진동 모니터링:하이브리드 접근 방식

분기별 또는 월별 경로 기반 진동 모니터링 프로그램이 있지만 여전히 실패를 경험하고 있습니다. 문제는 경로 기반 모니터링이 즉각적인 판독만 제공한다는 것입니다. 많은 자산의 경우 문제가 경고 없이 빠르고 자주 발생할 수 있습니다.

이것의 대표적인 예는 베어링 케이지 결함입니다. 케이지 결함은 일주일 또는 며칠 만에 첫 번째 표시에서 완전한 베어링 결함으로 진행될 수 있으며, 타이밍에 따라 경로 기반 모니터링이 이를 포착하지 못할 수도 있습니다. 한 가지 가능성은 지속적인 진동 모니터링으로 전환하는 것입니다. 불행히도 완전한 연속 진동 모니터링 프로그램을 구현하는 것은 어려울 수 있으며 일부 자산의 경우 과도할 수 있습니다. 무엇을 할 수 있나요?

솔루션은 지속적인 진동 모니터링과 주기적 경로 기반 모니터링을 모두 통합하는 하이브리드 접근 방식을 적용하는 것입니다. 자산 유형에 맞는 도구를 사용하십시오. 환기 또는 냉각 팬과 같은 중요한 프로세스 병목 현상 및 안전 관련 자산은 지속적인 모니터링에 이상적이며(그림 1 참조), 저위험 또는 저속 자산은 경로 기반 모니터링에 가장 적합합니다. 이 하이브리드 접근 방식은 큰 비용을 들이지 않고 완벽한 것이 선의 적으로 남지 않도록 유지 관리 프로그램을 개선하는 효율적인 방법입니다.

그림 1:Dynapar OnSite™ 온라인 상태 모니터링 시스템으로 측정한 베어링의 기준 진동 스펙트럼(왼쪽)은 기본 회전 주파수(빨간색 점)에서 가장 높은 진폭을 보여줍니다. 베어링 결함(오른쪽)이 발생한 후 찍은 스펙트럼에서 기본 주파수의 진폭은 2X 및 3X 고조파가 증가함에도 불구하고 감소했습니다(빨간색 점). 고차 고조파는 베어링 느슨함과 관련이 있습니다.

찬반 양론 균형

엔지니어링에 한 가지 진실이 있다면, 완벽한 솔루션은 없으며 주어진 문제에 대한 최선의 접근 방식만 있다는 것입니다. 하이브리드 모니터링 프로그램을 수립하는 것은 두 가지 접근 방식의 장단점을 이해하는 것으로 시작됩니다.

경로 기반 모니터링에는 자산의 이력에 의해 결정되거나 예방적 유지보수 일정에서 추정된 간격으로 수동 판독값을 취하는 것이 포함됩니다. 많은 수의 포인트를 모니터링하는 좋은 방법입니다. 단점으로 모니터링 도구는 상당한 투자를 의미합니다. 정확한 판독값을 얻으려면 사내이든 타사이든 훈련된 기술자가 필요합니다.

데이터는 일반적으로 로컬에 저장 및 관리되며 시간이 지남에 따라 볼륨이 상당히 증가합니다. 마지막으로, 판독값의 분석 및 해석에는 직원 엔지니어 교육, 숙련된 기술자 고용 또는 타사 신뢰성 서비스와의 협력과 관련하여 비용이 드는 전문 지식이 필요합니다.

지속적인 온라인 진동 분석은 장비에 설치된 네트워크 센서를 사용하여 데이터를 수집하고 분석 및 경고를 위해 로컬 서버 또는 클라우드로 전달합니다. 판독 빈도는 지속적인 온라인 진동 모니터링을 빠르게 발전하는 결함을 감지하는 데 매우 효과적으로 만듭니다. 장비는 전통적으로 고가였지만 예산 친화적인 차세대 클라우드 기반 상태 모니터링 시스템은 이 기술을 보다 광범위한 자산에 실용적으로 만들고 있습니다.

항상 그렇듯이 절충안이 있습니다. 개별 간격으로 적용하더라도 지속적인 온라인 상태 모니터링은 방대한 양의 데이터를 생성합니다. 그러나 대부분의 경우 해당 데이터는 저장을 위해 클라우드로 포팅됩니다. 사용자 친화적인 클라우드 기반 소프트웨어는 데이터에 대해 사전 구성된 분석을 자동으로 실행하여 센서 출력을 실행 가능한 정보로 변환하는 데 필요한 전문 지식의 양을 줄이는 데 사용할 수 있습니다.

올바른 자산을 위한 올바른 도구

주어진 자산에 대한 이상적인 모니터링 접근 방식은 계획되지 않은 다운타임을 방지하기 위해 주파수가 제때 문제를 발견할 가능성과 모니터링 비용의 균형을 성공적으로 유지합니다. 모니터링 방식을 선택하기 위해 실패로 인한 위험을 고려하십시오. 여기에는 오류 발생 위험이 포함됩니다. 해당 실패 기간; 인간 안전, 환경 안전 및 전체 생산 측면에서 실패의 영향. 마지막으로 수동 판독 및 수리를 위한 자산의 접근성을 고려하십시오.

이러한 요소를 표로 만든 후에는 해당 애플리케이션에 가장 적합한 모니터링 방식에 애플리케이션을 연결하십시오.

다음 자산은 진동 경로 기반 모니터링에 적합합니다.

안정 자산: MTBF(평균 고장 간격)가 1년 이상인 자산은 월별 또는 분기별로 경로 기반 모니터링을 사용하여 매우 효과적으로 추적할 수 있습니다. 이러한 유형의 자산에 대해 지속적으로 데이터를 수집하기 위해 시스템에 투자하는 것은 과도합니다. 지속적인 온라인 모니터링은 경로 기반 기술에 비해 가동 시간을 크게 늘리지 않습니다. 그러면 캡처, 분석 및 저장해야 하는 "괜찮습니다" 데이터의 양이 늘어날 것입니다.

저위험 자산: 자산에 직접 대기 장치, 신속하게 설치할 수 있는 예비 재고가 있거나 시설 및/또는 운영의 전체 생산성에 영향을 미칠 가능성이 없는 경우 해당 자산은 위험이 낮은 위험으로 간주될 수 있습니다. 이러한 자산은 경로 기반 모니터링에 적합한 후보입니다.

저속 자산: 경로 기반 모니터링은 저속 회전 자산에 매우 효과적입니다. 대부분의 연속 모니터링 시스템은 진동 스펙트럼에서 상당한 저주파 및 고주파 롤오프가 있습니다. 이는 약 600RPM 미만의 속도로 작동하는 자산의 효율성을 제한합니다.

응용 프로그램의 경우 아침 시리얼 토스트에서 자동차 페인트 경화에 이르기까지 모든 것에 사용되는 산업용 오븐을 찾으십시오. 이러한 오븐의 컨베이어에 전원을 공급하는 모터는 무거운 하중을 운반하면서 25RPM으로 작동하여 상당한 스트레스에 노출될 수 있습니다. 경로 기반 모니터링은 진동뿐만 아니라 다른 프로세스 변수에 대한 효과적인 모니터링을 제공하여 자산의 전반적인 상태에 대한 더 큰 통찰력을 제공합니다.

다음 자산 클래스는 온라인 상태 모니터링을 사용하여 가장 잘 추적됩니다.

경로 기반 모니터링에도 불구하고 자주 실패하는 자산: 빠르게 발전하는 결함은 일반적으로 경로 기반 일정이 제공할 수 있는 것보다 더 자주 모니터링해야 합니다. 정기적인 수동 판독에도 불구하고 자산이 6개월 이하마다 고장나는 경우 지속적인 온라인 진동 모니터링을 고려하십시오. 경로 기반 접근 방식보다 더 나은 보호와 더 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.

중요 자산: 다른 작업에 병목 현상을 일으키는 자산은 지속적으로 모니터링해야 합니다. 예를 들어 전체 공정 라인의 관문 역할을 하는 컨베이어는 고장 비용이 높더라도 지속적인 작동을 보장하기 위해 모니터링되어야 합니다. 자산 비용은 그렇지 않더라도 중요한 것으로 간주되어야 합니다.

예를 들어, 주요 식품 생산업체의 가공 라인이 있는 100,000제곱피트의 생산 현장에는 단일 옥상 송풍기가 사용되었습니다. 실패하면 생산을 중단해야 했습니다. 간단한 수리 비용은 $120,000입니다. 치명적인 고장은 100만 달러를 초과할 수 있습니다. 자산의 중요한 특성을 감안할 때 정기적으로 모니터링해야 합니다. 눈, 얼음 및 기타 장애물로 인해 1년에 몇 번만 점검을 받았습니다.

결함 발생에 대한 사전 경고를 제공하기 위해 회사의 타사 신뢰성 서비스는 지속적인 온라인 진동 모니터를 설치했습니다. 이 장치는 10월 4일에 데이터를 수집하기 시작했습니다. 월 중순경에 베어링 중 하나에 대한 RMS 진동 추세 데이터 플롯이 상승하기 시작하여 베어링 결함을 나타냅니다(그림 2 참조). 협의 끝에 생산에 미치는 영향을 최소화하는 방식으로 수리 일정을 잡기 위해 자산을 모니터링하면서 운영을 계속하기로 결정했습니다.

11월 3일에 결함이 급격히 악화되었습니다. 시스템에서 경고를 보냈습니다. 팀은 데이터를 검토하고 교대 근무가 끝날 때까지 시스템을 면밀히 모니터링했습니다. 그 시점에서 문제가 들렸습니다. 기계를 끄고 밤새 수리했습니다. 지속적인 모니터링을 통해 치명적인 고장 비용을 피하면서 생산을 연장할 수 있었습니다.

그림 2:Dynapar 현장 상태 모니터링 시스템의 데이터는 결함이 처음 형성된 10월 24일에 RMS 진동 추세가 극적으로 증가한 것을 보여줍니다. 비판적이었습니다.

자산에 액세스하기 어려움: 지속적인 온라인 진동 모니터링은 수동 판독을 위해 액세스하기 어려운 자산에 대한 솔루션을 제공합니다. 최근의 예에서 제지 기계의 와인더 롤인은 일정한 속도 변화로 인해 베어링 고장이 자주 발생했습니다. 안전 문제로 인해 기계가 작동하는 동안 롤에 액세스할 수 없었기 때문에 경로 기반 모니터링을 사용할 수 없었습니다. 지속적인 속도 변화는 또한 단순한 진동 모니터링만으로는 충분하지 않다는 것을 의미했습니다.

이 회사는 클라우드 기반 데이터 저장 및 분석을 통해 지속적인 온라인 진동 모니터링 시스템을 설치했습니다. 웹 기반 분석은 시간 파형 데이터를 RMS 파형 및 진동 스펙트럼으로 변환했습니다. 인코더의 속도 판독값을 사용하여 자동화된 분석이 진동 데이터를 적절하게 확장했습니다.

1월 24일에 진동 수준으로 인해 경고가 발생했습니다. 지속적인 모니터링 시스템을 통해 공장은 베어링을 교체한 2월 5일까지 라인을 계속 가동할 수 있었습니다(그림 3 참조).

그림 3:와인더 롤 베어링 진동의 RMS 추세는 1월 24일(빨간색 화살표)에 결함(삽입)의 출현을 보여줍니다. 2월 5일 수리 후 진동 수준이 기준선으로 돌아왔습니다.

냉각탑 팬이나 엘리베이터 모터와 같은 자산에 접근하려면 특별한 안전 예방 조치(및 높이가 있는 편안함)가 필요할 수 있습니다. 또한 일부 자산은 공간이 협소하거나 여름에 인클로저가 최대 세 자릿수까지 가열되거나 자산에 액세스하려면 보호 가드를 제거해야 하기 때문에 모니터링하기가 어렵습니다.

안전 관련 자산: 고장이 즉각적인 부상이나 사망의 위험이 있는 자산은 지속적인 온라인 진동 모니터링으로 추적해야 합니다. 여기에는 고장이 인근 운영자에게 즉각적인 피해를 줄 수 있는 자산과 직원과 시설 전체에 위험한 상황을 초래할 수 있는 자산이 포함됩니다.

한 목재 제품 제조업체는 제조 시설에서 톱밥을 포집하는 데 사용되는 집진기의 높은 고장률을 겪고 있었습니다. 분진 포집은 안전에 매우 중요합니다. 톱밥이 공기 중으로 분산되면 Class 1/Division I 폭발 환경이 생성됩니다. 집진기가 다운되면 생산량도 감소합니다. 장애를 사전에 예방할 수 있는 조기 경보 시스템을 찾는 작업이 필요했습니다.

이 애플리케이션은 안전이 중요하고 생산이 중요하므로 지속적인 온라인 진동 모니터링이 가장 적합합니다. 데이터의 세분성은 문제를 식별하고 장애를 예방할 뿐만 아니라 근본 원인을 진단하는 데도 도움이 되었습니다. 모니터링 시스템은 한 시간에 한 번씩 진동 데이터를 캡처하도록 구성되었습니다. 한 달 동안 볼 때 RMS 진동 추세는 하락했습니다.

신뢰성 기술자가 시간 파형을 보았을 때 그는 레이스에 대한 베어링 롤러의 충격으로 인한 스파이크가 윤활 후 24~48시간 동안 일시적으로 떨어졌다가 다시 증가하는 것을 알아냈습니다. 윤활유 부족이 문제라는 이론을 검증하기 위해 매달 공급되는 윤활유 양을 늘렸다. 오류가 즉시 감소하고 성능이 향상되었습니다.

문제가 있는 자산: 경로 기반 모니터링이 개발 중인 결함을 감지하면 유지 관리는 문제를 계속 모니터링하면서 즉시 수리하거나 수리를 연기하는 것 중에서 선택할 수 있습니다. 즉각적인 수리는 여전히 실행 가능한 수명이 있는 자산을 교체하는 비용을 피하지만 판독 사이에 자산이 실패하지 않을 것이라는 계산된 위험을 수반합니다. 경로 기반 모니터링은 빈도가 매주 또는 매일로 증가할 때 비용 효율성이 점점 낮아집니다. 지속적인 온라인 모니터링은 상태의 급격한 변화를 감지할 수 있을 만큼 짧은 간격으로 판독값을 수집할 뿐만 아니라 진동이 특정 임계값을 초과할 때 자동으로 경고를 보내도록 구성할 수 있습니다.

가변 속도 자산: 특정 유형의 자산은 지속적으로 가속 및 감속되어 조기 베어링 고장을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 웹 처리에서 감기/풀기 롤은 이 작동 모드의 결과로 자주 실패합니다.

현대적인 시설에는 잠재적인 실패 지점이 수천 개는 아니더라도 수백 개가 있을 수 있습니다. 모든 경우에 단일 상태 모니터링 접근 방식이 효과적일 수는 없습니다. 경로 기반 모니터링은 빠르게 발전하는 결함을 추적하는 데 적합하지 않습니다. 최신 세대의 저렴한 연속 온라인 진동 모니터링 시스템조차도 포인트 수가 많기 때문에 비용이 많이 듭니다. 가장 좋은 접근 방식은 하이브리드 전략입니다.

시설을 감사하고 어떤 자산이 지속적인 온라인 시스템에 적합한 후보이고 어떤 자산이 경로 기반 모니터링으로 더 잘 서비스되는지 결정합니다. 하이브리드 모니터링 프로그램을 구축하면 유지 관리를 간소화하고 가동 시간을 늘리며 안전을 보장하고 운영 전반에 걸쳐 생산성과 수익성을 극대화할 수 있습니다.

저자 소개

Derek Lammel, 신뢰성 전문가, Dynapar Corporation. 카테고리 III 진동 분석가인 Derek Lammel은 진동 분석, 서모그래피, 오일 분석 및 초음파 기술을 활용한 예측 유지보수의 여러 기둥에 대한 광범위한 경험을 보유하고 있습니다. Derek은 미 해군에서 9년 동안 Patrol Wing Reconnaissance Squadron 45와 함께 항공 유지 관리 분야에서 해외 근무를 했습니다. Derek은 2019년에 Dynapar에 합류했으며 Dynapar 제품 및 서비스의 진동 분석 분야 전문가입니다. Dynapar에 합류하기 전에 Derek은 SKF Reliability Systems에서 펄프 및 제지, 철강 생산, 식품 및 음료, 광산과 같은 다양한 산업 분야의 현장 신뢰성 엔지니어로 근무하여 고객의 가동 시간을 늘리기 위한 예측 전략을 개발했습니다.