W technice prognozowanego utrzymania ruchu (PUR) ilość przechodzi w jakość. Kompletny zestaw narzędzi PUR pozwala dużo skuteczniej i dużo wcześniej ujawniać symptomy uszkodzeń, niż jest to możliwe przy użyciu tradycyjnych programów profilaktycznego UR czy programów PUR opartych na jednym narzędziu. Efektywność narzędzi PUR zwiększa się, jeżeli są stosowane łącznie.
Potrzeba zintegrowanego podejścia wynika z trzech faktów dotyczących awarii maszyn oraz możliwości technik PUR w dziedzinie wykrywania początków awarii:
- awariom maszyn mogą towarzyszyć rozmaite symptomy awarii,
- zastosowanie tylko jednej techniki nie przyczyni się do skutecznego wykrywania wszystkich możliwych symptomów awarii,
- nawet w grupie technik umożliwiających wykrywaniu wielu różnych symptomów awarii niektóre są skuteczne we wczesnym okresie cyklu życia, odpowiadającym pierwszej części krzywej PF, a inne – w późniejszym okresie.
Krzywe PF oraz IPF
Cykl do wystąpienia awarii podzespołu charakteryzują dwie krzywe. Pierwszą z nich jest krzywa PF, odzwierciedlająca rozwój defektu. Punkt P na tej krzywej oznacza punkt w czasie, gdy w układzie pojawia się defekt. Przykładowo może on odpowiadać chwili, w której cząstka zanieczyszczenia wniknęła między toczący się element a jego bieżnię, rozpoczynając proces żłobienia obu elementów. Odtąd w łożysku pojawia się defekt, a stan łożyska pogarsza się wraz z rozwojem defektu, przyspieszając do punktu F, oznaczającego wystąpienie usterki funkcjonalnej. Poszczególne punkty na krzywej odnoszą się do rozwoju defektu i wiążą się z różnymi metodami kontroli podzespołu, które mogą być zastosowane w celu określenia bieżącego stanu defektu.
Druga krzywa to krzywa IPF, stanowiąca normalną krzywą PF z dodaną częścią IP, przy czym punkt I oznacza czas instalacji podzespołu. Część krzywej między punktami I oraz P odpowiada okresowi bezawaryjności.
Na schemacie 3. przedstawiono krzywą IPF dla dwóch identycznych maszyn, z których pierwszą (większa krzywa) zainstalowano przy użyciu precyzyjnych przyrządów pomiarowych, przy udziale wykwalifikowanych techników postępujących według odpowiedniej procedury. Instalację drugiej maszyny (mniejszy wykres) powierzono niedostatecznie wyszkolonym pracownikom, obywającym się bez precyzyjnych przyrządów czy technik oraz wykonującym prace bez jakiejkolwiek procedury.
Konserwacja w ujęciu punktów na krzywej
Doskonałym wskaźnikiem dojrzałości programu UR jest zatem nie jego „wysługa lat”, ale część krzywej IPF, na której się on koncentruje. Organizacja stale skupiająca wysiłki w punkcie F lub blisko niego niewątpliwie hołduje strategii bierności. Działania dojrzalszej organizacji koncentrują się nie w punkcie F, ale w punkcie P, co oznacza, że stara się ona poznać przyczyny awarii oraz wcześnie wykrywać ich symptomy. Kolejnym etapem rozwoju jest przeniesienie uwagi z punktu P do punktu I. W organizacjach o takim podejściu w celu wyeliminowania lub odsunięcia w czasie punktu P stosuje się metody analizy przyczyn źródłowych awarii (root-cause analysis – RCA), a także od początku wprowadza najlepsze praktyki w dziedzinie pasowania, tolerancji, norm osiowania, kontroli zanieczyszczeń oraz dokumentacji procedur. To właśnie takie organizacje mogą liczyć na skokowy wzrost wydajności.
Organizacje bierne zazwyczaj poświęcają cały czas na reagowanie na awarie. W ten sposób wszystkie wysiłki koncentrują wokół punktu F na krzywej. Aby uzyskać skokową zmianę wydajności, muszą one przenieść uwagę do punktu P. Wprowadzając podejście polegające na wczesnym wykrywaniu symptomów awarii, organizacje te kupują zasób najcenniejszy z punktu widzenia każdego działu UR – czas. Zyskując czas, mogą one zaplanować i przewidzieć w harmonogramie prace o znacząco niższym koszcie realizacji. Wykrycie defektu w momencie jego wystąpienia zapewnia maksymalną ilość czasu niezbędną do jego wyeliminowania.
Wprawdzie nie jest właściwie możliwe wykrywanie defektów dokładnie w chwili ich pojawienia się, można jednak poznać ich charakter oraz przebieg rozwoju. Prawdopodobieństwo odnalezienia defektów tuż po ich wystąpieniu zwiększa kompleksowa strategia kontroli przeprowadzanych w odpowiednich odstępach czasu. Ponadto wczesne wykrywanie defektów umożliwia skuteczną analizę przyczyn źródłowych awarii, ponieważ wciąż występuje wiele czynników, które przyczyniły się do wystąpienia defektu i mogą zostać poddane analizie. Jeżeli daną usterkę można zanalizować przy użyciu narzędzi RCA, w wielu przypadkach można wyeliminować ponowne wystąpienie symptomów awarii. Jeżeli jednak defekt może swobodnie rozwijać się zgodnie z opadającą krzywą, zmienia się jego charakter, co z kolei utrudnia analizę i jednocześnie zwiększa koszt działań korekcyjnych.
Techniki prognozowanego utrzymania ruchu
Analiza drgań to bez wątpienia fundament każdego programu monitorowania stanu maszyn, szczególnie w zakładach z dużym udziałem układów obrotowych. W analizie drgań stosuje się różne rodzaje czujników rejestrujących poziom drgań danej maszyny. Następnie uzyskane dane są analizowane przez technika, który ocenia, czy w obracającym się zespole napędowym wystąpił defekt.
W przeciwieństwie do metod analizy drgań sprzed 1984 r. analiza spektralna ułatwia wykrywanie defektów oraz zapewnia bardzo dokładną ocenę wielkości defektu. We wcześniejszych metodach uzyskiwano pojedynczą wartość, która miała znaczenie tylko przy znajomości m.in. wartości odniesienia dla danej maszyny. W przypadku analizy spektralnej wartości odniesienia nie są już tak istotne, a precyzyjna ocena stanu maszyn przynosi zaskakujące wyniki.
Informacje na rys. 4. dotyczą dwóch różnych pionowych pomp turbinowych umieszczonych na tej samej platformie pływającej. Dane spektralne (górny odcinek) po lewej stronie doskonale uwidaczniają usterkę elementu łożyska tocznego, wskazując defekt na czystym łożysku wzdłużnym w górnej części silnika na nieruchomej (dolnej) bieżni. Takie same dane dotyczące innego silnika, a uzyskane w odstępie kilku minut informują o braku defektu. Krzywa czasowa (dolny odcinek) wskazuje, że w łożysku w silniku po lewej stronie istnieje zaawansowany defekt, a awaria jest nieunikniona.
Termografia była tradycyjnie zastrzeżona do badania usterek elektrycznych. Może ona jednak odnieść ogromne zasługi jako narzędzie analityczne w przypadku defektów mechanicznych, takich jak przedstawiony na rys. 4. Z analizy drgań wiadomo już o istotnym defekcie łożyska w lewym silniku. O problemie tym można się także przekonać dzięki badaniu termograficznemu. Różnica temperatury między lewym a prawym silnikiem informuje o wielkości defektu. Na co by się jednak zdało samo zdjęcie termograficzne? Czy wynikałoby z niego, że termiczna anomalia wynika z defektu łożyska czy ze stosowania niewłaściwego lub zanieczyszczonego smaru? Ocena ta byłaby niemożliwa wyłącznie przy użyciu metody termograficznej. Dzięki jednoczesnemu wykorzystaniu dwóch technik zyskuje się o wiele jaśniejszy obraz dotyczący rodzaju i wielkości defektu.
Inną wartą rozważenia techniką jest badanie ultradźwiękowe. Zdaje ono egzamin w wielu aplikacjach, począwszy od wykrywania wycieków w układach ciśnieniowych lub próżniowych, a skończywszy na kontrolach układów elektrycznych pod kątem wyładowania łukowego, uszkodzeń powierzchni przewodników czy wyładowania koronowego. Urządzenia ultradźwiękowe służą także do wykrywania defektów w łożyskach, na krzywej PF reprezentowanych bardzo blisko punktu P, a co więcej, mogą być wykorzystane przy badaniu wielu łożysk w krótkim czasie. Korzystając jednocześnie z analizy drgań związanych z ujawnionymi defektami, użytkownicy mogą uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat pochodzenia emisji ultradźwiękowej, a nawet wskazać konkretną wadliwą część łożyska. Skojarzenie obu technik umożliwia zatem wczesną identyfikację oraz szczegółową weryfikację problemu.
Nie ma więc wątpliwości, że kompleksowy program kontroli opartej na monitorowaniu stanu maszyn musi uwzględniać wystarczającą liczbę technik, które pozwolą wykryć wszystkie istotne symptomy awarii posiadanej bazy maszynowej. Wdrożenie różnych technik kompensuje fakt, że każda z nich służy do wykrycia tego samego symptomu na różnych etapach krzywej PF. Wczesne i precyzyjne wykrywanie defektów z pewnością wynagradza korzystanie ze stosownia dużej liczby technik PUR, a ich różnorodność może przyspieszyć rozwój działu UR w kierunku zapewnienia najwyższej niezawodności maszyn.
Andy Page posiada certyfikat CMRP (certifikowany specjalista w dziedzinie konserwacji i niezawodności), jest dyrektorem ds. programów UR w firmie Allied Reliability.
Shon Isenhour jest specjalistą z ABB Reliability Services, także ma certyfikat CMRP.
Artykuł pod redakcją Michała Andrzejczaka
