La manutenzione è il processo che garantisce che i beni fisici continuino a svolgere le attività previste. Il processo decisionale sulla manutenzione comporta la valutazione e la selezione della strategia di manutenzione più efficiente, come la manutenzione reattiva, preventiva e predittiva (di cui abbiamo parlato nella sezione 1 del white paper Manutenzione predittiva (Manutenzione smart e riparazione); Cliccare qui per altre informazioni). L’adozione di una politica di manutenzione inefficiente danneggia l’azienda ben oltre i costi diretti dei guasti alle apparecchiature. È fondamentale che le aziende scelgano la strategia di manutenzione più adatta per risparmiare denaro e ridurre i tempi di fermo. Questo blog tratta di come passare dalla manutenzione tradizionale alla manutenzione basata sulle condizioni (CdM) e alla manutenzione predittiva (PdM).

La manutenzione tradizionale e il passaggio alla Condition Monitoring Maintenance (CdM):

La prassi della manutenzione tradizionale si basa sull’uso di programmi di manutenzione programmata. Essi consistono in una manutenzione programmata regolarmente e in una manutenzione reattiva in base alle necessità. Ciò implica che quando i componenti si guastano o si usurano, l’apparecchiatura viene rimossa dal ciclo produttivo fino alla sua riparazione. Il concetto di manutenzione programmata comprende l’idea che ogni parte di una macchina complessa abbia una “età giusta”. L’età giusta è quella in cui un componente specifico deve essere sostituito per continuare a funzionare in modo affidabile e sicuro. La manutenzione programmata è interconnessa con i guasti funzionali delle apparecchiature, le conseguenze dei guasti, le modalità di guasto e gli effetti dei guasti.

Le strategie di manutenzione tradizionali sono insufficienti per soddisfare i requisiti industriali moderni. Il concetto di manutenzione si è evoluto da un atteggiamento reattivo (intervento di manutenzione dopo un guasto) a un atteggiamento predittivo (intervento di manutenzione per prevenire il guasto). Per supportare questo risultato sono stati sviluppati strategie e concetti come la manutenzione su base condizionale (CbM).

La CbM è diversa dalla manutenzione basata sulla programmazione. La differenza sta nel fatto che la manutenzione dipende dalle condizioni effettive della macchina e non da un programma prestabilito. Ad esempio, una strategia tipica di manutenzione incentrata sui programmi richiede ai proprietari di automobili di cambiare l’olio del motore ogni 3.000-5.000 chilometri. Le condizioni effettive del veicolo o le prestazioni funzionali dell’olio vengono ignorate. Al contrario, se il conducente dispone di un metodo per conoscere la lubrificazione dell’olio e lo stato effettivo del veicolo, può scegliere di posticipare il cambio dell’olio o di prolungare l’utilizzo del veicolo. Il cambio dell’olio può anche essere posticipato, se necessario.

La Figura 1 illustra la strategia di manutenzione complessiva. I programmi di supporto sono inclusi nella figura. La strategia è una fusione di programmi di manutenzione preventiva e reattiva. (Approccio di manutenzione tradizionale).

Diagramma di flusso della manutenzione
Figura1: Diagramma di flusso della strategia di manutenzione.

Manutenzione con monitoraggio delle condizioni (CdM):

Questa strategia di manutenzione prevede l’uso di sensori. Questi sensori misurano lo stato di un bene nel tempo, mentre il bene è in funzione. Le condizioni meccaniche e operative sono monitorate nell’ambito di tale strategia, sia in tempo reale (alias “monitoraggio delle condizioni in tempo reale”) che periodicamente. La Figura 2 illustra il CdM, che può essere eseguito con diversi approcci. Il monitoraggio periodico viene condotto a intervalli prestabiliti, ad esempio a ore alterne, con l’ausilio di indicatori portatili come strumenti di misura portatili e unità di emissione acustica. Nel monitoraggio on-line (o in tempo reale), una macchina viene monitorata continuamente e un allarme viene attivato quando viene rilevato un errore. Tale monitoraggio avviene tramite sensori e dati di processo.

Approcci diversi al monitoraggio delle condizioni
Figura2: Approcci diversi al monitoraggio delle condizioni

A ogni variabile monitorata è assegnata una soglia di allarme. L’allarme viene inviato quando il valore di una variabile supera la soglia. La parte problematica viene identificata e programmata per essere sottoposta a manutenzione. Le tecniche di CdM continuo possono essere utilizzate su varie apparecchiature, tra cui compressori, pompe, mandrini e motori. Possono anche essere applicate per rilevare scarichi parziali su macchine o perdite di vuoto.

L’ipotesi alla base della manutenzione programmata è che i guasti alle macchine siano direttamente collegati all’età della macchina operativa, ma non sempre è così. I guasti non sono sempre di natura lineare. Gli studi indicano che l’89% dei problemi è casuale e non ha una relazione diretta con l’età operativa. La Tabella 1 mostra alcuni esempi di guasto noti insieme alla loro probabilità condizionale (asse Y) rispetto al tempo (asse X).

Curve di probabilità condizionata di guasto
Tabella 1: Curve di probabilità condizionata di guasto

Gli oggetti complessi presentano abitualmente una certa mortalità prematura. Per le parti che sopravvivono al periodo iniziale, la probabilità di guasto rimane costante o aumenta gradualmente. Le parti si consumano a causa dell’età. Se si tiene conto di questo fatto, la probabilità di un potenziale guasto è maggiore, indipendentemente dalla manutenzione programmata. È altamente probabile che il sistema si guasti subito dopo una manutenzione programmata. Pertanto, la manutenzione preventiva impone costi di riparazione aggiuntivi. La CdM riduce tali costi aggiuntivi programmando la manutenzione se e solo quando viene identificato un probabile sintomo di guasto.

Differenza tra manutenzione preventiva e condizionata
Figura 3: Differenza tra manutenzione preventiva e condizionata

Tre importanti miglioramenti tecnologici consentono una soluzione di Condition-Monitoring Maintenance Management (CBMM): Monitoraggio remoto dei sensori e acquisizione dei dati, elaborazione del flusso di dati dei sensori in tempo reale e analisi predittiva rispetto a una soluzione di manutenzione tradizionale.Tre importanti miglioramenti tecnologici consentono una soluzione di Condition-Monitoring Maintenance Management (CBMM): Monitoraggio remoto dei sensori e acquisizione dei dati, elaborazione del flusso di dati dei sensori in tempo reale e analisi predittiva rispetto a una soluzione di manutenzione tradizionale.

La CdM è un approccio economico, anche se gli approcci CdM sofisticati possono essere costosi. È una soluzione eccellente quando gli indicatori noti forniscono un avviso affidabile di guasto imminente e il costo del guasto può avere un impatto moderato sulle finanze dell’organizzazione. Pertanto, la CdM è necessaria per qualsiasi industria che utilizzi macchinari da semplici a complessi. Allora, perché è stata sostituita dalla PdM?

La PdM prevede i guasti. Per farlo, cerca di imparare dalle prestazioni della macchina. La PdM utilizza i dati raccolti attraverso la CdM e poi applica l’analisi o l’IA/apprendimento automatico per scoprire i modelli e prevedere i guasti prima che si verifichino. Questa tecnica è una soluzione adatta a potenziali guasti costosi e ad asset critici. La differenza principale tra PdM e CdM è la tempistica. La CdM si concentra sulle condizioni in tempo reale, mentre la PdM si concentra sul rilevamento dei difetti nella loro fase iniziale (60 o 90 giorni prima).

Come passare alla Manutenzione Predittiva (PdM) dalla Manutenzione con Monitoraggio delle Condizioni (CdM):

Prima di decidere di passare dalla Manutenzione con Monitoraggio delle Condizioni (CdM) alla Manutenzione Predittiva (PdM), è necessario valutare gli attributi unici degli asset della propria organizzazione. Valutare tutti i compromessi reali e potenziali tra il costo della prevenzione (rilevamento di un possibile guasto) e il costo della riparazione/guasto prima di scegliere l’approccio migliore. Tecniche avanzate come la CdM e l’analisi predittiva sono le migliori quando il costo della riparazione o del guasto è elevato. La Figura 4 mostra come selezionare una strategia di manutenzione secondo il tipo di asset della macchina.

Selezionare una strategia di manutenzione
Figura 4: Selezionare una strategia di manutenzione secondo il tipo di asset della macchina

La CdM è stata adottata per la prima volta negli anni ‘80 e migliorata gradualmente con diverse versioni di CdM che si sono diffuse nei vari settori industriali, fino a quando il processo si è trasformato in PdM, come spiegato nei paragrafi seguenti.

Monitoraggio delle condizioni 1.0:

In un ambiente industriale, il Legacy CdM (anni ‘80) include indicatori di ritardo come la bassa pressione dell’olio lubrificante, l'alta temperatura e la pressione di scarico irregolare della pompa. Una condizione di allarme su tali misure implica un guasto in corso o un guasto già avvenuto. Pertanto, un allarme richiede una risposta tempestiva. L’indicatore non vi darà il tempo sufficiente per pianificare. Alla produzione manca il tempo di pianificazione e alla manutenzione manca il tempo necessario per assemblare le parti, le competenze e gli strumenti giusti.

Monitoraggio delle condizioni 2.0:

Il CdM 2.0 (anni ‘90-2000) ha migliorato notevolmente l’identificazione dei difetti. L’utilizzo di azionamenti a velocità variabile per incrementare l’efficienza del consumo di energia elettrica ha aumentato la potenza, la corrente del motore e la velocità. Questo miglioramento è stato possibile grazie alla riduzione dei costi, ai miglioramenti dell’infrastruttura dei sistemi IO, alla maggiore affidabilità e alla facilità di montaggio magnetico dei sensori. Il CdM 2.0 comprende la corrente del motore, la temperatura dei cuscinetti, la velocità, la potenza e la vibrazione complessiva. Una variazione in una qualsiasi delle misure sopra menzionate indica un guasto imminente della pompa o del sistema di pompaggio in questione.

È possibile utilizzare queste misure per diagnosticare i problemi con successo. Tuttavia, i problemi si presentano quando si cerca di impostare le soglie di allarme per la segnalazione automatica. Gli allarmi di disturbo si verificano con fastidiosa regolarità a causa della natura variabile della ricetta del prodotto, del processo o della stagione. La chiarezza e la semplicità dell’approccio sono quindi compromesse, e per avere successo è necessario disporre di competenze interne o di terzi. La variazione della corrente, della pressione e del flusso del motore in base alle condizioni del processo richiede un’analisi intelligente o umana per identificare un’anomalia o un guasto nelle misure che variano continuamente.

È possibile identificare condizioni preesistenti se si utilizza Overall-Vibration con la conoscenza degli standard di allarme ISO 10186. In generale, le vibrazioni possono rilevare le modalità di guasto. Un chiarimento delle modalità di guasto può aiutare a spiegare gli errori che si sono verificati.

L’Overall Vibration è una misura diretta per rilevare e monitorare lo squilibrio, l’allentamento e il disallineamento di un impianto rotante. Le unità di misura delle vibrazioni complessive sono i pollici al secondo - picco, una misura di velocità. È possibile utilizzare un acceleratore per calcolare la vibrazione complessiva da una lettura dell’accelerazione. La norma ISO 10816 definisce le modalità di misurazione e stabilisce anche le soglie di allarme.

È discutibile se, nel complesso, sia predittiva. Poiché il difetto o il problema esiste già, la vibrazione complessiva è un indicatore in ritardo. Tuttavia, le operazioni e la manutenzione hanno tempo sufficiente per risolvere la situazione nella fase emergente. Queste riparazioni tempestive comportano costi minimi, mentre possono verificarsi ulteriori danni collaterali - e costi di riparazione più elevati - se si attende un periodo più lungo.

Monitoraggio delle Condizioni 3.0 come manutenzione preventiva:

Il CdM 3.0 è la versione del PdM adottato negli anni 2010. Con l’introduzione dell'Industria 4.0, le misurazioni dell’Industrial Internet of Things (IIoT) per il PdM sono simili a “indicatori anticipatori e ritardatari”. Il monitoraggio può essere buono ma ancora in ritardo o basato sulle condizioni. Per alcuni, il PdM si identifica con tecnologie come la termografia a infrarossi (IR), gli ultrasuoni, l’analisi dello spettro delle vibrazioni, i test di scarica parziale e i percorsi mensili delle vibrazioni da parte di professionisti esperti e formati.

L'introduzione dell’IIoT ha portato all’emergere dell’elaborazione, della comunicazione, dell’archiviazione, dell’allerta e della traduzione intelligenti. Questa nuova intelligenza si rivolge a modalità di guasto come il rilevamento anticipato di 60 e 90 giorni di difetti di lubrificazione, guasti alle tenute delle pompe, guasti ai cuscinetti e cavitazione.

Queste modalità di guasto sono importanti perché diversi studi di settore ammettono che la lubrificazione è causa di guasti in ben l'80% degli impianti rotanti. Nella CdM 3.0, la vibrazione complessiva in combinazione con gli ultrasuoni o l’alta frequenza offre l’opportunità di realizzare una manutenzione “predittiva”. Questo scenario prevede che una condizione di guasto venga identificata con 60 o 90 giorni di anticipo, consentendo alla manutenzione e alle operazioni di pianificare e programmare una riparazione con le parti, le competenze e gli strumenti corretti al momento giusto.

Come funziona la manutenzione predittiva:

Impostazione della linea di base per la misurazione: Il team di manutenzione definisce le soglie per le prestazioni accettabili degli asset.

Installazione di sensori interconnessi: (Dispositivi IoT): )Gli asset selezionati per il monitoraggio necessitano di sensori ad alta sensibilità. Questi sensori possono trasmettere dati in tempo reale per la CdM. I dispositivi IoT e il sistema computerizzato di gestione della manutenzione (CMMS) sono interconnessi.

Elaborazione e analisi dei dati: Il CMMS, se abilitato all'apprendimento automatico (ML), può prevedere potenziali problemi, analizzare i dati raccolti e studiare i modelli.

Programmazione manuale o automatizzata della manutenzione: Il CMMS può includere decisioni sulla manutenzione. Tali decisioni possono essere manuali o automatizzate. Le attività di manutenzione automatizzate iniziano subito con la previsione di un problema, creando un ciclo di manutenzione automatico e senza interruzioni.

I risparmi sui costi derivanti dalla PdM sono superiori dell’8-12% rispetto alla manutenzione delle condizioni e del 30-40% rispetto alla manutenzione reattiva. È chiaro che la PdM consente alle industrie di prevedere i potenziali problemi per eseguire una manutenzione proattiva e il ROI della PdM è positivo.

Farnell element14 offre una piattaforma unica per i componenti chiave necessari a fornire un monitoraggio intelligente e reale, con i partner che forniscono i prodotti aggiuntivi necessari per soluzioni complete. Alcune delle categorie di prodotti per la Manutenzione predittiva sono Attrezzature per test,Kit di sviluppo,Prodotti di protezione ESD,Attrezzature test elettrici,Immagini termiche, e Sicurezza della macchina;questi prodotti e il relativo ecosistema di partner consentono di effettuare la manutenzione predittiva in un’ampia gamma di applicazioni nelle industrie e negli impianti intelligenti per migliorare l’affidabilità e le operazioni.

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