Poznaj innowacje predykcyjnego monitoringu maszyn

Czy możliwe jest ciągłe monitorowanie stanu maszyn pod względem najczęstszych usterek z powodu uderzeń, zmęczenia podzespołów bądź tarcia? Czy da się z wyprzedzeniem w określonym terminie przewidywać i planować prace konserwacyjne, zanim wystąpią poważne uszkodzenia lub awarie powodujące przestoje produkcji? Takie pytania zadaje sobie wielu przedsiębiorców, którzy w swoich fabrykach i zakładach produkcyjnych chcą stosować rozwiązania i systemy Przemysłu 4.0. Odpowiedź? Tak – wystarczy wdrożyć predykcyjny system monitoringu, ochrony i konserwacji maszyn.

Technologia przemysłowej ochrony maszyn, zintegrowana bezpośrednio z istniejącą platformą sterowania, zamontowaną u danego klienta, jest jednym z elementów czwartej rewolucji przemysłowej i stosowanych również w Polsce rozwiązań z zakresu smart factory. W odróżnieniu od zastosowania idei monitorowania okresowego, maszyny w tego typu systemie podlegają ciągłej i stałej ochronie. A „zdrowie” maszyny to nic innego jak zdrowy biznes.

Skuteczność

Gwarancją skuteczności procesu jest między innymi bezproblemowa integracja powiązana bezpośrednio z systemami przemysłowego ethernetu. Do obsługi alarmów automatycznych służą proste wskaźniki, działające w czasie rzeczywistym. Jednocześnie pozostaje możliwość przechwytywania do zaawansowanej analizy surowych sygnałów i nie ma potrzeby stosowania szaf sterowniczych czy skomplikowanego okablowania. Skuteczne monitorowanie stanu prostych maszyn w sieci jest zapewnione dzięki zwiększonym możliwościom IO-Link i dostępności łatwych sposobów łączenia.

Sprawdzony przemysłowy system IO-Link ułatwia włączanie technologii Przemysłu 4.0. bezpośrednio do własnej, istniejącej platformy sterowania klienta. Bez konieczności stosowania kosztownych dodatkowych sieci, bramek i udziału zespołów IT. Mastery wysyłają sygnały stanu do elementów sterujących oraz mogą wysyłać przetworzone i surowe sygnały dotyczące wibracji do systemów wyższego poziomu. Wszystko to w celu zaawansowanej analizy.

Wartość

Czy sprostanie wymaganiom pomiaru różnych wartości w jednej obudowie czujnika jest możliwe? Z pomocą tutaj przychodzi czujnik wibracji VVB z komunikacją IO-Link. Pozwala ona na pomiar i przetworzenie istotnych wskaźników, z punktu widzenia zabezpieczenia maszyny oraz udostępnienie ich za pomocą komunikacji IO-Link.

Możemy mierzyć prędkość skuteczną drgań v-RMS odpowiadającą za ogólny stopień zużycia maszyn, np. według zbioru norm ISO 10816. Dodatkowo pomiar wartości skutecznej przyspieszenia a-RMS pozwala na wykrycie niekorzystnego tarcia elementów maszyny. Wartość szczytowa a-Peak natomiast odpowiada za wykrycie różnego rodzaju udarów oraz innych uderzeń. Dodatkowo współczynnik szczytu – Crest Factor pozwala na wykrycie degradacji łożysk. Ostatnim ważnym wskaźnikiem jest temperatura, które może wystąpić w przypadku nieodpowiedniego smarowania łożysk lub powstania silnego tarcia.

W celu szczegółowej analizy lub analizy przyczyn w przypadku uszkodzenia, czujnik dostarcza również dane surowe zarejestrowanego przyspieszenia. Są one wysyłane na żądanie w postaci BLOB (Binary Large Object) i przesyłane przez IO-Link. System może rejestrować stan roboczy maszyny nawet co cztery sekundy i przesyłać dane do systemów wyższego poziomu przez kilkanaście minut.

Dostępność

Co rzeczywiście oznacza zastosowanie Przemysłu 4.0. w diagnostyce maszyn? – To odpowiednia informacja, przekazana w odpowiednim czasie, odpowiedniej osobie. W praktyce jest ona w sposób idealny obrazowana przez tak zwany wskaźnik zdrowia maszyn – Overall Equipment Effectivness. OEE to ocena efektywności wykorzystania maszyn przez producenta. W ujęciu procentowym pokazuje, ile maszyny wykonały z tego, co teoretycznie są w stanie wykonać. Poziom 100 procent oznacza, że produkujemy tylko dobre części oraz elementy. Najszybciej jak to jest możliwe i bez żadnych przestojów – mówi Krzysztof Smaga, Inżynier ds. Aplikacji w ifm electronic, spółce produkującej innowacyjne czujniki i systemowe rozwiązania smart factory stosowane w przemyśle międzynarodowym.

Na finalny wskaźnik OEE przekładają się trzy czynniki. Pierwszy to dostępność, która mierzy nieplanowane i planowane przestoje. Stuprocentowa dostępność oznacza, że urządzenie zawsze pracuje podczas czasu produkcyjnego. Drugi czynnik – wydajność. Ten pomiar mierzy cykle pracy i drobne przestoje, stuprocentowa wydajność komunikuje, że maszyna pracuje z maksymalną możliwą prędkością. Trzeci czynnik to jakość, gdy mierzona jest ilość odpadów oraz elementów, jakie wymagają optymalizacji. Stuprocentowa jakość sygnalizuje, że urządzenie produkuje wyłącznie dobre elementy. Pomnożenie tych trzech wartości procentowych da wynik w postaci wskaźnika OEE, który, typowy dla wartości większości fabryk, powinien oscylować w granicach 60-65 procent, lecz producenci klasy światowej osiągają tutaj rezultaty na pułapie 85 procent.

Rzeczywistość

Wykorzystanie nowoczesnych czujników, co podkreślają eksperci, przełoży się zatem w prostej linii na minimalizację strat na polu dostępności, wydajności i jakości. Pojawi się możliwość zarządzania nieplanowanymi i planowanymi przestojami, skrócą się postoje, ograniczone zostaną wydłużone cykle, pozyskane będą także oszczędności w odrzutach startowych i produkcyjnych. Monitorowanie napędów, przekładni czy narzędzi w fabryce, czyli diagnostyka drganiowa - pozwolą na określenie konkretnych parametrów stanu łożyska, niewyważenia, uderzenia, niewłaściwego ustawienia, poluzowania czy tarcia. Do nietypowych wibracji diagnozowanych przez nowoczesne czujniki smart factory można zaliczyć również niewspółosiowość, luzy, degradację, kawitację, a w przypadku temperatury suchobieg, brak przepływu powietrza czy zapchanie filtrów.

– Dodatkowo oprócz diagnostyki drganiowej, która może być mierzona za pomocą specjalistycznych czujników, do serwerów zajmujących się monitoringiem maszyn w fabryce, trafiają dane dotyczące ciśnienia, temperatury, przepływów, powietrza, stanu napędu, oleju czy zużycia energii. Wszystkie te źródła danych o maszynie, skorelowane z innowacyjnością zastosowań i rozwiązań z palety Industry 4.0. to szansa nie tylko na nowoczesność, ale i oszczędności wynikające z optymalizacji produkcji zakładów przemysłowych z niemal każdego sektora oraz branży – podkreśla Aleksandra Banaś, prezes zarządu ifm electronic.

Uzupełnieniem systemowym są także komplementarne zastosowania z gamy Smartobserver, pozwalające na wykorzystanie narzędzi informujących o aktualnym stanie parku maszyn oraz ich podgląd w czasie rzeczywistym niezależnie od miejsca lokalizacji i przemieszczania się. Wartością dodaną są też pakiety aplikacyjne gotowe do instalacji dedykowanej dla danego zakładu fabrycznego czy integracja z systemami automatyzacji zleceń. Powierzenie przeprowadzenia audytu maszyn pozwoli określić krytyczne elementy i zoptymalizować całe procesy w długofalowej perspektywie.