Rolul ultrasunetelor în Mentenanţa 4.0 - pornirea mentenanţei predictive

Industria 4.0, transformarea digitală în curs de desfășurare a producției, pune accentul pe utilaje inteligente, pe luarea deciziilor bazate pe date și pe operațiuni interconectate. Mentenanța 4.0 va fi o parte fundamentală a acestei revoluții, iar echipele de mentenanță vor trebui să treacă de la mentenanța reactivă (remedierea problemelor după ce acestea apar) la mentenanța predictivă (anticiparea și prevenirea defecțiunilor). Această abordare proactivă minimizează timpii de nefuncționare, optimizează durata de viață a echipamentelor și stimulează productivitatea generală. Vom analiza îndeaproape modul în care senzorii cu ultrasunete și instrumentele de colectare a datelor vor juca un rol cheie în această trecere la Mentenanța 4.0.

Ce este mentenanţa 4.0? 

Imaginați-vă o fabrică în care utilajele nu numai că funcționează, dar comunică în mod activ starea lor de sănătate. Aceasta este viziunea din spatele Mentenanței 4.0, o abordare revoluționară care valorifică puterea tehnologiilor Industrie 4.0. 

Aceasta depășește mentenanța reactivă tradițională (remedierea problemelor după ce aces­tea apar) și mentenanța preventivă (service pro­gramat) pentru a deveni un model cu adevărat pre­dictiv. Prin integrarea unor senzori sau a unor echipa­mente portabile de colectare a datelor, Mentenanța 4.0 colectează date relevante privind parametrii de performanță, cum ar fi frecarea, vibrațiile, tempera­tura etc. 

Platformele de analiză avansată analizează apoi aceste date pentru a identifica anomalii subtile care ar putea semnala o posibilă defecțiune a echi­pamentului. Acest lucru permite intervenții proactive de mentenanță, prevenind defecțiunile înainte ca acestea să apară și maximizând durata de viață a echipamentelor.

Mentenanţa 4.0: rolul ultrasunetelor 

În era mentenanței 4.0, tehnologia cu ultrasunete apare ca un instrument esențial pentru identificarea stării de sănătate a echipamentelor. Ultrasunetele excelează în detectarea schimbărilor subtile, cum ar fi fricțiunea crescută a rulmenților - un semn revela­tor al uzurii rulmenților, al deteriorării rulmenților sau chiar al deficiențelor de lubrifiere. 

Prin captarea acestor avertismente timpu­rii, ultrasunetele permit elaborarea unor strategii de mentenanță proactivă. Tehnicienii pot aborda problemele de lubrifiere înainte ca acestea să se agraveze, prevenind defecțiunile costisitoare și maxi­mizând durata de viață a echipamentelor. Această monitorizare în timp real, neintruzivă, face din ultra­sunete un atu valoros în arsenalul practicilor de mentenanță 4.0.

Aplicaţii şi avantaje ale ultrasunetelor: evidenţierea problemelor ascunse 

Ultrasunetele se dovedesc deosebit de valoroase în mai multe domenii cheie ale întreținerii 4.0 și au câteva puncte forte unice: 

• Monitorizarea stării rulmenților - avertiza­rea timpurie a defecțiunilor: Starea de sănătate a rulmenților este crucială pentru performanța generală a echipamentului. Ultrasunetele identifică în mod eficient uzura rulmenților, deficiențele de lubrifiere și alte probleme prin simpla monitoriza­re a oricărei creșteri a fricțiunii. Acest lucru per­mite luarea de măsuri corective înainte de apariția defecțiunilor sau chiar înainte de eșecul în sine.
• Optimizarea lubrifierii: Știați că între 60% și 80% din defecțiunile rulmenților sunt legate de o lubrifiere insuficientă? Lubrifierea adecvată este vitală pentru a preveni uzura și fricțiunea rulmenților. Ultrasunetele ajută la evaluarea eficienței lubrifi­erii, asigurând o performanță optimă și prelungind durata de viață a echipamentului. Instrumentele cu ultrasunete îi vor ajuta, de asemenea, pe tehnicienii de mentenanță să se asigure că aplică doar canti­tatea potrivită de lubrifiant, evitând problema foarte frecventă a supra-lubrifierii.
• Monitorizarea rulmenților cu viteză redusă: Analiza tradițională a vibrațiilor are adesea probleme cu utilajele cu viteză redusă. Deoarece ultrasunetele vor monitoriza orice creștere a fricțiunii, acestea sunt foarte eficiente în monitorizarea sănătății aces­tor componente critice.
• Monitorizarea activelor electrice: Ultrasu-netele pot detecta descărcările parțiale, cum ar fi corona și arcul electric, evitând defecțiunile electrice costisitoare și asigurând siguranța personalului.
• Ușurința de utilizare și implementare: Spre deosebire de unele tehnici de monitorizare, ultrasu­netele necesită o pregătire minimă și nu perturbă operațiunile. Instrumentele portabile și ușor de utili­zat fac colectarea datelor rapidă și eficientă, în timp ce senzorii oferă date ușor de citit și alerte relevante.
• Versatilitate: În timp ce senzorii cu ultrasu­nete sunt, în mod normal, dedicați unei aplicații specifice (de exemplu, monitorizarea online a echi­pamentelor rotative), instrumentele portabile pot fi utilizate pentru diferite aplicații, cum ar fi detectarea scurgerilor de aer comprimat, ceea ce sporește rentabilitatea investiției.

Utilizarea soluţiilor bazate pe ultrasunete pentru detectarea timpurie a defecţiunilor: cazuri şi exemple

1. Uzura rulmenţilor detectată la o instalaţie de măcinare a făinii

O unitate de măcinare a făinii a investit în plasa-rea de senzori cu ultrasunete pe mai mulți rulmenți critici. Senzorii sunt conectați la o unitate de proce-sare a datelor - numită 4Cast - care se conectează apoi la un software de gestionare a datelor. Această configurație permite ca echipa de mentenanță să fie notificată prin e-mail sau SMS imediat ce 4Cast detectează că un anumit rulment a atins un nivel de alarmă - este posibilă configurarea unor alarme de nivel scăzut și de nivel ridicat. 

• Imaginea 3

Deoarece ideea era de a monitoriza rulmenții critici, echipa de mentenanță a decis să lase siste­mul să îi avertizeze imediat ce este atins un nivel de alarmă scăzut. Putem vedea în imaginea 3 cum citirile dB de la acest rulment, aparținând unui sistem de cernere, au continuat să atingă alarma scăzută și nu se mențineau sub nivelul de bază. Deoarece 4Cast înregistrează și sunetele de la rulmenții monitorizați, echipa a decis să analizeze mai bine fișierul de sunet de la acest rulment, și iată cum arată (imaginea 4).

• Imaginea 4

• Imaginea 5

Atunci când a fost comparată cu o înregistrare sonoră de la un rulment ale cărui citiri erau con­forme cu linia de bază (imaginea 5), a devenit foarte clar că rulmentul avea un fel de defect. Observați diferența de amplitudine dintre spectrul acestor fișiere de sunet. Cel cu amplitudinea mai mare indică în mod clar o problemă cu rulmentul. Echipa a decis să desfacă rulmentul de 35 cm. pentru a con­firma deteriorarea, iar în imagini putem vedea clar semnele de uzură a rulmentului, deoarece putem observa deteriorarea atât a elementelor rulante, cât și a inelului exterior (imaginile 6 și 7).

• Imaginea 6

• Imaginea 7

Fără ajutorul tehnologiei cu ultrasunete, această problemă ar fi trecut neobservată mult mai mult timp și ar fi putut deveni o problemă mult mai mare, ducând în cele din urmă la o întrerupere neplanificată și costisitoare. 

2. Defecţiune critică a rulmenţilor la o fabrică de celuloză şi hârtie 

De obicei, în fabricile de celuloză și hârtie găsim o zonă de spălare, unde hârtia este curățată/albită în profunzime. Această sarcină este îndeplinită de o mașină numită decolorator, care este considerată o piesă de echipament critică și fundamentală pentru operațiunile de producție. 

În această uzină, care dispune de un program de mentenanță predictivă, s-a decis să se investească în monitorizarea online a acestor utilaje, folosind senzori cu ultrasunete. Această mașinărie are 4 rulmenți, cu un diametru de aproximativ 120 cm, care se rotesc la 3 RPM. 

Sistemul de monitorizare online (4Cast) a primit o citire neobișnuită a decibelilor de la unul dintre senzorii cu ultrasunete. Rulmentul NDE (non-drive-end) al acestui decker de înălbitor înregistra 17dB, când, în mod normal, un rulment care se rotește la viteze atât de mici, cum ar fi 3RPM, ar trebui să arate pur și simplu o citire de 0dB. 

Acest lucru a declanșat sistemul pentru a alerta imediat echipa de mentenanță.

• Imaginea 8

Atunci când se atinge un nivel de alarmă, 4Cast va face și o înregistrare a sunetului de pe rulment pentru o analiză ulterioară. Acest lucru este util mai ales în cazul rulmenților cu viteză redusă, unde spectrul de sunet ne poate spune multe despre ce se întâmplă cu activul. În acest caz, și chiar dacă apa­rent utilajul funcționa conform așteptărilor, spectrul fișierului de sunet a arătat o poveste foarte diferită. 

• Imaginea 9

Vârfurile prezentate în acest eșantion de sunet (imaginea 8) indică în mod clar o problemă cu rulmentul. De asemenea, la reproducerea fișierului de sunet, am putut auzi foarte clar zgomotele de impact. Defecțiunea a fost și mai evidentă atunci când fișierul de sunet a fost comparat cu o înre-gistrare sonoră de la unul dintre ceilalți rulmenți (imaginea 9). 

Atunci când rulmentul a fost demontat, deterio­rarea a fost clar vizibilă (imaginea 10). Semnele de impact sunt evidente. De asemenea, au fost găsite fragmente metalice în arbore, plus că în calea de rulare exterioară erau prezente scorojeli, cu unele denivelări, și o ușoară abraziune.

• Imaginea 10

Concluzie 

Mentenanța 4.0 va trebui să devină o realitate, deoarece companiile nu își mai pot permite să cheltuiască sute de mii de euro pentru acțiuni de mentenanță corectivă și să sufere pierderi uriașe din cauza indisponibilităților neplanificate și a ineficienței producției. Chiar dacă o singură tehnolo­gie nu este suficientă pentru a duce la bun sfârșit un program solid de mentenanță predictivă, ultrasu­netele vor juca cu siguranță un rol cheie în trecerea la mentenanța predictivă, datorită capacității sale de detectare timpurie a defecțiunilor, ușurinței în utilizare și versatilității.