Novas abordagens para monitoramento de condições em indústrias de manufatura de processos

Por Robert Schmaus

Na fabricação de processos, garantir interrupções mínimas na produção é vital para o sucesso geral de uma planta.

Quase todas as máquinas envolvidas na produção são preparadas para trabalhar 24 horas por dia, 7 dias por semana, sem interrupção. Em teoria, pelo menos. Na realidade, paradas inesperadas acontecem, e as equipes de operações trabalham duro para mantê-las o mais breves e infrequentes possível. Existem diferentes abordagens e estratégias de manutenção para ajudar a prevenir e mitigar o tempo de inatividade não planejado, mas nem todos são aplicáveis ​​a todas as máquinas — ou totalmente bem-sucedidos em garantir o tempo de atividade.

Algumas das equipes mais bem-sucedidas usam manutenção baseada em condições para analisar continuamente uma combinação de parâmetros de saúde da máquina em pontos críticos no processo de produção. Essa estratégia envolve coletar dados consideráveis, de tipos de máquinas e modos de falha a feedback de operação do equipamento e os recursos humanos necessários em um determinado nível de habilidade, e assim por diante. Entre todas as diferentes máquinas em operação, algumas são críticas para a produção e outras menos. Mas cada máquina requer alguma intervenção em algum momento, pois o uso e o desgaste eventualmente causam falhas.

Muitas plantas usam uma combinação de estratégias de manutenção em todo o inventário de ativos. Eles fazem isso para equilibrar a intensidade do monitoramento e da medição com a criticidade da máquina e do processo correspondente. Aqui está uma análise de quatro estratégias comuns, seguidas por uma análise detalhada da estratégia de monitoramento de condições on-line.

Quatro estratégias de manutenção implementadas hoje

1. Manutenção de avarias. Esta estratégia simples segue o padrão de “use até quebrar sem intervenção”. A única vantagem desta estratégia de manutenção é que não são necessários investimentos para estender a vida útil de uma máquina. As desvantagens são falhas não planejadas, recursos e custos de mão de obra sob o modelo 24/7, grande estoque de peças de reposição e interrupções mais prolongadas nos processos de produção para investigar incidentes. Curiosamente, a manutenção de avarias pode ser sustentada para a vantagem do local para tipos de máquinas “substituíveis” se a máquina for monitorada e a falha iminente for reconhecida a tempo de planejar a substituição.
2. Manutenção preventiva. Também conhecida como manutenção baseada no tempo, manutenção preventiva inclui paradas programadas e promete menos falhas de máquina. Mas as desvantagens ainda prevalecem: muitos reparos evitáveis ​​ocorrem, e as peças são substituídas antes do seu verdadeiro fim de vida, aumentando os custos. Falhas significativas ainda podem acontecer sob uma estratégia de manutenção baseada em tempo, seja porque os intervalos de serviço não estão calibrados corretamente para os ciclos de vida da máquina, ou pela incapacidade de detectar um problema de progresso rápido ou o evento aleatório inevitável.
3. Manutenção preditiva. Essa estratégia envolve programar paradas de manutenção de acordo com as condições da máquina e não por meio de uma intervenção programada ou periódica. Manutenção preditiva permite que a equipe utilize toda a vida útil dos componentes da máquina e reduz o estoque de peças de reposição, já que a maioria dos reparos são planejados. Com a detecção avançada de falhas, os reparos são feitos antes que ocorram danos mais extensos, e o tempo de inatividade não planejado ocorre com muito menos frequência. A única desvantagem real dessa estratégia de manutenção é a experiência e o investimento de tempo necessários para inspecionar as máquinas e interpretar as descobertas.
4. Monitoramento de condições. Sob uma estratégia de monitoramento de condições, a equipe monitora vários parâmetros ou indicadores de saúde em máquinas críticas e observa as tendências de mudança. Se os valores de vibração, por exemplo, forem os mesmos de sempre, a saúde da máquina provavelmente estará estável e nenhuma ação adicional será necessária. Mas se os níveis de vibração aumentarem e os valores de medição excederem os limites ou limiares de alarme, a equipe deve intervir com mais inspeção e análise para determinar a causa raiz. Após um diagnóstico de problema, a equipe pode monitorar essa máquina mais de perto enquanto um reparo é agendado para evitar danos. Também conhecido como r (RCM), essa estratégia abrange a manutenção preditiva e as ações necessárias para realizar correções nas máquinas, como balanceamento e alinhamento das máquinas.

Coletando medições de monitoramento de condições

O espectro completo de Confiabilidade Manutenção Centrada usa cinco ou mais modalidades de medição para avaliar as condições da máquina: análise de óleo, ultrassom, vibração, termografia e teste de motor. O pessoal da planta pode coletar dados manualmente usando ferramentas de inspeção portáteis ou pode automatizar partes da coleta de dados usando online. Muitas plantas usam ambas as práticas em combinação.

Os sistemas de monitoramento de condições on-line geralmente incluem sensores montados em máquinas, um método de conexão (cabo ou sem fio) e software para análise de dados. Os sensores coletam dados de condições da máquina, e o software fornece vários níveis de alarmes, tendências e visuais para dar suporte a investigações posteriores. Alguns sistemas até fornecem as próximas etapas recomendadas. Diferentes níveis de sistemas CM on-line podem ser adequados a diferentes tipos de máquinas, dependendo dos requisitos de condições. Uma bomba ou ventilador pode ser coberto por um sistema CM on-line simples, enquanto máquinas mais complexas com velocidades e cargas variáveis, por exemplo, exigem monitoramento mais sofisticado.

Por que sistemas de monitoramento de condições online?

Máquinas críticas de produção geralmente exigem uma abordagem de monitoramento especializada. Uma das vantagens essenciais de um sistema CM online é que ele coleta dados continuamente e procura por mudanças. Um sistema CM online pode detectar rapidamente pequenas variações e, se os limites forem excedidos, notificar a equipe. Se a condição de falha estiver evoluindo rapidamente e o dano estiver potencialmente próximo, um sistema CM online que coleta amostras de indicadores de saúde em minutos ou horas será muito mais eficiente do que comprometer uma pessoa a monitorar a máquina pessoalmente. Da mesma forma, rastrear a acessibilidade de pontos de medição ou variações no processo é muito mais viável para equipes que usam um sistema CM online do que métodos de medição manuais.

Exemplo de máquina crítica: moinhos de rolos verticais

Moinhos de rolos verticais (VRM) são um exemplo clássico de uma máquina crítica para a produção. Se essa máquina parar de operar sem aviso, ela interrompe o resto do processo de produção. Se um dos dois VRMs disponíveis em uma planta cessar a operação, ela corta a produtividade pela metade. Adicione a isso, muitas indústrias estão tendendo a menos máquinas maiores.

A indústria de cimento, por exemplo, agora usa frequentemente um grande moinho em vez de dois VRMs operando em paralelo. Problemas típicos de VRM incluem falhas na caixa de engrenagens, como problemas de engrenamento, dentes quebrados e problemas de rolamento. Se esses problemas forem detectados cedo, as peças podem ser encomendadas. Certas peças de reposição podem ser mantidas em estoque, mas não a caixa de engrenagens; é muito caro. Se a caixa de engrenagens falhar, toda a produção para e a entrega de uma substituição pode levar meio ano.

Resumindo: você precisa de um sistema CM online projetado para identificar os modos de falha específicos da máquina. Ele coletará dados VRM em sinais de processo, vibração de temperatura e, potencialmente, medições de torque.

Complementando especialistas em máquinas com monitoramento de dados

O monitoramento remoto e o armazenamento de dados agregam valor aos especialistas em máquinas internos, que provavelmente estão sobrecarregados e carregam a responsabilidade de disponibilidade 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Algumas instalações não têm pessoal suficiente para manter um programa preditivo robusto. Outras sofrem com uma falta temporária de habilidades quando seu funcionário sênior deixa a equipe de manutenção preditiva ou a empresa. Parte da resposta em qualquer situação pode ser o monitoramento remoto, embora você não deva esperar absorver 100% da necessidade com medições do sistema CM online.

Serviços de monitoramento on-line também estão disponíveis, com especialistas externos monitorando dados e fornecendo orientação, treinamento e relatórios.

Arquitetura de fluxo de dados inteligente

Um sistema de monitoramento de condições tem dois fluxos de dados: os dados adquiridos de sensores e outras entradas no sistema, e a comunicação entre o sistema e seus usuários, por meio de notificações, e-mail e outras conexões.

Um sistema CM on-line com fio tem seu próprio endereço IP configurável, que transforma o sistema em um elemento de rede a ser configurado dentro da planta via Ethernet e o usuário. Os sistemas sem fio geralmente se conectam no local ou via nuvem pública.

Como isso é um pouco datado, alternativamente, mostre um OMNITENDÊNCIA^® banco de dados exemplo

Uma vez que o sistema de monitoramento de condições esteja configurado, ele funcionará de forma independente como um "robô" de diagnóstico automatizado. O sistema coleta e envia dados de medição via Ethernet ou sem fio para a plataforma de software, que os adiciona ao banco de dados de medição. Dados de sistemas SCADA ou parâmetros aceitos de um PLC podem frequentemente ser integrados à arquitetura do sistema CM. Para um cenário multi-site, os dados de medição podem ser roteados para um banco de dados remoto (e centralizado) que reconhece automaticamente o "remetente" e classifica as medições para o local de medição e tarefa de medição apropriados.

Vários usuários podem acessar esse banco de dados para visualizar resultados de medição, analisar dados, compilar relatórios e assim por diante. Algumas equipes podem escolher compartilhar dados e relatórios de condições da máquina com o fabricante do equipamento original, especialmente durante o período de garantia.

Conclusão

Para máquinas críticas de produção, há muitos motivos para adicionar o monitoramento de condições on-line à estratégia geral de manutenção de confiabilidade.

Alguns aspectos de um sistema CM online podem até provar ser mais simples do que iniciar um programa regular de manutenção preditiva, uma vez que o gerenciamento de dados já está incorporado. Dito isso, nada substitui a expertise de especialistas em máquinas e seu conhecimento de modos de falha.

O retorno sobre o investimento (ROI) para um sistema CM on-line geralmente é obtido na primeira vez que ele detecta um indicador de falha – o que, de outra forma, levaria mais horas para ser identificado ou, se não fosse detectado, levaria a uma intervenção de manutenção não programada e perda de produção.

Os sistemas CM on-line são ferramentas confiáveis ​​e econômicas para monitorar a integridade dos ativos críticos de produção e aumentar a disponibilidade da produção nas plantas.