I tecnici della produzione e della manutenzione cercano costantemente di massimizzare le prestazioni delle loro macchine e di ridurre al minimo i tempi di fermo. La manutenzione predittiva è sempre più utilizzata per raggiungere questi obiettivi. Poiché le vibrazioni nelle apparecchiature possono indicare problemi, la raccolta di dati sulle vibrazioni è fondamentale per questo approccio.

L'analisi delle vibrazioni consente agli ingegneri di valutare le condizioni di dispositivi come pompe e motori. Raccogliendo continuamente dati sulle vibrazioni, possono prevedere quando le apparecchiature hanno bisogno di manutenzione. I dati sulle vibrazioni sono facili da raccogliere e sono molto efficaci per identificare i problemi nelle apparecchiature che utilizzano motori.

Che cos'è la manutenzione predittiva?

La manutenzione predittiva ha lo scopo di valutare le condizioni di un'apparecchiatura e determinare quando è necessario eseguire le attività di manutenzione. Lo stato delle apparecchiature viene valutato mediante un monitoraggio periodico o continuo delle condizioni, basato su tecniche non distruttive come l'analisi acustica, a infrarossi e delle vibrazioni.

L'aspetto predittivo del metodo riflette l'obiettivo di prevedere come le condizioni del dispositivo cambieranno nel tempo, sulla base di tecniche statistiche. L'obiettivo è quello di effettuare la manutenzione dell'impianto nel momento più conveniente per garantire che continui a funzionare come richiesto, riducendo al minimo le interruzioni della produzione.

In quanto tale, la manutenzione predittiva è un processo di manutenzione basato sulle condizioni. Questo rispetto alla manutenzione preventiva, un metodo basato invece sul tempo, dettato da intervalli di manutenzione prestabiliti che prestano poca attenzione all'effettivo stato di salute della macchina. Poiché queste attività di manutenzione non si allineano necessariamente con i programmi di produzione, possono essere fonte di disturbo e quindi causare perdite.

Completando la manutenzione preventiva secondo un programma fisso, si corre anche il rischio di sostituire i componenti prima del necessario, con conseguenti costi aggiuntivi. Lavorare su una macchina inutilmente può anche causare problemi a causa del pericolo che le parti non vengano sostituite correttamente o che i componenti si disallineino. Sebbene la manutenzione preventiva possa essere più facile da pianificare, può anche portare a più sprechi tempo, ricambi e denaro rispetto a quanto necessario.

I vantaggi della manutenzione predittiva

Molti settori, come quello alimentare e delle bevande e quello del trattamento dell’acqua e delle acque reflue, si affidano al funzionamento continuo di risorse critiche come motori e pompe. Questi dispositivi devono funzionare per garantire che i clienti ottengano i prodotti alimentari o i servizi di approvvigionamento idrico richiesti. Eventuali mancate forniture possono portare queste aziende a subire sanzioni finanziarie o legali.

Un programma di manutenzione predittiva cerca di evitare queste conseguenze, eliminando i guasti imprevisti e quindi i tempi di inattività non pianificati. Quando i tempi di inattività non sono pianificati, le persone e le risorse vengono utilizzate in una "modalità di emergenza", con conseguenti inefficienze. I tecnici della manutenzione si dedicano alla riparazione dell'asset guasto e non sono disponibili per effettuare la manutenzione programmata su altre macchine.

Se non ci si aspettava un guasto dell'asset, potrebbero non esservi ricambi per i componenti della macchina in questione. Sebbene esistano fornitori in grado di fornire rapidamente i pezzi di ricambio, come Farnell, questo comporta inevitabili ritardi nella rimessa in funzione della macchina. Al contrario, un'azienda potrebbe avere troppi pezzi di ricambio in magazzino per alcune macchine, impegnando inutilmente il capitale circolante.

La manutenzione predittiva fornisce indicazioni su quale macchina e quale componente della macchina è più probabile che si guasti e quando. In questo modo, il personale addetto alla manutenzione può indagare più efficacemente sulle condizioni della macchina, programmare le attività di manutenzione in modo da rispettare i programmi di produzione ed eseguire le riparazioni prima che tale guasto si verifichi.

Un programma di manutenzione predittiva condotto correttamente riduce drasticamente o addirittura elimina i tempi di inattività non pianificati causati da guasti alle macchine. Contribuirà inoltre a migliorare l'utilizzo della forza lavoro, consentendo di programmare i compiti in modo più razionale ed efficace. Uno dei principali vantaggi è l'aumento della capacità produttiva che si può ottenere. Ad esempio, se una macchina viene messa fuori servizio solo quando è assolutamente necessario, anziché secondo i diktat di un programma prestabilito, il tempo disponibile per svolgere lavori utili aumenta.

Allo stesso modo, abbandonare la manutenzione preventiva per passare a una cultura della manutenzione predittiva può aiutare a eliminare le attività di routine che non aggiungono valore, riducendo i costi complessivi della manutenzione. Grazie a una migliore conoscenza delle condizioni effettive della macchina, è possibile sottoporla a una manutenzione adeguata, aumentandone la durata.

Questi vantaggi possono essere molto significativi. In Plant Engineer's Handbook, R. Keith Mobley (2001) cita numerosi vantaggi della manutenzione predittiva, tra cui:

  • Costi di manutenzione - ridotti del 50%
  • Avarie impreviste - ridotte del 55%
  • Tempi di riparazione e revisione - ridotti del 60%
  • Inventario ricambi - ridotto del 30%
  • Tempo medio tra i guasti (MTBF) - aumentato del 30%
  • Tempo di attività - aumentato del 30%

Per un tipico impianto di produzione, una riduzione del 10% dei costi di manutenzione può produrre lo stesso beneficio finanziario di un aumento del 40% delle vendite.

L’importanza dell'analisi delle vibrazioni nella manutenzione predittiva

L'analisi delle vibrazioni per la manutenzione predittiva monitora le vibrazioni di macchine come i motori. Analizzando queste vibrazioni, gli ingegneri possono conoscere le condizioni della macchina e prevedere quando potrebbe guastarsi. Ciò consente di effettuare la manutenzione per prevenire eventuali guasti e prolungare la vita utile della macchina.

Alcuni settori industriali dipendono in modo particolare dai macchinari rotanti e dalle apparecchiature che li azionano, come pompe e compressori. L'industria alimentare e delle bevande, ad esempio, utilizza molti compressori, refrigeratori e pompe durante la lavorazione.

Il settore idrico deve evitare i tempi di fermo delle pompe per mantenere la qualità dell'acqua e fornire una pressione adeguata ai clienti. Gli impianti petroliferi e del gas utilizzano molti motori, che devono essere affidabili per consentire all'azienda di rispettare gli impegni di fornitura.

Poiché i componenti rotanti sono fondamentali per molti tipi di apparecchiature industriali e spesso fanno parte di processi a collo di bottiglia che non possono essere evitati, i motori sono spesso la causa di fermi macchina non pianificati dovuti a guasti, se non vengono sottoposti a una corretta manutenzione.

Tra le cause principali di questi guasti ci sono l'usura e il disallineamento di componenti come i supporti dei cuscinetti, le ruote dentate e gli alberi. Quando questi componenti si muovono, la mancanza di lubrificazione può farli urtare l'uno contro l'altro anziché farli scorrere agevolmente, provocando danni che portano a vibrazioni consistenti o insolite. Ad esempio, un supporto per cuscinetto a rulli che presenta dei solchi può creare un movimento ogni volta che il cuscinetto passa sull'area danneggiata. Se non controllate, queste vibrazioni possono portare a ulteriori danni e infine a un guasto.

Analizzare e conoscere queste vibrazioni oltre a comprendere cosa significhino per le prestazioni e la salute futura del motore sono la base della manutenzione predittiva.

Oltre che per i motori, l'analisi delle vibrazioni può essere utilizzata per monitorare altre parti di un processo, di una macchina o di un sistema di azionamento, compresi i cuscinetti dei nastri trasportatori, le scatole degli ingranaggi, gli alberi di trasmissione e le ruote libere. Il monitoraggio delle vibrazioni viene utilizzato anche per monitorare la salute strutturale e la sicurezza di beni infrastrutturali come ponti, tubature e pale di turbine.

Oltre all'analisi delle vibrazioni, esistono diverse altre opzioni per monitorare la salute del motore. Uno dei metodi più importanti è “l'analisi della firma della corrente del motore” (Motor Current Signature Analysis , MCSA). La tecnica rileva un segnale elettrico con componenti di corrente. I segnali di corrente vengono elaborati per ottenere uno spettro di frequenza del motore. In caso di guasto, questo spettro di frequenza differisce da quello del motore sano.

La MCSA può essere utilizzata per diagnosticare diversi tipi di guasti del motore, tra cui quelli ai cuscinetti e le rotture delle barre del rotore, nonché i vuoti d'aria inconsistenti tra il rotore e lo statore.

Nonostante l'utilità della MCSA, i sistemi di analisi continua delle vibrazioni che utilizzano sensori fissi sono più facili da implementare e utilizzare. Possono essere utilizzati facilmente da personale non addestrato, offrono alla manutenzione più tempo per la pianificazione e possono essere integrati con i sistemi di automazione industriale.

I dati dell'analisi delle vibrazioni sono fondamentali per la manutenzione predittiva. I dati sulle vibrazioni possono essere analizzati con varie tecniche per fornire diverse informazioni sulle condizioni del motore. Ad esempio, l'analisi nel dominio del tempo esamina metriche quali l'accelerazione RMS, il fattore di cresta, la velocità RMS e lo spostamento RMS. L'accelerazione RMS è una metrica diffusa e utile per il monitoraggio della salute delle vibrazioni, mentre un fattore di cresta in aumento può indicare un guasto al cuscinetto.

La velocità RMS è la principale metrica tracciata nel tempo per monitorare la salute delle vibrazioni e informare i programmi di manutenzione predittiva. Lo spostamento RMS è utile per valutare le apparecchiature rotanti, poiché gli alberi sbilanciati e altri componenti possono causare spostamenti significativi.

Per analizzare le numerose frequenze di vibrazione che un motore o un'altra macchina può presentare, si utilizza l'algoritmo della trasformata di Fourier veloce (FFT). La tecnica decompone il segnale in tutte le sue frequenze costitutive, convertendolo dal dominio del tempo a quello della frequenza. In questo modo si ottiene una comprensione più approfondita del profilo di vibrazione e quindi maggiori indizi sulle condizioni del sistema in esame; infatti, la maggior parte dell'analisi delle vibrazioni viene effettuata nel dominio della frequenza.

Utilizzo dell'analisi delle vibrazioni nella manutenzione predittiva

L'acquisizione dei dati sulle vibrazioni e l'utilizzo di tecniche matematiche per analizzarli e ottenere informazioni sullo stato di salute del motore o di altri componenti del sistema sono solo le prime fasi. Un programma di manutenzione predittiva pienamente operativo e utile richiede che queste attività siano integrate in uno schema di gestione in grado di utilizzare efficacemente queste informazioni.

Questo è il ruolo di un sistema computerizzato di gestione della manutenzione (CMMS). Si tratta di un pacchetto software che gestisce un database che tiene traccia delle operazioni di manutenzione. In quanto tale, aiuta l'azienda a organizzare efficacemente le attività di manutenzione per raggiungere gli obiettivi di massima produttività della macchina, prolungarne la vita utile e ridurne i costi. A tal fine, aiuta gli addetti alla manutenzione a tenere traccia di quali macchine hanno bisogno di interventi di manutenzione e di dove si trovano gli strumenti, le apparecchiature di misurazione e i ricambi.

Inoltre, aiuta i responsabili della manutenzione a calcolare i costi di riparazione di una macchina in seguito a un guasto rispetto alla manutenzione preventiva, consentendo un uso più efficace delle risorse. Un CMMS registra anche i dati per tenere traccia delle mansioni assegnate e completate.

Un esempio di CMMS è il software eMaint di Fluke Reliability. eMaint è una potente piattaforma per l'affidabilità degli asset che aiuta le organizzazioni ad aumentare i tempi di attività attraverso la facile integrazione di strumenti e software di manutenzione.

Con eMaint, gli utenti possono stabilire gerarchie degli asset, tracciarne la cronologia della manutenzione e stabilire le priorità di lavoro. Su questa base, la soluzione può essere utilizzata per assegnare ordini e generare richieste di lavoro.

Integrandosi con strumenti di monitoraggio delle condizioni, come i sensori di vibrazione, eMaint può essere utilizzato per definire i limiti di funzionamento delle apparecchiature, importare letture da strumenti e sensori e visualizzare i grafici dei risultati. Dashboard e report consentono ai tecnici della manutenzione di analizzare le tendenze e prendere decisioni basate sui dati. La manutenzione predittiva è resa possibile anche dalla capacità della soluzione di visualizzare facilmente i dati degli asset in modi diversi, come schemi o una mappa del sito.

La gestione e il monitoraggio dei pezzi di ricambio, l'assegnazione di attività di manutenzione predittiva, il monitoraggio delle ispezioni e l'accesso su dispositivi mobili sono tutte funzionalità offerte da eMaint.

I sensori di vibrazione, come l'ampia gamma disponibile da Farnell e un pacchetto CMMS di eMaint, formano una soluzione completa di manutenzione predittiva, che aiuta le aziende a proteggere i loro asset garantendo la massima produttività ed efficienza.

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