A számítástechnikával egyetemben a forgógépek állapotát felmérő eszközök és technológiák is óriási fejlődésen mentek keresztül az elmúlt néhány év során. Kezdetben a rezgésszintet mérő készülékek, majd a hordozható szélessávú rezgésadatgyűjtők jelentek meg. Elterjedésük elsősorban egyszerű alkalmazhatóságuknak (például szaktudást nem igénylő, „pofonegyszerű” kezelésüknek), valamint viszonylag alacsony áruknak volt köszönhető. Később a rezgésanalizáló (spektrumanalizáló) készülékek és az adatgyűjtő spektrumanalizáló műszerek kezdtek elterjedni. Az ezekkel a készülékekkel nyert adatokból (spektrumokból) „kiolvasható” diagnosztikai információ több géphiba biztos felismerésére alkalmas, de a technológia megfelelő tudással és tapasztalattal rendelkező szakembert kíván.
A fejlődés lépcsőfokai
Elsősorban a spektrumanalizáló műszerek adatainak szakszerű értelmezése és kiértékelése szokott – főleg a diagnosztikai tapasztalatot nélkülöző kezdőknek és alkalmi felhasználóknak – nehézséget okozni. Ezen szinte valamennyi, gépdiagnosztikai műszert és szoftvert fejlesztő cég igyekezett segíteni. Ennek egyik eszköze, hogy az említett műszerekhez tartozó PC-s szoftverek nemcsak a mérési adatok egyre többféle módon történő grafikai megjelenítését kínálják fel, hanem bizonyos számszerű kiértékeléseket is elvégeznek. Ilyen például a harmonikus, a nem harmonikus és a szubharmonikus komponensek aránya a rögzített rezgésben, a különböző rezgéskomponens-csoportok jelenlétének jelzése, valamint a rezgéscsúcsok számszerű felsorolása.
Újabb mérföldkőnek számított a rezgéscsúcsok listájának kiegészítése azzal az információval, hogy az éppen kijelzett rezgéscsúcs frekvenciája melyik számszerűen meghatározható hibafrekvenciával (például forgásfrekvencia, csapágyhiba-frekvencia, lapátfrekvencia, fogfrekvencia), vagy annak melyik többszörösével, illetve oldalsáv-kombinációjával egyezik meg. Akinek gondot okoz a spektrumok „olvasása”, az így azonnal egy szöveg-számadat összeállításhoz jut, amely alapján a jelen levő géphibákra következtethet. A módszer legnagyobb problémája viszont az, hogy számos géphiba tipikus frekvenciája azonos, így szétválasztásuk a táblázat, illetve a lista alapján ritkán kivitelezhető vagy nagyon bizonytalan.
szám | frekvencia | érték | magyarázat |
3 | 49,74 | 0,69 | Motorford., Hálózat -1XPP , BF +1XVentford., Görgő(SKF-N306)-1XVentford |
15 | 52,71 | 0,01 | Hálózat +2XPP , 4XBF -1XVentford, 3XKosár(SKF-N306) |
2 | 29,74 | 1,6 | Ventford |
27 | 109,18 | 0 | BF +3XVentford, Görgő(SKF-N306)+1XVentford |
1 | 20,74 | 2,34 | BF |
23 | 214,38 | 0,01 | 9XBF +1XVentford |
12 | 83,64 | 0,01 | 7XBF -2XVentford |
30 | 232,21 | 0 | 7XBF +3XVentford |
4 | 178,76 | 0,47 | 6XVentford, Lapátfrekv, 10XKosár(SKF-N306) |
22 | 150,33 | 0,01 | 3X Hálózat +1XPP , 3XBF +3XVentford |
18 | 335,73 | 0,01 | 3XKülső(SKF-N306)-2XVentford |
28 | 365,26 | 0 | 3XKülső(SKF-N306)-1XVentford |
29 | 476,02 | 0 | 3XLapátfrekv -2XVentford |
5 | 97,55 | 0,01 | 2X Hálózat -2XPP , 2XHálózat -3XPP , 2XGörgő(SKF-N306)-2XVentford |
7 | 36,4 | 0,01 | 2XKosár(SKF-N306) |
24 | 68,74 | 0,01 | 2XGörgő(SKF-N306)-3XVentford |
19 | 357,68 | 0,01 | 2X Lapátfrekv |
13 | 11,15 | 0,01 | 2XBF -1XVentford |
8 | 41,67 | 0,01 | 2XBF , Külső(SKF-N306)-3XVentford |
16 | 361,39 | 0,01 | 2XBelső(SKF-N306)-1XVentford |
20 | 115,32 | 0,01 | 10XBF -3XVentford |
Az említett hiányosság kiküszöbölésére olyan PC-szoftverek jelentek meg a piacon (például az amerikai CSi cégtől már több mint két évtizede), amelyek rezgésdiagnosztikai jelfeldolgozást végeznek, és logikai szabályok, valamint statisztikai összefüggések alkalmazásával a legvalószínűbb géphibákat szövegesen képesek kijelezni. Ezeket a kiértékelőrendszereket automatikus diagnosztikai, illetve szakértői rendszereknek is szokás nevezni. Esetükben a gépdiagnosztikai ismereteket (pontosabban a diagnosztikai eljárás logikája, döntéshozatali mechanizmusai) gyakorlatilag beépítették a szoftverbe. A műszergyártók szerint az ilyen rendszerekbe integrált tudás sokszor mélyebb, átfogóbb, szerteágazóbb és logikailag rendezettebb, mint amelyet bárki hosszú évek alatt megszerezhet.
Kétségtelen tény, hogy a szakértői rendszereké a jövő. Ennek egyik oka az a gyakran tapasztalható törekvés, hogy igyekeznek takarékoskodni a magasan képzett munkaerővel. Másrészt az automatikus diagnosztikai értékelés megkönnyíti és felgyorsítja a rezgésmérést, illetve -analízist (főleg nagyszámú gép rendszeresen ismétlő vagy folyamatos állapotfigyelése során), sőt, a szubjektív emberi ítélettől függetlenné teszi a diagnosztikai eredményt. E szempontok és törekvések alapján a szakértői rendszerek alkalmazása és elterjedése teljesen indokolt. Vannak azonban az alkalmazásnak buktatói is, amelyekre a következőkben kívánjuk felhívni a figyelmet.
Gépszakértői rendszerek alapgondolata
A szakértői rendszereket általában a rezgésdiagnosztikai szoftverek opcionális tartozékaként hozzák forgalomba, ami érthető is, hiszen elsősorban rezgésspektrumokat dolgoznak fel. Ismeretes, hogy a mért rezgésjelben előforduló frekvenciacsúcsok alapján lehet a legalapvetőbb következtetéseket levonni. Ennek oka, hogy a legtöbb géphiba számszerűen meghatározható hibafrekvenciával (például forgásfrekvencia, csapágyhiba-frekvencia, lapátfrekvencia, fogfrekvencia) vagy annak többszörösével, illetve oldalsáv-kombinációjával jellemezhető. A kiértékeléshez csupán a rezgésjel spektrumát kell a gépben levő alkatrészekhez és a valószínűsíthető géphibákhoz tartozó frekvenciákra megvizsgálni – természetesen az épp aktuális fordulatszám figyelembevételével. A frekvenciacsúcs előfordulása valószínűsíti a hiba jelenlétét, a rezgés nagysága (amplitúdója) a hiba mértékét.
Kiegyensúlyozatlanság | 1-szeres forgásfrekvencia |
Tengelybeállítási hiba | 1-, 2-, 3-, esetleg 4-szeres forgásfrekvencia |
Lazaság, mechanikai játék | 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, esetleg 6-, 7-, 8-, 9-szeres forgásfrekvencia |
Foghibák (fogaskerék) | 1-, 2-, 3-szoros fogszám×forgásfrekvencia |
Lapáthibák (ventilátor, szivattyú) | 1-, 2-, 3-szoros lapátszám×forgásfrekvencia |
Szíjfrekvencia (szíjhajtás) | a szíjtárcsák geometriai méretei, a szíjhossz és a forgásfrekvencia alapján számolandó ki |
Gördülőcsapágy hibái | a csapágy geometriai méretei és a forgásfrekvencia alapján számolandó ki |
Villanymotor villamos hibái | 2-szeres hálózati frekvencia |
A 2. táblázat tanulmányozása során világossá válik, hogy vannak hibák, amelyek egyértelműen kimutathatók, míg mások csak bizonyos valószínűséggel diagnosztizálhatók. Egyértelműen kimutathatók azok a hibák, amelyek frekvenciái elválaszthatók más hibafrekvenciáktól, mint például az olajfilm-instabilitások, vagy a fogaskerék-hajtások, a szíjhajtások és sok esetben a gördülőcsapágyak hibái. A nehezen – vagy nehezebben – diagnosztizálható csoportba tartoznak például az egytengelyűség hibái, a lazaság, illetve a mechanikai játék, valamint a rezonanciák – különösen, ha ezek bizonyos kombinációkban és egyensúlyozatlansággal együtt vannak jelen. A nehézséget az okozza, hogy a hibák természetüknél fogva eleve hasonló rezgésspektrumokat produkálnak, ráadásul az általuk okozott rezgések a gép nemlineáris viselkedésétől is függnek.
Fontos az állapotromlás sebessége
De a szakértői rendszerektől természetesen nemcsak a géphiba jellegének jelzését várjuk el, hanem azt az információt is, hogy milyen gyorsan változik a gép állapota. A gépállapot romlási sebessége ugyanis a legértékesebb információ az állapotfüggő gépkarbantartás megszervezéséhez, hiszen ennek alapján megbecsülhető, hogy mikor és milyen beavatkozást kell elvégezni ahhoz, hogy a gép váratlan leállás és nem utolsósorban felesleges javítások nélkül üzemeljen, de közben a meglévő kezdetleges hibákból eredően nagyobb károkat se szenvedjen el. Ehhez a géphibák súlyosságának trendjét kell elkészíteni, amelynek emelkedési mértéke ad információt a várható élettartamokról.
A trendkészítés alapja és módszere végül is igen egyszerű: rendszeres időközönként a gépek rezgéseit újra kell mérni (ugyanazokon a helyeken, ugyanabban az irányban és lehetőleg ugyanazzal a mérőeszközzel), és ezeket az adatokat a szakértői rendszerrel kell analizálni, a megtalált hibák súlyosságát pedig az idő függvényében, grafikusan kell kiértékelni. A mindenkori gép hibáira értelmezhető határértékek figyelembevételével megbecsülhető, hogy változatlan terhelés és egyéb üzemi körülmények között gépünk meddig üzemeltethető még, illetve legkésőbb mikor és milyen módon kell beavatkozni.
Interaktív működésük alapján alapvetően kétféle szakértői rendszert különböztetünk meg: a párbeszédalapú és a visszavezető kiértékelést megvalósító rendszert. Párbeszédalapú szakértői rendszer esetén a mérési adatok analízise során a rendszer kezelőjének (diagnosztikai szakember, gépészmérnök, karbantartó, gépüzemeltető) meg kell válaszolnia a felfedezett hibajelenségek gépelemekhez és géphibákhoz való hozzárendelése érdekében, hogy milyen részegységekkel és tulajdonságokkal bír a vizsgált gép. Ellenben a visszavezető rendszereknél a kiértékelés automatikusan működik a szakértővel való interaktív párbeszéd nélkül, mivel ilyenkor a rendszer mindazon információkat használja fel, amelyeket az adatbázis létrehozása során már megadtak.
Míg a párbeszédalapú rendszerek esetében az előzetesen elkészítendő adatbázisba csak alapvető információkat szükséges betáplálni – a többit a mérések analízise során a feltételezések függvényében kell majd megadni –, addig a visszavezető kiértékelést alkalmazó rendszer adatbázisának felépítése igen igényes feladat: csak a megadott információk alapján hozhatja meg a döntéseit, rossz vagy hiányzó adatok esetén téves kiértékelések születnek. Az ilyen, következtetést levonó rendszerek előnye, hogy a kiértékelés (szakértés) egy jó adatbázisra alapozva teljesen automatizálható. A párbeszédalapú rendszerek mellett szólna a gyorsabb és költségkímélőbb beüzemelésük (kisebb és egyszerűbb adatbázis), de az üzemeltetésük során szükséges kvalifikált kezelő jelenléte hamar felemészti ezt az előnyt (nem beszélve arról, hogy újra és újra meg kell a kérdéseket válaszolni.) Nyilvánvaló, hogy korunk elvárásainak jobban megfelelnek a visszavezető rendszerek, így a folytatásban ezekkel foglalkozunk majd részletesebben.
Rahne Eric
[email protected]
www.pim-kft.hu
www.gepszakerto.hu
