Na całkowity koszt produkcji składa się wiele czynników: oprócz materiałowych i pracy, także koszty eksploatacji maszyn i urządzeń. Koszty te związane są z działaniami mającymi na celu zapewnienie określonej dyspozycyjności zapewniającej ciągłość produkcji, różnej dla różnych branż przemysłu. Działania te są wynikiem określonej strategii eksploatacyjnej, wynikającej z wielkości budżetu, warunków technicznych i ekonomicznych.

Rys. 1 Przykład aplikacji – monitorowanie, diagnostyka i predykcja stanu pomp

Metody eksploatacji maszyn w przemyśle

Dostępne są różne techniki pozwalające na zapewnienie realizacji wyznaczonych celów eksploatacyjnych:

•    systemy monitorowania i diagnostyki,

•    systemy wspomagające prognozowanie i genezowanie oparte na modelach niezawodnościowych i statystycznych,

•    techniki ekonomicznej eksploatacji urządzeń.

RBM – Risk Based Maintenance (ocena według ryzyka).

CBM – Condition Based Maintenance (monitorowanie stanu).

PM – Preventive Maintenance (planowe remonty).

BM – Breakdown Maintenance (serwis po uszkodzeniu).

Przedsiębiorstwa w coraz większym stopniu dążą do prowadzenia utrzymania według ceny ryzyka (ang. Risk Based Maintenance). RBM pozwala ustalić właściwe proporcje pomiędzy poszczególnymi strategiami utrzymania, przy uwzględnieniu czynników ekonomicznych.

Prowadzi to do zwiększenia gotowości urządzeń i ograniczenia kosztów ich eksploatacji. Istotne z punktu widzenia metody jest wyznaczenie parametru określającego stosunek wartości systemu diagnostycznego dla danego urządzenia do kosztu tego urządzenia bądź kosztów jego przestoju (jeśli wpływa na przestój całej linii). Często nieprzewidziane uszkodzenie jednego elementu linii technologicznej powoduje spiętrzenie strat wynikające z:

•    strat produkcji z powodu zatrzymania linii,

•    kosztów ponownego rozruchu linii,

•    kosztów naprawy uszkodzonego elementu.

Wsparcie działań służb w zakresie eksploatacji maszyn i zużycia energii

Istniejące do tej pory systemy wsparcia utrzymania maszyn bazują głównie na pomiarach drgań i temperatury. Wyniki dostarczane z tych systemów obarczone są dużym błędem, ze względu na wykorzystanie informacji z procesów resztkowych, które bez bardzo precyzyjnej analizy i modelowania zjawisk zachodzących w maszynach są bardzo trudne do wykorzystania bądź wymagają dużej ilości czujników. Dodatkową wadą jest wysoki koszt takich systemów. Dodatkowo informacje z czujników drgań nie niosą żadnych informacji o sposobie użytkowania maszyny, warunkach pracy, problemach instalacyjnych oraz związanych z zasilaniem, ani też nie wspierają optymalizacji procesu doboru i jej eksploatacji pod względem zarówno utrzymania, jak i energochłonności.

System ELMODIS pozwala na realizację kompletnej platformy wspomagania eksploatacji (szeroko rozumianej jako eksploatacja techniczna i energetyczna) maszyn przemysłowych napędzanych silnikami elektrycznymi.

Zakład produkcyjny wykorzystuje pompy wody w procesach technologicznych. Część z nich pracuje w układach, w których nieprawidłowe parametry technologiczne prowadzą do zaburzeń procesu produkcyjnego, a awaryjne zatrzymanie powoduje przestój całej linii technologicznej.

Rys. 2 Parametry elektryczne i procesowe zestawu pomp objętego monitoringiem są wstępnie przetwarzane przez urządzenia, a następnie wysyłane przez internet do chmury, gdzie następuje ich dalsza analiza

System ELMODIS a kontrola procesu eksploatacji

Służby techniczne zakładu zidentyfikowały trzy podstawowe problemy do rozwiązania:

•    kontrola procesu eksploatacji,

•    weryfikacja jakości prac remontowych,

•    diagnostyka pompy i predykcja stanu.

Kontrola procesu eksploatacji jest kluczowa z punktu widzenia analizy potencjalnych stanów eksploatacyjnych, które mogą przyczynić się do uszkodzenia lub nadmiernego zużycia pompy (suchobieg, praca z podwyższonymi parametrami prowadząca do procesu kawitacji, zatkanie filtrów itp.). W systemie sterowania pomp opisywanej aplikacji nie były dostępne informacje o ich obciążeniu i czasie pracy w określonych obszarach charakterystyki pracy. Brakowało również informacji diagnostycznych opisujących stan techniczny pomp oraz ich korelacji z rzeczywistym (również chwilowym) obciążeniem. To ważne dane, pozwalające na bieżącą kontrolę pracy maszyn i optymalizację kosztów serwisu poprzez planowanie przeglądów z wyprzedzeniem.

Dodatkowym, stałym problemem służb jest kontrola jakości wykonania remontów. I tu dochodzimy do kolejnego istotnego problemu, jakim jest ocena jakości wykonanych prac serwisowych i remontowych. Dla służb technicznych zarówno ocena jakości, jak i możliwość wykrycia potencjalnych błędów lub wad wykonanych prac jest kluczowa, ze względu na możliwość oceny stanu bieżącego, jak i późniejszej predykcji stanu pompy.

Z punktu widzenia służb utrzymania predykcja stanu pomp daje potencjalnie ogromne możliwości planowania odstawień serwisowych, obłożenia grup serwisowych, a także możliwość zarządzania magazynem części zamiennych. Standardowo, ze względu na kluczowe znaczenie opisywanych pomp, służby techniczne zlecały częste przeglądy i remonty niezależnie od rzeczywistego stanu technicznego wentylatorów (tzw. Preventive Maintenance). Pozwalało to, co prawda, zmniejszać liczbę przestojów spowodowanych potencjalnymi awariami, jednak nie było optymalne kosztowo. Pomimo takiego podejścia zdarzały się niespodziewane awarie mające miejsce pomiędzy zaplanowanymi remontami, związane z niewykrytymi wadami części zamiennych i błędami montażowymi.

Służbom technicznym zależało więc na przejściu z prewencyjnego na predykcyjne utrzymanie ruchu. Znaczna część awarii jest poprzedzona możliwymi do zmierzenia symptomami, możliwe jest więc przewidzenie z dostatecznie dużym prawdopodobieństwem momentu wystąpienia awarii lub znaczącego pogorszenia stanu technicznego. Umożliwia to przygotowanie reakcji służb technicznych.

Aby uzyskać możliwość predykcji uszkodzeń, potrzebne są dane on-line oraz algorytmy analizujące zbierane dane i obliczające wskaźniki informujące o zbliżającej się awarii.

Rys. 3 Informacje udostępniane przez system umożliwiają podejmowanie trafnych decyzji eksploatacyjnych i serwisowych wentylatorów, co zapewnia utrzymanie ciągłości produkcji, dzięki czemu uzyskano wzrost efektywności i optymalizację kosztów

Wykorzystanie systemu ELMODIS

W ramach opisanej aplikacji monitoringiem objęto zestaw pomp pracujących w jednym obszarze technologicznym zakładu.

Zainstalowano system pozwalający na pomiary parametrów elektrycznych oraz procesowych. Wielkości zmierzone są wstępnie przetwarzane przez urządzenia, a następnie wysyłane przez internet do chmury, gdzie następuje dalsza ich analiza. Dane są następnie udostępniane służbom technicznym w zakładzie za pośrednictwem przeglądarki internetowej z dowolnego komputera podłączonego do internetu.

Informacje a nie dane

System ELMODIS przetwarza pozyskiwane dane w celu wypracowania konkretnych informacji o stanie i eksploatacji maszyny. Informacje te są udostępniane klientowi jako wskaźniki eksploatacyjne (wykorzystanie maszyny w czasie, średnie obciążenie, analizy korelacji jakości procesu ze stanem technicznym, itp.). Pozwalające na bieżącą kontrolę sposobu eksploatacji maszyny (w tym związane z kawitacją i suchobiegiem).

Informacje charakteryzujące rzeczywisty stan techniczny pomp objętych nadzorem systemem ELMODIS są wykorzystywane do nadzoru procesem serwisowym i remontowym. Są to parametry opisujące: asymetrie pracy maszyny, znormalizowane wskaźniki opisujące luzy i zużycie, temperatura silnika, wskaźniki stanu łożysk, niewyważenia i rozosiowania. Zaawansowana statystyczna analiza zmian tych parametrów w czasie pozwala na predykcję zbliżających się uszkodzeń. Informacje te są umieszczane w dedykowanych raportach (dziennych, tygodniowych i miesięcznych) generowanych automatycznie. Dla ułatwienia korzystania z systemu zastosowano system powiadomień e-mail i sms informujących na bieżąco o zarejestrowanych zdarzeniach (np. przekroczeniach wartości progowych), dzięki czemu nie jest potrzebna ciągła obserwacja wskazań systemu.

Korzyści z zastosowania systemu

Już w trakcie trwania rozruchu systemu ELMODIS zostały wykryte anomalie w parametrach pracy pompy, jakie związane były z występującym procesem kawitacji w jednej z pomp oraz wadami wyosiowania układu elektromaszynowego w innej.

System ELMODIS jest skalowalny i może w łatwy sposób zostać rozszerzony na kolejne rządzenia (wentylatory, przenośniki, kompresory) wchodzące skład linii technologicznej. Gromadzenie danych z większej liczby napędów i przetwarzanie ich przez algorytmy w chmurze zwiększa dokładność przeprowadzanych analiz i przyspiesza proces uczenia systemu.

Zaletą wdrożonego systemu jest łatwość instalacji i niskie koszty implementacji. Wraz ze wzrostem liczby monitorowanych maszyn jednostkowy koszt jest coraz mniejszy. W połączeniu z korzyściami płynącymi z zastosowania, system ELMODIS jest rozwiązaniem pozwalającym na znaczną optymalizację pracy maszyn, bez ponoszenia dużych nakładów finansowych.
 

Artykuł został również opublikowany w nr 2/2017 półrocznika "Pompy, Pompownie".