Condition Monitoring » Nepřetržité monitorování stavu strojů a zařízení
Autor: Conrad tým, 19. září 2023
Bez ohledu na to, zda se jedná o velké koncerny, středně velké firmy nebo malé provozy, výroba produktů znamená pro zaměstnance vždy enormní výzvu. Vedle realistické analýzy trhu a plánování obratu totiž musí hladce probíhat také výroba. Zejména v situaci, kdy existuje vysoká poptávka.
Z tohoto důvodu jsou nepředvídatelné výpadky ve výrobě noční můrou všech odpovědných manažerů. Dodací lhůty musejí být dodrženy v každém případě, stejně jako přislíbené počty kusů. Přestože mnohé firmy využívají systémy komplexního plánování výroby, náhlé výpadky strojů a výrobních zařízení do nich nelze zakalkulovat. Nebo přece jen?
Samozřejmě, při plánování je možné mezi jednotlivé zakázky včlenit určité časové rezervy pro případnou údržbu. Tím ale trpí efektivita a hospodárnost, což si sotva nějaká firma může dovolit. Condition Monitoring (CM) je určitě lepším řešením. V našem rádci vám vysvětlíme, co se pod řešením Condition Monitoring skrývá, jak funguje a jaké výhody přináší.
Hnací systém, výrobní stroj nebo kompletní výrobní linka mají bez ohledu na své odlišné funkce vždy jedno společné - aby mohly plnit požadované úkoly, musí navzájem hladce spolupracovat celá řada různých komponentů. Čím komplexnější procesy jsou, tím důležitější je nepřetržitá kontrola správného fungování ze strany personálu obsluhy. Operátoři přitom často už jen podle zvuku během provozu poznají, zda stroj, o který se starají, funguje správně, nebo zda je s ním něco v nepořádku. Dokážou zachytit už velmi malé odchylky a zasáhnout včas, aby nedošlo k větším škodám a výpadkům.
Jenomže to vyžaduje dlouholeté zkušenosti. Kromě toho existují změny, které personál zkrátka vnímat nedokáže. Zejména v případech, kdy se jedná o elektrické parametry, které se mění, nebo pokud taková změna probíhá velmi pomalu. V takovém případě pomůže Condition Monitoring, tedy přesné elektronické monitorování stavu.
Za tím účelem jsou stroje a zařízení vybaveny nejrůznějšími senzory, které nepřetržitě zaznamenávají všechny parametry, které jsou pro provoz relevantní. Za pomoci těchto senzorů lze u strojů a zařízení včas a bez pochybností vystopovat i pomalé změny nebo jinak nezjistitelný nárůst příkonu.
Aby bylo možné provádět smysluplný Condition Monitoring, je potřeba si vyjasnit určité body, které umožní jeho hladké zavedení.
Oblasti použití a měřené veličiny
Monitorování stavu strojů a zařízení vyžaduje trochu předběžného plánování. Monitorování všech strojů a zařízení v plném rozsahu, včetně techniky budov, je totiž velmi nákladná záležitost.
Z tohoto důvodu byste měli Condition Monitoring nasadit přednostně na systémy, které jsou klíčové pro konkurenceschopnost podniku.
Poté je potřeba přesně definovat, které fyzikální souvislosti jsou důležité a které fyzikální veličiny, resp. měřené hodnoty musejí být na příslušných strojích zjišťovány.
Vnější vlivy
Navíc je při monitorování strojů nutné vzít v úvahu vnější vlivy. Jinak může například v blízkosti kolemjedoucího vysokozdvižného vozíku velmi rychle dojít k naměření hodnot vibrací, které překračují přípustné hraniční hodnoty.
Instalace senzorů
V souladu s těmito požadavky je pak potřeba vybrat vhodné senzory.
Napojení senzorů na vyhodnocovací jednotku lze provést buď přes kabel (PLC a sběrnicové připojení), nebo bezdrátově (bezdrátová síť, cloud gateway, cloud, resp. IoT).
Výběr a instalaci senzorů je ovšem nutné důkladně zvážit.
Ne vždycky je totiž možná bezproblémová pokládka kabelů a spolehlivé bezdrátové připojení bývá v průmyslovém prostředí často skutečnou výzvou.
Zobrazení naměřených hodnot
Hodnoty zaznamenané senzory by se pak měly přehledně zobrazovat na ploše, aby je odpovědné osoby mohly správně interpretovat.
Pokud byly definovány „normální“ provozní parametry a přesně stanoveny hraniční hodnoty, může software fungovat jako osoba, která má zkušenosti se zacházením se strojem nebo zařízením.
Již při malých odchylkách od standardních hodnot je vydána zpětná vazba, aby mohla být přijata další opatření.
Vyhodnocení dat
Condition Monitoring probíhá v ideálním případě v úzké spolupráci s výrobcem výrobního zařízení. Ten může v případě potřeby poskytnout podporu při seřizování a později může při dálkové údržbě přistupovat k aktuálním provozním datům systému. V takovém případě je ovšem nezbytné zajistit dostatečné zabezpečení dat.
Vedle monitorování aktuálních provozních dat umožňuje ukládání dat také dlouhodobé sledování parametrů stroje. Díky tomu lze spolehlivě odhalit pomalé změny parametrů, které vznikají opotřebením jednotlivých komponentů, a zajistit potřebnou revizi.
Přehled hlavních skupin
Pro lepší přehlednost přinášíme ještě stručný přehled hlavních skupin CM:
Senzorika:
Senzory zaznamenávají určité měřené veličiny a přeměňují je na elektrický signál. Může se jednat například o tyto senzory: proudové senzory, napěťové senzory, silové senzory, snímače vibrací, distanční snímače, snímače otáček, teplotní čidla, tlakové snímače nebo také hladinové snímače a přibližovací spínače.
Síť:
Prostřednictvím lokální průmyslové sítě jsou senzory propojené se systémem Condition Monitoring. Síť může být jak kabelová, tak i bezdrátová, přičemž zkušení servisní technici z bezpečnostních důvodů preferují kabelovou verzi.
Systém Condition Monitoring:
CMS přebírá jakožto fyzická vyhodnocovací jednotka přesný záznam dat a ukládání naměřených hodnot. Systém Condition Monitoring navíc umožňuje také zobrazení na různých koncových zařízeních, které se podobá praxi.
Software pro Condition Monitoring:
Speciální program pro zobrazení, analýzu a ukládání dat senzorů. Zatímco v minulosti se pro ukládání dat přednostně využívala inhouse řešení (On-Premise), dnes se stále častěji prosazují řešení IoT a cloudová řešení, stejně jako síťově propojený on-line Condition Monitoring. Zcela v intencích Průmyslu 4.0.
Díky nepřetržitému porovnávání skutečných hodnot a požadovaných hodnot lze učinit jasný závěr o momentálním stavu například výrobního stroje.
Díky přesné diagnostice výsledků porovnávání stavu pak lze vyvodit doporučení pro preventivní opatření údržby. To je důležité už jen z toho důvodu, že se mnohé stroje během každodenního provozu přibližují mezím své výkonnosti.
Zařízení jsou často v provozu nepřetržitě, aby byla zajištěna výroba. Nepředvídatelné výpadky pak velmi rychle způsobí větší komplikace, které lze nakonec vyřešit jen s vynaložením značné práce a značných nákladů.
Lepší by bylo, kdyby bylo možné rozpoznat škody včas. A přesně v tom spočívají přednosti Conditon Monitoring.
Výhody Condition Monitoring
Kompetentní monitorování strojů
Díky zobrazení všech momentálních parametrů mají osoby odpovědné za provoz kdykoliv k dispozici všechny informace o aktuálním stavu příslušného zařízení. I bez rozsáhlých technických znalostí dokážou tyto osoby rozpoznat, zda stroj pracuje bez problému, nebo zda je na určitém úseku nezbytný zásah.
Vorzeitige Fehlererkennung
Auch wenn eine Anlage augenscheinlich noch fehlerfrei funktioniert, kann eine erhöhte Stromaufnahme des Antriebs auf eine eventuelle Schwergängigkeit der Mechanik hinweisen. Selbst kurzzeitige Aussetzer werden zuverlässig erfasst und für die spätere Fehlersuche protokolliert. Somit können noch vor einem Totalausfall die erforderlichen Servicearbeiten durchgeführt werden.
Přesná analýza chyb
Vyhledávání chyb ve složitém systému často vyžaduje mnoho času, protože příčinu poruchy někdy není možné jednoznačně určit. U některých poruch navíc není jasné, zda se jedná o mechanickou závadu, nebo problém s elektrickou instalací. V takovém případě jsou uložené naměřené hodnoty pro servisní techniky neocenitelnou pomůckou.
Optimalizace servisních intervalů
Díky nepřetržitému monitorování se velmi rychle ukáže, kde systém vyžaduje zvýšenou údržbu, a kde se údržba nemusí provádět tak často. Díky tomu, že je údržba individuálně přizpůsobená systému, lze servisní práce omezit na nezbytné minimum, aniž by tím utrpěl celkový stav zařízení.
Minimalizace odstávek
Condition Monitoring umožňuje prediktivní údržbu (Predictive Maintenance), díky níž lze výrazně snížit počet úplných výpadků a s nimi spojených odstávek. To ve výsledku vede k lepšímu vytížení výroby a ke zvýšení přidané hodnoty. Investice se tedy rychle vrátí.
I když systémy monitorování stavu (CMS) vyžadují určitou investici a know-how, nelze to z dlouhodobého hlediska obejít. Ekonomický přínos nepřetržitého monitorování stavu během probíhajících operací az toho vyplývající preventivní údržba jsou nesporné. Bezproblémové monitorování stavu navíc umožňuje plánovanou a tedy nákladově optimalizovanou údržbu. Nadcházející servisní práce mohou být specificky naplánovány předem a prováděny během pravidelných odstávek.
Z tohoto důvodu jsou nové závody, stroje a systémy již z výroby vybaveny potřebnými senzory a rozhraními.
Ale dovybavení stávajících systémů, známých také jako systémy brownfields, se také rozhodně vyplatí. Údržba nebo opravy pouze podle potřeby, které se praktikují pouze v případě neplánovaných odstávek, skutečně nepřispívají k zabezpečení výroby.
A preventivní údržba podle plánu údržby, jak byla v minulosti často praktikována, je také stále neekonomická, protože se zbytečně vyměňují komponenty a maziva, které většinou ještě dobře fungují.
Téma Condition Monitoring se vedle digitalizace a síťového propojení řadí ke klíčovým prvkům Průmyslu 4.0. Protože výše uvedené přednosti hovoří samy za sebe, zaslouží si CM, jakožto důležitá klíčová technologie, naši vysokou pozornost. Condition Monitoring nicméně nechrání jen před náhlými událostmi. K těm dojít může, například když se zub ozubeného kola náhle zlomí kvůli vadě materiálu. Naproti tomu únava materiálu je díky zaznamenávání hodnot zatížení a zátěžových cyklů plně v kompetenci systému CM.
Stejně důležité jsou také správně nastavené a stanovené provozní parametry. Zejména u repasovaných zařízení, kde je z důvodu chybějících údajů od výrobce nutné pracovat s empirickými daty, je důležité nastavit vhodné mezní hodnoty. Pokud jsou hodnoty tolerance nastavené velmi nízko, zbytečná a falešně pozitivní chybová hlášení jen narušují chod. Pokud jsou mezní hodnoty nastavené příliš velkoryse, může se alarmové hlášení za určitých okolností objevit příliš pozdě.
Dalším důležitým bodem je nezanedbatelné množství citlivých dat, která jsou nutně shromažďována. Při používání musejí být přidělena jasná přístupová práva a při ukládání musí být vyloučen přístup neoprávněných osob. Zejména v případech, kdy zaměstnanci mění svá působiště. Při přenosu dat je nezbytné využívat a sledovat běžné technologie šifrování.