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.
REKLAMA
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 13306 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 na 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.
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 będzie więcej czasu 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
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 bezwzględnych (piezoelektryczne, elektrodynamiczne) oraz czujniki drgań względnych (wiroprądowe, światłowodowe). Czujnikami drgań bezwzględnych mierzy się najczęściej szybkie ruchy obudowy łożyska lub innego elementu drgającego maszyny względem nieruchomego punktu odniesienia. Czujniki drgań bezwzględnych są czujnikami stykowymi, a najbardziej rozpowszechnionym przetwornikiem do pomiaru drgań bezwzględnych maszyn jest akcelerometr piezoelektryczny. Drgania weryfikowane są metodą obserwowania widma FFT albo metodą SPM HD – czyli metodą impulsów uderzeniowych. Jej zastosowanie daje możliwość postawienia szczegółowej „diagnozy” oraz stwierdzenia jakości współpracy mechanicznej poszczególnych elementów. Kolejna metoda – emisji akustycznej – bazuje na pomiarach drgań i dźwięków generowanych przez materiał i dobrze uzupełnia poprzednie metody.
Większość pracujących w przemyśle maszyn ma fabrycznie zamontowane czujniki temperatury, bo jest ona nie tylko wskaźnikiem uszkodzenia maszyny, ale również potencjalną przyczyną przyszłych awarii. Mierzy się ją zwykle za pomocą termometrów rezystancyjnych, które są odporne chemicznie, mają krótki czas reakcji, precyzję, odporność na wibracje, a także spełniają wymogi procesów higienicznych. Smart czujniki działające bezprzewodowo są na przykład odpowiedzialne za diagnozę oleju w przekładni na drodze metody termoanalitycznej. Czujnik temperatury mierzy temperaturę oleju i przekazuje wartości pomiarowe do jednostki analizującej, która oblicza pozostały czas eksploatacji dla ustawionego rodzaju oleju. System skutecznie wykrywa anomalie pracy we wczesnym stadium rozwoju oraz zdecydowanie redukuje ilość fałszywych alarmów. Na rynku są też czujniki, które mierzą jednocześnie drgania maszyny, sygnały stanu łożysk i wartości pomiaru temperatury, co daje pełen obraz monitorowanego urządzenia. Metoda termowizyjna umożliwia zdalną kontrolę urządzeń i instalacji oraz szybką lokalizację wadliwych miejsc bez konieczności wyłączania urządzeń będących pod napięciem, dlatego jest szczególnie skuteczna w tej dziedzinie. Działanie kamery opiera się na detekcji promieniowania podczerwonego (w paśmie od 7,5 do 14 mm) wysyłanego oraz odbitego przez obiekt, a określenie temperatury następuje samoczynnie dla każdego piksela obrazu po przeliczeniu energii z uwzględnieniem założonego przez operatora współczynnika emisyjności powierzchni badanych elementów.
Diagnostyka trybologiczna to ocena stanu urządzenia bezpośrednio na podstawie wyników badań środków smarnych. Na podstawie wyników badań oleju uzyskanych w laboratorium użytkownik otrzymuje informacje o śladach zużywania się podzespołów i możliwości awarii. Szacuje się, że ok. 80% awarii elementów sterowania hydraulicznego powstaje na skutek zanieczyszczenia układu, stąd znacząca rola czujników i badań. Jednak otrzymywane wyniki badań trzeba zestawiać w tabelach tak, żeby bez problemu móc śledzić trendy poszczególnych parametrów olejów w każdej maszynie z osobna. Dopiero to pozwala na działania zapobiegające awariom.
DIAGNOSTYKA ULTRADŹWIĘKOWA
Wykorzystanie detekcji ultradźwięków do wykrywania uszkodzeń maszyn i urządzeń oraz wczesnej diagnostyki jest obecnie powszechne. Używane jest często do wykrywania nieszczelności, kontroli zaworów, odwadniaczy, monitorowania stanu i smarowania łożysk, inspekcji urządzeń i sieci elektrycznych, do zapewnienia bezpieczeństwa przy współpracy ludzi i robotów. Najwięcej nowości pojawia się w dziedzinie rozwiązań IIoT, np. do ultradźwiękowej inspekcji, która – poprzez pomiar poziomu tarcia w łożyskach – pozwala na ich ciągły monitoring. To z kolei pozwala na automatyczne dozowanie smaru i zapobieganie awariom. Jednak długoterminowo firmie potrzebne są programy diagnostyczne uwzględniające zarówno technologię ultradźwiękową, jak i inne technologie, takie jak wibrodiagnostyka, termowizja czy analiza oleju. Dzięki ich połączeniu można wyprzedzać potencjalne awarie, unikając postojów w myśl zasady „lepiej zapobiegać niż leczyć”.
