王兵等

在制藥行業(yè)中部分設(shè)備長(zhǎng)期處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)——這些設(shè)備一旦出現(xiàn)故障便會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重偏差，甚至?xí)?dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，潔凈空調(diào)的風(fēng)機(jī)就是這樣的設(shè)備。因此需要對(duì)這些設(shè)備實(shí)行視情維護(hù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有潛在故障失效時(shí)就及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。

振動(dòng)檢測(cè)

隨著數(shù)據(jù)信息量的大幅度提升以及5G技術(shù)的發(fā)展，基于5G的邊緣計(jì)算技術(shù)已成為一種實(shí)時(shí)高效的數(shù)據(jù)處理方式且被廣泛使用。機(jī)械設(shè)備的故障中有相當(dāng)一部分是由滾動(dòng)軸承失效引起的，所以如果能通過實(shí)時(shí)監(jiān)控滾動(dòng)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，在滾動(dòng)軸承失效之前就進(jìn)行更換，將能大幅度降低此類事故的發(fā)生。現(xiàn)在，隨著5G邊緣計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，這樣的設(shè)想已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。

采用加速度傳感器來檢測(cè)軸承振動(dòng)的加速度，結(jié)合滾動(dòng)軸承的時(shí)域和頻譜特征，通過傅里葉變換[1]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和聚類算法[2]對(duì)軸承分類狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)對(duì)滾動(dòng)軸承的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，如圖1所示。

圖1  通過4種設(shè)備及技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承的實(shí)時(shí)監(jiān)控

振動(dòng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)再通過5G邊緣計(jì)算，便能區(qū)分出是動(dòng)平衡、對(duì)中的問題，還是軸承出現(xiàn)了損傷，且給出一個(gè)各項(xiàng)缺陷占比的報(bào)告。

將振動(dòng)檢測(cè)用于軸承的視情維修

理論上，由電機(jī)帶動(dòng)的滾動(dòng)軸承能被觀測(cè)到的物理參數(shù)至少有如下幾個(gè)：電機(jī)運(yùn)行的電流、軸承運(yùn)行的振動(dòng)、軸承運(yùn)行的雜音以及軸承部位的升溫（它們不一定都能用來進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測(cè)）。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析，主要是評(píng)價(jià)其運(yùn)行的健康狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)和診斷可能存在的潛在故障，包括：不平衡、軸彎曲、偏心、不對(duì)中、共振問題、基礎(chǔ)松動(dòng)、軸承問題等。軸承的問題又可以進(jìn)一步分為：磨損失效、疲勞失效、腐蝕失效、壓痕失效及膠合失效。

按照以可靠性為中心的維護(hù)（Reliability Centered Maintenance）[3]理論，在技術(shù)可行和實(shí)行有價(jià)值的情況下，主動(dòng)性維修中應(yīng)首選視情維修，且應(yīng)以小于P到F的時(shí)間間隔期進(jìn)行視情維修，如圖2的運(yùn)行狀態(tài)圖所示。從圖2中可以看到失效跡象Z敏感的是振動(dòng)，依次是雜音、升溫和發(fā)煙，而電機(jī)的電流不能夠作為判斷的依據(jù)。敏感程度排序依次為：振動(dòng)→雜音→升溫→發(fā)煙。

圖2  設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)示意圖

從出現(xiàn)振動(dòng)到失效會(huì)有數(shù)月的周期間隔，從出現(xiàn)雜音到失效也會(huì)有數(shù)周的周期間隔，從出現(xiàn)升溫到失效只有幾天的周期間隔，從出現(xiàn)發(fā)煙到失效就僅有幾分鐘的時(shí)間。圖2中P點(diǎn)為潛在失效點(diǎn)（Potential Failure），F(xiàn)點(diǎn)為失效點(diǎn)（Failure）。在P點(diǎn)之后，隨著失效跡象的進(jìn)一步明顯，依次會(huì)出現(xiàn)雜音、升溫，等到出現(xiàn)發(fā)煙，設(shè)備很快就會(huì)失效了。在P點(diǎn)之前發(fā)生的故障，則純粹是概率事件，所以無法預(yù)測(cè)。

軸承的振動(dòng)檢測(cè)理論上僅需要定期進(jìn)行，實(shí)施的檢查周期只要短于P到F的時(shí)間間隔，即如果采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)來進(jìn)行視情維修，其檢查的周期只需要小于1個(gè)月。然而在發(fā)現(xiàn)軸承潛在失效后，尚需要進(jìn)行處置和恢復(fù)的時(shí)間，這個(gè)處置和恢復(fù)必須在失效前執(zhí)行完畢。為此，包括行動(dòng)時(shí)間在內(nèi)的整個(gè)檢查周期都應(yīng)小于P到F的時(shí)間間隔，考慮到振動(dòng)檢測(cè)的成本不高且方便，建議設(shè)置為2～3周。當(dāng)然，如果能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，就可以更好地維護(hù)設(shè)備，并進(jìn)行如圖3所示的平臺(tái)化管理。有些制藥公司本來就建有SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)），其服務(wù)器可以設(shè)置在云端或本地，監(jiān)測(cè)結(jié)果可以實(shí)時(shí)從手機(jī)的APP上獲得。由此看來，用振動(dòng)監(jiān)測(cè)來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)設(shè)備的視情維修，是一個(gè)運(yùn)用以可靠性為中心維護(hù)理論的教科書般的案例。

圖3  振動(dòng)監(jiān)測(cè)的架構(gòu)示意圖

【參考文獻(xiàn)】

[1]曹瑞華.傅立葉變換及其應(yīng)用[J].理論數(shù)學(xué)，2014（4）：138-143.

[2] 浙江遠(yuǎn)盟自動(dòng)化技術(shù)有限公司.大數(shù)據(jù)故障診斷系統(tǒng)[Z].2021.

[3] John Moubray.以可靠性為中心的維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

（本文作者系王兵、李偉敏、鄒小安、方明全、歐陽健，均就職于無錫藥明合聯(lián)生物技術(shù)有限公司。首發(fā)于“制藥業(yè)”平臺(tái)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。）