Dołącz do czytelników
Brak wyników

Okiem inspektora

12 maja 2022

NR 68 (Kwiecień 2022)

Nowoczesne techniki w diagnostyce maszyn

0 10

W Przemyśle 4.0 jest coraz mniej miejsca dla majstra z młotkiem opukującego obudowę w poszukiwaniu potencjalnej usterki maszyny. Za to coraz więcej miejsca zajmuje elektronika i IIoT (Industrial Internet of Things).

Strategia diagnozy 

Nowoczesna diagnostyka najpierw określa swój przedmiot i model w kontekście SUR. Każdy wybór generuje koszty, które powinny być dopasowane do możliwości przedsiębiorstwa i potrzeb jego parku maszynowego. W przeciwnym wypadku może to być generowanie zbędnych kosztów przeglądów lub napraw. Zawsze jednak chodzić będzie o zapewnienie możliwie bezawaryjnej pracy maszyn i urządzeń. W podejściu prewencyjnym utrzymania ruchu stosuje się strategię predykcyjną lub preskryptywną, która w Przemyśle 4.0 zdobywa powoli pozycję dominującą. 
Strategia predykcyjna zakłada przewidywanie na podstawie posiadanych danych długości bezawaryjnego czasu pracy maszyny. Pobierając i weryfikując informacje o pracy maszyny, można przewidzieć moment, w którym nastąpi awaria – i jej zapobiec, na przykład dokonując całościowego przeglądu lub wymiany elementu. Aby to zrobić, należy zbudować model predykcyjny i zaopatrzyć go w dane historyczne, systematycznie zbierając informacje o bieżącym stanie maszyny. Wraz z danymi eksploatacyjnymi pozwolą one stworzyć model predykcyjny, pozwalający na przewidywanie czasu wystąpienia potencjalnej niesprawności lub awarii. Zgodnie z normą PN-EN 13 306 predykcyjne utrzymanie ruchu to szereg działań mających na celu ocenę stanu technicznego obiektów na podstawie systematycznych analiz i badań w celu przewidywania procesów degradacji i zapobiegania stanom awaryjnym.
Strategia preskryptywna (Prescriptive Maintenance – RxM) wykorzystuje IIoT i metody sztucznej inteligencji (AI) do zautomatyzowania procesu wnioskowania o bieżącym stanie technicznym oraz prognozowania stanu wystąpienia awarii. Tu nie trzeba budować modelu, lecz dobrze zinterpretować dane z czujników w postaci raportów o stanie technicznym. To właśnie systemy informatyczne zintegrowane z maszynami dostarczają dokładne raporty do centralnych systemów informatycznych przedsiębiorstwa, co umożliwia kierownictwu efektywne sterowanie produkcją, zarządzanie bezpieczeństwem, planowanie postojów oraz generowanie precyzyjnych i terminowych zleceń remontowych dla SUR. Zasadniczym celem strategii preskrypcyjnej jest ograniczenie ryzyka operacyjnego i wyeliminowanie podejścia nakazowego opartego na planowanych remontach. 
Jednak obie prewencyjne strategie mogą generować spore koszty funkcjonowania Służb Utrzymania Ruchu, a serwisy zewnętrzne też nie należą do tanich. 
Dlatego często stosuje się CBM (Condition-Based Maintenance), która jest odpowiedzią na wysokie koszty strategii prewencyjnych. CBM to koncepcja utrzymania ruchu bazująca na systematycznej ocenie stanu technicznego maszyn w celu wykrycia i identyfikacji potencjalnych niesprawności (uszkodzeń), które mogą doprowadzić do awarii. To CBM staje się podstawą strategii preskryptywnej, przy niższych kosztach. 

POLECAMY

Uszkodzenie, awaria, diagnoza 

Czym innym jest awaria, a czym innym uszkodzenie (niesprawność), bo – mówiąc skrótowo – awarii można uniknąć, a uszkodzenia nie. Z kolei każde uszkodzenie generuje pewne symptomy, które można rozpoznać i na ich podstawie określić prawdopodobieństwo i częstotliwość awarii. Jeśli poprawnie zinterpretujemy symptomy, tym większa szansa na uniknięcie awarii. Im szybciej uszkodzenie zostanie zidentyfikowane, tym więcej czasu będzie na rozsądne działania zapobiegawcze. 
Niemal 99% uszkodzeń poprzedzonych jest różnego rodzaju symptomami, które można zidentyfikować, obserwując parametry wejściowe związane z zasilaniem i sterowaniem, a także parametry opisujące przetworzoną przez obiekt energię zamienianą głównie na procesy resztkowe, takie jak procesy wibroakustyczne (drgania, dźwięki), ciepło czy produkty zużycia. I dlatego to na nich skupia się duża część diagnostyki. 
Zawsze jednak potrzebne będą dane pochodzące z czujników i efektywne techniki diagnostyczne, stąd waga IIoT, w którym czujniki komunikują się ze sobą. Dzięki nim realizujemy strategię proaktywnego utrzymania ruchu, czyli zapobiegania awariom, zamiast reagowania na nie, przy ograniczaniu kosztów. Diagnoza, czyli rozpoznanie i osąd stanu technicznego, może być prowadzona przy działających maszynach lub nie, po ich demontażu lub bez, może się odbywać online lub offline. Zależnie od ścieżki dobierane są techniki diagnostyczne. Te, w ostatnich latach, uczyniły ogromny postęp, niejako przy okazji włączając się w system IoT (Intenet of Things). 

Diagnostyka

Najważniejsze metody diagnostyczne, które umożliwiają ocenę stanu technicznego w sposób bezdemontażowy i bez konieczności wyłączenia obiektu z eksploatacji, to ocena środków smarnych, pomiar i analiza parametrów elektrycznych, emisji akustycznej w zakresie ultradźwięków, drgań, rozkładów temperatur (podczerwień), a także pomiar i analiza parametrów procesu przemysłowego. Jak pokazuje praktyka, najlepsze efekty można uzyskać, stosując jednocześnie różne metody diagnozowania. 
Z metodami należy połączyć właściwą strategię utrzymania ruchu, która powinna obejmować przegląd i klasyfikację obiektów, wybór obiektów do badań, identyfikację znanych uszkodzeń, wybór odpowiednich metod diagnozowania wybranych uszkodzeń, przyjęcie parametrów stosowania określonych metod diagnostycznych, przygotowanie i przeszkolenie personelu, uruchomienie programu predykcyjnej strategii utrzymania ruchu, podejmowanie działań naprawczych na podstawie wniosków płynących z analiz.

Czujniki smart górą 

Zadaniem czujników jest rejestracja sygnałów fizycznych, które następnie analizowane są za pomocą oprogramowania umożliwiającego określenie stanu zużycia maszyny oraz wykrycie zbliżającej się awarii. Smart czujniki działające w IIoT rejestrują i przesyłają do dedykowanej bazy danych bieżące parametry techniczne, a także komunikują się ze sobą. Na ich podstawie w centrum analiz powstaje cyfrowy obraz maszyn, dzięki któremu można kontrolować ich pracę i stan techniczny, przewidując awarię.
Jednocześnie czujniki nie tylko badają stan i pracę urządzeń, ale za pośrednictwem bramki Bluetooth transmitują dane do pracowników, co umożliwia im szybkie podejmowanie decyzji np. w kwestii przeprowadzenia prac konserwacyjnych. 
Smart czujniki badają kluczowe parametry, dotyczące kondycji i pracy urządzeń, m.in. poziom temperatury, drgań i zużycia energii, a dane gromadzą w wirtualnej chmurze. Te czynności można także zautomatyzować, instalując w fabryce bramkę Bluetooth, która zbiera dane z urządzeń samodzielnie. Użytkownik może wtedy przeglądać je zdalnie, bez konieczności pobierania. By zbadać stan silnika, wystarczy zainstalować na nim czujnik, a później pobrać dane na smartfon bez konieczności zbliżania się do silnika. Co ważne, dzięki zastosowaniu sensorów, możliwy jest bieżący podgląd krytycznych parametrów, takich jak wibracje silnika, a dzięki temu można planować prace serwisowe i konserwacyjne jeszcze przed wystąpieniem awarii, zgodnie z realnymi potrzebami. Czujniki mogą zbierać dane co godzinę albo nawet co 5 minut, w zależności od potrzeb danej aplikacji przemysłowej. 
To pozwala na szybki dostęp do właściwych informacji, dzięki czemu – gdy zdarzy się jednak awaria – Służby Utrzymania Ruchu mogą szybko określić, w jakich podzespołach nie trzeba szukać usterki, co pozwoli ograniczyć czas przeznaczony na rozwiązanie problemu. Ponadto inteligentne, połączone ze sobą urządzenia mogą dostarczać dane np. o swoich parametrach roboczych w czasie rzeczywistym podczas wznowienia procesu. 
Są już nawet czujniki pozyskujące energię – mogą one zwiększyć wydajność w zakładach produkcyjnych, co poprawia aspekt finansowy utrzymania ruchu, bo – jak wyliczono – tylko w USA na wymianę baterii w czujnikach rocznie przeznacza się 1 mld dolarów. Czujniki pozyskujące energię – jak sama nazwa wskazuje – działają na zasadzie pozyskiwania energii, takiej jak energia kinetyczna, solarna i termalna generowana przez maszyny, i przekształcania jej w energię elektryczną, dzięki czemu nie potrzebują baterii. 

Wykorzystać czujniki 

Diagnostyka drganiowa
Wibrodiagnostyka, czyli diagnostyka drganiowa, to system badający drgania newralgicznych podzespołów (np. łożysk) w czasie rzeczywistym. Metoda wibroakustyczna pozwala uzyskać i dokładnie przeanalizować drgania niemal ze wszystkich zjawisk, jakie towarzyszą maszynie podczas pracy.
Do pomiaru drgań maszyn najczęściej stosuje się czujniki drgań bezwz...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 numerów czasopisma "Menedżer Produkcji"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • Dodatkowe dokumenty do pobrania i samodzielnej edycji
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy