Модули мобильной системы X90

5.4.1.6 Мониторинг состояния / анализ вибрации

5.4.1.6.1 Основная информация

Доступность системы — один из наиболее важных параметров эксплуатации оборудования. По этой причине поддержание и повышение доступности в долгосрочной перспективе — основная цель оператора системы.

Внеплановые остановы и связанные с ними производственные потери могут привести к значительным затратам. Мониторинг состояния зарекомендовал себя как отличный инструмент для осуществления профилактического обслуживания.

5.4.1.6.1.1 Основы мониторинга состояния

Мониторинг состояния подразумевает регулярную регистрацию состояния оборудования путем измерения важных значений для распознавания возможных проблем в системе. Его цель — распознать неизбежное повреждение на достаточно ранней стадии, чтобы неисправную деталь станка можно было отремонтировать или заменить до того, как ее поломка приведет к повреждению или отказу системы (частичному или полному).

Особая цель мониторинга состояния состоит в сборе и обработке данных с датчиков (например, данных о колебаниях, температуре, состоянии смазки, показателях давления и потоках) для оценки общего состояния системы.

Отклонения от нормальных условий выполнения процесса или работы системы вызваны дефектами, которые могут возникнуть по разным причинам. Если не будут приняты соответствующие контрмеры, это может быстро привести к неисправности и сбою системы. Отслеживание дефектных компонентов посредством анализа параметров оборудования позволяет на ранних стадиях выявлять неисправности и принимать превентивные меры. При обнаружении дефекта могут быть отправлены аварийные сообщения или предупреждения оператору или выполнены автоматические действия по устранению неисправности вплоть до автоматического отключения оборудования.

Интеграция и систематическое внедрение мониторинга состояния обеспечивает множество преимуществ:

•Выполнение ремонта компонентов систем только при реальной необходимости. Потенциальные дефекты выявляются на ранних стадиях.

•Интеграция мониторинга состояния в технологический процесс позволяет значительно повысить надежность.

Модули мобильной системы X90

Кривая интенсивности отказов

Эксплуатационные характеристики каждого механического компонента изменяются в процессе работы. В определенный момент любой компонент становится неисправным. Критически важно распознать такое изменение до того, как компонент больше не сможет выполнять свою функцию. Кривая интенсивности отказов хорошо иллюстрирует вышеописанное поведение. Она отображает зависимость интенсивности отказов от времени.

Рисунок 61: Кривая интенсивности отказов — три основные фазы эксплуатации

Каждый компонент подчиняется указанным закономерностям, в результате формируется типичная тенденция.

•Зона 1 (ранние сбои) характеризуется снижением частоты отказов. Ранние сбои вызваны почти исключительно ошибками при сборке или изготовлении. Однако особый уход и качество при производстве и вводе в эксплуатацию значительно снижают частоту отказов на начальном этапе. Этот участок также иллюстрирует повышенное количество сбоев после вмешательства в нормально функционирующие системы.

•Во время непрерывной работы в рамках зоны 2 (случайные сбои) частота отказов практически не меняется. Случайны сбои трудно обнаружить и, прежде всего, на них трудно повлиять. Ошибки при эксплуатации и техническом обслуживании способствуют росту количества отказов на данном этапе.

•Частота отказов резко увеличивается в рамках зоны 3 (износ и отказ из-за усталости). Сбои по причине износа или усталости обычно характеризуются накапливанием повреждений с течением времени.

Анализ графика изменения параметров, измеренных в рамках мониторинга состояния, позволяет получить ценную информацию о вероятности отказа оборудования. Обычно он представляет собой кривую интенсивности отказов, в которой повышение характеристических значений указывает на изменения в системе. Характеристические значения можно синхронизировать с эксплуатационными параметрами посредством интеграции технологий автоматизации. Оценка графика с учетом эксплуатационных параметров позволяет определить наилучшее время для технического обслуживания в соответствии с состоянием оборудования.

Кроме того, часто на состояние станка или компонента указывают вибрации. Они помогают выявить износ или повреждения. Хороший пример этому – роликовые подшипники. Повреждение поверхности (питтинг) приводит к увеличению интенсивности колебаний в корпусе подшипника. Их можно измерить и проанализировать. Увеличение интенсивности вибрации при эксплуатации указывает на повреждение и/или повышенный износ. Постоянное наблюдение за состоянием оборудования позволяет сразу выявлять отклонения от нормы.

Модули мобильной системы X90

Развитие повреждений и цепочка повреждений

Описание развития повреждений на примере роликового подшипника

Большая часть повреждений подшипников прогрессирует медленно и незаметно. Во многих случаях нерегулярный ход и необычные эксплуатационные шумы появляются только тогда, когда подшипник уже серьезно поврежден. Это указывает на усталость материала, например на сколы или изменение радиального зазора из-за износа.

Серьезные повреждения, которые можно обнаружить без измерительного оборудования, часто приводят к спонтанным отказам, таким как блокировка подшипника и поломка компонентов его корпуса.

Рисунок 62: Цепочка повреждений и развитие повреждений с течением времени

Цепочка повреждений, показанная на изображении выше, свидетельствует о важности мониторинга состояния как инструмента для эксплуатации и обслуживания систем с учетом состояния.

На основе параметров, зарегистрированных датчиками, можно сделать выводы о состоянии оборудования или его компонентов. Ухудшение состояния компонентов или частей системы становится очевидным благодаря наблюдению за их состоянием, учету тенденций и, при необходимости, детальному анализу полученных измерений. Исходя из этого можно предпринять целевые меры по техническому обслуживанию.

Мониторинг состояния полезен при следующих условиях:

•Необходимо выявить и отобрать поддающиеся количественной оценке параметры, имеющие отношение к сбою.

•Сбой невозможно предотвратить путем изменений в разработке и эксплуатации.

•Имеют место непредвиденные отказы.

•Требуется получить заблаговременное предупреждение о предстоящем отказе компонента.

Мониторинг состояния не следует использовать только как средство регистрации условий эксплуатации. Его необходимо интегрировать в процессы в качестве компонента общей стратегии управления активами. Поэтому для облегчения управления все типы мониторинга состояния и диагностики промышленного оборудования необходимо объединить в рамках общей стратегии.

В режиме эксплуатации, ориентированном на отказы (реагирующее обслуживание), компоненты заменяются, только если больше не могут функционировать. При плановой эксплуатации (профилактическое обслуживание) компоненты заменяются в определенные моменты времени, независимо от их текущего состояния.

При обслуживании по состоянию можно значительно сузить область проведения плановых технических работ, в то же время снижается риск отказа оборудования.