工业 4.0｜振动分析能做到预防性维护吗？

到底是工业 4.0 ？怎么实现工业 4.0？这个话题太宽泛了，聊到具体，预防性维护一定是少不了的一个话题。那么振动分析，真的能实现预防性维护吗？

对于工业 4.0 ，不同的国家、不同的企业都有各自的解读。但是生产制造肯定是工业 4.0 体系中必可少的环节。

熟悉工厂生产制造的人都知道，为了保证工厂设备的正常运转，人力上需要一部分的设备维修团队，经济上还需要大量的设备备件。一般的食品工厂、汽车零部件工厂一年的维修费用都是输百万计，汽车主机厂则更甚。因此，各个上规模的工厂，每年都会花大量的人力、物力用于工厂的设备维护的开支。

另一方面，目前很多工厂已经已经精细化管理，很多产线根据订单的需求量进行精确排班生产。从生产的角度来说，希望在整个生产过程中，生产管理者希望设备能一直稳定运行，绝不希望非计划性的停机；非计划性停机带来的损失可能是以分钟来计算的。同时，如果是夜班场景，可能还需要设备维修人员紧急赶回产线维修，增加了劳动强度。

从采购环节来说，一些备件有较长的采购周期或者较高的采购成本。某些昂贵的备件，也许在备件仓库几年甚至用于都不会使用，造成了物料的浪费。

在这种背景下，预防性维护方案越来越得到大家的关注和重视。

总结一下，预防性维护可能产生如下效益：

• 提升设备综合利用率 OEE

• 减少设备非计划性停机

• 减少人力成本开支

• 降低维修工程师工作强度

• 提高备件利用率，减少备件库存

• 提升产品生产质量

那么有哪些手段可以改善设备的维修呢？

• 振动分析

• 油品分析

• 红外热成像

• 超声检测

• 电机电流

• 其他

今天我们看看振动监控到底能不能实现预防性维护呢？

可以这么说：振动分析，是机械类故障最有效的检测手段。振动分析可以说是各种检测手段中能最早发现故障的技术。

对于机械类的故障，振动分析可以做如下类型的检测：

• 不平衡

• 不对中

• 松动

• 碰撞

• 叶片损坏

• 静子损坏

• 共振

• 转子问题

• 皮带振动

• 润滑油污染

• 气蚀

• 齿轮啮合

• 轴承损坏

• 其他

振动分析一般谈到三个测量值：

• 位移

• 速度

• 加速度

对应的振动传感器也三种：

• 位移传感器

• 速度传感器

• 加速度传感器

对于振动分析，我们常用三种分析方法：时域分析、频谱分析 FFT、包络 H-FFT 分析。

时域分析

时域分析在所有的通道上都可以进行连续的并行监控。

时域分析一般用于：

• 崩溃检测/机器保护

• 过程监控

• 整体振动

• 结构振动

频谱分析 FFT

为了进行分析和评价，必须将损伤信号和干扰信号分开。频谱分析的目的就是找出故障特征频率，FFT 将机器振动分解成不同的谐波分量。

频谱分析是对原始信号通过快速傅立叶变换后的波形，是定位故障诊断最主要的方法。

图上：时域分析图

图下：频域分析 F

FT

频谱分析 H-FFT

包络傅立叶变换用于分析瞬态信号，如故障轴承或齿轮啮合故障。

该方法将瞬态信号与机器的干扰信号进行分离，通过上游滤波器和数学运算进行 FFT 分析。

图上：FFT 中，轴承损坏信号被隐藏了

图下：H-FFT 中，损坏频率和轴承损坏的谐波清晰可见

目前振动分析技术已经很成熟，一般能支持时域分析、FFT、H-FFT 的软硬件，都能解决工厂中遇到的大部分的旋转类设备的故障的预测分析。目前对振动分析技术而言，在结合自己的应用场景下，选择方案看中的是厂家是否支持数据库、软硬件产品是否更便于部署实施。

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