eng
DOI: 10.22184/24999407.2018.13.04.78.80
Теги: адаптивный мониторинг вибромониторинг «индустрия 4.0» мониторинг состояния станка спектральная вибродиагностика
Предложена система диагностического вибромониторинга, как наиболее эффективного способа контроля механической целостности и состояния машины. Рассмотрена возможность использования данных вибромониторинга в комплексе с данными технологического процесса, систем диспетчеризации, истории техобслуживания и статистики отказов для прогнозирования остаточного ресурса станка.
ВВЕДЕНИЕ
Эксплуатационная готовность и загруженность станочного парка являются ключевыми факторами экономической эффективности производственной компании.
При проектировании конструкции станка используются решения и расчеты, которые должны обеспечить максимальную жесткость компонентов станка, способную противостоять любым силам и нагрузкам, возникающим при металлообработке.
Однако, ввиду универсальности современных многофункциональных многоосевых обрабатывающих центров с дополнительным количеством степеней свободы, можно наблюдать тенденции к снижению жесткости их конструкции. Это повышает вероятность отказов компонентов станка, а также снижает надежность работы и показатели его технической готовности. При этом основная задача производства остается прежней – станок должен выполнять работу быстро и точно, без внеплановых остановов.
РОЛЬ ВИБРОДИАГНОСТИКИ НА СОВРЕМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Для обеспечения необходимой производительности станка и качества металлообработки современные ЧПУ используют сотни различных параметров для управления рабочими процессами. Однако возникают вопросы: в какой степени эти параметры характеризуют состояние самого станка и можно ли создать модель диагностики состояния при помощи этих параметров?
В настоящее время мониторинг показателей вибрации является единственным способом контроля механической целостности компонентов станков. На опорах ротора любой машины при выполнении производственных операций естественным образом возникает вибрация. Соответственно, любой процесс механической обработки заготовок на станке сопровождается вибрацией ‒ важным рабочим параметром, требующим контроля. Даже если шпиндель работает без видимых или слышимых отклонений от нормальных показателей, повышенная вибрация может приводить к снижению точности обработки и выходу размеров детали за заданные допустимые пределы. Вибрация также оказывает негативное влияние на качество финишной обработки, приводит к износу подшипников и расцентровке.
Результатом высокой вибрации является шум, низкое качество обработки, уменьшение срока службы инструмента и преждевременный износ узлов станка. Мониторинг параметров вибрации ‒ не только самое эффективное, но и, пожалуй, самое экономичное средство контроля механической целостности и состояния машины.
Суммируя вышеизложенное, можно отметить, что диагностическая система мониторинга состояния станка на основе параметров вибрации решает две взаимосвязанные задачи:
Ф предотвращение преждевременного выхода оборудования из строя из-за разрушения подшипника, то есть предотвращение длительного простоя оборудования вследствие аварии или необходимости его восстановления ‒ в результате обеспечивается экономия средств на тяжелый ремонт или замену комплектующих;
Ф контроль вибрации станка (шпинделя): своевременная сигнализация о выходе вибрации за допустимые пределы, когда из-за вибрации и/или торцевого биения шпинделя возникает риск брака обрабатываемой детали, то есть риск выхода за пределы допуска по точности; снижение брака позволяет сократить расходы на материалы и нивелирует риски неисполнения производственного задания.
Также, неотъемлемой функцией современной системы вибромониторинга является функция защиты от удара. Наличие этой функции обеспечивает сохранение инструмента и заготовки, а также предотвращает выход из строя и негативное ударное воздействие на компоненты станка.
КОМПЕТЕНЦИИ SKF В ОБЛАСТИ РЕМОНТА ШПИНДЕЛЕЙ
Параметры вибрации, измеренные на опорах шпинделя, наиболее полно характеризуют фактическое состояние подшипников, наличие дисбаланса, отклонение положения шпинделя в станке от нормального (несоосность/перекос, ослабление крепежа/фиксации), состояние электропривода и трансмиссии и т. д.
Пожалуй, любой опытный специалист в области вибродиагностики согласится, что наиболее эффективным средством диагностики состояния является сравнение текущих показателей вибрации с показателями новой или только что отремонтированной машины. Именно на этих принципах строится работа в Инжиниринговом центре SKF Solution Factory на участке ремонта шпинделей. Поступивший для ремонта шпиндель запускается на обкаточном стенде, если его состояние позволяет это сделать. Спектральная вибродиагностика с помощью прибора SKF для мониторинга состояния оборудования позволяет определить дефекты поврежденного шпинделя (рис. 1).
Процедура ремонта SKF, включающая технические стандарты с соответствующими критериями допустимости всех параметров шпинделя, разработана и проверена длительным опытом. Процесс ремонта шпинделей, выполняемый SKF, охватывает все необходимые этапы: от общего визуального осмотра и входного контроля до обкатки шпинделя, а также проверки дисбаланса и уровня вибрации при выходном контроле (рис. 2).
Регистрация параметров вибрации при выходном контроле сохраняется как «вибрационная подпись» отремонтированного шпинделя.
Таким образом, при дальнейшем гарантийном обслуживании, у инженеров ООО «СКФ» всегда есть возможность сравнения текущих параметров вибрации шпинделя на станке клиента с «вибрационной подписью», снятой при выпуске шпинделя из ремонта.
АДАПТИВНЫЙ МОНИТОРИНГ И ЦИФРОВИЗАЦИЯ
Модель автоматической диагностики состояния шпиндельного узла может использоваться для своевременного оповещения оператора станка в режиме реального времени об отклонениях от показателей нормальной работы, которые могут привести к отказам/авариям или получению брака обрабатываемой детали.
Интеграция системы мониторинга состояния в станочное оборудование позволяет в режиме реального времени не только обеспечивать раннее предупреждение о возникновении отклонений от нормального состояния шпинделя, но и активировать управляющие воздействия для предотвращения дальнейшей деградации и поломки, например, временно приостановить работу станка или изменить параметры резания.
Помимо мониторинга состояния непосредственно узлов станка (шпиндели, ШВП, приводы и т. д.), параметры вибрации, измеренные на опорах шпинделя, также характеризуют правильность выбранных режимов металлообработки и состояние режущего инструмента. Это открывает возможности для реализации «адаптивного мониторинга», т. е. управления режимами обработки по параметрам вибрации.
В многочисленных публикациях, посвящённых концепции «Индустрии 4.0», зачастую забывают, что для наполнения хранилищ данных (Data Lake) нужны сами данные. Только при наличии данных можно применить к ним интеллектуальный анализ (Data Mining), модели искусственного интеллекта и методы машинного обучения.
Параметры вибрации, получаемые благодаря системам мониторинга и диагностики, должны анализироваться совместно с данными по нагрузке с приводных двигателей (по току), данными технологического процесса с ЧПУ или АСУ ТП (тип операции, скорость подачи, глубина резания и др.), с данными систем диспетчеризации MES и PI (Plant Information) по наработке станка, с данными по истории техобслуживания и данными статистики отказов из систем CMMS или EAM.
Только в таком хранилище данных с помощью методов Data Mining и других методов Data Science можно определить повторяющиеся наборы комплексных данных, анализ которых с помощью искусственного интеллекта значительно повысит качество диагностики состояния и прогнозирования остаточного ресурса станка с максимально возможной вероятностью.
Сбор, накопление и анализ данных по всему парку станков предприятия обеспечит постоянное повышение сходимости этой математической модели и повышение достоверности прогнозирования остаточного ресурса.
Выходные данные из описанной системы мониторинга фактического состояния подаются в качестве вводных параметров в системы EAM, MES и ERP, обеспечивая, таким образом, цикличность работы процессов цифровизации производства.
В заключение хотелось бы отметить, что для перехода предприятия на техобслуживание по фактическому состоянию необходимы средства для достоверной оценки такого «фактического состояния». В связи с этим, системы вибромониторинга станочного оборудования должны стать неотъемлемой составляющей станка, а также обязательным звеном в системах управления станками как производственными активами.
ВВЕДЕНИЕ
Эксплуатационная готовность и загруженность станочного парка являются ключевыми факторами экономической эффективности производственной компании.
При проектировании конструкции станка используются решения и расчеты, которые должны обеспечить максимальную жесткость компонентов станка, способную противостоять любым силам и нагрузкам, возникающим при металлообработке.
Однако, ввиду универсальности современных многофункциональных многоосевых обрабатывающих центров с дополнительным количеством степеней свободы, можно наблюдать тенденции к снижению жесткости их конструкции. Это повышает вероятность отказов компонентов станка, а также снижает надежность работы и показатели его технической готовности. При этом основная задача производства остается прежней – станок должен выполнять работу быстро и точно, без внеплановых остановов.
РОЛЬ ВИБРОДИАГНОСТИКИ НА СОВРЕМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Для обеспечения необходимой производительности станка и качества металлообработки современные ЧПУ используют сотни различных параметров для управления рабочими процессами. Однако возникают вопросы: в какой степени эти параметры характеризуют состояние самого станка и можно ли создать модель диагностики состояния при помощи этих параметров?
В настоящее время мониторинг показателей вибрации является единственным способом контроля механической целостности компонентов станков. На опорах ротора любой машины при выполнении производственных операций естественным образом возникает вибрация. Соответственно, любой процесс механической обработки заготовок на станке сопровождается вибрацией ‒ важным рабочим параметром, требующим контроля. Даже если шпиндель работает без видимых или слышимых отклонений от нормальных показателей, повышенная вибрация может приводить к снижению точности обработки и выходу размеров детали за заданные допустимые пределы. Вибрация также оказывает негативное влияние на качество финишной обработки, приводит к износу подшипников и расцентровке.
Результатом высокой вибрации является шум, низкое качество обработки, уменьшение срока службы инструмента и преждевременный износ узлов станка. Мониторинг параметров вибрации ‒ не только самое эффективное, но и, пожалуй, самое экономичное средство контроля механической целостности и состояния машины.
Суммируя вышеизложенное, можно отметить, что диагностическая система мониторинга состояния станка на основе параметров вибрации решает две взаимосвязанные задачи:
Ф предотвращение преждевременного выхода оборудования из строя из-за разрушения подшипника, то есть предотвращение длительного простоя оборудования вследствие аварии или необходимости его восстановления ‒ в результате обеспечивается экономия средств на тяжелый ремонт или замену комплектующих;
Ф контроль вибрации станка (шпинделя): своевременная сигнализация о выходе вибрации за допустимые пределы, когда из-за вибрации и/или торцевого биения шпинделя возникает риск брака обрабатываемой детали, то есть риск выхода за пределы допуска по точности; снижение брака позволяет сократить расходы на материалы и нивелирует риски неисполнения производственного задания.
Также, неотъемлемой функцией современной системы вибромониторинга является функция защиты от удара. Наличие этой функции обеспечивает сохранение инструмента и заготовки, а также предотвращает выход из строя и негативное ударное воздействие на компоненты станка.
КОМПЕТЕНЦИИ SKF В ОБЛАСТИ РЕМОНТА ШПИНДЕЛЕЙ
Параметры вибрации, измеренные на опорах шпинделя, наиболее полно характеризуют фактическое состояние подшипников, наличие дисбаланса, отклонение положения шпинделя в станке от нормального (несоосность/перекос, ослабление крепежа/фиксации), состояние электропривода и трансмиссии и т. д.
Пожалуй, любой опытный специалист в области вибродиагностики согласится, что наиболее эффективным средством диагностики состояния является сравнение текущих показателей вибрации с показателями новой или только что отремонтированной машины. Именно на этих принципах строится работа в Инжиниринговом центре SKF Solution Factory на участке ремонта шпинделей. Поступивший для ремонта шпиндель запускается на обкаточном стенде, если его состояние позволяет это сделать. Спектральная вибродиагностика с помощью прибора SKF для мониторинга состояния оборудования позволяет определить дефекты поврежденного шпинделя (рис. 1).
Процедура ремонта SKF, включающая технические стандарты с соответствующими критериями допустимости всех параметров шпинделя, разработана и проверена длительным опытом. Процесс ремонта шпинделей, выполняемый SKF, охватывает все необходимые этапы: от общего визуального осмотра и входного контроля до обкатки шпинделя, а также проверки дисбаланса и уровня вибрации при выходном контроле (рис. 2).
Регистрация параметров вибрации при выходном контроле сохраняется как «вибрационная подпись» отремонтированного шпинделя.
Таким образом, при дальнейшем гарантийном обслуживании, у инженеров ООО «СКФ» всегда есть возможность сравнения текущих параметров вибрации шпинделя на станке клиента с «вибрационной подписью», снятой при выпуске шпинделя из ремонта.
АДАПТИВНЫЙ МОНИТОРИНГ И ЦИФРОВИЗАЦИЯ
Модель автоматической диагностики состояния шпиндельного узла может использоваться для своевременного оповещения оператора станка в режиме реального времени об отклонениях от показателей нормальной работы, которые могут привести к отказам/авариям или получению брака обрабатываемой детали.
Интеграция системы мониторинга состояния в станочное оборудование позволяет в режиме реального времени не только обеспечивать раннее предупреждение о возникновении отклонений от нормального состояния шпинделя, но и активировать управляющие воздействия для предотвращения дальнейшей деградации и поломки, например, временно приостановить работу станка или изменить параметры резания.
Помимо мониторинга состояния непосредственно узлов станка (шпиндели, ШВП, приводы и т. д.), параметры вибрации, измеренные на опорах шпинделя, также характеризуют правильность выбранных режимов металлообработки и состояние режущего инструмента. Это открывает возможности для реализации «адаптивного мониторинга», т. е. управления режимами обработки по параметрам вибрации.
В многочисленных публикациях, посвящённых концепции «Индустрии 4.0», зачастую забывают, что для наполнения хранилищ данных (Data Lake) нужны сами данные. Только при наличии данных можно применить к ним интеллектуальный анализ (Data Mining), модели искусственного интеллекта и методы машинного обучения.
Параметры вибрации, получаемые благодаря системам мониторинга и диагностики, должны анализироваться совместно с данными по нагрузке с приводных двигателей (по току), данными технологического процесса с ЧПУ или АСУ ТП (тип операции, скорость подачи, глубина резания и др.), с данными систем диспетчеризации MES и PI (Plant Information) по наработке станка, с данными по истории техобслуживания и данными статистики отказов из систем CMMS или EAM.
Только в таком хранилище данных с помощью методов Data Mining и других методов Data Science можно определить повторяющиеся наборы комплексных данных, анализ которых с помощью искусственного интеллекта значительно повысит качество диагностики состояния и прогнозирования остаточного ресурса станка с максимально возможной вероятностью.
Сбор, накопление и анализ данных по всему парку станков предприятия обеспечит постоянное повышение сходимости этой математической модели и повышение достоверности прогнозирования остаточного ресурса.
Выходные данные из описанной системы мониторинга фактического состояния подаются в качестве вводных параметров в системы EAM, MES и ERP, обеспечивая, таким образом, цикличность работы процессов цифровизации производства.
В заключение хотелось бы отметить, что для перехода предприятия на техобслуживание по фактическому состоянию необходимы средства для достоверной оценки такого «фактического состояния». В связи с этим, системы вибромониторинга станочного оборудования должны стать неотъемлемой составляющей станка, а также обязательным звеном в системах управления станками как производственными активами.
Отзывы читателей
