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摘要
制造商，分銷商和發(fā)電公司面臨許多挑戰(zhàn)。 每個(gè)領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)之一是延長(zhǎng)關(guān)鍵設(shè)備的使用壽命和提高性能，運(yùn)營(yíng)效率和不間斷的正常運(yùn)行時(shí)間以確保高質(zhì)量的產(chǎn)品。 不幸的是，即使生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展并且對(duì)某些產(chǎn)品的需求增加，許多大型制造商已經(jīng)看到熟練維護(hù)人員和總體人力的減少。 工業(yè)維護(hù)部門的任務(wù)是用更少的資源做更多事情：更少的時(shí)間，更少的資金，更少的技術(shù)人員。
每年，像這樣的機(jī)構(gòu)花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元監(jiān)控用于設(shè)備生產(chǎn)和分配的關(guān)鍵組件。 預(yù)防性的維護(hù)（PM）被廣泛接受，以幫助避免不合時(shí)宜的停機(jī)并延長(zhǎng)關(guān)鍵設(shè)備上軸承和其他旋轉(zhuǎn)部件的使用壽命。PM計(jì)劃將定期安排的活動(dòng)納入維護(hù)計(jì)劃，以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
大多數(shù)項(xiàng)目管理計(jì)劃的主要限制之一是其主觀性趨勢(shì)，嚴(yán)重依賴過(guò)度勞累的維護(hù)技術(shù)人員的專業(yè)知識(shí)和設(shè)備制造商的建議。 通常，這些類型的程序不允許影響任何給定設(shè)備的無(wú)數(shù)變量。 例如，典型的PM可能需要技術(shù)人員在視覺(jué)上檢查軸承是否有磨損跡象，或者僅需要施加半泵潤(rùn)滑劑。 盡管這些操作有用并且通常是必要的，但它們并不完全有效，并且通常缺乏更加細(xì)微的方法來(lái)在故障發(fā)生之前對(duì)其進(jìn)行診斷。
本文將提出一種預(yù)防性維護(hù)的替代解決方案，并描述超聲波聲學(xué)監(jiān)聽(tīng)技術(shù)如何用于開(kāi)發(fā)制造業(yè)和工業(yè)的全面，交鑰匙預(yù)測(cè)維護(hù)（PdM）過(guò)程。
用于預(yù)測(cè)性維護(hù)的超聲波（PdM）
通過(guò)監(jiān)控關(guān)鍵組件的狀況以預(yù)測(cè)可能導(dǎo)致不必要的停機(jī)的故障，預(yù)測(cè)性維護(hù)比PM更進(jìn)一步。 過(guò)去，這些程序?qū)嵤┢饋?lái)通常很昂貴，難以學(xué)習(xí)并且執(zhí)行起來(lái)很麻煩。 然而，趨勢(shì)正在發(fā)生變化，許多工業(yè)組織正朝著更具預(yù)測(cè)性的維護(hù)系統(tǒng)邁進(jìn)。 這部分是因?yàn)槿狈θ肆蜁r(shí)間來(lái)解決維護(hù)問(wèn)題使得PdM比以往任何時(shí)候都更加重要，但也因?yàn)楝F(xiàn)有的技術(shù)和實(shí)施方法比最近的技術(shù)和方法更具成本效益和易于學(xué)習(xí) 過(guò)去。
雖然PdM傳統(tǒng)上是通過(guò)振動(dòng)分析，紅外線或石油分析等杰出技術(shù)進(jìn)行的，但最簡(jiǎn)單且最具成本效益的PdM方法之一已被證明是超聲波聽(tīng)覺(jué)。 雖然大多數(shù)人只知道諸如醫(yī)學(xué)超聲之類的超聲傳輸技術(shù)，但是超聲聲學(xué)收聽(tīng)是用于泄漏檢測(cè)，非加壓容器測(cè)試，電氣故障檢測(cè)和關(guān)鍵部件的基于狀況的監(jiān)測(cè)的不太常見(jiàn)的方法。 單個(gè)高質(zhì)量的超聲波檢測(cè)設(shè)備可用于所有這些應(yīng)用。 這些設(shè)備重量輕，堅(jiān)固耐用且無(wú)破壞性。 當(dāng)與用于數(shù)據(jù)收集的直觀軟件應(yīng)用程序配對(duì)時(shí)，可以使用超聲波硬件來(lái)開(kāi)發(fā)有效的交鑰匙PdM程序。
為什么是超聲波？
人類聽(tīng)覺(jué)量表的最高端約為20kHz。 高質(zhì)量的超聲波探測(cè)設(shè)備以40kHz的頻率收聽(tīng)，并通過(guò)降噪耳機(jī)將更高頻率的聲音轉(zhuǎn)換為人類聽(tīng)覺(jué)范圍。 在40kHz，超聲波由摩擦，沖擊，湍流或放電產(chǎn)生。這給了技術(shù)人員聽(tīng)到壓縮氣體和真空泄漏，萌芽機(jī)械故障，蒸汽疏水閥和閥門故障以及電氣故障的好處，即使工業(yè)環(huán)境非常嘈雜。
由于它涉及機(jī)械設(shè)備的維護(hù)，因此摩擦和沖擊是本文將考慮的超聲波的主要來(lái)源，因?yàn)樗鼈兪菣C(jī)械設(shè)備的副產(chǎn)品。例如，滾子軸承會(huì)產(chǎn)生摩擦，因?yàn)檩S和滾珠圍繞軸承的中心滾動(dòng)。反過(guò)來(lái)，這種摩擦?xí)a(chǎn)生聲音，但也會(huì)產(chǎn)生熱量。諸如不平衡，安裝不當(dāng)或軸承中的碎屑等問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致摩擦力增加。摩擦力的增加通常也會(huì)導(dǎo)致聲音和熱量的增加。隨著元件升溫，它會(huì)膨脹。最終，軸承會(huì)膨脹過(guò)多，卡住并導(dǎo)致設(shè)備失效。摩擦增加的另一個(gè)副產(chǎn)品是剝落：當(dāng)部件膨脹時(shí)，每個(gè)部件的顆粒被刮掉并造成進(jìn)一步的損壞。軸承通常經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑以減少摩擦，但潤(rùn)滑不能完全阻止老化過(guò)程，導(dǎo)致軸承隨著時(shí)間的推移變得更加粗糙。
軸承和其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備的適當(dāng)潤(rùn)滑是必不可少的，但它不是唯一的維護(hù)技術(shù)。40kHz的聆聽(tīng)為技術(shù)人員提供了在機(jī)械設(shè)備發(fā)生之前診斷出現(xiàn)故障的獨(dú)特機(jī)會(huì)。 收集數(shù)據(jù)樣本并隨時(shí)間推移趨勢(shì)的軟件可以查明重大變化并標(biāo)記測(cè)試點(diǎn)以進(jìn)一步服務(wù)。 使用超聲波CBM，維護(hù)部門可以開(kāi)發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)采樣和團(tuán)隊(duì)管理通信的交鑰匙系統(tǒng)，可以極大地幫助關(guān)鍵設(shè)備的潤(rùn)滑，維修和更換過(guò)程。
超聲監(jiān)測(cè)條件（CBM）
本文的其余部分將重點(diǎn)介紹一種稱為“基于條件的監(jiān)控”的PdM流程（CBM）或在某些情況下，“狀態(tài)監(jiān)測(cè)”（CM）。 使用超聲聽(tīng)音裝置結(jié)合數(shù)據(jù)捕獲軟件進(jìn)行CBM超聲測(cè)試。 通過(guò)記錄被測(cè)組件的聲音特性，軟件將記錄先前測(cè)試或變化與設(shè)定閾值之間的任何變化。 這些變化特定于被測(cè)組件的條件，并且不與測(cè)量標(biāo)度或來(lái)自類似組件的聲音進(jìn)行比較（比較測(cè)試）。 任何重大變更都將觸發(fā)行動(dòng)呼吁以進(jìn)行進(jìn)一步檢查或發(fā)出未決故障警告。
當(dāng)適當(dāng)?shù)某暀z測(cè)設(shè)備與諸如InCTRL的數(shù)據(jù)收集和分析軟件苆合時(shí)，使用CBM方法的測(cè)試結(jié)果是瞬間的，并且可以允許技術(shù)人員隔離源或可能用其他技術(shù)尚未檢測(cè)到的問(wèn)題。 這為在損壞設(shè)備和導(dǎo)致停機(jī)之前發(fā)生糾正措施提供了時(shí)間。 超聲波CBM技術(shù)的另一個(gè)好處是早期檢測(cè)：研究表明，超聲波可以比其他常見(jiàn)的PdM技術(shù)（如紅外和振動(dòng)分析）更快地檢測(cè)到異常現(xiàn)象。 （見(jiàn)上圖2）
請(qǐng)考慮以下來(lái)自第三方評(píng)估團(tuán)隊(duì)的摘要，將超聲波技術(shù)集成到一個(gè)擁有500多個(gè)站點(diǎn)的機(jī)構(gòu)中：（1）確定了100多個(gè)應(yīng)用程序，用于各個(gè)站點(diǎn)的各種設(shè)備，如鍋爐，熱交換器，壓縮機(jī) ，電動(dòng)機(jī)，泵，閥門和蒸汽疏水閥。 （2）該機(jī)構(gòu)的總節(jié)省每年約為370萬(wàn)美元。 （3）超聲波整合與此成本規(guī)避的投資回報(bào)率約為15：1。 （4）由于診斷和故障排除所花費(fèi)的時(shí)間減少而幫助每年人工節(jié)省約為45人。
該技術(shù)的另一個(gè)采用者-在這種情況下，一個(gè)大型聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯塑料回收設(shè)施-正在使用InCTRL基于狀態(tài)的監(jiān)測(cè)（CBM）計(jì)劃取得巨大成功。 一名致力于使用超聲波的全職員工已經(jīng)使用超聲波技術(shù)和數(shù)據(jù)采集軟件，每月為1,300多個(gè)測(cè)試點(diǎn)提供近五年的趨勢(shì)。 從軟件收集的數(shù)據(jù)使維護(hù)部門能夠領(lǐng)先于潛在的設(shè)備故障，并定期避免意外停機(jī)。
本文的其余部分將逐步介紹為大型工業(yè)設(shè)施實(shí)施類似的超聲波CBM計(jì)劃。
第1步：識(shí)別關(guān)鍵組件
關(guān)鍵部件是指那些在生產(chǎn)失敗或有過(guò)早失效和/或需要頻繁更換的情況下可以關(guān)閉生產(chǎn)的部件。要識(shí)別這些組件，請(qǐng)使用您的CMMS程序生成過(guò)去工單的歷史報(bào)告，或跟蹤計(jì)劃外停機(jī)的歷史記錄以查明問(wèn)題區(qū)域。要求幫助確定組件是否至關(guān)重要的問(wèn)題：該組件的故障是否會(huì)導(dǎo)致工廠安全性降低？生產(chǎn)停止還是減少？產(chǎn)品缺陷？監(jiān)管違規(guī)？不利的環(huán)境影響？
如果對(duì)這些問(wèn)題的答案都是肯定的，則應(yīng)定期監(jiān)測(cè)該組件。生成最關(guān)鍵組件的列表，并為每個(gè)組件分配單元ID號(hào)以進(jìn)行跟蹤。建議最初開(kāi)始監(jiān)控大約20個(gè)組件。根據(jù)您組織的規(guī)模，此數(shù)字可能更高或更低。隨著時(shí)間的推移，隨著過(guò)程變得更自然并且您對(duì)測(cè)試設(shè)備有更多的經(jīng)驗(yàn)，可以增加組件的數(shù)量。
第2步：制定檢查計(jì)劃表
檢驗(yàn)計(jì)劃可以集成到當(dāng)前的PM或CBM程序中，也可以
設(shè)置為單獨(dú)的過(guò)程。 關(guān)鍵是經(jīng)常進(jìn)行檢查 – 每月一次 或兩次以獲得最佳結(jié)果。 如果使用當(dāng)前PM或CBM路 徑，請(qǐng)選擇在設(shè)備正常運(yùn)行期間執(zhí)行的循環(huán)。 設(shè)備必須運(yùn)行以獲得超聲波技術(shù)的結(jié)果。 例如，選擇軸承潤(rùn)滑PM，要求軸承在潤(rùn)滑時(shí)滾動(dòng)。 向PM添加步驟以進(jìn)行超聲波CBM檢查。 如果要制定新的CBM計(jì)劃，請(qǐng)選擇一系列測(cè)試，以及頻率和指定的測(cè)試時(shí)間。 可以在諸如InCTRL的程序中自動(dòng)設(shè)置測(cè)試間隔。
第3步：建立閾值
使用超聲波檢測(cè)設(shè)備和兼容的數(shù)據(jù)采集軟件（如InCTRL），獲取每個(gè)關(guān)鍵組件的初始基線讀數(shù)（InCTRL需要五個(gè)這樣的樣品）。 拍攝時(shí)，超聲波設(shè)備的靈敏度和增益設(shè)置
應(yīng)設(shè)置為盡可能低的設(shè)置。 這些設(shè)置應(yīng)該進(jìn)入錄音機(jī)，以便將來(lái)使用檢查時(shí)，在測(cè)試每個(gè)組件時(shí)使用相同的設(shè)置，然后可以正確地比較結(jié)果。 （重要的是要注意，在測(cè)試時(shí)，設(shè)置和操作條件，例如rpm和負(fù)載，每次都應(yīng)盡可能相似，因?yàn)槿魏巫兓紩?huì)影響讀數(shù)。）
建立閾值樣本和執(zhí)行檢查的個(gè)人應(yīng)熟悉設(shè)備，并能夠確定記錄是否會(huì)提供良好的起點(diǎn)。 系統(tǒng)制造商還應(yīng)提供確定良好基線的指南。 可以將未來(lái)的記錄與這些基線記錄進(jìn)行比較，以進(jìn)行設(shè)備狀況分析。
第4步：檢查和分析
按照檢查計(jì)劃的步驟和預(yù)定的設(shè)置和附件，定期檢查關(guān)鍵部件。 首次啟動(dòng)程序時(shí)，請(qǐng)對(duì)每個(gè)組件進(jìn)行幾次（推薦四次）20秒長(zhǎng)讀數(shù)/記錄。這將確保您獲得良好的記錄以進(jìn)行準(zhǔn)確的趨勢(shì)分析。 隨著您進(jìn)行檢查變得更加暢通，每個(gè)組件的讀數(shù)可以減少到一個(gè)或兩個(gè)。
錄制完成后，重播文件并查看超聲波信號(hào)的音頻和視覺(jué)特征，以評(píng)估和分析每個(gè)組件的條件。
將信號(hào)與基線和先前的記錄進(jìn)行比較。 在正常和異常情況下，組件的聲音和外觀存在非常明顯的差異。 例如，普通軸承通常會(huì)產(chǎn)生柔和的呼呼聲。
如果軸承潤(rùn)滑不足，摩擦力會(huì)增加。 軸承的聲音強(qiáng)度會(huì)增加，并會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的刮擦聲。 信號(hào)的RMS（均方根）值也將增加，波形的高度將明顯增加。
第5步：文檔
在測(cè)試之前，應(yīng)記錄所有原始疑問(wèn)。 在檢查期間，應(yīng)注意任何重大變化。 檢查后，應(yīng)打印并記錄每個(gè)記錄的波形文件顯示，以備將來(lái)參考和比較。 應(yīng)為每個(gè)關(guān)鍵部件建立可接受的參數(shù)。 任何需要特殊監(jiān)控，進(jìn)一步檢查或維修的狀況變化應(yīng)在適當(dāng)標(biāo)記的單獨(dú)文件中提交，以反映緊急情況。 如有必要，還應(yīng)生成工單。
第6步：行動(dòng)
最后，采取必要措施來(lái)修復(fù)或糾正任何問(wèn)題。如果一旦發(fā)現(xiàn)并警告問(wèn)題跡象，若不采取行動(dòng)，CBM計(jì)劃就沒(méi)有用處。 修復(fù)完成后，使用超聲波設(shè)備確保正確安裝任何新組件并確保設(shè)備正常運(yùn)行。
通過(guò)適當(dāng)實(shí)施預(yù)測(cè)性維護(hù)計(jì)劃，可以避免不必要的成本并延長(zhǎng)設(shè)備的預(yù)期壽命。 實(shí)施此類計(jì)劃的前期時(shí)間投入將大大超過(guò)故障排除，關(guān)閉和維修所節(jié)省的時(shí)間，以及生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量提高帶來(lái)的利潤(rùn)增加。
除了使用超聲波技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)之外，額外的好處還在于多功能性和多樣化的應(yīng)用機(jī)會(huì)。 高質(zhì)量的超聲波檢測(cè)設(shè)備也可用于故障排除可疑區(qū)域，驗(yàn)證維修和正確的組件安裝，以及空氣和蒸汽審核。
遠(yuǎn)程聽(tīng)力應(yīng)用
由于安全問(wèn)題或難以接近，一些機(jī)械部件與傳統(tǒng)的超聲CBM方法不兼容。 在某些情況下，可以將拋物面附件與超聲接收器和CBM軟件一起使用，以便在遠(yuǎn)處收聽(tīng)機(jī)械部件。 這種方法需要直接測(cè)量部件的位置，并且沒(méi)有來(lái)自壓縮氣體泄漏，電弧焊或其他來(lái)源的競(jìng)爭(zhēng)超聲的直接氣氛。 與傳統(tǒng)的超聲CBM方法類似，條件的可重復(fù)性是最重要的，必須采取額外的步驟以確保記錄每個(gè)單獨(dú)的樣本重復(fù)距離和位置。
結(jié)論
通過(guò)依賴豁免報(bào)告，第4頁(yè)提到的PET回收設(shè)施能夠規(guī)避總計(jì)超過(guò)20萬(wàn)美元的災(zāi)難性設(shè)備故障，不包括工時(shí)和生產(chǎn)損失。 僅這一個(gè)有價(jià)值的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）就是姊妹網(wǎng)站工廠經(jīng)理在其新工廠實(shí)施超聲波CBM的推動(dòng)力。 在設(shè)施建設(shè)完成之前，他聘請(qǐng)了一名全職維護(hù)員工，專注于超聲波CBM，即使工廠在今年秋天晚些時(shí)候才能完全投入使用。 實(shí)際上，甚至在最終決定聘用新的維護(hù)主管之前，超聲波CBM技術(shù)人員就已經(jīng)上任。
將超聲波CBM作為PET回收設(shè)施日常運(yùn)營(yíng)不可或缺的組成部分的重點(diǎn)說(shuō)明了該技術(shù)對(duì)公司企業(yè)目標(biāo)的必要性。 那個(gè)公司并不孤單。 超聲波CBM在許多工業(yè)領(lǐng)域有廣泛實(shí)施的無(wú)數(shù)機(jī)會(huì)。 從軍事到制造，從石化到發(fā)電，煤層氣，超聲波具有減少停機(jī)時(shí)間，增加產(chǎn)量，更好地分配資源和提高人員安全的無(wú)限潛力。
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