Monitorování stavu obráběcích strojů

Efektivní a přesná práce obráběcích strojů je pro moderní výrobní průmysl zásadní. Condition Monitoring, tedy preventivní sledování stavu strojů, předchází poruchám ještě dříve, než vůbec nastanou. Včasné rozpoznání možných problémů umožňuje údržbu podle skutečné potřeby, efektivněji, a tvoří základ pro Predictive Maintenance – prediktivní údržbu strojů. Tímto postupem lze předcházet neplánovaným prostojům i poškození, stejně jako zbytečným výjezdům servisního personálu. Podmínkou jsou přesná senzorová data, spolehlivá komunikační technologie a bezpečné cloudové prostředí.

Systémy pro sledování stavu strojů, jako je Condition Monitoring (CM), přitom nabývají na významu. Tento systém umožňuje průběžně monitorovat stav komponent strojů a včas upozornit na opotřebení nebo poruchy. Klíčovou roli zde hraje monitorování vibrací, které je považováno za jednu z nejúčinnějších metod sledování stavu.

Proč je condition monitoring u obráběcích strojů smysluplný a důležitý?

Obráběcí stroje jsou „srdcem“ výrobního průmyslu. Tvoří základ pro výrobu široké škály součástí v nejrůznějších odvětvích – například v klasických oborech, jako je strojírenství a automobilový průmysl. Vysoké nároky na obráběcí a třískové stroje však existují i v energetice, kritické infrastruktuře nebo ve spotřebním průmyslu. Jejich vysoká přesnost a výkon jsou proto rozhodující pro kvalitu a efektivitu výroby.

Condition monitoring umožňuje sledovat stav strojů a jejich komponent v reálném čase. Cílem je odhalit problémy dříve, než povedou k výpadkům, poruchám v procesu nebo nákladným opravám. Dobře fungující systém condition monitoringu nejen minimalizuje nečekané výpadky, ale také pomáhá prodloužit životnost zařízení a snížit výrobní náklady.

Díky průběžnému sběru relevantních dat přímo na stroji mohou provozovatelé včas rozpoznat známky opotřebení, poruchy i nepravidelnosti. Lze tak provádět preventivní údržbu dříve, než budou nutné drahé opravy. Kromě toho může condition monitoring pomoci optimalizovat provoz stroje – například tím, že identifikuje nadměrně zatěžované komponenty a současně sleduje spotřebu energie.

Dalším důvodem pro zavedení condition monitoringu je rostoucí komplexita zařízení. Moderní obráběcí stroje se skládají z mnoha komponent, které spolu interagují a mohou se navzájem ovlivňovat. Sledování každé části stroje, zejména kritičtějších komponent, pomocí senzorů a inteligentních systémů umožňuje problémy rozpoznat a odstranit dříve, než ovlivní celou výrobu.

Role monitorování vibrací u obráběcích strojů

Monitorování vibrací je klíčovou součástí condition monitoringu. Je obzvlášť účinné, protože vibrace poskytují přímou informaci o stavu mnoha strojních komponent. Mnohé mechanické problémy, jako je nevyváženost, vadná ložiska, problémy s pohonem nebo nesouosost, vedou k charakteristickým vibračním vzorům. Měřením vibrací na různých místech stroje lze včas rozpoznat nepravidelnosti i potenciální poškození. Vibrační senzory lze instalovat na různých místech stroje, například na ložiscích, hnacích hřídelích nebo vřetenech. Každá z těchto komponent má typický vibrační profil, který vypovídá o jejím stavu. Náhlé zvýšení amplitudy vibrací může signalizovat závadu nebo opotřebení a často je prvním indikátorem blížící se poruchy.

Vibrační analýza je jednou z nejjednodušších a nejlevnějších metod sledování stavu obráběcího stroje. Poskytuje přímou zpětnou vazbu o jeho funkci. Moderní vibrační senzory dokážou poskytovat vysoce přesné hodnoty a měřit jak frekvenci, tak amplitudu vibrací. Na základě těchto dat lze spolehlivě diagnostikovat a klasifikovat zdroje poruch.

A to i na dálku, bez ohledu na to, kde se stroj nachází. Rutinní kontrola na místě není nutná; informace jsou oprávněným osobám k dispozici kdykoli a odkudkoli. Zejména u velkých nebo decentralizovaných zařízení to šetří značné personální i finanční zdroje a díky omezení zbytečných výjezdů snižuje CO2 stopu. Provozovatelé mají stav svých aktiv neustále pod kontrolou, servisní firmy a výrobci strojů mohou na základě dat rozšiřovat své portfolio služeb.

Obecně je condition monitoring vhodný pro všechny stroje. Čím vyšší je však mechanické zatížení, tím důležitější jsou informace v reálném čase. IIoT pro to už dnes nabízí všechny možnosti – a mnoho aplikací Průmyslu 4.0 by bez něj ani nebylo možné. Proto je právě teď ten správný čas začít.

Inteligentní analýzy stavu v cloudu

Základem jsou senzorová data, která se na stroji snímají a přenášejí do cloudu. Tam se strojní data analyzují a vyhodnocují. Každá odchylka od definované cílové hodnoty může být signálem poruchy. Složitější systémy využívají inteligentní analýzu dat na bázi AI a machine learningu, aby se podívaly do budoucna: kdy je optimální čas na další údržbu, kdy dosáhne komponenta konce své životnosti? Odpovědi na tyto otázky obvykle poskytují vibrační senzory, teplotní senzory a senzory otáček, ale možné jsou i jiné typy a kombinace. Senzorová data se přes gateway přenášejí do bezpečného cloudového prostředí a vyhodnocují, aby bylo možné sledovat stav zařízení a předpovídat možné poruchy. Vibrační monitoring je tak osvědčenou a spolehlivou metodou pro rotační komponenty. Analýzou vibračních vzorů lze možné poškození rozpoznat včas. Vysoké vibrace mohou být způsobeny nevyvážeností, problémy s ložisky nebo nesouosostí. Tyto jevy mohou negativně ovlivnit výkon zařízení a v nejhorším případě vést k výpadkům.

Malý, integrovaný a autonomní: správná technologie

Abyste mohli plně využít potenciál condition monitoringu kdekoli a na jakémkoli stroji, potřebujete řešení s nezávislým napájením, kompaktním provedením a integrovanou konektivitou. IoT senzor minion je právě takovým flexibilním, bezúdržbovým a autonomním řešením. Nepotřebuje externí zdroj napájení, žádnou síťovou infrastrukturu, žádné samostatné cloudové řešení a zabírá minimum místa. Instalace je jednoduchá a rychlá i při nepříznivých stavebních podmínkách. Cloudové řešení je nabízeno přímo. Díky těmto vlastnostem můžete své stroje rychle a nákladově efektivně vybavit senzory pro sběr důležitých provozních dat – i bez rozsáhlých odborných znalostí nebo IT know-how.

Výhody condition monitoringu a vibračního monitoringu u obráběcích strojů

Zavedení condition monitoringu – za předpokladu správné technologie – přináší při přiměřeném úsilí výrazné přínosy pro vaši firmu.

Malé senzory, velký efekt: výhody na první pohled

Mezi nejdůležitější výhody patří:

• Plynulý provoz a méně prostojů
• Vyšší vytížení strojů a produktivita
• Ochrana cenných aktiv, delší životnost strojů
• Efektivní řízení údržby
• Cenné poznatky pro složitější analýzy

Specifické výzvy při sledování stavu a vibrací u obráběcích strojů

I přes mnoho výhod existují v praxi různé výzvy při zavádění condition monitoringu a monitorování vibrací.

Komplexnost a rozmanitost strojů

Obráběcí stroje jsou svou konstrukcí a funkčností velmi komplexní. Každý stroj je jedinečný a má specifické požadavky na sledování stavu. Proto není vždy snadné vybrat pro každý stroj vhodný monitorovací systém. Náročná může být i instalace senzorů a jejich integrace do stávajícího řídicího systému stroje. Aby byly výsledky vypovídající, musí být senzory instalovány na správných místech, což může být problematické zejména u komplexních strojů nebo strojů s více pohyblivými částmi. IoT senzor minion je vaším malým pomocníkem pro všechny montážní polohy a hodí se pro každý stroj. Díky úspornému provedení jej lze bez problémů použít i při stísněných montážních podmínkách. Montáž je díky vhodným adaptérům co nejpohodlnější a odpadá otravné kabelování.

Objem dat a analýza

Dalším problémem je obrovské množství dat vznikající při průběžném monitorování stroje. Data nasbíraná měřením vibrací je nutné efektivně ukládat a zpracovávat, aby je bylo možné vyhodnocovat v reálném čase. To vyžaduje výkonnou IT infrastrukturu a pokročilé analytické nástroje, aby bylo možné z „raw“ dat vyvozovat podložená rozhodnutí. Algoritmy strojového učení a umělá inteligence zde přinášejí nové přístupy, ale zároveň kladou nové požadavky na technologii a know-how uživatelů. Nebo použijte náš minion a dosáhněte maximálního efektu s minimálním úsilím: minion je po instalaci okamžitě připraven k použití a přenáší naměřená data přímo do autosen.cloud nebo přes MQTT broker do cloudového prostředí dle vašeho výběru. Bez zásahu do IT infrastruktury, bez dalších analytických nástrojů a bez programátorských znalostí.

Náklady na implementaci

Instalace systému condition monitoringu založeného na monitorování vibrací je spojena s počátečními investicemi. Ty zahrnují náklady na senzory, hardware pro sběr a zpracování dat a software pro analýzu a vyhodnocení dat. Často k tomu přistupuje i nezanedbatelná personální náročnost pro nastavení softwaru i hardwaru. Zejména pro menší podniky bez velkého rozpočtu mohou být tyto investice překážkou. Dlouhodobé úspory díky nižším nákladům na údržbu a vyšší dostupnosti strojů však tuto investici často ekonomicky ospravedlňují.

Závěr: otázka konkurenceschopnosti

V každém výrobním podniku závisí produktivita, efektivita a hospodárnost ve velké míře na spolehlivosti používaných strojů a optimalizovaném technickém servisu. Nasazení condition monitoringu přináší konkurenční výhody z hlediska provozních, lifecycle i údržbových nákladů, schopnosti dodávat a výkonu. Sledování obráběcích strojů je proto velkou výzvou – ale také ještě větší příležitostí. V závislosti na použití sahají možnosti daleko za pouhé monitorování: od plánování údržby přes rozpoznání opotřebení až po sběr a dokumentaci důležitých provozních KPI, jako je Overall Equipment Effectiveness (OEE).

Condition monitoring a zejména vibrační monitoring jsou nepostradatelné nástroje moderní výrobní techniky. Umožňují včasné odhalení chyb, preventivní opatření údržby a dlouhodobou optimalizaci doby provozu strojů. Výhody jsou zřejmé: vyšší dostupnost strojů, nižší náklady na údržbu a zlepšená kvalita výroby.

Výzvy spojené se zavedením a používáním těchto systémů, jako je komplexnost strojů a analýza velkého množství dat, vyžadují pečlivé plánování a použití vhodných technologií. Přesto výhody převažují, zejména v průmyslu, který je stále více závislý na automatizaci a efektivitě.