AZ ÜZEMFENNTARTÁS ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEI 1.08 2.08 5.16
Szerszámgépek és ipari folyamatok vezérlőegységeinek korszerű üzemfenntartási stratégiája Tárgyszavak: szerszámgép; üzemfenntartási stratégia; szervizszolgáltatás; távszerviz.
Az elvárt üzleti eredmény feltétele a termelőberendezések kapacitásának lehető legjobb kihasználása, és ehhez kellően nagy rendelkezésre állást, minél kisebb állásidőket kell elérni, hatékony üzemfenntartás révén.
A szervizszolgáltatás mint fontos sikertényező A szerszámgépgyártók németországi szövetsége (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenhersteller – VDW) tanulmányt készített a korszerű termelőberendezések üzemfenntartási stratégiáiról. Megállapítja, hogy a gépek szervizszolgáltatásainak bevétele a teljes vállalati bevétel egyötödét is elérheti. Már a tervezés és gyártás során gondoskodni kell a gépek hatékony karbantartásának és javításának, felújításának műszaki feltételeiről. A német szerszámgépiparban a 2005. évi árbevétel 10,3 Mrd euró volt, 8%-kal haladta meg az előző évit, így számottevő a szervizmunkák üzleti potenciálja is. A szervizszolgáltatások korszerű formái mind nagyobb arányúak a gépipar vállalatainak árbevételében, beleértve a gépek távfelügyeletét és az erre alapozott távdiagnosztikai rendszert. Ezek révén sokkal kisebb költségekkel végezhetők el az esedékes beavatkozások a távoli üzemek gépein. A gépeken végrehajtott közvetlen szervizmunkák mellett olyan szolgáltatások is növekvő árbevételt hoznak, mint pl. a tanácsadás, a műszaki tervezés, a gép kezelők és a karbantartók szakmai képzése stb. Gyakori eset, hogy a termelőüzem berendezései meghibásodnak, és a kisebb felkészültségű helyi karbantartók nem képesek behatárolni a hiba rejtett okait. Csökkenthető az emiatt mutatkozó gépállás, ha a szervizközpont és a termelőüzem között közvetlen (online) kapcsolat van, és
a jobban felkészült távoli szakemberek készíthetik el a műszaki diagnózist. Kétségtelenül megnő a telefonköltség, pénzbe kerülnek a világhálóval kapcsolatot tartó számítástechnikai eszközök, de nagyságrendekkel nagyobb az a kár és veszteség, amelyet a nagy értékű gépek állása okoz az üzemeltetőnek. Egyszerű esetekben a gépállás okát néhány művelettel megszüntethetik, pl. a meglazult érintkezések ismételt beállításával, vagy pl. a nem megfelelő eredményt adó vezérlőprogram javításával stb. Ahol a hiba kiküszöbölése bonyolultabb feladat, ott a távfelügyelet, illetve távdiagnózis alapján a szervizszakemberek behatárolják a meghibásodott alkatrészt, áramköri kártyát vagy más működésképtelen elemet. Ilyen előzetes vizsgálatokat követően úgy utaznak a helyszínre, hogy magukkal viszik a szükséges szerszámokat, alkatrészeket és dokumentációt. Ilyen előkészítéssel sokkal gyorsabban elvégezhetők az üzemben a szükséges cserék, majd az ismételt próbaüzem és a gépindítás műveletei. A garanciális javítások időszakában a gyártó közvetlenül is érdekelt abban, hogy a lehető legkisebb kieső idővel kiküszöböljék a gép hibáit.
A távoli gépek szervizének gazdasági jelentősége A szerszámgépek nemzetközi piacán sikeres nagyvállalatok a gépeik növekvő részét olyan vezérlőegységekkel tervezik, gyártják, amelyek lehetőséget adnak a távfelügyeletre és távdiagnózisra. A „Szerszámgép 2010” (Werkzeugmaschine 2010) című tanulmányban közölt óvatos prognózis az ilyen szervizfunkciókkal kialakított új szerszámgépek több mint 33%-os arányát valószínűsíti az évtized végén. A távfelügyelet, távdiagnózis ennél nagyobb arányban jellemzi a bonyolultabb, nagyobb értékű termelőberendezéseket, hiszen ezek állásidői sokkal nagyobb veszteséget okoznak, mint az egyszerűbbeké. Az üzemzavarok lehető leggyorsabb megszüntetése itt sokkal nagyobb gazdasági hatású, a nagyobb rendelkezésre állási arányok nagyobb üzemfenntartási ráfordításokat is elfogadhatóvá tesznek. A piaci kínálatban a Siemens leányvállalata, az electronic Production Services Network – ePS Network) olyan termékcsaláddal jelentkezett, amelynek fontosabb moduljai: – a távoli gépekkel párbeszédre képes, lekérdező rendszer: ePAccess, – a távoli gépek műszaki diagnózisát végző eP-Dynamic, – az előrelátható karbantartási feladatokat megállapító ePPerformance.
Az ilyen szervizhálózatok a térben szétszórt és helyi szervezési feltételeikben nagyon eltérő termelőüzemekkel folyamatos kapcsolatot tartanak. A szervizközpontban begyűjtik és összesítik a felügyelt géppark minden fontosabb műszaki adatát, amely a beavatkozások optimális feltételeinek megtervezéséhez és előkészítéséhez szükséges. A szervizszolgáltatás távoli központjában végzik a vezérlőegységektől beérkezett aktuális adatok csoportosítását, elemzését, és egyeztetik a soron következő feladatot a helyi szakemberekkel. Csak a jogosultak férhetnek hozzá ilyen műszaki adatokhoz, és még szigorúbbak a jogosultság szabályai a távoli gépet érintő beavatkozások (pl. programmódosítás, vészleállítás) esetén.
A távszerviz műszaki jellemzői A megvalósított távszerviz rendszerint nagy teljesítményű kommunikációs hálózatot vesz igénybe, pl. 128 bites (SSL) architektúrájú gépvezérléssel összekapcsolódva. Ilyen vezérlőegységek pl. a Sinumerik-CNC 810D, továbbá ebben a termékcsaládban a 840Di, a 840D, valamint a PCU50 típusjelű vezérlőegység. A lekérdezés szabványos böngésző programokkal (browser) végezhető. A gépkínálatban a GE Fanuc vezérlőegységei is alkalmasak ilyen szervizszolgáltatásokra, a kapcsolódó programtermék megnevezése: Basis Operator Package. A távoli szervizállomás ennek alkalmazásával folyamatosan, online kapcsolatban figyelemmel kísérheti a kijelölt géprészek állapotát. Az üzemeltetett gép kijelzőjén (Dual Screen Display) figyelemmel kísérhető, hogy a távoli szerviz az éppen aktuális adatokat mikor kérdezte le, és milyen megállapításokat tettek ezek alapján a beavatkozások szükségességéről. A gép karbantartói, kezelői párbeszédet folytathatnak (pl. telefonon) a távoli szerviz szakembereivel. A sürgős beavatkozások indokolhatják, hogy a távoli szerviz közvetlenül adjon utasításokat a felügyelt gépnek, pl. a géptörés megakadályozására. Műszakilag ennek nincs gyakorlati akadálya, de a kellő adatbiztonságról is gondoskodni kell. Csak annak adnak jogosultságot a távoli beavatkozásra, akinek kellő szakértelme és egyértelmű felelőssége van. Az ISDN-routeren csatlakoztatott üzemi berendezés aktuális állapotát csak az arra jogosítottak kísérhetik figyelemmel, és utasítást is csak ilyen szakemberek adhatnak, miután azonosították magukat a titkos jelszavukkal. A korszerű adatvédelmi, hálózatvédelmi rendszerek kellő biztonságot adnak az illetéktelenek hozzáférése ellen.
A felmérés eredményeiből az is megállapítható, hogy a németországi géppark üzemeltetői nagyon eltérő módon fogadják el ezeket a távoli szervizeket. Az egyik szélsőséges eset, hogy az ilyen szervizek a folyamatirányítás szerves részei, a másik, hogy bár folytatnak konzultációkat, a termelőüzem fenntartja hagyományos üzemfenntartó szervezetét, nagyobb részben a helyi döntésekhez kérnek tanácsokat és javaslatokat a távoli szerviztől. A szervizszolgáltatások kiforrottsága, a kínált funkciók választéka és a távdiagnózist végző szoftverek színvonala nagyban befolyásolja a termelőüzemek együttműködési készségét, az új technika elfogadottságát. A távszerviz hatékonyságának egyik kulcstényezője az érzékelő és a beavatkozó szervek helyi telepítése a felügyelt gépparkon. Olyan gépvezérlő egységeket kell alkalmazni, amelyek megbízhatóan képesek együttműködni ezekkel az információszerző, illetve vezérlő utasításokat érvényesítő modulokkal. Ezek beszerzése, beépítése tetemes beruházásokkal jár, és gondoskodni kell megfelelő karbantartásukról, hogy a gépek megfelelően nagy rendelkezésre állással működjenek. A korábban beszerzett gépek kiegészítő korszerűsítésével is számolni kell a távszerviz érdekében. A távszerviz alkalmasságára minőségi tanúsítás is szerezhető, amelyben az arra jogosult (akkreditált) vizsgálóhely dokumentálja, hogy a szolgáltató kellően biztonságos és hatékony szervizre képes.
Az elektromechanikus gépegységek élettartamának alakulása Egy nagy értékű gépi berendezés több évig működőképes, az elektromechanikus egységei viszont ennél gyorsabban elhasználódhatnak és üzemképtelenné válhatnak. Ilyenkor az a gazdaságos üzemfenntartási stratégia, hogy behatárolják az üzemképtelen gépegységet, annak hibás alkatrészeit, és ezeket cserélik, ezzel meghosszabbítva a berendezés egészének használati idejét. A korszerű berendezésekben egyre több elektronikai részegységet alkalmaznak, pl. mikroprocesszorokat, érzékelőket, kapcsolókat, vezérlőkártyákat és hasonlókat. Vannak viszonylag rövidebb idő alatt elhasználódó alkatrészek is, pl. mágneslemezes tárolók, hűtőventilátorok, egyéb mozgó elemek. A hasznos élettartamot többek között a rendszer architektúrája határozza meg már a gép tervezésének szakaszában. A próbaüzem egyik fontos feladata, hogy kiszűrhetők legyenek a durva tervezési hibák még a gép tényleges alkalmazásba vétele előtt. Ezt a bevizsgálást „öregbítő”,
„fárasztó” „beégető” terheléseket követően, rendszerint a gyártó végzi. A mechanikai és elektronikai részegységek „gyerekbetegségei” abból is adódhatnak, hogy a működető programokban rejlik a hiba (1. ábra).
karbantartás
a gép garanciális vizsgálatai
próbaüzem
üzembe helyezés
a műszaki követelmények megvalósításának vizsgálatai üzemi vizsgálatok
hibaarány
tervezési hibák megszűntetése
- tisztítás (por) - ventilátor, lemezes tároló, elem, hálózati készülék cseréje, - a programok frissítése, a szoftver új változatainak betöltése
az élettartam végső szakasza
- hiányzó programtámogatások - más programozási környezetre tértek át - nem érvényesül visszafelé a kompatibilitás - nincsenek már tartalék alkatrészek - eltérő a trend a korszerű alkalmazásokra
idő
1. ábra Összetett berendezés irányítástechnikai rendszerének életciklusszakaszai A távdiagnózis egyik alapfeladata a rendellenes állapot és valószínű okainak meghatározása. A berendezés környezetének állapota is szerepet kap a vizsgálati eljárásban, feltéve, hogy túllépik az üzemi terhelésekre megszabott küszöbértékeket, pl. a hőmérsékletet, a rezgést, a porés páratartalmat stb. illetően. Információkra van szükség a tápfeszültség alakulásáról, és hogy voltak-e nagy ingadozások más elektromos, elektromágneses stb. jellemzőkben, amelyek pl. tranziens jelenségeket okozhattak az egyes érzékeny gépalkatrészekben. A távfelügyelet érzékelői jelzik, ha az előírt üzemi hőmérsékletet, páratartalmat, rezgésállapotot nem tartották be, vagy a tűrést meghaladóak az eltérések. Számolni kell a várható beavatkozási idők tervezése során azzal, hogy a túl magas környezeti hőmérséklet, a nagy por- és páratartalom, illetve rezgés csökkenti a berendezés egyes alkatrészeinek élettartamát, növeli a meghibásodás valószínűségét. Információk szükségesek arról is, hogy a méretezések milyen elhasználódási tarta-
lékkal jellemezhetők, a szokásos ingadozásokra, zavarokra mennyire érzékeny a vizsgált részegység. Jegyzékbe foglalhatók az összetett gépek kritikus részegységei, amelyeknek a legnagyobb a meghibásodási esélye a túlmelegedés következtében (hot spots). A távdiagnózis szempontjából kellően megbízhatók az akár 15 éves élettartammal alkalmazható nyomtatott áramköri kártyák, amelyeken nincsenek hőt fejlesztő elektronikai elemek. Legfeljebb 10 év a várható élettartam a sok tároló áramkört tartalmazó mikroelektronikai egységekre, amelyeknél alapvetően a túlmelegedés következtében mutatkozhatnak hibák. A processzorok hűtőventilátorai legfeljebb 5 évig működőképesek a kopási folyamat intenzitásától függően. Gyorsítja az elhasználódást, ha a berendezés poros, páradús, rezgésnek kitett környezetben működik. A merevlemezes tárolók várható élettartama rendszerint 5–7 év, így az üzemeltetők a személyi számítógépek konstrukciójának szokásos elavulási ciklusához igazodó cseréket tervezhetnek. Az alkalmazás programcsomagjai néhány év alatt elavulnak, ezeket tehát frissíteni kell. Amennyiben a termelőberendezés rendelkezésre állását magas szinten kell garantálni, érdemes hatásos hőmérséklet-felügyeletet, intenzív hűtést alkalmazni az elektronikai egységekre. Egyes kritikus helyeken redundáns hűtőrendszert és bármikor indítható tartalék gépvezérlő rendszert alkalmaznak, amelyek az éppen működő alapkiépítés üzemzavara esetén késedelem nélkül indíthatók, akár a távoli szervizközpontból is. A veszélyes anyagokat feldolgozó folyamatok vagy pl. az alagutak biztonságtechnikai rendszereiben követelmény az említett ilyen redundáns kapcsolások alkalmazása.
A hőhatás által okozott igénybevételek A gép, gépi berendezés meghibásodásának gyakori oka a megengedettől eltérő üzemi hőmérséklet, rendszerint túlmelegedési jelenségekkel. A távfelügyelet során az előírt kényszerhűtések zavartalan és hatásos működését figyelemmel kísérik. Javaslatot adhatnak a szervizközpontból, hogy a gép konstrukcióján változtassanak, pl. helyezzék át a hűtőventilátort, szüntessék meg az áramlás útjában álló akadályokat, tágasabb szekrénykonstrukció tegye lehetővé a hűtőlevegő természetes áramlását. Számolni kell azzal is, hogy a ventilátor a gép belsejébe vihet olyan szennyező anyagokat, amelyek csökkentik a várható élettartamot. Első-
hibaarány
sorban a porterhelés és a páratartalom okozhat idő előtti hibákat. Az áramköri csatlakozásokat is rongálhatják ezek a környezeti igénybevételek.
0,7
1,0
üzemi/megengedett hőmérséklet
2. ábra A megengedett üzemi hőmérséklet 70%-án túl gyorsan növekvő a hibaarány Arrhenius kutatásai a 20. század elején kimutatták a hőmérséklet hatását a gépek várható meghibásodására. Az azóta pontosított ún. „tízfokos szabály” nagyon leegyszerűsítve azt fejezi ki, hogy megkétszerezi az elhasználódás ütemét, ha az igénybe vett alkatrész hőmérsékletének megnövekedése 10 °C. A korunkban alkalmazott anyagok, konstrukciók arra a következtetésre vezettek, hogy az elhasználódás kétszeres ütemét a hőmérséklet 15–20 °C-os emelkedése idézheti elő. A távdiagnózis programjaiban is érvényesíthető az a követelmény, hogy biztonságos üzemeltetés érhető el, ha nem lépik túl a megengedett üzemi hőmérséklet 70%-át. A termelőüzemek gépeire megengedhető legfeljebb 40°C esetén tehát a legfeljebb 28°C környezeti hőmérséklet az optimális (2. ábra). Összeállította: Gittlár Ferencné Irodalom Welte, U.; Friedrich, G.: Zerfallzyklen von elektromechanischen Anlagen: Beispiel Leittechnik.= Strasse und Verkehr, 92. k. 5. sz. 2006. p. 23–26. Trend: Teleservice von Werkzeugmaschinen. = Schweizer Maschinenmarkt, 107. k. 10. sz. 2006. máj. p. 78–83.
Röviden… Irodaház klímaberendezésének állapotfelügyelő rendszere Műszaki berendezések rezgéseiből, modern diagnosztikai eszközök segítségével következtetni lehet azok állapotára – akárcsak a pulzusból az emberi egészségre. Ezen alapszik a szellőzéstechnika működési rendellenességeit korán felismerő condition monitoring. A müncheni WWK biztosítói csoport igazgatási épületének összesen 16 300 m2 területű klimatizált helyiségeiben 1200-an dolgoznak. Ha a klimatizálás rosszul működik, annak, mint minden értékképző folyamatban, termelékenységcsökkenés a következménye. A rendszer egyensúlyzavara pedig a személyzet biztonságát veszélyeztetné, működésének és állapotának tehát a vezetőség kiemelt figyelmet szentel. A klímaszabályozás központi elemét a légáramlásokat fenntartó rendszerek képezik. Ezek: a helyiségekbe irányuló áram két, egyenként 1400 kW teljesítményű, 300 000 m3/h levegőt szállító axiális ventilátorok, valamint a használt levegőt egyébként 76 kW teljesítménnyel és 160 000 m3/h levegő mozgatásával kiszállító hasonló ventilátorok. A berendezések rövid tervszerű leállását, pl. karbantartási munkák idejére, a dolgozók észre sem veszik, de egy néhány évvel ezelőtti hirtelen teljes kiesés – géphiba következtében – igen súlyos károkat okozott, és azért történhetett meg, mert állapotfelügyelet hiányában a veszélyre utaló kezdeti rendellenesség figyelmen kívül maradt. A szükséges pótalkatrészek beszerzése és az egyik szellőzőegység generáljavítása csaknem félévet vett igénybe. Ennek az eseménynek nem csekély része volt abban, hogy a WWK döntéshozói elhatározták egy korszerű, elsősorban a rezgésállapotot és a gördülőcsapágyakat felügyelő rendszer telepítését. Egy ilyen condition monitoring beépítés hibajelzéssel lehetővé teszi a szükséges beavatkozásokat és az állásidők minimálisra rövidítését. Az ehhez szükséges információkat az állapotfelügyelet a gépek kiválasztott helyére szerelt rezgésgyorsulás-érzékelőktől kapja. Az ezek által keltett ún. nyers gyorsulási jel a gépfelügyelet központjába jut, amely a nyers jelből meghatározza a kijelölt feladat szerinti állapotparamétereket. Ilyen paraméter a „nyugodt menet”, amelyet a rezgés sebességéből, az ISO 10816-3 alapján kell meghatározni. Ehhez a 2 és 1000 Hz közötti frekvenciatartományban ki kell számítni a négyzetes középértéket mint a megfigyelhető rezgésjelenségek energetikai mértékét. Ezzel a módszer-
rel felismerhetők kiegyensúlyozatlansági, szabályozási, alapozási hibák és rendellenes szíjfeszítés. A csapágyak állapotának megítéléséhez ismerni kell a lökésimpulzus értékét. Az ennek felhasználásával végzett testhangelemzésből le lehet vezetni a gördülőcsapágy gördülési viselkedésének és ezzel kopásmértékének kritériumát. Két testhangparaméterből, az ún. „szőnyegértékből” és a csúcsértékből a gördülőcsapágy állapotán kívül az ott levő kenőanyag-mennyiségről is tájékozódni lehet. A rezgéssebesség és a lökésimpulzusok kiértékelése mellett a monitoringrendszer további frekvenciafüggő számításokat is elvégez, amelyek segítik károsodások kezdetének vagy előrehaladásának felismerését, valamint a gépek pontos mélységű diagnózisának felállítását. Erre szolgál az FFT-elemzés (fast Fourier transformation), amely az öszszetett rezgésállapotokat részrezgéseire bontja, ezekből pedig következtetni lehet a hiba helyére, ill. okára. A burkológörbe-elemzés a gördülőcsapágyakat érő periodikus lökések diagnózisára szolgál, amelyek akkor következnek be, ha egy többrészes gördülőegység áthalad egy pályahibán. A csapágygeometria ismeretében vizsgálati szoftver alapján a lökések amplitúdójából és időközeiből szintén pontosan meghatározható a hiba helye és kiterjedése. Erre az elemzésre akkor van szükség, ha a gördülőcsapágy sérülésének felismerése után a csapágy maradék élettartamára vonatkozó prognózist kell felállítani. (Instandhaltung, 2006. 1. sz. ápr. 12. p. 14–15.)
