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智能制造行業(yè)痛點(diǎn)之一：工業(yè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)見性維護(hù)。目前制造業(yè)成本不斷上升、利潤空間越來越小，倒逼制造業(yè)升級，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)的技術(shù)成熟，使通過技術(shù)手段對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測和預(yù)測設(shè)備故障成為可能。將來機(jī)器的維護(hù)成本降低的主要途徑是預(yù)見性維護(hù)和共享經(jīng)濟(jì)。

設(shè)備維護(hù)的3階段

l 設(shè)備運(yùn)維目前碰到的痛點(diǎn)

目前大部分工業(yè)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、水泵、減速機(jī)、數(shù)控機(jī)床、火車輪軸、軋機(jī)、工程機(jī)械等都有軸承磨損和不平衡引起的機(jī)械故障而造成非預(yù)期停產(chǎn)，對企業(yè)造成巨大損失，這些設(shè)備目前基本靠人工巡檢、定期保養(yǎng)和故障維修，存在如下問題：

① 維護(hù)人員多、成本高、效率低；

② 無法提前發(fā)現(xiàn)故障征兆，只能故障發(fā)生后維修，造成停工和損失；

③ 故障發(fā)生后局部維修，解決當(dāng)前問題，難以找到設(shè)備故障的根本原因；

④ 以故障維修和計(jì)劃性維修為主，存在過修漏修；

⑤ 庫存?zhèn)浼]有指導(dǎo)信息，無法確定備件的種類、庫存量等，少購影響生產(chǎn)，超量浪費(fèi)成本；

⑥ 設(shè)備實(shí)際可靠性數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)計(jì)和定量分析，采購部低價低質(zhì)量采購設(shè)備難以全局了解生產(chǎn)線運(yùn)行健康狀態(tài)、風(fēng)險(xiǎn)和整體成本。

振動監(jiān)測對象

l 振動監(jiān)測的必要性

振動對設(shè)備帶來的危害非常大，以電機(jī)為例，主要表現(xiàn)在如下幾個方面：1）導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈相互摩擦，線圈與絕緣之間導(dǎo)線與外殼之間的摩擦?xí)斐山^緣破損；2）絕緣縫隙擴(kuò)大，使外界粉塵和水分入侵其中，造成絕緣電阻降低，甚至形成絕緣擊穿等事故，電機(jī)報(bào)廢；3）軸承滾動體、內(nèi)外圈、加劇磨損，惡性循環(huán)；4）軸斷裂；5）與電機(jī)相連接的負(fù)載機(jī)械受到損傷，焊點(diǎn)裂開，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降；6）嚴(yán)重時導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)甚至報(bào)廢，帶來直接的經(jīng)濟(jì)損失和影響生產(chǎn)。

振動極端情況下造成的斷軸和損壞

l 為什么用振動傳感器來檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)？

振動傳感器是旋轉(zhuǎn)類設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的“聽診器+心電圖儀”。不同行業(yè)每種設(shè)備都有其振動標(biāo)準(zhǔn),超過標(biāo)準(zhǔn)表明機(jī)器出現(xiàn)或者將要出現(xiàn)故障,從而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控以及預(yù)測性維護(hù)。目前主要有MEMS和壓電兩類傳感器，各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用場景。

心電圖

電機(jī)的振動圖譜

l 振動監(jiān)測原理與方法

振動通常是由于部件不平衡 、未對準(zhǔn)、磨損、松動、不正確的驅(qū)動等，對設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)振動值升高有助于減少機(jī)器損壞和避免故障。振動傳感器在能源、化工、汽車、冶金、機(jī)器制造、軍工和科研教學(xué)等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。不同行業(yè)，每種設(shè)備都有其振動標(biāo)準(zhǔn),超過標(biāo)準(zhǔn)表明機(jī)器出現(xiàn)或者將要出現(xiàn)故障,如同監(jiān)測人的心電圖一樣，通過獲得設(shè)備振動的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和大數(shù)據(jù)建模，從而及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)測設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控以及執(zhí)行預(yù)防性維護(hù)。

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所處階段與維護(hù)手段

振動測量得到的大量原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過各種處理，才能作為工程設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)。測試的原始記錄是物理量的時間歷程，通過直觀分析可將數(shù)據(jù)分為瞬態(tài)的、周期的、隨機(jī)的3種，然后在時域、頻域和幅域中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和譜分析等，從而得到表征響應(yīng)特征的各種信息。振動傳感器輸出的3個核心指標(biāo)：加速度峰值（m/s^2）、 速度RMS值（振動烈度）（mm/s）和位移峰峰值（um）。

加速度時域圖

l 振動傳感器的安裝

以泵、電機(jī)為例，振動測點(diǎn)位置應(yīng)選在振動能量向彈性基礎(chǔ)或其他部件進(jìn)行傳遞的位置。離心泵的測點(diǎn)一般選在泵自由端的軸承徑向、動力輸入端軸承徑向，電機(jī)動力輸出端軸承徑向、動力自由端軸承徑向，每一級葉輪殼體外部，如下圖所示。

測點(diǎn)

1：泵自由端   2：泵輸入端   3：電機(jī)輸入端   4：電機(jī)自由端   5-9：葉輪

l 振動監(jiān)測的發(fā)展趨勢

旋轉(zhuǎn)類設(shè)備振動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用行業(yè)非常廣泛，已經(jīng)在石油、化工、鋼鐵、造紙等行業(yè)得到普遍的應(yīng)用，主要以手持式人工點(diǎn)檢設(shè)備為主，現(xiàn)有的大部分在線監(jiān)測系統(tǒng)由于部署繁瑣，部署成本居高不下，主要應(yīng)用在設(shè)備價格昂貴、維修費(fèi)用高、維修周期長、停機(jī)影響大的工業(yè)現(xiàn)場的核心設(shè)備和區(qū)域。對于工廠內(nèi)使用最廣范的輔機(jī)，如電機(jī)、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、水泵、減速機(jī)等非關(guān)鍵工藝和流程節(jié)點(diǎn)上的設(shè)備絕大部分尚沒有使用到在線監(jiān)測系統(tǒng)。

新型的智能振動傳感和端云統(tǒng)籌結(jié)合的監(jiān)測系統(tǒng)將有助于顯著降低設(shè)備在線監(jiān)測的部署成本、使用成本和維護(hù)成本，必將迎來巨大的增量市場，目前很多設(shè)備制造商也在積極推進(jìn)將設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測用的振動傳感器作為出廠設(shè)備的選配或標(biāo)配。

振動監(jiān)測主要應(yīng)用行業(yè)

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