远程监控的新趋势促进了制造业的发展

在制造业中，数学很简单:计划外停机时间越多，生产线的吞吐量就越低。如果一家公司不生产产品，它就会失去收入。远程监控提供了一个强大的工具来防止这些情况(参见图1)。随着资产健康状况的不断更新，组织可以从响应式维护发展到预测性维护，在问题发生之前解决问题。在此过程中，它们可以降低拥有成本，提高操作设备的效率。

十年来，远程状态监测已经以越来越复杂的形式出现。在这段时间的大部分时间里，行业观察人士一直在预测，突破性的一年即将到来。不知何故，这一点从未真正实现。今天，形势可能终于准备好改变了。工作人员需求的改变，加上经济趋势和一系列新技术的提供，最终可能为广泛采用远程监测创造条件。

不断变化的劳动力
今天的工厂劳动力看起来与十年前大不相同。首先，经济衰退的影响迫使公司采用精简的人员配置模式。大多数组织都没有像以前一样的工程人才，无论是在他们的设计团队还是维护团队。

这不仅仅是一个数字问题。工厂的人口结构已经发生了变化。婴儿潮一代的劳动力正在退休，同时也带走了他们的专业知识。取代它们的工程师缺乏几十年的实践经验。与此同时，新员工面临着老旧设备和日益复杂的新设备的挑战，不断面临着交付更多吞吐量、更高质量产品和更长的正常运行时间的压力。

这些因素迫使制造商考虑远程监控，无论他们是否愿意。IHS Manufacturing的首席分析师亚历克斯•韦斯特(Alex West)表示:“一些与我们交谈的公司说，‘我们没有选择，我们必须采用其中一些技术，因为我们没有足够的人力来满足目前所有的维护要求。’”“我认为，有时需要催生创新，而某些公司正处于必须转移的位置。他们没有不这样做的选择。”

最新一代的远程状态监测设备提供了资源来弥补技能差距。用户可以选择预算友好的交钥匙系统，或由非现场专家支持的基于云的解决方案。“它允许用户以服务的形式访问该主题的专业知识，”项目经理Phil Bush说罗克韦尔自动化远程监控和分析服务。”我们可以帮助客户改进并最大限度地利用他们的设备。”

不断变化的经济状况使得这项技术适用于更广泛的资产。“五年前，一台电机的振动监测要花费数千美元，”公司的数字化顾问维尼休斯·斯特雷(Vinicius Strey)说西门子工业运动控制服务组。“现在，您可以实现数百美元的系统。”

应用远程监控
状态监测系统跟踪电流、温度和振动等参数。在某些情况下，传感器被嵌入组件本身。当今许多智能驱动器包括监测电机的电流传感器和监测电机和驱动器的温度传感器。编码器也可以包括热电偶。

如果电机需要更多电流扭矩以移动负载，则它可以指示轴承问题或卡纸。温度的增加可以提供润滑剂崩溃的预先通知。如果皮带驱动致动器的谐振频率增加，则可以是皮带过度张紧的标志。如果谐振频率下降，它可能意味着皮带松动。

今天的智能驱动器可以使用基于模型的监控来跟踪资产运行状况。电动机试图通过施加扭矩来定位负载。反馈回路报告错误，触发扭矩调整。这种变化引入了振动。基于扭矩调整，驱动器使用嵌入式模型来估计振动;它表现了类似的摩擦练习。“扭矩发生巨大和调节扭矩，”高级产品营销工程师Elaine Wang说：“振动发生三菱电动自动化(伊利诺斯州的弗农山)。“这样，伺服放大器本身就可以监测扭矩的变化，然后根据伺服反应来估计振动。”

一些智能元件变得相当复杂，例如监测涌流。在其他情况下，根据计算的振动和摩擦与总行程距离，驱动器可以预测电机的故障点。

振动监测
其他系统根据实际读数监控设备。对该数据的分析可以产生关于系统健康的非常粒度反馈。该技术应用于安装在旋转轴上的三轴加速度计的输出。数据可以以多种方式呈现，包括作为时间波形和频谱（参见图2）。

最大的峰值出现在转轴的基频处。其他峰出现在基频(如2X、3X等)的谐波处。这些所谓的同步峰值与轴旋转相关的振动有关，比如风扇或泵的叶片。出现在基频以下的峰称为次同步峰。它们对应于次同步运动引起的振动，如皮带松动、轴承保持架缺陷等。

每个设备具有特征振动签名。峰值幅度或新谐波的外观的变化表示资产物理状况的改变（见图3）。

通过监测变化的振动谱，可以确定地发现和监控磨损或损坏的迹象。只要通过将振动谱与基线进行比较，培训的振动分析器可以检测轴承缺陷的存在，破碎的叶轮叶片等（参见图4）。

虽然这些技术通常与固定速度的交流感应电动机有关，但它们也可以用于使用变频驱动的感应电动机和伺服电动机。在伺服电机的情况下，振动频率只是发生在更高的频率;只要有一个比较的基线，振动分析仍然可以揭示变化和问题。

运行设备到失败可能具有灾难性的后果。在最佳情况下，例如，轴承失败，需要更换。在最坏的情况下，失效可能会损坏电机轴，联轴器，甚至齿轮箱。修复过程从简单地交换一个组件来订购新电机，具备零件定制加工等，取决于设备的位置，可能需要额外的时间来移除损坏的部件并放入新的部件。停机时间可以从分钟到几小时，甚至几天伸展，成本一直在安装。

有四种类型的资产可以从远程状况监控中受益：

• 高价值资产-复杂的设备，需要花费时间和昂贵的维修或更换。例子包括燃气轮机和发电机。多年来，条件监控系统的成本和复杂性，更不用说集成所需的工作量，通常限制了它们只用于高价值的资产。
• 不良资产- 运营的设备，但展示损坏签名。对于修理本机需要线路停止的实例，如果可能，资产所有者可能希望将资产运行到下一个维护期间。可以设置在线状态监控，以分析资产24/7的性能，一旦度量标准超过预设阈值，就会自动发送警报。
• 关键资产- 设备无法关闭生产的设备。如果失败阻止该线路运行，即使是几百美元的电机也可能是一个关键资产。可以设置在线状态监控，以便在设备的性能偏离正常时发送警报。维护可以检查问题，并决定停止维修继续运行。
• 难以资产- 不方便，不安全，甚至无法访问标准维护检查的设备。在线状态监测使得可以在不将员工面临风险的情况下跟踪组件的健康状况。

在线状态监测使跟踪资产状况成为可能，同时以适当的间隔安排维护。监测过程中收集的数据还可以很好地了解资产在其生命周期内的性能和演变。这些信息可用于开发一个模型，用于预测问题资产可以安全运行多长时间。”如果你有一个像样的平台，可以运行某种趋势分析，你可以说，嘿，我将在六个月内达到我的断点，这样你就有足够的时间设置一个日期，以便在产量较低时进行维护，”斯特里说。

远程监控使组织能够与其客户建立服务级别协议。这是设备制造商维护其在资产所有者设施运行的机器“车队”的更大趋势的一部分。机器制造商/原始设备制造商不为设备付款，而是为正常运行时间付款。远程监控是该模式的重要组成部分，因为它使OEM能够交付产品—正常运行时间。

成功之路
Strey指出了确定资产是否适合远程监控的两个关键标准。首先，远程监控在技术上可行吗?组件是否包含任何类型的传感器或基于模型的系统?如果设备不能提供监视系统所需的基本数据，那么使用带有定制仪表板的分析包是没有好处的。最近制造的资产通常具有这种功能，而30年前制造的遗留设备可能没有。

第二个标准包含提供历史背景以理解结果的数据。从低悬挂水果，推动过去造成问题的电机或机器开始 - 这种设备已知的失败模式和行为的记录。两者的组合设置了移动到远程监控的阶段。

在这种情况下，成功孕育成功。“你可以通过监控这些资产来证明投资的合理性，”斯特雷说。“有了这个成功，你就可以扩展你的项目，在整个工厂推广。这是最好的策略。我们不建议客户启动一个大爆炸远程维护程序，然后同时连接所有的工厂。他们应该总是使用分阶段的方法。”

分阶段方法对于涉及多个供应商设备的设施尤为重要。对于围绕单个技术平台建立的工厂来说，在企业范围内为单个技术平台实施远程监控至少在理论上是可行的。然而，许多工厂可能会选择一家供应商提供电机和驱动器，另一家供应商提供机床，还有一家供应商提供控制平台和SCADA系统。问题在于，每个供应商可能都有自己的远程监控应用程序，而这些应用程序不会与其他供应商通信。有志于将所有远程监控活动整合到单个企业范围应用程序的制造商面临着重大挑战。

“你可以通过这样做获得成功，但大多数时候你只能获得你想要获得的信息的一部分。您将无法进入机器或资产的深层。所有这些供应商都有自己的技术堆栈、连接到基于远程的解决方案的应用程序和远程监控解决方案，因此如果您使用所有这些解决方案，这将是一种艰难的方法，但您确实可以从您的资产中获得最佳信息。同样，管理起来比为整个公司定义一个解决方案更难。这是一个重要方面。我看到了双方，双方都在努力，但你们面临着不同的挑战。”

取决于所涉及的设备的细节，采取的最佳方法变化。如果数据已经在客户站点上以某种形式收集，则捕获并将其发送到云以进行分析是一个直接的下一步。

资产所有者和OEM越来越多地可以访问分析套件将数据转换为可操作的信息。这可以在云端或本地到处进行。与工程中的大多数事情一样，最佳选择取决于应用程序的细节。“并非一切都需要去云，”布什说。“事实上，在很多方面，云可以比在本地做得更贵。了解信息空间中的位置，数据是合适的，或者分析是合适的，是评估部分的一部分。“

最可能的情景是一个资产的混合，几十年的几十年。每个都会有不同的仪器级别，并且将是不同程度的数据。在这种情况下，第一步简单地开始在本地收集数据并处理它。一旦证明了成功，下一步就是走向边缘处理，然后朝着连接的企业和基于云的处理。

“这是一种爬行，走路，运行的活动，因为从没有仪表中可以在云中完全录音，是一项重大投资，”布什说。“这真的是挑选高价值或大批量项目，攻击那些，回报这些努力，然后将其作为未来的投资滚动，去做列表上的下一个热门物品。“

到达是的
成本是进入的障碍之一，尽管最新一代的经济解决方案承诺改变这一点。“当我们与没有接触状态监测的客户交谈时，他们总是认为它非常昂贵，”Dynapar（伊利诺伊州Gurnee）的产品经理Abhishek Jadhav说。“一旦他们看看，他们就会意识到嘿，这不是。”

责任也落到供应商创建用户友好的平台。他们还可以协助改变企业文化，西部。“这些类型的解决方案的许多供应商正在咨询到他们的产品中。在较小的程度上，一些公司甚至支持变革管理。“

提高采用率需要多个层次的参与。在组织内部，管理层需要支持这种想法，并支持向远程监控的过渡。这是一个日益增长的趋势，因为决策过程继续从工程、采购和维护中的基于竖井的决策发展到组织范围的计划。“五年前，我们没有高层管理支持，也没有C级人员推动实施这些解决方案，”Strey说。“基本上，我们必须和维修经理谈谈，维修经理会试图在内部销售。现在，高层管理人员正在参加会议，学习这些解决方案。他们回到维修人员那里说，‘嘿，我们必须把我们的工厂数字化。我们必须实施预测性维护。’我认为这是未来的关键变化。”

长期存在的问题是，远程监控何时才能真正起飞。在这方面，意见有所不同。”“我们已经看到了大量的客户兴趣，”布什说限制实际实现的因素实际上是实际检测和连接了多少资产。我想你会看到与那些有联系的客户的大爆发，但我认为大多数工业自动化领域仍在努力达到这一点，他们准备跳入这个数字化的领域。他们将不得不在未来一两年内进行投资，使自己能够充分利用这一优势。”

韦斯特表示:“我当然认为，我们在很大程度上仍处于试验阶段，然后是与许多公司合作的推出阶段。“还有一些传统得多的公司，仍然非常担心向第三方开放自己的网络。这确实会阻碍这些产品在一些组织内的发展。

Jadhav不同意。“我认为明年将是一个巨大的繁荣，也是指数级的变化。”