Nuovi approcci per il monitoraggio delle condizioni nelle industrie di produzione di processo

Di Robert Schmaus

Nella produzione di processo, garantire interruzioni minime della produzione è fondamentale per il successo complessivo di uno stabilimento.

Quasi ogni macchina coinvolta nella produzione è progettata per funzionare 24 ore su 7, XNUMX giorni su XNUMX, senza interruzioni. In teoria, almeno. In realtà, si verificano arresti imprevisti e i team operativi lavorano duramente per mantenerli il più brevi e meno frequenti possibile. Esistono diversi approcci e strategie di manutenzione per aiutare a prevenire e mitigare i tempi di inattività non pianificati, ma non tutti sono applicabili a ogni macchina, né sono del tutto efficaci nel garantire tempi di attività.

Alcuni dei team di maggior successo utilizzano manutenzione basata sulle condizioni per analizzare continuamente una combinazione di parametri di salute delle macchine in punti critici del processo di produzione. Questa strategia comporta la raccolta di dati considerevoli, dai tipi di macchine e dalle modalità di guasto al feedback sul funzionamento delle apparecchiature e alle risorse umane richieste a un certo livello di competenza, e così via. Tra tutte le diverse macchine in funzione, alcune sono critiche per la produzione e altre meno. Ma ogni macchina richiede un intervento a un certo punto, poiché l'uso e l'usura alla fine causano guasti.

Molte piante utilizzano una combinazione di strategie di manutenzione nel loro inventario di asset. Lo fanno per bilanciare l'intensità del monitoraggio e della misurazione con la criticità della macchina e del processo corrispondente. Ecco una ripartizione di quattro strategie comuni, seguita da uno sguardo dettagliato alla strategia di monitoraggio delle condizioni online.

Quattro strategie di manutenzione implementate oggi

1. Manutenzione straordinaria. Questa semplice strategia segue il modello di "usalo finché non si rompe senza intervento". L'unico vantaggio di questa strategia di manutenzione è che non sono richiesti investimenti per estendere la durata di vita di una macchina. Gli svantaggi sono guasti non pianificati, risorse e costi di manodopera nel modello 24/7, grandi scorte di pezzi di ricambio e interruzioni più prolungate dei processi di produzione per indagare sugli incidenti. È interessante notare che la manutenzione dei guasti può essere sostenuta a vantaggio del sito per i tipi di macchina "sostituibili" se la macchina viene monitorata e il guasto imminente viene riconosciuto in tempo per pianificare la sostituzione.
2. Manutenzione preventiva. Noto anche come manutenzione basata sul tempo, manutenzione preventiva include fermate programmate e promette meno guasti alle macchine. Ma gli svantaggi prevalgono ancora: si verificano troppe riparazioni evitabili e le parti vengono sostituite prima della loro vera fine vita, aumentando i costi. Guasti significativi possono ancora verificarsi con una strategia di manutenzione basata sul tempo, sia perché gli intervalli di assistenza non sono correttamente calibrati sui cicli di vita delle macchine, sia perché non si riesce a individuare un problema in rapida evoluzione o l'inevitabile evento casuale.
3. Manutenzione predittiva. Questa strategia prevede la programmazione degli arresti per manutenzione in base alle condizioni della macchina e non tramite un intervento programmato o periodico. Manutenzione predittiva consente al team di utilizzare l'intera durata di vita dei componenti della macchina e riduce l' inventario dei pezzi di ricambio, poiché la maggior parte delle riparazioni sono pianificate. Con il rilevamento avanzato dei guasti, le riparazioni vengono eseguite prima che si verifichino danni più estesi e i tempi di fermo non pianificati si verificano molto meno spesso. L'unico vero svantaggio di questa strategia di manutenzione è l'esperienza e l'investimento di tempo necessari per ispezionare le macchine e interpretare i risultati.
4. Monitoraggio delle condizioni. In una strategia di monitoraggio delle condizioni, il team monitora vari parametri o indicatori di salute su macchine critiche e osserva i cambiamenti di tendenza. Se i valori di vibrazione, ad esempio, sono gli stessi del solito, la salute della macchina è molto probabilmente stabile e non sono necessarie ulteriori azioni. Ma se i livelli di vibrazione aumentano e i valori di misurazione superano i limiti o le soglie di allarme, il team dovrebbe intervenire con ulteriori ispezioni e analisi per determinare la causa principale. Dopo una diagnosi del problema, il team può monitorare quella macchina più da vicino mentre è programmata una riparazione per evitare danni. Noto anche come r (RCM), questa strategia comprende la manutenzione predittiva e le azioni necessarie per apportare correzioni alle macchine, come il bilanciamento e l'allineamento.

Raccolta di misurazioni di monitoraggio delle condizioni

L'intero spettro di manutenzione centrata sull'affidabilità utilizza cinque o più modalità di misurazione per valutare le condizioni della macchina: analisi dell'olio, ultrasuoni, vibrazioni, termografia e test del motore. Il personale dell'impianto può raccogliere i dati manualmente utilizzando strumenti di ispezione portatili, oppure può automatizzare parti della raccolta dati utilizzando online. Molti impianti utilizzano entrambe le pratiche in combinazione.

I sistemi di monitoraggio delle condizioni online generalmente includono sensori montati sulle macchine, un metodo di connessione (cavo o wireless) e software per l'analisi dei dati. I sensori raccolgono dati sulle condizioni della macchina e il software fornisce vari livelli di allarme, trend e immagini per supportare ulteriori indagini. Alcuni sistemi forniscono persino i passaggi successivi consigliati. Diversi livelli di sistemi CM online possono adattarsi a diversi tipi di macchinari, a seconda dei requisiti delle condizioni. Una pompa o una ventola possono essere coperte da un semplice sistema CM online, mentre macchine più complesse con velocità e carichi variabili, ad esempio, richiedono un monitoraggio più sofisticato.

Perché i sistemi di monitoraggio delle condizioni online?

Le macchine critiche per la produzione spesso richiedono un approccio di monitoraggio specializzato. Uno dei vantaggi essenziali di un sistema CM online è che raccoglie continuamente dati e cerca cambiamenti. Un sistema CM online può rilevare rapidamente piccole variazioni e, se i limiti vengono superati, avvisare il team. Se la condizione di guasto si evolve rapidamente e il danno è potenzialmente vicino, un sistema CM online che campiona gli indicatori di salute in pochi minuti o ore sarà molto più efficiente rispetto all'impegno di una persona a monitorare la macchina di persona. Allo stesso modo, il monitoraggio dell'accessibilità dei punti di misurazione o delle variazioni nel processo è molto più fattibile per i team che utilizzano un sistema CM online rispetto ai metodi di misurazione manuali.

Esempio di macchina critica: mulini a rulli verticali

I mulini a rulli verticali (VRM) sono un classico esempio di macchina critica per la produzione. Se questa macchina smette di funzionare senza preavviso, interrompe il resto del processo di produzione. Se uno dei due VRM disponibili in uno stabilimento cessa di funzionare, la produttività si dimezza. A ciò si aggiunge che molti settori stanno orientandosi verso macchine meno numerose e più grandi.

L'industria del cemento, ad esempio, ora utilizza spesso un grande mulino invece di due VRM che operano in parallelo. I tipici problemi dei VRM includono guasti al cambio, come problemi di accoppiamento degli ingranaggi, denti rotti e problemi ai cuscinetti. Se questi problemi vengono individuati in anticipo, è possibile ordinare i pezzi di ricambio. Alcune parti di ricambio possono essere tenute in magazzino, ma non il cambio; è troppo costoso. Se il cambio si guasta, tutta la produzione si ferma e la consegna di un pezzo di ricambio potrebbe richiedere sei mesi.

In conclusione: hai bisogno di un sistema CM online progettato per identificare le modalità di guasto specifiche della macchina. Raccoglierà dati VRM su segnali di processo, temperatura, vibrazioni e, potenzialmente, misurazioni di coppia.

Integrare gli specialisti delle macchine con il monitoraggio dei dati

Il monitoraggio remoto e l'archiviazione dei dati aggiungono valore agli specialisti interni delle macchine, che probabilmente sono sotto pressione e hanno la responsabilità di un'operatività 24 ore su 7, XNUMX giorni su XNUMX.

Alcune strutture non hanno personale sufficiente per mantenere un programma predittivo robusto. Altre soffrono di una temporanea mancanza di competenze quando il loro responsabile lascia il team di manutenzione predittiva o l'azienda. Parte della risposta in entrambe le situazioni potrebbe essere il monitoraggio remoto, anche se non dovresti aspettarti di assorbire il 100% della necessità con le misurazioni del sistema CM online.

Sono disponibili anche servizi di monitoraggio online, con esperti esterni che monitorano i dati e forniscono indicazioni, formazione e reporting.

Architettura intelligente del flusso di dati

Un sistema di monitoraggio delle condizioni ha due flussi di dati: i dati acquisiti dai sensori e da altri input al sistema, e la comunicazione tra il sistema e i suoi utenti, tramite notifiche, e-mail e altre connessioni.

Un sistema CM online cablato ha il suo indirizzo IP configurabile, che trasforma il sistema in un elemento di rete da configurare all'interno dell'impianto tramite Ethernet e l'utente. I sistemi wireless in genere si collegano in locale o tramite il cloud pubblico.

Poiché è un po' datato, in alternativa, mostra un OMNITREND^® banca dati esempio

Una volta configurato, il sistema di monitoraggio delle condizioni funzionerà in modo indipendente come un "robot" diagnostico automatizzato. Il sistema raccoglie e invia i dati di misurazione tramite Ethernet o wireless alla piattaforma software, che li aggiunge al database di misurazione. I dati dai sistemi SCADA o i parametri accettati da un PLC possono spesso essere integrati nell'architettura del sistema CM. Per uno scenario multi-sito, i dati di misurazione possono essere instradati a un database remoto (e centralizzato) che riconosce automaticamente il "mittente" e ordina le misurazioni nella posizione di misurazione e nell'attività di misurazione appropriate.

Più utenti possono accedere a questo database per visualizzare i risultati delle misurazioni, analizzare i dati, compilare report e così via. Alcuni team potrebbero scegliere di condividere i dati e i report sulle condizioni della macchina anche con il produttore dell'attrezzatura originale, in particolare durante il periodo di garanzia.

Conclusione

Per le macchine critiche per la produzione, vi sono numerose ragioni per aggiungere il monitoraggio delle condizioni online alla strategia complessiva di manutenzione dell'affidabilità.

Alcuni aspetti di un sistema CM online potrebbero persino rivelarsi più semplici dell'avvio di un normale programma di manutenzione predittiva, poiché la gestione dei dati è già incorporata. Detto questo, nulla sostituisce la competenza degli specialisti delle macchine e la loro conoscenza delle modalità di guasto.

Il ritorno sull'investimento (ROI) per un sistema CM online si ottiene solitamente la prima volta che viene rilevato un indicatore di guasto, che altrimenti avrebbe richiesto più ore per essere identificato o, se non rilevato, avrebbe portato a un intervento di manutenzione non programmato e a una perdita di produzione.

I sistemi CM online sono strumenti convenienti e affidabili per monitorare lo stato di salute delle risorse critiche per la produzione e aumentare la disponibilità della produzione negli impianti.