Появление стационарных систем оценки технического состояния на основе компьютеризированных средств мониторинга и диагностики
Шрифт:

Время движется вперед – прогресс продолжается

 

Появление стационарных систем оценки технического состояния на основе компьютеризированных средств мониторинга и диагностики. – В связи с тем, что периодический диагностический мониторинг добился успеха и одобрения, стало очевидным, что сбор необходимых данных для мониторинга некоторых видов оборудования и его узлов, небезопасен для оператора, проводящего измерения во время их нормальной эксплуатации. Под эту категорию подпадают подшипники бумагоделательных машин, вентиляторы градирен, погружные насосы и многие подшипники механизированных инструментов. Первой логичной идеей была стационарная установка датчиков, обычно акселерометров, с проведением от них кабелей в безопасные места, где могли бы периодически проводиться измерения с помощью портативных сборщиков данных. Подключение к механическому коммутатору кабелей от датчиков существенно помогало собирать данные. Фирмы PCB Piezotronics, IMI; Vibra-Metrics; Wilcoxon Research и другие были готовы быстро поставить эти коммутаторы. Фирма Vibra-Metrics пошла на шаг дальше, предоставляя средства передачи сигналов вибрации по сети на центральный пост.

                Как следствие, переход к автоматической системе, аналогичной по архитектуре системе мониторинга на основе микрокомпьютера, описанной ранее, был очень коротким и логичным. В этой системе недорогой миникомпьютер управляет входным коммутатором, соединенным с несколькими датчиками. К концу 1980 годов широкое распространение, быстрое развитие и малая стоимость устройств ввода сигналов в ПК, сделали архитектуру системы как практичной, так и экономически эффективной. Микрокомпьютер проводит диагностический анализ сигнала от каждого соединенного с ним датчика. Выходные данные, включая детальный спектр, общий уровень и предупреждения по спектру, передаются на центральный пост, обычно, на центральный компьютер по цифровой сети. Одна из первых систем, произведенная фирмой Паломар (Palomar Technology), применяла портативный сборщик данных с постоянным питанием, заключенный в водонепроницаемый корпус и соединенный с коммутатором для осуществления задач местного контроля, анализа и передачи данных.

                Одной из первых, если не первой, системой мониторинга, включавшей в себя как систему защитного мониторинга (быстрого реагирования), так и систему прогнозирующего мониторинга (детального аналитического), была система Компасс (Compass), выпущенная фирмой Брюль и Къер (Bruel & Kjaer) в 1992 году. Система была разработана на базе ранее построенной системы для морской эксплуатационной платформы на Северном море. В дополнение к защитному и прогнозирующему мониторингу с подключенных датчиков и полной интеграции с данными, записанными на портативный сборщик данных, система Компасс включала в себя и возможность изменять стратегию мониторинга в зависимости от состояния машины, и новаторский метод сжатия и передачи данных по сети. В системе Компасс различие между защитным и прогнозирующим мониторингом определялось интервалом времени, через которое анализировались сигналы вибрации.

                Периодический диагностический мониторинг от установленных и постоянно подключенных датчиков доказал свою ценность и в настоящее время доступен в качестве дополнительной опции в большинстве систем защитного мониторинга. Он общепризнан как основной метод мониторинга оборудования, в котором неисправности развиваются медленно и заранее предваряются хорошо известными симптомами, которые необходимо детально анализировать для раннего обнаружения дефектов. С возможностями интернета детальная информация об оценке состояния машин и их узлов становится мгновенно доступной в любой точке мира. Теперь нет необходимости «тащиться с трудом в холодную сырую ночь, груженым тяжелым громоздим инструментарием, чтобы определить протянет ли какая-нибудь теплая машина до рассвета», как это было образно сформулировано в предисловии к одной из публикаций по вибрационному анализу!

 

Дополнительный метод измерения состояния – К середине 1990-х стало очевидно, что вибрационный метод оценки состояния, который считался основным всеми кроме непреклонных сторонников анализа смазок, гораздо более эффективен при сочетании с дополнительными методами. Они включали в себя анализ продуктов износа в смазке и их химический анализ, анализ токов двигателя, термографию, исследование течений, ультразвук (акустическую эмиссию), анализ рабочих характеристик и коэффициента полезного действия.

                Химический анализ смазки был доступен, начиная с 1950-х годов. Феррографический мониторинг продуктов износа, первоначально разработанный фирмой Foxboro Corporation, стал доступен, начиная с середины 1970-х годов. Оба метода использовались поодиночке и никогда не увязывались с вибрацией для создания более полной картины состояния. Начиная с 1990-х годов математическое обеспечение систем мониторинга состояния начало включать в себя анализ как данных по вибрации, так и анализ данных по состоянию смазки. Эта комбинация дает аналитику более полную картину эксплуатационного состояния оборудования.

                В методе анализа токов двигателя, первоначально разработанным доктором Вильямом Топсоном (William Thompson) из Абердинского института Роберта Кордона в Шотландии (the Robert Cordon Institute in Aberdeen, Scotland), использовался датчик тока и лупа в БПФ для мониторинга амплитуды боковых составляющих на частоте скольжения вокруг линии на частоте возбуждения. Оказалось, что соотношение амплитуд линий на частоте возбуждения и боковых, измеренных в децибелах, является хорошей единицей измерения состояния электромагнитной системы у ротора асинхронного двигателя. Метод дорабатывается и продолжает применяться до сих пор.

                Все лучшие современные программы по прогнозирующему мониторингу включают в себя вибрационный анализ и анализ смазки, параметры тока двигателя, термографию, ультразвук, рабочие характеристика и другие параметры от переносных и стационарных источников информации. За последние 20 лет эти методы были существенно улучшены и широко распространились среди лучших промышленных предприятий. Многие специалисты считают, что основным вкладом в их успех является широкое применение и интеграция методов оценки технического состояния и мониторинг рабочих характеристик оборудования.

                Эти же специалисты ссылаются на необходимость создания всеохватывающей программы определения надежности оборудования и на эффективное использование инструментов надежности, как основных факторов управления основными фондами. Отчеты на базе Интернет-технологии (исключающие бумажные отчеты) и данные о том, как оборудование эксплуатировалось – это дополнительные факторы, которые должны учитываться в наиболее полной программе управления основными  фондами предприятий.

                Экспертные системы. Ни один из обзоров развития мониторинга состояния оборудования не будет полным без упоминания экспертных систем. Одна из первых экспертных систем по вибрации машин (Аметист –Amethyst) была внедрена фирмой IRD в середине 1980 годов.            Также в середине 1980-х годов фирма DLI Engineering Corp. разработала вибрационную экспертную систему для увеличения точности, качества и стабильности работы оборудования авианосцев США. Система называется Программа обслуживания оборудования по состоянию (Condition Based Maintenance program), для которой разработчики задали список необходимых входных данных и разработали алгоритмы их анализа, обеспечивающие выдачу экспертной оценки состояния объекта контроля. Экспертная система была очень успешной и продолжает использоваться и по сей день.

В 1988 году канадская фирма Design Maintenance Systems, Inc. (DMSI) из Ванкувера (Vancouver, Canada) заключила контракт с Канадским правительством на создание бортовой экспертной системы прогнозирующего обслуживания по результатам замеров вибрации на ледоколах, проводимых по определенным правилам (алгоритмам). Эта система была разработана тем же способом что и системы диагностики для оборудования различных предприятий, без учета вибрационных помех, наводимых ломающимся льдом, в предположении, что возможные изменения будут минимальными. В существенно переработанном виде ядро этой системы используется и сейчас.

Фирма CSI разработала и внедрила вибрационную экспертную систему Nspector, работающую по определенным правилам, в начале 90х годов. Обе системы CSI и DMSI доказали свою очень хорошую эффективность.

Персональное обучение и сертификация. Начиная с 1998 г., ИСО начала выпускать серию стандартов 18436. К настоящему времени издано два выпуска: ИСО 18436-1 для органов сертификации и ИСО 18436-2 по сертификации аналитиков. (К настоящему времени вышел и стандарт ИСО 18436-3:2008. Мониторинг состояния и диагностика станков. Требования к квалификации и оценке персонала. Часть 3. Требования к органам по обучению и процессу обучения). Институт вибрации обеспечивает сертификацию специалистов по вибрации по стандартам ИСО в США. Примерно, пять дополнительных стандартов ИСО, касающихся сертификации персонала в области мониторинга состояния оборудования, находятся в разработке. Они касаются сертификации специалистов в области мониторинга состояния по анализу смазки, тепловидению, акустики, электрического тока и ультразвука.

 

Что ожидать в дальнейшем.

Системы непрерывного мониторинга перемещения вала являются и будут в дальнейшем являться специальным требованием для защиты большого, критического для производства оборудования, оснащенного подшипниками скольжения. Эти системы все больше соединяются с системами управления технологическими процессами и системами управляемого отключения оборудования при наступлении опасных ситуаций. Лидирующие эксплуатирующие компании поняли важность управляемого отключения, но даже при отказе оборудования критические машины не должны отключаться автоматически и независимо, приводя к остановке всего технологического процесса. Вместо этого машина должна оставаться в рабочем состоянии в течение короткого времени, за которое процесс будет остановлен безопасно и организованным образом. Одна из химических компаний установила, что секунды, которые позволяют снизить эксплуатационную температуру, могли бы продлить жизнь критического металлургического оборудования на годы, приводя к экономии миллионов долларов. Четвертое издание стандарта API 670 помогает, как понять эту возможность, так и понять, что функция защиты оборудования будет все больше интегрироваться с системой управления производством.

Для распространения применения непрерывного мониторинга на оборудование общего назначения необходимо снижать его стоимость. Такие новинки как микропроцессорный (интеллектуальный) датчик (“smart sensor”) со встроенным беспроводным передатчиком данных в центральный концентратор полностью изменит и намного расширит эту область при условии, что стоимость установки на каждую машину сможет быть снижена до нескольких сотен долларов. Дальновидные компании, такие как Azima, работают над ускорением этих разработок.

В среднесрочной перспективе аналитические технологии представляются адекватными. Совершенно очевидно, что существует потребность в более точных методах прогнозирующей оценки остаточного ресурса.

Программное обеспечение и интернет технологии, кажется, являются ключевыми моментами для увеличения эффективности мониторинга состояния оборудования. В течение следующего десятилетия экспертные системы, основанные на определенных правилах, скорее всего, объединятся с обучающимися программами для проведения оценок фактического состояния и точного прогноза ресурса. Такая комбинация соединяет базовое обучение с обучением в процессе накопления опыта (“learn with experience”). С развитием этих систем они должны будут быть в состоянии определить и диагностировать причины проблем в оборудовании с высокой степенью достоверности, точно оценить опасность проблемы и спрогнозировать остаточный ресурс (дать прогноз). С возможностями передачи данных по интернету, когда важнейшая информация становится доступной в любой точке мира в реальном времени, эффективность знаний и опыта профессиональных специалистов могут быть многократно усилены. Для достижения полного одобрения этих методов основным препятствием, которое необходимо преодолеть, является замена человека.

В основном, программное обеспечение по надежности пригодно для проведения процесса полной оценки состояния, включая способность проводить анализ и идентифицировать и диагностировать источники низкой надежности. Корпорация Meridium Corporation в настоящее время предлагает такую систему с характеристиками, разработанными по настойчивым требованиям сторонников оптимального управления Северного побережья Мексиканского залива.

Похоже, что на арене приборного обеспечения в ближайшие 10-20 лет будут проводиться аналогичные разработки. Портативные приборы, скорее всего, будут включать в себя экспертные системы, дабы обеспечивать пользователя мгновенными результатами по диагностике.

Поставщики также начали заниматься и модальным анализом. В этой области лидером является компания Vibrant Technology со своей программой Рабочая форма прогиба (Operating Deflection Shape (ODS)). Большее внимание к модальному анализу существенно поднимет мониторинг состояния в области определения и разрешения одной из общих проблем, встречающихся у аналитиков – это резонансы узлов машин, фундаментных конструкций и окружающих структур. В настоящее время многие виды анализа приводят к правильному выводу о существовании резонанса, но встречают трудности при попытках выяснить, какой из узлов имеет резонанс и каким образом решить эту проблему. Модальный анализ и анимированные картины формы прогиба могут использоваться для решения этой проблемы. С помощью поставщиков, разрабатывающих многоканальные сборщики данных, и интерфейса с отработанными программами модального анализа и приложениями с программами определения Рабочей формы прогиба (ODS), вопросы модального анализа могут стать доступными аналитикам мониторинга состояния оборудования во всем мире.

Дальнейшая интеграция и совершенствование управления важной информацией о текущем состоянии, условиях эксплуатации, надежности и прогнозируемом сроке службы оборудования, является неотъемлемой частью работ по оптимизации управления основными фондами предприятий с учетом фактического состояния оборудования, по принятию оперативных эксплуатационных решений, и, в конечном счете, даст огромный вклад в бизнес. Более тесная связь между оценкой состояния (вибрация, смазка, электричество и т.д.) и обслуживанием, контролем и управлением производством, а также анализом причин отказов и процессом оптимизации основных фондов является ключевым моментом. Совместный анализ параметров эксплуатации и параметров состояния позволяет учитывать возможное ускорение развития дефектов при работе в зарегистрированных неспецификационных режимах, резко увеличивающих стоимость эксплуатации и снижающих надежность оборудования. Прогресс в этой области потребует связи с историей процессов, этим связям существенно помогают соглашения, вырабатываемые организацией MIMOSA (Machinery Information Management Open System Alliance). Несколько фирм, включая OMDEC (Optimal Maintenance Decisions Inc.) и Mtelligence приняли эти стратегии и быстро движутся в направлении построения этих связей.

 

Упущенный элемент – ясное экономическое обоснование

Ни одна статья этого автора не была бы полной без редакционной проповеди, касающейся экономического обоснования. Несмотря на пятидесятилетнюю демонстрацию успешности и полезности, программы оценки состояния все еще не полностью признаны в промышленной культуре эксплуатации в качестве постоянной, неотъемлемой части производства. Многие чрезвычайно успешные программы укорачиваются или полностью прекращаются в качестве меры экономии, потому что отказы случаются редко. Говорят, что многие управленцы уверены, что ремонт оборудования при поломке является наименее затратным методом обслуживания. «Почему люди должны бездельничать, собирая и анализируя данные измерений, касающихся состояния оборудования, в то время как они могли бы делать реальную работу, ремонтируя то, что требует внимания!» Многие практические специалисты, которые в противном случае считались бы успешными, виновны в этом. Анализ и детали, такие как определение того, что подшипник отказывает по причине дефекта на внешнем кольце, представляют гораздо больший интерес, чем демонстрация ценности, которую они представляют для своих компаний. В качестве одного из примеров, участника одной из конференций по вибрации спросили, что он думает о том, как их усилия признаются и одобряются их компанией с точки зрения стоимости произведенной продукции. Один из группы, состоящей из около 150 человек, поднял руку! В недавнем исследовании, проведенном reliabilityweb.com специалистов по мониторингу спросили, как они сами оценивают программы по мониторингу состояния. Один ответил: «мы не производим деньги». Возможно, существует связь между представлением «мы не производим деньги» и сокращением программ по оценке состояния!


Ключом к успеху являются не столько технологии,

сколько осведомленность о ценности, ресурсах и времени

– но это другая история и для другого времени


Движение вперед должно продолжаться без лишних напоминаний о том, что результаты, созданные за последние 60 с лишним лет гигантами, внесшими свой такой мощный вклад в мониторинг состояния, необходимо продолжать и расширять, а современные специалисты и те, кто следует за ними, должны сделать гораздо больше для продвижения достигнутых результатов и дальнейшего развития теории и практики. Без гораздо большего акцента на результаты, выгоды и ценности для бизнеса, может оказаться, что найти опытного аналитика состояния станет труднее, чем сегодня капитана судна с прямым парусным вооружением или пилота биплана с хвостовым оперением! Ключом к успеху являются не столько технологии, сколько осведомленность о ценности, ресурсах и времени – но это другая история и для другого времени!

 

предыдущая   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   следующая