Költségcsökkentés – a rezgéselemzés bevezetése

Számos ipar alapköve a kritikus fontosságú eszközök, például motorok és szivattyúk szünetmentes üzemeltetése. Ezeknek a gépeknek muszáj működniük, különben az ügyfelek nem fognak hozzájutni a számukra elengedhetetlen élelmiszerekhez vagy vízellátáshoz. Ha egy vállalat nem képes efféle termékeket vagy szolgáltatásokat nyújtani, akkor jelentős pénzügyi vagy jogi szankciókkal sújthatják őket.

A vállalatok egyre inkább a prediktív karbantartási programokhoz fordulnak segítségért, hogy ki tudják iktatni a váratlan meghibásodásokat, és ezzel együtt a be nem tervezett leállásokat is, amivel elkerülhetik a fent említett hátrányos következményeket. Egy ilyen program monitorozza a gépek állapotát és teljesítményét, hogy fel tudja mérni, mely gépeknél valószínűsíthető a meghibásodás, és mikor. Ezekkel az információkkal felfegyverkezve a karbantartók sokkal hatékonyabban tudják megvizsgálni egy gép állapotát, beütemezni a karbantartási feladatokat a gyártási ütemterveknek megfelelően, illetve javításokat eszközölni, mielőtt a gép meghibásodna.

• Az efféle munkavégzés jelentős előnyöket nyújthat:
• karbantartási költségek – 50%-os csökkenése,
• váratlan meghibásodások – 55%-os csökkenése,
• javítási és átállási idő – 60%-os csökkenése,
• pótalkatrészkészlet – 30%-os csökkenése,
• a meghibásodások között eltelt átlagos idő (MTBF) – 30%-os növekedése
• a üzemidő – 30%-os növekedése.

A Plant Engineer’s Handbook („Gyármérnöki kézikönyv”, 2001) szerint egy átlagos gyárra nézve a karbantartási költségek 10%-os csökkenése ugyanakkora pénzügyi előnyt jelent, mintha az értékesítések 40%-kal nőttek volna.

1. ábra Intelligens létesítményirányítás

Rezgéselemzés – a prediktív karbantartás kulcsfontosságú eszköze

A rezgéselemzés az egyik fő eszköz, amely adatokat szolgáltathat a prediktív karbantartási programoknak. A rezgés mérésével a mérnökök valós időben tudnak reagálni az alkatrészek állapotában bekövetkező változásokra, és lehetővé válik a távoli állapotmoni­torozás is.
A rezgésérzékelők legáltalánosabb típusa a gyorsulásmérő, amelynek közvetlenül érintkeznie kell a megmérni kívánt géppel vagy alkatrésszel. A gyorsulásmérők között is leginkább a piezoelektromos gyorsulásmérők az elterjedtek. Népszerűségük azzal magyarázható, hogy erős, tiszta jelet adnak a legtöbb frekvencián, bár a piezorezisztív gyorsulásmérők – ezek az ellenállás változását mérik – is egyre jobban terjednek.
A mikrofonérzékelők szintén népszerűek. Ezek képesek detektálni a változásokat a magas frekvenciájú hangokban, és költséghatékony módon tudnak alapvető információkat adni, így gyakran alkalmazzák őket a gyorsulásmérőkkel együtt.
A nyúlásmérő bélyegek lelke egy elektromosan vezető réteg, amely deformálódik, amikor egy alkatrészen rezgés érzékelhető. Ezek a deformációk megváltoztatják a réteg elektromos ellenállását, és ha megmérjük, mennyi időbe telik az áramnak átfolyni rajta, azzal fel tudjuk mérni a tárgy rezgését.
Használhatók még az érintkezésmentes technikák, például az örvényáramos és lézeres eltolódás is. Mivel ezeknek nincs szüksége közvetlen érintkezésre, ezért ideálisak a kényes, érzékeny eszközök vizsgálatához.
Akadnak még más, jól megalapozott rezgéselemzési technikák, amelyek alkalmazhatók a prediktív karbantartásban; ilyenek a maximális gyorsulás elemzésén, a frekvenciaelemzésen és mesterséges intelligencián alapuló technikák. Léteznek olyan kompakt rezgéselemző berendezések, amelyek jelzik a problémás rezgéseket motorokban, hidraulikus komponensekben és egyéb, gyártásban használt gépezetekben.

A rezgéselemzés bevezetésének hajtóereje az IIoT

A rezgéselemző érzékelők és technikák bevezetésének egy fő tényezője az ipari tárgyak internetének (IIoT) folyamatos térnyerése. Ahogy a vállalatok egyre nagyobb számban bevezetik az érzékelők és műszerek által rögzített adatok megosztását lehetővé tevő, egész gyárakra kiterjedő kapcsolódást, úgy lesz egyre könnyebb hozzáférni és elemezni az adatokat, és betáplálni azokat prediktív karbantartási programokba. Ez minden eddiginél könnyebbé teszi a rezgésérzékelők beépítését a monitorozási és karbantartási programba, és kétségkívül nagyobb választási szabadsághoz és ezeknek az eszközöknek a szélesebb körű elterjedéséhez vezet majd.
A rezgéselemzés által nyújtott költségcsökkentés azt jelenti, hogy a gyártógépek, különösen a forgó mozgást végző eszközök, például motorok, szivattyúk, kompresszorok és turbinák üzemeltetői pénzügyi előnyökhöz juthatnak a technológia bevezetését követően.

A rezgéselemzéssel kapcsolatos tévhitek

Számos tévhit és félreértés kering a rezgéselemzéssel kapcsolatban, és azzal, hogy lehet-e, s ha igen, miért lehet ez a technika a prediktív karbantartási program egyik alappillére. Lássunk néhány példát:

„A gépeink nem is rezegnek, ezért előreláthatólag nem fognak egyhamar meghibásodni.”
Minden gép rezeg. Ha egy motor csak kis rezgéseket kelt, az teljesen normális, a nagy rezgések vagy a motor rezgésmintájának megváltozása azonban problémákra utaló jel lehet. A motorra ható rezgés több összetevőből állhat össze. Ha tudjuk, melyek ezeknek a lehetséges forrásai, akkor pontosabb diagnózist állíthatunk fel a motorunk állapotáról. A rezgés egyik fő okozója egy motorban a kiegyensúlyozatlanság, ami egy olyan pont, ahol megfelelő ellensúllyal nem kiegyenlített tömeg a motor tengelye körül mozog, és rezgéseket kelt a forgó alkatrészekben. Az efféle egyensúlyhiányokat okozhatják öntvényhibák, megmunkálási hibák, de akár karbantartási hibák is, például a meg nem tisztított ventilátorlapátok.
A csapágyak szintén elsődleges gyanúsítottak; a meglazult csapágyak által keltett rezgések átterjedhetnek más alkatrészekre is. A kenés elmulasztása, a rossz minőségű szigetelés vagy a bejutott szennyeződés gyorsan el tudja koptatni a csapágy részeit, amíg egy gördülőcsapágy hornyainak megnyomódása minden alkalommal mozgást eredményez, amikor a csapágy a sérült résznél jár. A fogaskerekek szintén okozhatnak rezgéseket, ha rosszul illeszkednek. Az elnyűtt vagy letört fogak egymáshoz súrlódhatnak, ezzel akár veszélyes rezgéseket is keltve.

„Nekünk nincs szükségünk rezgéselemzésre – majd ha a gépeink felmelegszenek vagy furcsa zajokat adnak ki, akkor átvizsgáljuk őket.”
Ha megvárjuk, amíg könnyen észlelhető jelei vannak a közelgő meghibásodásnak, azzal nem hogy nem nyerünk semmit, de inkább veszítünk. Addigra lehet, hogy csak napok vagy órák kérdése egy katasztrofális hiba. Ezzel szemben egy megfelelően elvégzett rezgéselemzési program a lehetséges meghibásodást hónapokkal előre meg tudja jósolni.
A 2. ábra mutatja a meghibásodás detektálható jeleit egy alkatrészben és az idővonalat, amely során ezek a jelek észlelhetővé válnak. A könnyen detektálható jelek, mint a zajok és a túlzott hőtermelődés, amelyeket mi emberek is tudunk érzékelni, már a küszöbön álló meghibásodást jelzik. Azonban mire észleljük ezeket, előfordulhat, hogy már túl késő közbelépni, és nagyon is valóssá válhat a gyártás megszakadása és a katasztrofális kár. Ezzel szemben egy alkatrész vagy gép rezgésprofiljában bekövetkező változások hónapokkal azelőtt észlelhetők, hogy egy esetleges meghibásodás bekövetkezne.

2. ábra Egy esetleges meghibásodás különböző jelei és a különböző módszerekkel végzett észlelésük idővonala

 
Számos gyári karbantartó részleg a „meghibásodásig hajtás” filozófiáját vallja, és csak akkor cselekszik, amikor a gép már meghibásodott. Ebből hatalmas karbantartási költségek és gyártási veszteségek keletkezhetnek. Ezzel szemben a korai rezgésérzékelés előnyei közé sorolhatjuk a előreláthatóságot, a biztonságot, az alacsonyabb költségeket és a nagyobb megbízhatóságot.

„A rezgéselemzés túl bonyolult és túl drága.”
A rezgésadatok elemzéséhez szükség van szoftverre, hardverre, képzettségre, jelentős eszközinformációs infrastruktúrára és fegyelmezett ütemtervre. Bár a többforrású rezgésjelek komplex elemzését jobb, ha profi rezgéselemzőkre hagyjuk, rengeteget tehetünk mi is azért, hogy relatíve olcsó berendezésekkel észleljük az alapvető hibákat.
Például a Fluke 805 rezgésmérő egy könnyen használható műszer, amellyel pontos, ismételhető méréseket végezhetünk. Ez a műszer négyszintű súlyossági skálával rendelkezik, és a benne található processzor kiszámolja a csapágyak állapotát és az átfogó rezgésmértéket, és rendkívül egyszerűen értelmezhető szöveges üzenetek formájában kommunikál. Érzékelői széles frekvenciatartományt képesek olvasni: egészen 10 Hz-től akár 20 000 Hz-ig, amely elég széles ahhoz, hogy a legtöbb gép és alkatrész rezgésprofilját lefedje. A 805-ös felhasználói felülete félreérthetetlen; a felhasználónak mindössze az RPM-tartományt és a berendezés típusát kell megadnia a méréshez. A Fluke 810 rezgéstesztelő egy sokkal többre képes műszer, saját diagnosztikai meghajtóval, amely a való világból gyűjtött rezgési adatbázist használ.
Bár némileg költséges összeállítani egy rezgéselemző programot, a rezgéselemzés elmulasztásának költsége sokkal nagyobb lehet. Például az ABB Motors egyik elemzése azt vizsgálta, hogy mennyi esetleges költsége lehet annak, ha egy motor meghibásodik. Az elemzésben egy 315 kW-os, 95,5%-os hatásfokú motort járattak folyamatosan. Ha az energiaköltséget 11 p/kWh (penny per kilowattóra)-nak vesszük, és a motor évente 8400 órát jár, akkor a motor üzemeltetésének költsége annak 20 éves élettartama alatt 6 094 704 angol font lenne. Ez őrülten magas, ha a tipikus beszerzési árral hasonlítjuk össze, amely csupán 18 000 font.
Ugyanakkor a motor nem járatásának a költsége is hasonlóan magas. Az elemzés egy, a kőolaj- és gáziparban használatos motor példájára hivatkozik, amelynek az egyszeri meghibásodása akár 220 000 font veszteséget termelne óránként! Egyetlen, 10 órán át tartó meghibásodás a motor 20 éves élettartama alatt már 2,2 millió font veszteséget eredményezne.
Az ennyire óriási veszteségek nem elképzelhetetlenek az olyan iparágakban, mint például a gépjárművek, a fémöntvények, az élelmiszerek és üdítőitalok iparai. A be nem ütemezett leállásból fakadó esetleges veszteségek miatt a motorfelhasználók több mint 70%-a hivatkozik a megbízhatóságra mint elsődleges szempontra a motorkarbantartási programjukban, írja a Reliable Plant („megbízható gyár”) magazin.

„Nincs elég emberünk a rezgéselemzés elvégzéséhez.”
Ha egy szervezet elég nagy ahhoz, hogy kijelölt megbízhatósági csapata legyen, akkor a rezgésmonitorozásnak és -elemzésnek a repertoárjuk részét kell képeznie. A karbantartó technikusok online kurzusokon szerezhetnek képesítést az ISO 18436 szabványról. Az egyik előnye annak, ha házon belül végezzük a rezgéselemzést, hogy felmérhetjük a gépeink tendenciáit. A házon belüli személyzet jobban ismeri a gépeket, a folyamatokat, a körülményeket és az előtörténetet, és ezt a tudást kombinálhatják a monitorozó szerszámok által gyűjtött információkkal.
Némi gyakorlattal és megfizethető monitorozó berendezésekkel olyan adatok gyűjthetők, amelyekből levezethetők a meghibásodás feltételei. Ha kifinomult elemzésre van szükség, akkor még mindig lehet szaktanácsadókhoz fordulni, akik haladóbb szintű módszerekkel tudják elemezni a kihívást jelentő problémákat.

„A rezgéselemző berendezések beszerzése túl sok időbe telik és túl nehéz.”
Egyre több cég kínál direkt szakembereknek készült monitorozó- és elemzőberendezéseket, amelyek segítenek a rezgéselemzést népszerűbbé tenni, felhívva a figyelmet annak előnyeire. A Farnell számos beszállító megoldásait forgalmazza, többek közt a Fluke, a Kemet, az Omron, a Murata, az Amphenol Wilcoxon, a TE Connectivity és a Rohm termékeit. Ezen beszállítók közül többen online forrásokat is rendelkezésre bocsátanak, hogy magának a rezgéselemzésnek és gyakorlati alkalmazásának a hitelességét igazolják.

„A gyárunkban olyan kíméletlenek a körülmények, hogy teljesen kizárják az érzékeny rezgésérzékelők használatát.”
A zord körülmények közt üzemelő iparágakban, például a gépjárműiparban és a repülőzésben és űrhajózásban széles körben használnak rezgésérzékelőket. Bár ezek valóban kihívásokkal teli iparágak, a burkolat-/csatlakozóstruktúrához, az érzékelőelem anyagához, a jelszabályozáshoz és a kábelezéshez hasonló problémák körültekintő megfontolása során rájöhetünk, hogy ezek a kihívások nem leküzdhetetlenek. A jó hírnevű gyártók tudnak tanácsot adni a megfelelő megoldással kapcsolatban a legtöbb alkalmazás esetében. Sőt, a kifinomult, ám az időjárásnak ellenálló érzékelők iránt – amilyen például a MEMS, az ultrahang, a vezeték nélküli és száloptikai érzékelők – egyre nő a kereslet.

3. ábra Deep Edge megoldások megvalósítása

Összegzés
Manapság egyre több vállalat érzi a prediktív karbantartási programok bevezetésének szükségességét, különösen a gyártás szempontjából kritikus fontosságú eszközeikre nézve. A rezgéselemzés kulcsfontosságú ennek az elérésében. Számos gyártó és az elektronikus komponensek forgalmazói is kínálnak érzékelőket, elemzőberendezéseket és -szoftvereket, profi műszaki támogatást és képzéseket, hogy az ügyfeleiknek segíteni tudjanak a fejlesztés minden fázisában.
Ha elvégezzük a megfelelő lépéseket a rezgésmonitorozás és -elemzés bevezetéséhez a vállalati prediktív karbantartási programba, akkor a gyárak vezetői egy olyan rendszert tudnak majd életbe léptetni, amely óriási és hosszú távú előnyöket fog számunkra biztosítani, például elkerülhető velük a leállás, csökkennek a költségek, az eszközök jó állapotban tarthatók, nő a termelékenység és megbízható beszállítóként szerezhetünk magunknak hírnevet.

Szerző: Cliff Ortmeyer – a Farnell műszaki marketing globális vezetője

Farnell element14
Ingyenesen hívható telefonszám: 06 80 016 413
Műszaki támogatás e-mailben: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
http://hu.farnell.com
www.element14.com