Riesgo (IBR) en diferentes plantas pueden resumirse como: • Mejora de la eficiencia de los procesos debido a la prevención de fallas (pérdida de la
función contenedora) de equipos estáticos y tuberías. • Reducción de costos de reparación no programados producidos por fallas de equipos
estáticos y tuberías. • Reducción de la exposición al riesgo del personal con la di sminución
del número de
fallas de equipos. • Amplio acceso corporativo a la información producida por los programas de
Inspección Basada en Riesgo (IBR), a través de una base de datos típicos de equipos estáticos y tuberías de uso común en las instalaciones de procesamiento de hidrocarburos y petroquímicas, incluyendo modos de falla, mecanismos de degradación, probabilidad y consecuencia de falla, niveles de riesgo, actividades de inspección, etc. • Desarrollo de una memoria técnica de operaciones y mantenimiento en instalaciones / sistemas / equipos. • Planificación proactiva de las actividades de inspección de equipos estáticos y tuberías
con base a los resultados de los análisis de riesgo. • Posibilidad de dedicar y enfocar esfuerzos en la optimización de actividades
y tareas
de inspección. • Mejora de la moral en el personal de la empresa.
Como se mencionó antes, la Inspección Basada en Riesgo (IBR) es una metodología para evaluar y manejar el riesgo, la cual esta enfocada en la evaluación de la función
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considerando sólo la función contenedora de los mismos. Junto a la matriz de riesgo, se especifican acciones para mitigar el riesgo, no sin antes verificar que estas sean efectivas desde el punto de vista de costos; para lograr esto se realizan análisis costoriesgo-beneficio antes de implementar estas recomendaciones. Por lo general, estos planes generan una reducción del riesgo una vez que las acciones son ejecutadas. En la actualidad a nivel internacional existen dos frentes de trabajo en la metodología IBR. El primer frente es coordinado por el Grupo de Trabajo de Inspección Basada en Riesgo (IBR) del Comité de Equipos de Refinerías de la American Petroleum Institute (API), mientras que el segundo lo coordinada el denominado Grupo de Usuarios de la Metodología IBR de API. El Grupo de Trabajo de Inspección Basada en Riesgo (IBR) del Comité de Equipos de Refinerías del API (Task Group on Recommended Practice 580 Risk-Based Inspection) es el encargado de la preparación de la práctica recomendada para la aplicación de IBR, la cual se identificó como API RP 580. La práctica recomendada API RP 580 tiene un carácter general y se está preparando para dar a los usuarios los elementos básicos para desarrollar un programa de aplicación de IBR; en ella se utiliza un enfoque propio y seleccionado por el usuario de acuerdo a sus necesidades y el nivel de detalles requerido. Los principios y conceptos plasmados en este documento para manejar y considerar el riesgo son universalmente aplicables, aunque el mismo se desarrolla para ser utilizado en la industria petrolera y química, pudiendo ser aplicados sin ningún software o documento base en particular. Además de la práctica recomendada de IBR API RP 580, el denominado Grupo de
8 2. American Petroleum Institute (API), “Base Resource Document on Risk Based Inspection”, API Publication 581, 2001. 3. American Petroleum Institute (API), “Risk Based Inspection Software”, Version
3.2.5, 2001. 4. Det Norske Veritas, “Risk Based Inspection Training Course Materials”. American
Petroleum Institute. Houston, Texas, U.S.A., 2001. 5. American Petroleum Institute (API), “Pressure Vessel Inspection Code – Inspection, Repair, Alteration, and Rerating”, API Inspection Code 510.
6. American Petroleum Institute (API), Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction API Std. 653. 7. American Petroleum Institute (API), “Piping Inspection Code – Inspection, Repair, Alteration, and Rerating of In-service Piping Systems”, API Inspection Code 570. 8. American Petroleum Institute (API), “Fitness -For-Service”, API Recommended Practice 579, First Edition, March 2000. 9. Offshore Reliability Data. OREDA Participants, OREDA-92, distributed by DNV Technica, prepared for E&P Forum, 1992. 10. American Institute of Chemical Engineers / Center For Chemical Process Safety, “Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis”. 11. “APT-Inspection Software”, Version 1.6, Asset Performance Tools, The
Woodhouse Partnership Ltd., July 2000.
1.3 Análisis Modo Efecto de Fallas (AMEF): Basado en los mismos principio que el IBR y con apoyo en técnicas tales como el
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2.- ANÁLISIS MODO EFECTO DE FALLA (AMEF)
El Análisis Modo Efecto de Falla (AMEF) es un proceso sistemático, continuo y permanente cuyo objetivo es recomendar las acciones a tomar durante el diseño, la manufactura o la operación para reducir riesgos, los costos asociados a las fallas e incrementar la satisfacción del cliente.
HISTORIA: La disciplina del Análisis Modo Efecto de Falla (AMEF o FMEA en inglés) fue desarrollada por al armada de los Estados Unidos. El procedimiento o especificación inicial fue publicado bajo el código MIL-P-1629, en fecha 09 de Noviembre de 1949, con el título “Procedimientos para desarrollar un análisis crítico del modo efecto de falla”. Fue utilizado como una técnica confiable de evaluación para determinar el efecto
de las fallas en sistemas y equipos. Las fallas fueron clasificadas de acuerdo a su impacto sobre el éxito de las misiones y la seguridad del personal y los equipos. Los términos “personal” y “equipos”, tomados directamente del resumen de la norma MIL STD-1629, es notable. El concepto que “personal” y equipo” son términos intercambiables no aplican en el contexto moderno de la manufactura de producción de bienes de consumo. Los fabricantes de bienes de consumo establecieron un nuevo set de
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Las normas para APQP proveen un método estructurado para definir y establecer los pasos necesarios para asegurar que un producto satisface los requerimientos de los clientes. El Plan de Control ayuda en la manufactura de productos de calidad en concordancia con los requerimientos del cliente según QS9000. Se hace énfasis en minimizar las variaciones en los procesos y en los productos. Un Plan de Control provee una aproximación estructurada para el diseño, selección e implementación de métodos de control de valor agregado para el sistema total. Según QS9000, los proveedores de partes automotrices deben utilizar AMEF en el proceso de Planificación Avanzada de Calidad y en el desarrollo de sus Planes de Control. El Grupo Automotriz de Acción Industrial (AIAG) y la Sociedad Americana para el Control de Calidad (ASQC) registraron en 1993, los derechos de autor sobre la normas para AMEF aplicada en la industria, equivalente técnico del procedimiento de la Sociedad de Ingenieros Automotrices SAE J-1739. Las normas son presentadas en un Manual de AMEF aprobado y respaldado por los tres fabricantes de autos. Este manual proporciona lineamientos para preparar un AMEF. El contenido de este curso está dedicado a dar a conocer ls fundamentos y procedimientos para realizar un AMEF y superar algunas deficiencias, tal como se utiliza en la industria automotriz de USA.
QUÉ ES UN AMEF?: Un AMEF es comúnmente definido como “un proceso sistemático para identifi car
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de crítico: (S) y el nivel de Ocurrencia (O). Criticidad = (S) × (O). Este número es utilizado para ubicar en prioridad a los items que requieren un plan adicional de calidad. Controles Los Controles Vigentes (para diseño y fabricación) son los Vigentes: mecanismos de prevención de las Causas de los Modos de Falla desde su origen o los que alcancen al Cliente Cliente: Los Clientes son departamentos internos o externos, personas y procesos que serían afectados por una falla del producto.c Detección: La Detección es una evaluación de la probabilidad que un Control Vigente (para diseño o fabricación) detecte la Causa de un Modo de Falla o el Modo de Falla en sí mismo, previniéndolo o alertándolo antes que alcance al Cliente. Efecto: Un Efecto es una consecuencia adversa que el Cliente puede experimentar. El Cliente puede ser la próxima operación, una posterior operación o el usuario final. Modo de Falla: Los Modos de Falla son descritos algunas veces como categorías de falla. Un Modo de Falla potencial describe el camino por el cual un producto o proceso pudiera no cumplir la función deseada (intención del diseño o requerimientos de actuación) tal como se estableció en las necesidades, especificaciones y expectativas los
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número es utilizado para ubicar en prioridad un item que requiere una planificación adicional de calidad. Severidad: Severidad es una evaluación de cuan perjudicial es sobre el Cliente el Efecto de un Modo de Falla Potencial. Características Características Significativas son Características Especiales Significativas: definidas por Ford Motor Company como aquéllas que afectan significativamente la satisfacción del cliente y requieren planificación de la calidad para asegurar niveles de aceptables de capacidad. Características de Las Características de Procesos Especiales son características de Procesos procesos para los cuales la variación debe ser controlada dentro de Especiales: cierto rango preestablecido para asegurar que la variación en un Producto de Características Especiales es mantenida en el rango durante la fabricación y ensamblaje. Producto de Son productos para los cuales una variación razonablemente Características anticipada puede afectar significativamente la seguridad del Especiales: producto o el cumplimiento de normas gubernamentales o la satisfacción del cliente
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FMEA Potential Failure Mode and Effects Analysis (AMEF) FTA Fault Tree Analysis ISO International Organization for Standardization QFD Quality Function Deployment QOS Quality Operating System RFTA Reverse Fault Tree Analysis RPN Risk Priority Number SPC Statistical Process Control
METODOLOGÍA DEL AMEF: El AMEF es una parte integral del Sistema de Aseguramiento de Calidad según QS9000 o ISO9000. En la Figura 1 se ilustra el papel del AMEF en un sistema de calidad típico. Como se observa, el AMEF no sólo se concentra en la prevención de los problemas,
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Figura 1. El papel del AMEF en un Sistema de Calidad. Se mostrarán las principales técnicas y procedimientos de aplicación del AMEF para Diseño y Fabricación. Los formatos que se presentan deben adaptarse a las necesidades
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Evaluación de la Severidad de la falla. Revisión del método de Detección de la falla. Análisis del Efecto. (Procedimiento de consecuencias potenciales) Determinación de Características Especiales. Evaluación de Riesgos. Establecer nivel de criticidad. Determinar el Número de Prioridad de Riesgo. Toma de acciones para reducir el riesgo.
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3.- IDENTIFICACIÓN DE FUNCIONES Y FALLAS Los elementos del AMEF son los componentes de información relacionada entre sí del cual consta un análisis. Para la identificación de los elementos de un AMEF es fundamental la aproximación con la situación real que logre el equipo de trabajo. Aunque el documento final de una AMEF es responsabilidad de un individuo, los datos y la información provienen de equipos multidisciplinarios. El equipo básico de trabajo debe consistir de individuos con conocimientos en diseño, manufactura, ensamblaje, servicio, calidad y confiabilidad. Un Ingeniero, por lo general, lidera el equipo que realizará el AMEF. Los miembros y el líder pueden variar según los sistemas, productos y procesos vayan evolucionando
FUNCIONES Y MODOS DE FALLAS: Una vez que el objetivo del análisis ha sido establecido, el siguiente paso en el proceso de un AMEF es identificar Funciones. Una función es el propósito para el cual fue diseñada o seleccionado un producto o proceso que está bajo análisis. Si se trata de un sistema, las Funciones de los subsistemas deben también ser identificadas. Los Modos de Falla Potenciales o las categorías de falla pueden entonces ser identificadas describiendo la forma en la cual el producto o proceso falla. Los Modos de Falla caen en una de cinco categorías posibles de falla: - Falla total. - Falla parcial. - Falla intermitente.
17 Función adicional tal como “se apaga por defecto cuando no está en uso”, la cual puede
haber sido omitida cuando las funciones fueron identificadas originalmente. La Función original debe ser corregida por “debe dar una luz de 3 + 0.5 candelas cuando está encendida”. Una falla parcial, intermitente, gradual o de sobre exigencia de una Función puede ser una falla total de otra Función no identificada. El uso de las categorías de Modos de Falla puede ayudar a describir esas Funciones.
4.- EFECTOS Luego que las Funciones y Modos de Falla han sido establecidos, el siguiente paso en el proceso de un AMEF es identificar las consecuencias potenciales cuando se presente un Modo de Falla. Esto puede canalizarse, por ejemplo, con una tormenta de ideas dentro del equipo de trabajo, o aplicando analogía, empatía o inversión. Esta etapa puede tomar algo de tiempo pero debe conducir a hechos observables y, en general, cuantificables. Una vez identificadas las consecuencias, éstas deben ser ubicadas dentro del modelo AMEF como Efectos. En el modelo AMEF, se asume que los Modos Efectos de Falla siempre ocurren cuando se presenta el Modo de Falla; el hecho que un Modo de Falla resultará en un Efecto no admite alguna representación probabilística. El Procedimiento para Consecuencias Potenciales se aplica para tener en cuenta consecuencias remotas o improbables. El Procedimiento explícitamente asocia Efectos con las circunstancias bajo las cuales ellos ocurren a través de la identificación de Modos de Falla adicionales.
EL PROCEDIMIENTO PARA CONSECUENCIAS POTENCIALES:
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Veamos un ejemplo que puede ilustrar el Procedimiento para Consecuencias Potenciales. Durante una tormenta de ideas para determinar los Efectos, el equipo puede tender a identificar consecuencias muy severas y las circunstancias improbables bajo las cuales ocurren. Cuando analizamos el caso de la linterna, un miembro del equipo puede observar que el bombillo puede quemarse prematuramente cuando se usa como “flash”, dando como resultado que el usuario la moverse en la oscuridad se caiga y se haga daño. Otro miembro del team puede observar que una variación en la presión atmosférica puede causar la explosión del bombillo durante un examen de ojos y se produzca un daño. En una tormenta de ideas es de esperar que a alguien se le ocurran ideas extrañas como éstas. En vez de anotar un nuevo Modo de Falla para cada situación inverosímil, estos eventos pudieran ser agrupados dentro de una categoría de Efectos muy amplia tal como “daño personal o muerte”.
En última instancia, los Efectos están categorizados en uno de diez grupos según su Severidad. Resulta muy ventajoso escribir Modos de Falla que incluyen todos los Efectos en una clasificación p or Severidad, tal como “Fallas al proporcionar 3 + 0,5 candelas de luz bajo condiciones críticas”. Toda falla de un producto que conduzca a un
daño personal o la muerte está automáticamente incluida; no es necesario intentar identificar todas las circunstancias bajo las cuales el daño o la muerte se pueden producir. La razón para esta conveniencia es que la probabilidad de falla bajo cualquier condición crítica debe ser convertida en un factor dentro de la rata de Ocurrencia. Ahora que las consecuencias improbables de daño o muerte están representadas por sus propios Modo de Falla, los Efectos serán analizados por separado, independientemente del Modo de Falla original “Fallas al proveer 3 + 0,5 candelas cuando la luz está
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Los Efectos son evaluados en conjunto cuando se cuantifica el riesgo, aún cuando a ellos se les asignan valores individuales de Severidad. Se asume que todos los Efectos se producirán cuando el Modo de Falla ocurre. Por lo tanto, el Efecto más severo tiene precedencia cuando se evalúa el riesgo potencial. Este modelo contabiliza los casos en los que las Causas tienen múltiples Efectos. Cambios en algunos aspectos del diseño y/o del proceso puede reducir el nivel de Severidad. Conviene hacer algunas observaciones a las Tablas de Severidad: - Las escalas no discriminan entre fallas que resultan en muerte catastrófica, daño
personal, o violación a regulaciones gubernamentales. - Un defecto detectado por la mayoría de los clientes es menor que la mitad de la escala superior de Severidad. - Ningún Efecto tiene un nivel igual a uno (1) y no hay un nivel cero (0). Las tablas siguientes se aplican para industria automotriz y que el equipo de AMEF deberá lograr por consenso la clasificación de la Severidad de los Efectos en cada caso particular. Efecto
Criterio: Severidad del Efecto para AMEF en Diseño.
Peligroso sin aviso
La falla afecta la operación segura del producto ó involucra un incumplimiento de las regulaciones gubernamentales sin aviso previo. La falla afecta la operación segura del producto ó involucra un
Nivel
10
20 Muy menor
El aspecto y el acabado o las vibraciones o ruido no están según el estándar. Algunos clientes muy particulares notarán el defecto.
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Ninguno
No hay efectos
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Tabla 1. Criterio de evaluación sugerido y sistema de clasificación para la Severidad de los Efectos para un AMEF aplicado al Diseño.
Efecto
Criteri0: Severidad del Efecto para un AMEF aplicado a Procesos
Peligroso sin aviso.
Puede poner en peligro al operador de la máquina o del ensamblador. La falla afecta la operación segura del producto o incumple con una regulación gubernamental. La falla ocurrirá sin aviso previo.
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Peligroso sin aviso.
Puede poner en peligro al operador de la máquina o del ensamblador. La falla afecta la operación segura del producto o incumple con una regulación gubernamental. La falla ocurrirá con aviso previo.
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Interrupción mayor en la línea de producción. Major disruption to
Nivel
21 Menor
Interrupción menor de la línea de producción. Una parte del producto es possible deba ser reprocesado en la línea o fuera de ella (retoque). Aspecto y acabado o vibraciones y ruidos estarán fuera de especificaciones. El cliente promedio notará este defecto.
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Muy Menor
Interrupción menor de la línea de producción. Una parte del producto es possible deba ser reprocesado en la línea o fuera de ella (retoque). Aspecto y acabado o vibraciones y ruidos estarán fuera de especificaciones. Algunos clientes en particular notarán este defecto.
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Ninguno
El Modo de Falla no tiene Efecto.
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Tabla 2. Criterio de evaluación sugerido y sistema de clasificación para la Severidad de los efectos en un AMEF aplicado a Procesos. CARACTERÍSTICAS ESPECIALES: La AIAG define unas Características Especiales de Producto como aquellas características para las cuales una variación razonablemente anticipada puede significativamente afectar la seguridad de un producto o el cumplimiento de normas o regulaciones gubernamentales, o que lo más probable es que afecte el nivel de satisfacción del cliente con el producto. La Ford Motor Company divide las Características Especiales en dos categorías: Características Críticas y Características Significativas.
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Ocurrencia de nivel 3 o superior señalan a las Características Significativas. En un AMEF aplicado al Diseño, se habla de Características Significativas Potenciales. En un AMEF aplicado a Procesos, si se requiere de un control especial para asegurar la detección entonces se habla de Características Significativas Reales. No existe un método normalizado para agrupar o clasificar las Características de Productos Especiales. La nomenclatura y la forma de denotarlas pueden variar.
5.- CAUSAS Y ANÁLISIS DE FALLAS Después que los Efectos y Severidades han sido determinados, el siguiente paso es identificar las Causas de los Modos de Falla. Esta es otro trabajo en equipo. La identificación debe comenzar con los Modos de Falla que tienen los Efectos más severos. En un AMEF aplicado al Diseño, las deficiencias en el diseño que resultan en un Modo de Falla son las Causas de la Falla. Las deficiencias en el diseño que inducen a errores en la manufactura o el ensamblaje también se consideran como Causas en un AMEF aplicado al Diseño. El AMEF aplicado al Diseño asume que las especificaciones de manufactura y ensamblaje son cumplidas y sólo busca identificar fallas resultantes del diseño del producto. En un AMEF aplicado a Procesos, las Causas son errores específicos en términos de algo que debe ser corregido o controlado. El AMEF aplicado a Procesos asume que el producto tiene la ingeniería adecuada y que no fallará por una deficiencia en el diseño. Esto no implica que todos los datos de entrada del proceso cumplan las especificaciones
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Figura Nº 2.- Relación de secuencias de Causas, Efectos y Modos de Falla en una linterna. En un análisis de la cobertura exterior de la linterna “Permitir exceso de humedad”
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La mayoría de los Sistemas Reales no siguen con el modelo simple de Causa-Efecto. Una Causa individual puede tener múltiples Efectos. Una combinación de Causas pueden conducir a un solo Efecto o a múltiples Efectos. Las Causas pueden tener ellas mismas otras Causas y los Efectos pueden tener Efectos subsecuentes o aguas abajo. El Modo de Falla debe también ser considerado en todos esos modelos. En la Figura Nº 3 se muestra la relación entre Función, Modo de Falla, Causas Potneciales y Efectos. En el modelo AMEF, las Causas no resultan automáticamente en un Modo de Falla. El término “Potencial” se utiliza para describir las Causas, para indicar incertidumbre.
También se asume que todos los Efectos resultarán una vez que el Modo de Falla ocurre. Por lo tanto, el término “Potencial” no es utilizado para describir Efectos.
Figura Nº 3. Relaciones entre los elementos de un AMEF En la Figura Nº 3, se emplea un pentágono para representar el Modo de Falla por dos razones: primero, los Modos de Falla se pueden agrupar en una de cinco categorías y, segundo, se puede mirar como espejo del pentágono superior para indicar que los Modos de Falla también se describen como anti-Funciones.
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modelo de la AIAG, no se logra ninguna ventaja en la priorización del riesgo si se escriben Modos de Falla adicionales porque las Causas y los Modos de Falla no están necesariamente relacionados por la Ocurrencia. La Ford Motor Company ha añadido una condición Causas-Modo de Falla al modelo de la AIAG, estableciendo que si la Causa ocurre, el Modo de Falla siempre se produce. Esta condición relaciona efectivamente Ocurrencia con Modo de Falla, pero casualmente la relación Modo de Falla – Efecto, no es mencionado en los Manuales de AMEF de la Ford. Si el modelo Ford asume que el Efecto no siempre se presenta cuando el Modo de Falla ocurre, entonces la Ocurrencia no tiene nada que ver realmente con que el cliente detecte el Efecto. En el modelo Ford se asume que el Efecto siempre se presenta cuando el Modo de Falla ocurre, entonces el team de AMEF se ve forzado a asumir que una Causa automáticamente conducirá a todo posible Efecto. Esto es generalmente falso y conduce a una sobre estimación del riesgo. En el nuevo modelo de AMEF, el Procedimiento para Causas Potenciales y una nueva definición de Ocurrencia son utilizados para manejar el azar en el problema Causa-Modo de Falla-Efecto. Los modelos de la Ford o de la AIAG no incluyen un Procedimiento para Causas Potenciales o alguna solución similar. Para diferentes Efectos, las Causas no son evaluadas como un grupo cuando se analiza el riesgo. A cada Causa del Modo de Falla se le asigna valor por separado. Los Controles Vigentes previenen algunas veces la Causa de la falla, el Modo de Falla en sí mimo o sus Efectos. Tales Controles, diseñados como Tipo 1, son los más deseables y pueden reducir la clasificación inicial de la Ocurrencia.
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- Una Ocurrencia de nivel 1 no discrimina entre fallas de ocurrencia remota y cero
probabilidad de ocurrencia.
Debe recordarse que las Tablas 3 y 4 tienen su origen en la Industria Automotriz y como los valores de clasificación son sugeridos, el criterio que se emplee para priorizar el riesgo debe estar documentado en el AMEF.
Probabilidad de Falla
Rata de Fallas
Nivel
1 en 2
10
1 en 3
9
1 en 8
8
1 en 20
7
1 en 80
6
1 en 400
5
1 en 2000
4
1 en 15,000
3
1 en 150,000
2
Muy Alta: la Falla es casi inevitable.
Alta: Fallas repetidas.
Moderada: Fallas Ocasionales.
Baja: Relativamente pocas fallas.
29 1 en 80
6
1 en 400
5
1 en 2000
4
Baja: Fallas aisladas asociadas con procesos similares.
1 en 15,000
3
Muy Baja: Solamente fallas asociadas con procesos casi idénticos.
1 en 150,000
2
Remota: La falla es improbable. No hay fallas asociadas con casi todos los procesos idénticos.
1 en 1,500,000
1
Moderada: Generalmente asociadas con procesos similares a proceso previos donde se han presentado fallas ocasionales pero no en proporciones mayores.
Table 4. Criterio de evaluación sugerido y sistema de clasificación para la Ocurrencia de Fallas en un AMEF aplicado a los Procesos. HISTOGRAMA DE OCURRENCIA: También llamado Histograma de Frecuencias, resume la frecuencia o repeticiones que una determinada Causa se ha presentado derivando en un Modo de Falla y se grafica en función del RPN. Puede y debe hacerse un histograma para un producto, sistema o para una planta en general.
7.- DETECCIÓN
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Debe recordarse que las Tablas 5 y 6 tienen su origen en la Industria Automotriz y como los valores de clasificación son sugeridos, el criterio que se emplee para priorizar el riesgo debe estar documentado en el AMEF. Detección
Criterio: Probabilidad de Detección por Control en el Diseño.
Nivel
Incertidumbre total
El Control en el Diseño no detecta una Causa Potencial de falla o los subsecuentes Modos de Falla. O no hay Control en el Diseño.
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Muy Remota
Posibilidad muy remota que el Control en el Diseño detectará una causa Potencial de Falla o el subsecuente Modo de Falla.
9
Remota
Posibilidad remota que el Control en el Diseño detectará una causa Potencial de Falla o el subsecuente Modo de Falla.
8
Muy Baja
Hay una muy baja posibilidad que el Control en el Diseño detectará una causa Potencial de Falla o el subsecuente Modo de Falla.
7
Baja
Hay una baja posibilidad que el Control en el Diseño detectará una causa Potencial de Falla o el subsecuente Modo de Falla.
6
Moderada
Hay una moderada posibilidad que el Control en el Diseño detectará una causa Potencial de Falla o el subsecuente Modo de Falla.
5
Moderadamente Alta
Hay una posibilidad moderadamente alta que el Control en el Diseño detectará una causa Potencial de Falla o el subsecuente Modo de Falla.
4
Alta
Hay una alta posibilidad que el Control en el Diseño detectará una causa Potencial de Falla o el subsecuente Modo de Falla.
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31 Detección
Criterio: Probabilidad de Detección por Control de Procesos.
Nivel
Casi Imposible
No existen Controles conocidos para detectar el Modo de Falla o la Causa.
10
Muy Remota
Probabilidad muy remota que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla o la Causa.
9
Remota
Probabilidad remota que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla o la Causa.
8
Muy baja
Probabilidad muy baja que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla o la Causa.
7
Baja
Probabilidad baja que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla o la Causa.
6
Moderada
Probabilidad moderada que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla o la Causa.
5
Moderadamente Alta
Probabilidad moderadamente alta que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla o la Causa.
4
Alta
Probabilidad alta que los Controles Vigentes detectarán el Modo de Falla o la Causa.
3
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8.- NÚMERO DE PRIORIDAD DE RIESO El Número de Prioridad de Riesgo (RPN) es una representación o producto matemático de la gravedad de un grupo de Efectos (Severidad), la probabilidad que la Causa provocará la falla asociada con esos Efectos (Ocurrencia) y la habilidad de detectar la falla antes que esta llegue al cliente (Detección). En forma de una ecuación podemos escribir RPN = S x O x D Este número es utilizado para ayudar a identificar los riesgos más serios y conducir a la acción correctiva. Observando la ecuación vemos que el método para valorar el riesgo está muy simplificado. La Severidad, la Ocurrencia y la Detección no tienen el mismo peso específico en términos del riesgo. La distorsión resulta de la naturaleza no lineal de las escalas individuales de clasificación. Como resultado de esto, los escenarios S-O-D producen valores de RPN que son menores que otras combinaciones que reflejan mayor riesgo. Aún más, la escala del RPN en sí misma tiene implícitas ciertas propiedades estadísticas no intuitivas. La observación inicial y correcta que la escala comienza en 1 termina en 1000 generalmente conduce a suposiciones incorrectas en la mitad de la escala. En la Tabla Nº 7 se muestran algunas suposiciones incorrectas o defectuosas más comunes. Suposición Incorrecta
Datos Estadísticos Reales
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MAPAS O MATRICES DE RIESGO: En la Figura Nº 4 se muestra un gráfico de Ocurrencia contra Severidad y las diferencias de tonalidad o color representan la discrepancia entre Criticidad y riesgo real para un sistema con un sistema promedio de detección de fallas (Detección = 5). Las zonas de color azul representan concordancia entre Criticidad y Riesgo, mientras la zona roja representa la máxima discrepancia entre estas variables. Se aprecia la dramática discrepancia cuando la Severidad es 10 y la Ocurrencia es 2. En esta situación, se espera que ocurra una falla con consecuencias potencialmente catastróficas (eventualmente) y puede, por lo tanto, hacerse pasar por un gran riesgo. Basado en la escala de Criticidad, a esta situación se le asigna un valor de 20 (de un máximo posible igual a 100) y puede, consecuentemente, ser pasado por alto.
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9.- FORMATOS PARA AMEF La AIAG ha estandarizado unos formatos o planillas para los AMEF. Todos los datos de entrada deben estar organizados en el formato en espacios y columnas destinados para tal fin. Algunas compañías compilan la data del AMEF en hojas de trabajo y luego las vacían en las planillas. Otras compañías desarrollan su propia versión electrónica según los elementos del AMEF que se identifiquen. A manera de ejemplo se anexa un formato típico para realizar un AMEF. Notará que las variables se cuantifican de una forma algo distinta pero el objetivo es el mismo.
10. ACCIONES CORRECTIVAS
REDUCCIÓN DE RIESGOS: El propósito fundamental de un AM EF es recomendar l as acciones a tomar para r educir el riesgo.
Las acciones tomadas resultan por lo general en una menor Severidad, Ocurrencia y rata de Detección. La adición de controles de validación y verificación pueden reducir la Detección. La revisión de los Diseños y Procesos puede conducir en menores niveles de
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fuerte correlación entre Criticidad y Riesgo, mientras que las zonas rojas señalan una gran discrepancia. La discrepancia entre el RPN y el cálculo experto del riesgo de las 1000 combinaciones S-O-D es aún muy resaltante. A pesar de los defectos del RPN y de la Criticidad, ambos son utilizados regularmente y en forma indebida para valorar el riesgo.
CONTROLES ACTUALES: Los controles para Diseño y Procesos están agrupados según su propósito según se muestra en la siguiente Tabla. Tipo (1): Estos controles previenen la Causa o modo de Falla desde el origen o reducen su rata de ocurrencia. Tipo (2): Estos controles detectan la Causa o el Modo de Falla y conducen a una acción correctiva. Tipo (3): Estos controles detectan el Modo de Falla antes que el producto alcance al cliente. El cliente puede ser la próxima operación, una subsecuente operación o el usuario final. La distinción entre los controles que previenen la falla (Tipo 1) y los controles que detectan la falla (Tipos 2 y 3) es importante. Los controles Tipo 1 reducen la probabilidad que una Causa o Modo de Falla ocurra y, por lo tanto, afectan el nivel o grado de Ocurrencia. Los controles Tipo 2 y 3 detectan las Causas y los Modos de Falla
36 FORMATOS A.M.E.F. DESCRIPCIÓN O NÚMERO DE EQUIPO
FUNCIÓN DE LA OPERACIÓN
MODO DE LA FALLA
FALLA POTENCIAL EFECTO DE LA CAUSA DE LA FALLA FALLA
2 1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO O SUBENSAMBLE QUE SEA ANALIZA
3 FUNCIÓN Y OPERACIÓN DEL COMPONENTE O EQUIPO QUE SE HA DE ANALIZAR
4
DESCRIBIR CADA DESCRIBIR LOS UNA DE LAS EFECTOS DE LAS POSIBLES FALLAS FALLAS
CONTROLES ACTUALES
O
6
7
EVALUACIÓN S D IPR 8
9
AJUSTE O
10
5 ENUMERAR TODAS LAS POSIBLES CAUSAS DE CADA MODO DE FALLA.
EVALUACIÓN S D IPR
12
13
14
O
S
D
C
E
E
U
V
T
R
E
E
11 ENUMERAR LOS CONTROLES QUE PREVIENEN CADA MODO DE FALLA
O
S
D
R
C
E
E
I
ACCIÓN CONTINGENTE. ACCIÓN PREVENTIVA.
15 16
U
V
T
E
R
E
E
S
R
R
C
G
R
R
C
E
I
C
O
E
I
C
C
D
I
C
D
I
I
A
Ó
I
A
Ó
A
D
N
A
D
N
ACCIÓN CORRECTIVA.
AFINACIÓN
ACCIÓN CONTINGENTE. ACCIÓN PREVENTIVA. ACCIÓN CORRECTIVA.
DESCRIPCIÓN O NÚMERO DE EQUIPO. O sub-ensamble que se ha de analizar. FUNCIÓN DE LA OPERACIÓN DEL COMPONENTE O EQUIPO. Que se ha de analizar. MODO DE FALLA. Describir cada uno de los posibles modos de falla que pudieran ocasionar las variables del trabajo d el equipo o componente. EFECTO DE LA FALLA. Describir el efecto de la falla lo más especifico posible, aún suponiendo que ocurriera, o la manera en que el usuario podría notarlo. CAUSA DE LA FALLA. Enumerar las posibles causas de cada modo de falla que las variables de la operación podrían ocasionar. CONTROLES ACTUALES. Enumerar todos los controles que estén destinados para prevenir o detectar las causas o modos de falla. O ninguno si n o existe control. OCURRENCIA. Se refiere a la probabilidad de que la falla ocurra considerando únicamente los controles existentes para prevenir la ocurrencia de la causa de la falla, calificando del 1 al 10 según la posibilidad que se estime.
37 SEVERIDAD. Es el factor que representa la gravedad de los efectos de la falla después de que ha ocurrido. Como la severidad se basa únicamente sobre el efecto de la falla, todas las causas potenciales de falla para un mismo efecto reciben la misma puntuación. El grado de severidad se estima del 1 al 10. DETECCIÓN. La probabilidad de detectar el efecto causado por la dalla antes de que ésta llegue a presentarse en forma definitiva, para determinar esta probabilidad se usa una escala del 1 al 10. En el caso de que la detección se pueda realizar, pero la falla no es posible corregirle por falta de controles que la prevengan su calificación se estimará alta. I-P.R. (Índice de prioridad de riesgo). Para todas las causas de falla. (I.P.R. = Ocurrencia. Severidad. Detección). Si el resultado obtenido en el IPR es mayor que 100 h acer los ajustes que se requieran para bajar la puntuación en: Ocurrencia, severidad, detección. 15 REEVALUACIÓN. Después de realizar los ajustes, aplicar nueva puntuación en ocurrencia, severidad, detección. Para un nuevo IPR, menor o cercano a 100. 16 AFINACIÓN. Realizar el refinamiento que se requiera para llevar el equipo, sub-ensamble o componente a ser de ALTA CONFIABILIDAD.
USO DEL A. M. E. F. En el campo número 1 describir el nombre del equipo o sub-ensamble o equipo que se ha de analizar, si es posible reunir la mayor información técnica que pueda dar luz al problema que nos ocupe. En el campo número 2, reunir toda la información que se tenga de; La función y la operación, es importante saber si el personal de producción o de mantenimiento tiene el conocimiento de la operación de equipo y/o los componentes del mismo, existe información relevante aun en la forma más insignificante que no parezca, pues estas pueden ser un modo de falla. FALLA POTENCIAL.
Modo de falla (Campo tres), describir en este campo los diferentes modos de falla que se considere tengan relación, si se cometiera un error en la selección de algún modo de falla este terminará por destruirse en la descripción, si lograra confundirse se destruirá, pues no tendrá relación con el efecto de la falla. Efecto de la falla (Campo cuatro), describir lo más específico posible los efectos de la falla, tal como ocurrieron, cómo podrán ocurrir o cómo se observaron. Causas de la falla (Campo cinco), enumerar todas las posibles causas de cada modo de falla que se correlacionó en el modo de falla y efecto de falla, si algún modo no se correlaciona y no se destruye puede llegar a tener un índice alto de prioridad de riesgo y merece nuestra atención. Tomando en consideración que las causas de la falla son difíciles de detectar, requieren de la participación de un grupo de trabajo para determinarlas.
38 Controles (Campo seis), enumerar todos los controles que previenen o detectan la causa de las fallas. En el caso de que no existan controles para la causa que nos ocupe, hacer un distingo de ello. EVALUACIÓN. Con la información obtenida en los campos 3, 4, 5, y 6 , hacer la medición para la evaluación.
Ocurrencia. Se refiere a la probabilidad de que la falla ocurra, considerando para ello únicamente los controles existentes para prevenir la ocurrencia de las causas, calificando del 1 al 10 según la posibilidad que se estime. Si es posible de que ocurra la calificación será alta y si los controles evitan su ocurrencia la calificación será baja. Severidad. Es el factor que representa la gravedad de los efectos de la falla después de que ha ocurrido, cómo podrá ocurrir o cómo se observará. Como la severidad se basa únicamente en el efecto de la falla, todas las causas de la falla correlacionadas para un mismo efecto reciben la misma puntuación (del 1 al 10). Detección. Es la probabilidad de detectar el efecto de la falla antes de que esta llegue a presentarse en forma definitiva. Si los controles existentes pueden detectar la falla pero estos no actúan o han sido desajustados de sus parámetros de control o su diseño no es el adecuado, la detección será nula y su puntuación será al ta. Esta puede ser mejorada si los controles se verifican en su funcionalidad, es decir la evaluación puede dar las soluciones con la verificación de los valores vs. Parámetros, variables de operación o tolerancias (puntuación del 1 al 10). Índice de Prioridad de Riesgo. (IPR para todas las causas de falla). La obtención es, a través de multiplicar los valores de: Ocurrencia, severidad y detección. Si el resultado obtenido en el IPR es mayor a 100 entonces hacer los ajustes que se requieran para bajar la puntuación en ocurrencia, severidad y detección. ACCIÓN CONTINGENTE, ACCIÓN CORRECTIVA Y ACCIÓN PREVENTIVA. Después de realizar los ajustes, para lograr un IPR menor o cercano a 100, aplicar la reevaluación y hacer la nueva puntuación. El refinamiento y ajustes de la falla potencial, hace que un equipo sea de ALTA CONFIABILIDAD.
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Ejemplo de uso del AMEF COMPONENTE
POSIBLE FALLO
FALLA POTENCIAL
EFECTO DEL FALLO
P D S ACCESO
HERRAMIENTAS
TIEMPOS
COMENTARIOS Y OBSERVACIONES.
(Nº DE PIEZA) DESCRIPCIÓN DE LAS PARTES A ANALIZAR
COFRE.
DESCRIPCIÓN MODO DEL DEL FALLO Y/O FALLO
DETECCIÓN DEL PROBABILIDAD EFECTO FALLO
DEL FALLO
INMEDIATO
EFECTO ÚLTIMO
HERRAMIENTAS ESPECIALES.
LA PRODUCTIVIDAD
CÓMO SE CREE SE NOTARÁ.
SE DETECTAN
PUNTOS DE
HUELLA DE
ELECTRODO
SALEN
SE HA
LOS COFRES
PUNTOS DE SOLDADURA QUE
SOLDADURA, DISCORDANTES.
CHISPORROTEO.
DESAJUSTADO
CHISPAS DEL PUNTO AL
INCREMENTADO EL CHISPORROTEO.
ESTÁN SALIENDO CON ESE DEFECTO
REQUIERE DE PARAR
Y VA EN
LA
INCREMENTO. LA FALLA PUEDE AFECTAR LA
MÁQUINA PARA HACER LOS
CALIDAD DEL PRODUCTO
AJUSTES.
PROVOCAN
SOLDAR
FUERTE CHISPORROTEO.
ELECTRODOS.
EFECTO SOBRE
DESGASTE
PRESIÓN FUERA DE ESPECIFICA-
CHISPORROTEO
ELECTRODO DESAJUSTADO.
SOLDADURA INCREMENTANDO. BLANDA.
CIÓN
4
3 3 SE
PUNTOS FUERA DE 5 4
5 SE
ESPECIFICACIÓN TODOS LOS
REQUIERE PARAR LA
COFRES A PARTIR DE INICIADO EL DESAJUSTE.
MÁQUINA PARA HACER LOS AJUSTES.
ESTIMADO DE REPARACIÓN.
GENERACIÓN DE FALLA EN INCREMENTO
AFECTA AL PRODUCTO. EL COSTO DE LA NOCALIDAD VA EN AUMENTO.
TODOS LOS COFRES VAN CON ESTE DEFECTO. FALLA GRABE POR SER DE COMPORTAMIENTO ASCENDENTE,
Acción correctiva por puntuación. Grave requiere acción inmediata.
