行业见解
智能组件简化维护
发布12/16/2014
作者:Kristin Lewotsky，特约编辑
维护有一个形象问题:尽管它做了所有的工作来保持工厂大量生产产品，它被认为是一个成本中心。它消耗资源。它经常要求将资产脱机，这从表面上看降低了生产率。最重要的是，它在人员、工具和设备方面要花钱。所有这些因素使得维修部门在预算削减的任何时候都很脆弱。
这是一种不公平的情况。从更大的上下文中考虑，维护实际上是一个收入驱动因素。适当的维护可以最大限度地提高产量，减少停机时间，优化质量，并使组织达到最高利润。在汽车厂一个小时的计划外停机可能会造成5万美元的生产损失，而在半导体厂一个小时的停机则接近15万美元。在这种情况下，跳过维护所“节省”的钱很容易被不良操作导致的停机成本所超过。
即使在避免停机的情况下，忽视维护也会产生影响。例如，在数控机床中，磨损会开始影响零件的尺寸。它可以从很小开始，朝着消极的方向发展，但仍然在可容忍范围内。将维护推迟一周或一个月是很诱人的。不过，这迟早会成为一个问题。帕克汉尼汾公司定制产品/应用工程经理汤姆•巴里克说:“最终，你会发现你的产品不符合规格，而且还不够好。现在，你的机器停了，你不得不在周日叫维修工。这和灾难性的失败一样糟糕。如果你继续运行你的机器，直到你生产出不合格的部件，它会以这样或那样的方式关闭你的机器。”
作为一门学科，维护随着时间的推移而发展:
- 无功维护：修复/更换失败的组件
- 预防性维护:执行预防故障的任务
- 预测性维护:使用传感器输入和数据来修复/更换接近使用寿命的部件
- 主动维护:解决机器的问题，如果保持不变可能导致故障
被动的维护
最昂贵、对总体吞吐量影响最大的方法是响应式维护。运行设备出现故障会导致大量计划外停机时间和产量损失。根据不同的部件，它可能导致连接部件的连锁反应损坏。如果有问题的设备为生产过程中的其他步骤供应元件，则可能引发生产线其他部分甚至该公司其他工厂的停工。
反应式方法在替换组件方面也很昂贵。当生产线下线时，维护技术人员在压力下会频繁地更换部件，而不需要花时间进行故障排除。一旦他们重新开始生产项目，他们就会把所有在保修期内更换的部件打包运回供应商维修，不知道是否有损坏。结果，集成商和供应商经常收到功能齐全的设备的退货，一位销售工程师估计，平均每25个退货部件中就有一个出现故障。
同时，交换过程本身也会带来额外的问题。如果好的部件没有放回原位，公司就不必要地使用了一个备用部件。在某些情况下，记住将正常的组件交换回来可能会造成更大的问题。K+S服务公司的运营经理罗恩·摩根说:“维修部门不明白的是，当你把非常好的备用零件放入机器并运行一段时间后，机器可能会在备用零件中引入一个问题。”如果维修技术人员在“有故障”的部件返回时更换了备用部件，他们实际上可能把坏的部件放回库存，这可能会在下一次计划外停机期间造成严重问题。
当涉及反应维护时，总会有另一个意外的停机时间。“一旦你进入你真正反应的地方，就是维护专业人士的难以愉快的情况，因为你无法获胜，”摩根说。“这是不变的，一件事之后。这是非常沮丧的。“
预防性维护
至少，公司应该制定预防性维护计划，可能没有比润滑更重要的了。根据应用工业技术公司(Applied Industrial Technologies)的一项分析，仅润滑不当就导致了大约40%到50%的轴承故障。润滑可以分离运动部件，减少摩擦，最大限度地减少磨损和热量(见图1)。如果使用得当，它可以显著增加机器的寿命。然而，这个看似简单的任务充满了陷阱。通常情况下，即使是出于好意的维护部门也会给自己制造麻烦。
润滑的主要缺陷包括使用错误的润滑剂和不正确的应用。的润滑剂的关键特性有粘度、类型(矿物油或合成油)、热特性、保护特性和稳定性特性。油是一种流体润滑剂，而润滑脂只是含有添加剂和增稠剂的油，将油固定在适当的位置。使用润滑脂时一个常见的错误是过分重视增稠剂类型(锂、聚脲等)。最重要的特性是粘度和添加剂。这些需要与应用程序相匹配，并且在任何一个组件中都是兼容的。混合不同的润滑剂可能导致稠度的巨大变化和早期的故障。
为了使润滑能起到宣传中的保护作用，必须正确地使用(见图2)。润滑的最佳做法包括尽量减少补充活动，这有点有违直觉。多不一定就多——任何时候水库打开，就会出现错误:
- 使用错误的润滑剂
- 引入潮湿的空气，这会导致润滑剂损坏
- 污染，这是一种磨料，导致润滑剂损坏了它应该保护的表面。这反过来又会造成更多的污染，进而导致部件失效。
- 过充会改变压力，影响润滑油在系统中的分布方式。在给电机轴承加润滑脂的情况下，润滑剂会将润滑脂推过密封进入绕组，导致过热和过早失效。
为了获得最佳结果，维修部门需要制定标准和流程。油应该有多干净?多少水分是可以接受的?应由谁负责润滑活动?毕竟，即使是最好的润滑程序，也可能因为一个善意的周末操作人员从错误的油罐中倾倒油而被破坏。操作手册和标签可以帮助防止这些错误。
在具有大量线条和轴的设施中的润滑可能是耗时的，特别是对于运行24/7的操作。在这种情况下，季度或每月预定的停机时间可能如此包装，其行动项目既没有人力也没有可用于处理润滑的时间。但这并不意味着它非常聪明或有效地忽略主题。更好的技术是为了合理化润滑活动，将更多努力投入带来最大利益的活动。
首先识别需要润滑的组件，然后在逐个案例的基础上评估组件。在哪里可以延长润滑维护间隔？合成油通常往往持续更长时间。另一种方法被称为流血和饲料，其中通过排出一部分并在线仍在运行时添加更多方法。它并不像完整的变化一样好，但它刷新了添加剂。使用该技术时，必须确保不允许油失效 - 将新油添加到氧化油中将只是氧化新的油。
另一种技术是确定可以完全跳过润滑活动的部件。在这些情况下，所获得的好处可能不足以抵得上所需时间的风险。根据负载周期，“润滑寿命”轴承可以使用机器的一生。对于更长的生命周期，运行组件直至故障可能仍然是一种更有效的方法。
定期检查油可以让机构延长维护间隔。当然，这又给已经超负荷的维护技术人员增加了一项任务。还是它?Des-Case公司教育服务经理兼高级技术顾问Jarrod Potteiger表示:“任何熟悉机械的人都可以很快接受培训进行检查。”寻找负面特征，如变暗、浑浊或气味难闻的油;操作人员已经在离机器很近的地方工作，所以他们可以进行日常检查。这样维护人员就可以把精力集中在需要更深入的知识或技能的活动上。”
其他预防性维护包括布线，这是运动系统中最常见的故障点。在这种情况下，很难找到提前的迹象。电缆往往会弯曲和失效，所以应该按照制造商推荐的时间表进行更换。预防性维护还应包括其他有用的，即使是平凡的活动，如清洁、擦拭表面和更换密封件。
预见性维护
预防性维护肯定比根本不维护要好。许多公司计划定期安排停机时间，并在确定的时间间隔内更换部件。问题是，根据机器的性能和需求，这种调度可能过于频繁。“你无法充分利用你的组件，”德里克·斯泰西(Derrick Stacey)说B&R工业自动化．“你在它们的使用寿命结束之前就把它们替换掉，这是在浪费钱。”
在另一个极端，设备可能不会经常更换。毕竟，失败之间的时间只是统计的可能性 - 在实践中，组件可能不会持续几乎。早产不仅引入了未安排的停机时间，它可能会影响机器其他地方的组件，也会降低其寿命。访问详细的实时诊断信息允许用户监控其设备并采取操作。
现在的设备包含诊断功能，可以监控组件的健康状况和磨损情况。驱动器可以监控它被通电的次数，例如，跟踪直流总线上的涌电次数。总线上的电容器寿命有限。显然，一个每8小时通电的系统比一个24/7运行的系统要经历更多的周期。不过，机器制造商可能会在设计时考虑到这个因素。当系统重新启动的频率比预期的要高时，才会出现真正的问题。三菱电机(Mitsubishi Electric)自动化解决方案团队负责人布莱恩•奈特(Bryan Knight)表示:“如果有人在一个班次中按三到四次e-stop，就会出现大量的蜂拥。”“要建立有效的维护计划，关键是要知道实际的工作量是多少，而不是认为每班只会有一次。”
监控电机温度还可以提供问题的早期警告。也许在单一的斑点中具有太多发热组件引起的包装问题。也许风扇或冷却系统具有堵塞，这损害了其管理热量的能力。电子设计软件仅估算系统生命周期和性能。具有车载诊断的智能组件允许用户比较性能并查找问题。
如今的机器配备了加速度计，可以用来监测振动。每台机器都有其特有的共振。例如，当轴承开始磨损时，基线特征值随着特征损伤频率的出现而变化。振动分析不仅可以在故障发生之前捕捉到故障，还可以在过程的早期标记出问题。这给了终端用户选择他们的响应的自由。他们不会因为某几个小时过去了而更换轴承，而是会计算出它将在几天、几周甚至几个月里保持功能。他们可以将其放置在一个安全的范围内，比如80%的生命周期，这是最大限度地利用资源和避免意外停机之间的一个很好的平衡。
这种方法不仅适用于轴上的轴承，也适用于更复杂的系统，如数控线性驱动器。“现在，用户不需要使用模型，也不用担心他们是否从供应商那里得到了正确的规格，”斯泰西说。“他们可以通过加速计直接进入机器的某个区域，并准确了解正在发生什么。”
主动维护
根据您所询问的对象，主动维护可能只是一个旨在使用预防性和预测性维护技术来减少停机时间的程序。最近，出现了一种更复杂的主动维护版本。这涉及到使用预测性维护技术来早期检测问题，然后使用这些信息来识别和解决根本原因并提高机器性能。这不仅延长了相关组件的生命周期，还可能延长整个机器的生命周期。
调试期间调谐伺服电机以优化性能。像松弛带这样的机械问题会改变轴的应力和性能要求，改变其响应。“我们最近发货了一个演示机器，在运输时差异嘎嘎作响，”骑士说。“其中一个伺服电机开始发出一点噪音，因为皮带张力松动。这只是一个少量，但现在共振点发生了变化。“自适应自动调谐已补偿换档并允许机器继续运行，但性能遭受。
解决这个问题的短期方法是重新调整伺服轴。有一段时间，这是手动完成的，但最近，供应商发布了设备与自动调整功能足够精密，只需按一下按钮就能调整调谐。这通常是在机器制造时进行的，但通过主动维护，它也可以在工厂地板上进行。在机械问题持续存在的时候，自动调优可以调整参数，以提供最佳可能的性能。问题修复后，可以再次启动自动调优，将性能返回到基线。
虽然这种类型的自动调谐比手动方法更容易，但它仍然需要时间和精力。最先进的组件现在提供连续自动调整。组件实时分析数据并进行调整以补偿任何不受操作员或维护的干预的任何更改（参见图4）。这不仅可以在系统问题的情况下是有用的，但也可以解决对工具或负载的更改，这速度和简化转换。
应该适当地应用自动调优，以确保技术不会隐藏机械问题。让我们回到皮带的例子。谐振频率的变化不仅突出了这个问题，也提供了解决方案的信息。如果新的频率高于基线，带子就会被拉得太紧。在这种情况下，共振频率低于基线，说明皮带张力不够。在不捕获该信息的情况下执行自动调优会掩盖问题。机器将继续运转，但永远不会像计划的那样快或有效。“通过返回并让系统自我描述这些东西，而不是仅仅用自动调优掩盖它们，你可以在执行了一些维护功能后验证它们，”奈特说。
理想情况下，具有实时自动调谐的系统还将包括监视过程的监督功能。如果它检测到从预配置滤波器的频率偏移的谐振偏移，则会采取动作。“它将标志维护是在机器中发生了共振点并说，”我要纠正它，但你应该知道这已经发生了，“”骑士说。这种类型的系统将无法诊断问题，但提供警告将维护在危害发生之前进行调查的机会。如前所述，一旦解决了机械问题，系统就可以返回基线，这可以通过诊断确认。
对于上面讨论的轴承例子，实时自动调谐是一个很好的解决方案。在这种情况下，轴承显示磨损的迹象，但到一个可容忍的程度。即使在用户获得最大资本投资回报的同时，持续的自动调优也可以优化机器性能，以最大化吞吐量。
把它们放在一起
建立一个有效的维护计划需要承诺，特别是对于处于反应阶段的公司来说。摩根说:“实际上，维护工作应该积极主动。”他曾在一家160万平方英尺的制造商任职。摩根领导了从计划外停机到平稳运行和高生产率的转变。他说，首先也是最重要的是，组织需要致力于这个过程。“最难的是改变企业文化。有一种观点认为，维护工作严格意义上是在设备发生故障时进行修理。我们花了7年的时间，从被动的维护制度到规划一些预测性技术。这是一个漫长的过程。”
无论您的组织在维护连续体的哪个位置运行，您总是可以努力前进。如今的智能组件使得任何组织都可以直接提高生产率。这只是一个证明成本合理的问题。在这些情况下，维护部门最强大的工具不是笔记本电脑或螺丝刀，而是故障和停机记录。文档不仅有助于预测性维护，还使管理人员更容易证明维护成本的合理性。
摩根说:“你必须有一些方法来获取数据。”“如果你什么都不做，那就建立一个简单的Excel数据库，因为这样你就可以开始回顾并查看失败的历史。每有机会，就显示成本，然后讨论如果在计划中断期间执行成本会是什么。这可能是帮助我们在工厂获得支持的重要因素之一。一旦我们开始，我们就会定期获得资金来进行升级，因为我们可以展示硬性数据。只要你坚持下去，在某个时刻，我认为你会得到你需要的支持。”
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