Állapotfigyelés » Gépek és rendszerek folyamatos állapotfelügyelete
Függetlenül attól, hogy nagyvállalatok, középvállalatok vagy kisvállalkozások: a termékek előállítása minden nap óriási kihívást jelent a dolgozók számára. Ugyanis a valódi piacfelmérés és értékesítés tervezése mellett a gyártásnak is gördülékenyen kell folynia. Főleg ha nagy a kereslet.
Ezért az előre nem látható leállások a gyártás során abszolút rémálom a felelősök számára. Végső soron a szállítási határidőket be kell tartani, és az ígért mennyiségeket biztosítani kell. Még ha sok vállalatnál van is átfogó gyártástervezés, a gépek és a termelési rendszerek hirtelen leállásait nem lehet biztosan kiszámítani. Vagy talán mégis?
Természetesen a tervezés során figyelembe vehetünk bizonyos „szüneteket” a megrendelések között az esetleges karbantartás miatt. Ennek eredményeként azonban csökken a hatékonyság és a jövedelmezőség, amit végső soron egyetlen vállalat sem engedhet meg magának. Az Állapotfigyelés (condition monitoring = CM) sokkal jobb megoldás lenne. Útmutatónkban elmagyarázzuk, mit értünk állapotfigyelő megoldáson, hogyan működik és milyen előnyökkel jár.
Egy hajtásrendszerben, egy gyártógépben vagy egy komplett gyártósorban, függetlenül azok különböző funkcióitól, mindig van valami közös: a szükséges feladat teljesítéséhez különböző alkatrészek szükségesek, amelyek zökkenőmentesen együttműködnek. És minél összetettebbek a munkafolyamatok, annál fontosabb, hogy a kezelőszemélyzet folyamatosan ellenőrizze, hogy megfelelően működik-e. A megfelelő emberek a működési zaj hangjából sokszor meg tudják állapítani, hogy az általuk irányított gép megfelelően működik-e, vagy valami nincs rendben. Még a legkisebb eltéréseket is észlelhetik, és korán beavatkozhatnak a nagy károk és leállások megelőzése érdekében
Ehhez viszont több éves tapasztalatra van szükség. Ráadásul nem minden változás könnyen észrevehető a gépet kezelők számára. Főleg, ha olyan elektromos paraméterekről van szó, amelyek változnak, vagy ha a változás csak nagyon lassan következik be. Ebben az esetben a "condition monitoring", azaz a precíz elektronikus állapotfigyelés segít.
E célból a gépek és rendszerek sokféle érzékelővel vannak felszerelve, amelyek folyamatosan rögzítik a működés szempontjából releváns összes paramétert. Az érzékelők segítségével a gépek és rendszerek lassú változásai vagy az egyébként észrevehetetlen energiafogyasztás-növekedés is korán és minden kétséget kizáróan észlelhető.
Ahhoz, hogy érdemi állapotfigyelést lehessen végezni, néhány pontot tisztázni kell, hogy a megvalósítás gyorsan megtörténhessen.
Alkalmazási területek és mérési változók
A gépek, rendszerek állapotának figyelemmel kísérése bizonyos mértékű előzetes tervezést igényel. Mert minden gép és rendszer átfogó felügyelete, beleértve az épülettechnikát is, mindenképpen nagyon költséges dolog.
Emiatt az állapotfigyelést lehetőleg azokon a rendszereken kell elvégezni, amelyek fontos szerepet játszanak a vállalat versenyképességében.
Ezután pontosan meg kell határozni, hogy mely fizikai összefüggések fontosak, és mely fizikai mennyiségeket vagy mért értékeket kell rögzíteni a megfelelő gépeken.
Külső befolyásoló tényezők
Emellett a gépek felügyelete során a külső hatásokat is figyelembe kell venni. Ellenkező esetben például egy a közelben elhaladó targonca nagyon gyorsan a rezgésérzékelő hibás méréséhez vagy a megengedett határértékek túllépéséhez vezethet.
Érzékelők telepítése
Ezután ezeknek a specifikációknak megfelelően kell kiválasztani a megfelelő érzékelőket.
A érzékelők csatlakoztatása az értékelő egységhez történhet kábelen (PLC és buszkapcsolat) vagy vezeték nélkül (rádiójeles hálózat) , felhőátjárón, felhőben vagy IoT útján).
Az érzékelők kiválasztását és telepítését azonban alaposan meg kell fontolni.
Mivel a kábelek lefektetése nem mindig lehetséges problémamentesen, és a megbízható rádiójeles kapcsolatok ipari környezetben igazi kihívást jelenthetnek.
A mért értékek megjelenítése
A rögzített érzékelő értékeket ezután egyértelműen meg kell jeleníteni egy műszerfalon, hogy a felelős személyek helyesen értelmezhessék azokat.
Ha a "normál" működési paraméterek definiálva lettek, és a megengedett határértékek pontosan meg vannak határozva, akkor a szoftver úgy viselkedhet, mint a gép vagy a rendszer kezelésében tapasztalt személy.
Még a standard értékektől való kis eltérések esetén is visszajelzést kapunk, hogy további intézkedéseket lehessen kezdeményezni.
Adatkiértékelés
Ideális esetben az állapotfigyelést a gyártási rendszer gyártójával szorosan együttműködve végzik. Ha szükséges, támogatást nyújthat a beállításban, és később hozzáférhet a rendszer aktuális működési adataihoz a távkarbantartás érdekében. Ebben az esetben azonban ügyelni kell a megfelelő adatbiztonságra.
Az aktuális üzemi adatok figyelése mellett az adattárolás lehetővé teszi a gépparaméterek hosszú távú áttekintését. Ez azt jelenti, hogy még az egyes alkatrészek kopásából adódó lassú paraméterváltozások is megbízhatóan rögzíthetők, és a szükséges felülvizsgálati munka megkezdhető.
A főcsoportok összefoglalása
A jobb áttekintés érdekében röviden összefoglaltuk a fő CM-csoportokat:
Érzékelők:
Az érzékelők bizonyos mért változókat rögzítenek és elektromos jellé alakítanak át. Lehetséges érzékelők például az áramérzékelők, feszültségérzékelők, erő érzékelők, rezgés érzékelők, távolság érzékelők, fordulatszám érzékelők, hőmérséklet érzékelők, nyomás érzékelők vagy akár a töltési szint érzékelők és közelítés érzékelők.
Hálózat:
Az érzékelők a helyszíni ipari hálózaton csatlakoznak az állapotfigyelő rendszerhez. A hálózat lehet vezetékes és vezeték nélküli is, bár a tapasztalt szervizesek biztonsági okokból a vezetékes változatot részesítik előnyben.
Állapotfigyelő rendszer (CMS):
A CMS a légyeg, és mint fizikai kiértékelő egység átveszi a mért értékek pontos adatgyűjtését és tárolását. Ezenkívül az állapotfigyelő rendszer praktikus megjelenítést tesz lehetővé különböző eszközökön.
Állapotfigyelő szoftver:
Speciális program az érzékelőadatok megjelenítésére, elemzésére és tárolására. Míg korábban a házon belüli (on-premise) megoldásokat részesítették előnyben a tárolás terén, mára egyre több IoT- és felhőmegoldás, valamint hálózatos online állapotfigyelés jön létre. Teljesen megfelel az Ipar 4.0 trendnek.
A tényleges érték és a célérték állandó összehasonlítása révén egyértelmű állítás készíthető például egy gyártógép aktuális állapotáról.
Az állapot-összehasonlítás eredményeinek pontos diagnózisa alapján javaslatok származtathatók a megelőző karbantartási intézkedésekről. Ez annál is fontosabb, mert sok gépet a napi használat során a teljesítményhatár közelében üzemeltetnek.
A termelés biztosítása érdekében gyakran a rendszerek éjjel-nappal működnek. Az előre nem látható leállások aztán gyorsan komoly bonyodalmakhoz vezetnek, amelyeket végső soron csak a megnövekedett munkával és költségekkel lehet kiküszöbölni.
Jobb lenne, ha korán felismerhető lenne a kár. És pontosan ezek az állapotfigyelés előnyei.
Az állapotfigyelés előnyei
Kompetens gépfelügyelet
Az összes aktuális paraméter megjelenítésével az üzemeltetésért felelős személyek mindig minden információval rendelkeznek az adott rendszer aktuális állapotáról. Még kiterjedt általános műszaki ismeretek nélkül is ezek az emberek azonnal láthatják, hogy egy gép zökkenőmentesen működik-e, vagy szükség van-e cselekvésre egy bizonyos területen.
Korai hibafelismerés
Még ha a rendszer látszólag továbbra is hiba nélkül működik, a meghajtó megnövekedett áramfelvétele azt jelezheti, hogy a mechanika lassú. Még a rövid távú hibákat is megbízhatóan rögzíti és naplózza a későbbi hibaelhárítás céljából. Ez azt jelenti, hogy a szükséges szervizelési munkákat el lehet végezni a teljes meghibásodás előtt.
Pontos hibaanalízis
Az összetett rendszerek hibaelhárítása gyakran sok időt vesz igénybe, mivel a hiba okát nem mindig lehet egyértelműen meghatározni. Egyes meghibásodások esetén az sem világos, hogy mechanikai vagy elektromos problémáról van szó. Ebben az esetben a tárolt mért értékek értékes segítséget jelentenek a szervizesek számára.
A szervizintervallumok optimalizálása
A folyamatos felügyelet nagyon gyorsan megmutatja, hol van szükség megnövekedett karbantartási követelményekre, és hol van szükség kevésbé gyakori karbantartási időközökre. Az egyedileg a rendszerhez igazított karbantartás révén a szolgáltatással kapcsolatos munka a szükséges minimumra csökken anélkül, hogy a rendszer általános állapota romlana.
Az állási idők minimalizálása
Az állapotfigyelés lehetővé teszi a megelőző karbantartást (predictive maintenance), amely jelentősen csökkenti a teljes meghibásodások számát és a kapcsolódó leállásokat. Ez végső soron a termelés jobb kihasználásához és a vállalat magasabb hozzáadott értékéhez vezet. Das Investment wird sichA befektetés tehát gyorsan megtérül. also schnell amortisieren.
Még ha az állapotfigyelő rendszerek (CMS) bizonyos befektetést és tudásanyagot (know-how) is igényelnek, hosszú távon nem lehet megkerülni őket. A folyamatos üzemelés közbeni állapotfigyelés és az ebből eredő megelőző karbantartás gazdasági haszna vitathatatlan. Ezenkívül a zökkenőmentes állapotfigyelés lehetővé teszi a tervezhető és ezért költségoptimalizált karbantartást. A soron következő szervizmunka kifejezetten előre megtervezhető és normál állásidőben elvégezhető.
Emiatt az új üzemek, gépek és rendszerek gyárilag fel vannak szerelve a szükséges érzékelőkkel és interfészekkel.
Viszont mindenképpen megéri a meglévő rendszerek utólagos bővítése (retrofit), amelyeket barnamezős (brownfield) rendszereknek is nevezünk. A csak igény szerinti karbantartás vagy javítás, amit csak nem tervezett leállások esetén végeznek, nem igazán járul hozzá a termelés biztosításához.
És a karbantartási tervnek megfelelően végzett megelőző karbantartás, amit a múltban gyakran alkalmaztak, szintén egyre gazdaságtalanabb, mivel a javarészt még jól működő alkatrészeket és a kenőanyagokat szükségtelenül cserélik.
Az állapotfigyelés témája a digitalizálás és a hálózatépítés mellett az Ipar 4.0 evolúciós szakaszának egyik alapvető eleme. Mivel a fent említett előnyök egyértelműen önmagukért beszélnek, a CM mint fontos kulcstechnológia abszolút fókusztéma. Az állapotfigyelés azonban nem véd a hirtelen események ellen. Ezek akkor fordulhatnak elő, ha például egy hajtómű anyaghiba miatt hirtelen eltörik. Az anyagfáradás viszont a terhelési értékek és terhelési ciklusok rögzítése révén határozottan a CM tárgya.
Szintén fontosak a helyesen beállított és meghatározott működési paraméterek. Különösen fontos a megfelelő határértékek beállítása, különösen az utólagosan bővített rendszerekben, ahol a gyártói információk hiánya miatt bevált tapasztalati értékeket kell használni. Ha a tűrésértékek túl alacsonyak, akkor a szükségtelen és hibás hibaüzenetek csak megzavarják a működési folyamatot. Ha a határértékek túl nagyvonalúak, előfordulhat, hogy túl későn jelenik meg a riasztás.
Egy további fontos pont a nem elhanyagolható mennyiségű érzékeny adat, amely elkerülhetetlenül felhalmozódik. Használatakor egyértelmű hozzáférési jogokat kell hozzárendelni, és tároláskor biztosítani kell, hogy illetéktelen személyek ne férhessenek hozzá. Főleg, ha az emberek céges kapcsolatai megváltoznak. A szükséges adatátvitelhez elengedhetetlen az általános titkosítási technológiák használata és figyelése.