Dołącz do czytelników
Brak wyników

Artykuły

12 kwietnia 2021

Możliwości wykrywania usterek za pomocą badań diagnostycznych

0 155

Awarie i usterki są normalnym, choć ‘niepożądanym’ elementem życia maszyn. Czy można ich uniknąć lub wykryć wcześniej przed wystąpieniem ich skutków? Jakich narzędzi można użyć, aby skutki wystąpienia awarii były jak najmniejsze? Co daje wcześniejsze wykrywanie problemów technicznych maszyn produkcyjnych i jakie mamy z tego korzyści?

Stan techniczny maszyn

Usterki, uszkodzenia czy awarie maszyn produkcyjnych to stany pojawiające się prawie w każdym zakładzie produkcyjnym. Użytkownik maszyny jest jednak zainteresowany tym, aby pracowała ona poprawnie i efektywnie, bez usterek i awarii przez cały okres jej eksploatacji w zakładzie bez dodatkowych działań naprawczych i serwisowych. Wiadomo jednak, że takie podejście jest tylko teoretyczne. Każda z maszyn, jej zespoły i części podlegają procesom zużycia.

Stan techniczny maszyny to zależność wielu elementów z nią związanych. Wpływ na ten stan ma szereg czynników od zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych, warunków eksploatacji oraz utrzymanie ruchu. Wszystkie te czynniki mają również wpływ na występowanie awarii, uszkodzeń czy usterek.

Istnieje wiele  metod pozwalających na wykrywanie niepoprawnej pracy maszyn. Popularnie klasyfikujemy je jako metody diagnozowania stanu technicznego. Diagnostyka techniczna zajmuje się oceną stanu technicznego maszyn i urządzeń. Zebrane informacje w trakcie oceny po odpowiedniej analizie pozwalają na wykrywanie pojawiających się uszkodzeń, usterek czy awarii. Ocena ta prowadzona jest na drodze obserwacji, zbierania danych i analizy określonych parametrów z użyciem specjalistycznych narzędzi.

Diagnostyka to szeroki zakres wiedzy teoretycznej jak i działań praktycznych. Badania  diagnostyczne są przedmiotem prac wielu naukowców w ośrodkach akademickich. Jest to również wiele działań realizowanych bardzo praktycznie w zakładach produkcyjnych czy usługowych zajmujących się serwisem diagnostycznym.

W procesach produkcyjnych wykorzystywanych jest wiele rodzajów maszyn. Każdą z nich charakteryzuje grupa cech i parametrów konstrukcyjnych, które również są danymi diagnostycznymi. W tej publikacji zajmiemy się dużą rodziną maszyn wirujących, których przedstawicielami są: przekładnie zębate, wentylatory, zespoły napędowe maszyn, silniki elektryczne i inne.

Zadania diagnostyki technicznej to nie tylko rozwiązywanie problemów technicznych, ale również działania związane z zarządzeniem produkcją w takich obszarach jak: podnoszenie efektywności i jakości produkcji, obniżanie kosztów produkcji czy optymalizacji procesów i zasobów utrzymania ruchu.

Dzisiejszy szybki rozwój technologii oraz nauki mocno wpływa na obszar diagnostyki technicznej. Wśród stosowanych metod diagnostycznych można wyróżnić podstawowe i zaawansowane wykorzystujące również technologie Przemysłu 4.0.

Podstawowe możliwości wykrywania usterek – obserwacja pracy maszyny.

Jedna z popularnych i podstawowych metod wykrywania usterek, czy awarii to obserwacja pracującej maszyny. Realizowana jest zarówno przez operatorów maszyn, będących najbliżej pracującego obiektu jak i służby utrzymania ruchu. Działanie to realizowane jest bardzo intuicyjnie, w ramach codziennej obsługi. Wymaga ono znajomości maszyny, pewnego doświadczenia i wiedzy z zakresu budowy i eksploatacji maszyn.

W pracującej maszynie możemy obserwować wiele czynników, których zmiana może wskazywać na powstanie usterki czy awarii. Kilka przykładowych:

  • sygnały i komunikaty wydane przez system sterowania maszyną
  • dźwięki i hałas emitowane przez maszynę
  • wibracje maszyny lub jej zespołów
  • temperatura pracujących zespołów
  • wycieki, zmiana barw czy postaci płynów eksploatacyjnych i środków smarnych
  • zapylenia, zadymienia wydobywające się z maszyny

Należy jednak podkreślić, że ‘obserwacja’ przez operatora jest działaniem dosyć subiektywnym i  obarczonym błędem. W odniesieniu do wybranych symptomów błąd może być duży np.: emisja hałasu, występowanie drgań czy zmiana temperatury. Zaobserwowanie symptomu takiego jak np.: dym czy wyciek bywa zbyt późne, aby uniknąć ich skutków.

Wyniki ‘obserwacji’ mogą być zapisywane i przekazywane do dalszej analizy w formie raportów. Taka rejestracja jest ważna z uwagi na tworzenie historii zdarzeń ważnej dla badań diagnostycznych. Na bazie doświadczenia i dobrze przygotowanych zapisów diagnosta może wnioskować o ewentualnych przyczynach zdarzeń i próbować opracowywać działania zapobiegawcze.

Obecne trendy wskazują, że podejście do oceny stanu maszyny tylko metodami ‘obserwacji’ jest coraz częściej zastępowane lub uzupełniane nowoczesnymi narzędziami diagnostycznymi.

Zaawansowane metody wykrywania nieprawidłowości

Innym działaniem w zakresie możliwości wykrywania nieprawidłowej pracy maszyny są zaawansowane badania diagnostyczne z użyciem narzędzi. Ogólnie ujmując metody te również polegają na obserwacji, gromadzeniu danych i analizie symptomów i konkretnych wartości parametrów diagnostycznych. Zebrane informacje z badań po analizie pozwalają na określenie stanu technicznego badanego obiektu.

W czasie badań diagnostycznych korzystamy z narzędzi prostych jak: termometry, tachometry oraz zaawansowanych jak: kamery termowizyjne, piórka wibrometryczne czy analizatory drgań. Odczytywane wartości badanych parametrów są zapisywane na ustalonym nośniku i przekazywane do dalszej analizy.

Zanim jednak zostaną przeprowadzone badania stanu technicznego należy przeprowadzić kilka ważnych czynności przygotowawczych.

Rola informacji o konstrukcji i budowie maszyn w możliwości wykrywania usterek i awarii

Wiedza o budowie, konstrukcji oraz warunkach eksploatacji maszyn to ważne miejsce pozyskiwania istotnych informacji diagnostycznych. Bez tej wiedzy realizowanie zaawansowanej diagnostyki technicznej jest bardzo trudne, a w pewnych przypadkach jest prawie nie możliwe.

Znajomość budowy maszyny, jej części i zespołów wraz z zaplanowanymi warunkami pracy pozwalają na precyzyjną analizę diagnostyczną.

Maszyny produkcyjne zbudowane są z zespołów i części, które zaprojektował i dobrał konstruktor. Każda z części cechuje się własnościami i charakterystycznymi parametrami istotnymi dla realizowanych zadań. Współpraca części maszyn poprzez zadane ich wzajemne powiązania są istotnym elementem zapisanym w procesie konstruowania, a istotnym w trakcie użytkowania. Wszystkie te informacje są również istotne dla diagnostyki technicznej. Konstruktor projektuje maszynę nadając jej odpowiednie wartości geometryczne jak i określa warunki pracy. Taki pakiet wiedzy zapisuje w dokumentacji technicznej i instrukcji obsługi. Jest to niezbędna wiedza dla poprawnej obsługi maszyny jak i utrzymania jej poprawnego stanu technicznego.

Podane informacje w dokumentacji technicznej zależą od rodzaju maszyny jej typu jak i warunków pracy w konkretnym zakładzie. Dla diagnostyki ważne są przykładowe informacje:

  • warunki dla mediów zasilających
  • warunki temperaturowe otoczenia
  • warunki pracy i eksploatacji
  • warunki pracy dla kluczowych węzłów np.: zakres temperatur węzłów łożyskowych
  • parametry pracy środków smarnych  
  • zastosowane katalogowe części maszyn

Wiele lat doświadczeń i zrealizowanych projektów diagnostycznych na aplikacjach naszych klientów jak i na bazie badań na własnej stacji prób. Analiza konstrukcji, budowy i warunków pracy maszyny to pierwsze ważne elementy przygotowywane przez diagnostów przed przystąpieniem do badań. Zdarza się, że część istotnych informacji dla diagnostyki jest niedostępna np. producent zabudowanych łożysk. Wówczas diagnosta na bazie doświadczenia wykonuje założenia w tym zakresie. Z takim kompletem wiedzy teoretycznej przygotowywane są odpowiednie narzędzia, a następnie przeprowadzane są badania diagnostyczne w trakcie, których gromadzone są dane i informacje diagnostyczne. W kolejnym kroku wykonywana jest analiza zebranych informacji i opracowywany raport opisujący stan techniczny badanego obiektu.  

Wybrane parametry diagnostyczne

W zaawansowanej diagnostyce maszyn stan techniczny ocenia się na podstawie zgromadzonych i przygotowanych do analizy wartości parametrów. Dla maszyn wirujących realizujących ruch obrotowy jako charakterystyczne parametry diagnostyczne to: temperatura pracy, obroty i drgania mierzone w kluczowych węzłach maszyn.

Temperatura

Temperatura jest istotnym i podstawowym parametrem diagnostycznym. Właściwa wartość temperatury pracy maszyny jest podawana przez jej producenta. Przekroczenie tej wartości może być informacją o zachodzących procesach zużycia lub sygnałem o generowaniu się uszkodzenia, a w konsekwencji wystąpienia awarii.

Do pomiarów temperatury stosowane są termometry, a obecnie coraz częściej kamery termowizyjne. Przedstawiają one rozkład temperatury badanego punktu obiektu w formie obrazu. Szybkie przetworzenie obrazu, prawie natychmiastowa graficzna prezentacja wyników z uwzględnieniem wpływu temperatury na otoczenie mierzonego punktu to zalety tych narzędzi.

Prędkość obrotowa

Istotny parametr diagnostyczny w badaniach stanu wibrodiagnostycznego. Pomiaru prędkości dokonujemy tachometrem. W najbardziej zaawansowanych rozwiązaniach diagnostycznych stosujemy czujniki prędkości połączone z całym systemem diagnostycznym.

Drgania

Dla badań stanu technicznego maszyn wirujących jest to jeden z najważniejszych parametrów pomiarowych. Obserwacja i analiza drgań dają szerokie możliwości określania stanu technicznego badanego obiektu. Poziom drgań mierzy się w precyzyjnie wskazanych i specjalnie przygotowanych punktach pomiarowych przygotowanych węzłów maszyny. Do pomiarów wykorzystuje specjalistyczne czujniki drgań i akcelerometry.

Pomiaru drgań dokonujemy także używając innych narzędzi jak: testery stanu maszyn, analizatory drgań oraz komputerowe systemy diagnostyczne pracujące również w trybie on-line. Praca z tymi narzędziami wymaga odpowiedniego przygotowania badanego obiektu i doświadczonego zespołu diagnostów.

Systemy diagnostyki on-line

Najbardziej zaawansowaną metodą badania stanu technicznego jest diagnostyka pracująca w trybie on-line. Najczęściej są rozbudowane systemy projektowane dla konkretnych aplikacji maszyn. Elementami składowymi takich systemów są zestawy specjalistycznych czujników diagnostycznych, zaawansowane jednostki komputerowe oraz specjalistyczne oprogramowanie. Nowoczesne systemy mogą również pracować zdalnie wykorzystując innowacyjne technologie Przemysłu 4.0.

Ten rodzaj badań diagnostycznych z uwagi na wysokie zaawansowanie technologiczne wymaga specjalnego przygotowania przed uruchomieniem. Każdorazowo jest on projektowany pod konkretną aplikację. Przed uruchomieniem wymaga przeprowadzenia analizy badanego obiektu oraz przeprowadzenia. Uruchomienie i obsługa jest realizowana przez doświadczonych diagnostów.

Metoda ta polega na zabudowaniu systemu diagnostycznego (czujniki, jednostka centralna gromadząca i przetwarzająca zebrane dane, oprogramowanie komputerowe). Tak przygotowany system po uruchomieniu zbiera i gromadzi dane diagnostyczne, które następnie zespół diagnostów po analizie udostępnia w postaci raportów. Nowoczesne rozwiązania dodatkowo umożliwiać mogą łączność z urządzeniami typu smart, co daje szybki dostęp do wiedzy o stanie badanych obiektów.

Tak zaawansowane rozwiązania są obecnie coraz częściej przedmiotem analiz możliwości zastosowania w zakładach produkcyjnych.

Czy warto podjąć zadania diagnostyczne i z kim o tym rozmawiać

Dobry, odpowiedni, optymalny czy zły tak ogólnie opisujemy stan techniczny maszyny. Zanim takie stwierdzenia zostaną wypowiedziane podejmowanych jest szereg działań, które dają podstawę do postawienia takich tez. Określenie stanu technicznego jest zadaniem złożonym wymagającym zaangażowania i wiedzy zespołu osób jak i zasobów działu utrzymania ruchu.

Stosuje się jest wiele metod pozwalających na ocenę stanu technicznego, możliwości wykrywania i zapobiegania usterkom i awariom. Od metod prostych polegających na codziennej obserwacji podstawowych symptomów diagnostycznych, po bardzo zaawansowane rozwiązania diagnostyczne z wykorzystaniem technologii Przemysłu 4.0. Wybór metody diagnostycznej jest uzależniony od badanego obiektu oraz charakterystycznych symptomów i parametrów diagnostycznych.  

Badania teoretyczne i zadania praktyczne czynią diagnostykę techniczną szerokim obszarem nadzorowania stanu technicznego maszyn. Pracujemy nad nią samodzielnie już wiele lat na współpracując z naszymi partnerami. Przebadaliśmy wiele obiektów wykorzystując doświadczonych diagnostów, narzędzia diagnostyczne oraz rozbudowany system wibrodiagnostyczny. Nasze zaawansowane rozwiązania diagnostyczne dają efekty w zakładach wielu branż w postaci ograniczenia awaryjności maszyn. Stale rozwijamy swoje kompetencje i umiejętności oraz szkolimy diagnostów we własnym Centrum szkoleniowym. W zakresie diagnostyki technicznej i badania stanu technicznego maszyn warto rozmawiać ze specjalistami, praktykami, którzy chętnie i szybko zaimplementują posiadane doświadczenia w kolejnych, ciekawych aplikacjach.

Autor: Jacek Godziek
dział rozwoju w MARAT sp. z o.o.
e-mail: j.godziek@grupamarat.pl

www.grupamarat.pl

Źródło: MARAT sp. z o.o.

Przypisy