設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)在裝配線設(shè)備的應(yīng)用

狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)在裝配線設(shè)備的應(yīng)用答辯人:劉禹答辯日期：2013年9月申報單位：裝備管理科一、前言二、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建三、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測典型案例目錄四、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作拓展的方向摘要：本文介紹了裝配線采用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測對裝配線重點設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的初步應(yīng)用，通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測提前發(fā)現(xiàn)異常實施設(shè)備預(yù)知維修，減少了設(shè)備停工和維修費(fèi)用損失。關(guān)鍵詞：裝配線、車架翻轉(zhuǎn)機(jī)、在線監(jiān)測、點檢儀、預(yù)知維修保全費(fèi)停止損失費(fèi)（保全費(fèi)＋停止損失費(fèi)）最小發(fā)生費(fèi)用保全實施程度一、前言

推行東風(fēng)商用車生產(chǎn)方式，追求與客戶同期生產(chǎn)，對設(shè)備的安全、穩(wěn)定、滿負(fù)荷運(yùn)行提出更高的要求，要在設(shè)備停機(jī)時做好預(yù)防檢修，生產(chǎn)時縮短設(shè)備停工時間，以最大限度的發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)潛能。合資以來，工廠按照計劃保全管理理念，構(gòu)建預(yù)防保全體系，由事后維修向定期主動維修轉(zhuǎn)變，取得顯著效果，裝配線故障不斷遞減。以裝配五線為例，設(shè)備故障強(qiáng)度率從2006年的2.1%降到了2010年的0.49%，五年間下降了76.7%。

當(dāng)設(shè)備故障降到較低（故障率0.5%）水平，必須考慮維修成本與停工損失之間的關(guān)系，為保證較低設(shè)備故障率，必須投入大量人力、物力做預(yù)防檢修，TPM是企業(yè)追求盈利的工具，要謀求設(shè)備維護(hù)成本與停工損失疊加最小化即最經(jīng)濟(jì)的保全。一、前言

近年來，隨著信息技術(shù)、智能監(jiān)測與診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多地采用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)來管理設(shè)備。狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是借助機(jī)械振動、轉(zhuǎn)子動力學(xué)等理論研究故障機(jī)理，運(yùn)用現(xiàn)代測試技術(shù)對設(shè)備振動、溫度、噪音等參考量，利用信號分析，建立動態(tài)信息與設(shè)備故障之間的聯(lián)系，并以計算機(jī)技術(shù)為核心，建立監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，進(jìn)行故障的分析診斷。

重點設(shè)備不僅本身價值很高，往往其維護(hù)費(fèi)用（備件和檢修費(fèi)用）占工廠較大比例，對裝配線重點設(shè)備實施智能點檢（即通過無線或離線的方式實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的自動監(jiān)測、自動報警及智能輔助診斷），在工廠成本降低的大方向下，實施預(yù)知維修，保證設(shè)備的高效運(yùn)行，帶來如下益處：1、實現(xiàn)重點設(shè)備的狀態(tài)預(yù)知維修，減少不必要的維修，最大程度延長設(shè)備檢修間隔，為合理降低維修費(fèi)用提供技術(shù)支撐；2、重要維修備件準(zhǔn)備更為精準(zhǔn)，從而減少備件庫存和折舊費(fèi)用；3、降低對點檢人員素質(zhì)和積極性的依賴。一、前言

公司裝備技術(shù)管理部于2006年下半年在商用車公司開展了網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備狀態(tài)管理工作，建立了一套網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的工具，它將企業(yè)－工廠－車間－設(shè)備－測點等多層次信息以樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一組織、管理和顯示，可以實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)受控。2010年總裝配廠（原重型車廠）在公司專家指導(dǎo)下逐步開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測工作，目前在全廠6臺設(shè)備開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測工作。二、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建1、監(jiān)測設(shè)備選定

結(jié)合轄區(qū)設(shè)備的實際情況，選擇重點設(shè)備、故障高設(shè)備、維修費(fèi)用高設(shè)備、關(guān)鍵設(shè)備以及平時難以停機(jī)修理的設(shè)備。幾條裝配線和車架翻轉(zhuǎn)機(jī)都是公司級重點設(shè)備承擔(dān)著整車裝配工作，一旦出現(xiàn)了故障，將直接影響公司的正常生產(chǎn)，造成巨大損失。

設(shè)備故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示2011年裝配線故障221.5分鐘，占裝配一線故障總時間的26.9%，故障部位主要集中在驅(qū)動站減速機(jī)和傳動鏈，兩者故障造成的停線時間占裝配線故障總時間的79.3%，僅2011年就出現(xiàn)曲板鏈斷裂3次，安全銷斷裂1次，其中2010年11月中間傳動軸上被動齒輪及軸座損壞更是造成長時間停產(chǎn)。裝配五線車架翻轉(zhuǎn)機(jī)沒有生產(chǎn)迂回措施，工作中重載有沖擊需重點管控，一旦故障必然會停線，2009年故障統(tǒng)計顯示，車架翻轉(zhuǎn)機(jī)故障時間占裝配五線故障時間的21.6%，故障時間居裝配五線前列。為此對總裝配廠的裝配線驅(qū)動站和車架翻轉(zhuǎn)機(jī)實施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測勢在必行。除此之外，工廠也陸續(xù)在空壓機(jī)、尾氣排抽裝置等關(guān)鍵設(shè)備開展設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理。二、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建2、監(jiān)測方案的確定

離線監(jiān)測是由專業(yè)技術(shù)人員利用點檢儀器RH711巡回將固定在設(shè)備被監(jiān)測部位上傳感器的信息采集下來，再上傳計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析處理。在線監(jiān)測主要指通過設(shè)備被監(jiān)測部位上的傳感器連續(xù)采集放大信息，并傳遞給計算機(jī)進(jìn)行分析處理。

（1）選用在線監(jiān)測還是離線監(jiān)測。目前針對機(jī)械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部件，一是現(xiàn)場預(yù)埋傳感器，二是采用儀器點檢的離線方式進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。這兩種方式要求設(shè)備現(xiàn)場能在設(shè)備運(yùn)行時有適合點檢人員的進(jìn)行點檢活動的條件?？紤]成本投入因素工廠初期監(jiān)測設(shè)備主要采用離線監(jiān)測，就總裝一、二線驅(qū)動站的實際情況而言，驅(qū)動站位于生產(chǎn)線的地下室內(nèi)，空間狹窄，設(shè)備上的監(jiān)測目標(biāo)較分散，周邊都是運(yùn)動旋轉(zhuǎn)部，人工檢查諸多不便，若采用預(yù)埋傳感器的方式有大量的布線，日常維護(hù)工作量大，同時對分散設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測的難度也增大。同時由于設(shè)備的點檢工作由人工完成，對人員的依賴性大，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性難以把握，對于裝配線有必要采用在線監(jiān)測才能達(dá)到實時掌握設(shè)備狀況的目的。為此采用基于ZigBee無線通訊技術(shù)的在線傳感器檢測手段對驅(qū)動站的電機(jī)和減速機(jī)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。二、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建圖1設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在線監(jiān)測系統(tǒng)工作簡介：采用無線振動傳感器對設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行監(jiān)測，采用無線工作站進(jìn)行信號接收，通過車間內(nèi)部的局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到公司的局域網(wǎng)中，這樣只要是在公司的局域網(wǎng)內(nèi)就可通過設(shè)備提供的客戶端軟件對總裝配廠裝配一、二線的傳動站設(shè)備工作狀況進(jìn)行監(jiān)測。在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采用上海容知測控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的RH501無線振動傳感器對傳動站內(nèi)的電機(jī)和減速器各軸承的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測，采用上海容知的RH550無線監(jiān)測站進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。離線監(jiān)測則直接從web客戶端通過系統(tǒng)上傳人工采集點檢數(shù)據(jù)。RH550負(fù)責(zé)接收無線監(jiān)測器傳來的設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器，從數(shù)據(jù)服務(wù)器接受指令并下達(dá)給無線監(jiān)測器。我們在現(xiàn)場將7個RH501分別安置于裝配線驅(qū)動站兩個減速器的齒輪傳動軸上，實時監(jiān)測傳動軸的振動情況，我們設(shè)置的是每間隔2個小時自動采集一次數(shù)據(jù)，每天采集一次長時域波形（用于低速重載設(shè)備的振動監(jiān)測）發(fā)送給RH550，RH550通過光纖連接至交換機(jī)。只需登陸監(jiān)測系統(tǒng)，就可以在辦公室或者值班室實時監(jiān)測到驅(qū)動站的減速器的運(yùn)行狀況。離線監(jiān)測相對簡單直接從web客戶端通過系統(tǒng)上傳人工采集點檢數(shù)據(jù)。二、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建主傳動軸總成電機(jī)（一臺備用）一級減速機(jī)二級減速機(jī)

（2）依據(jù)工作特性確定測點。為準(zhǔn)確測取監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在設(shè)備測取點上提前要做相關(guān)的論證。以裝配線驅(qū)動站傳動站為例，其布置平面圖如下圖2所示。圖2驅(qū)動站布局圖二、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

該驅(qū)動系統(tǒng)中電機(jī)輸出的高速小扭矩的動力頭經(jīng)二級減速機(jī)后轉(zhuǎn)換成低速大扭矩的驅(qū)動動力。根據(jù)未裝傳感器時的設(shè)備檢修記錄來看，在該系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)故障的地方就在第一級減速機(jī)上，為此在第一級減速機(jī)的各軸承上布置了四個無線傳感器，在第二級減速機(jī)上布置了3個無線傳感器。分別測量各軸承的徑向和軸向的振動數(shù)據(jù)。設(shè)備現(xiàn)場安裝如下圖3所示。圖3驅(qū)動站傳感器布置方案二、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建三、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測典型案例

離線監(jiān)測利用便攜式點檢儀上傳系統(tǒng)，在線監(jiān)測通過無線通訊基站將點檢數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)系統(tǒng)，在獲取了一定時間的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)之后，便可通過分析趨勢圖、時域波形和頻譜圖來診斷設(shè)備振動和溫度情況，預(yù)防設(shè)備劣化加劇，從而達(dá)到監(jiān)測關(guān)鍵設(shè)備的目的。下面分別從離線監(jiān)測和在線監(jiān)測介紹兩個案例。三、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測典型案例

案例一：2010年8月13日裝配五線車架翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)電機(jī)異常溫升。7月初利用點檢儀點檢發(fā)現(xiàn)2#電機(jī)線圈溫度異常，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)判別法的類比標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)2#左右兩臺電機(jī)工況接近，右電機(jī)溫度高10℃左右且從51.5℃上升到56.1℃，考慮到氣溫上升因素，決定對其跟蹤監(jiān)測運(yùn)行，8月13日監(jiān)測發(fā)現(xiàn)電機(jī)線圈溫度突然上升至80.1℃（監(jiān)測數(shù)據(jù)下表1）

參數(shù)日期2#右電機(jī)線圈溫度2#左電機(jī)線圈溫度參考點（環(huán)境）溫度報警值2010-8-1380.1℃56.4℃29.6℃70℃2010-7-1355.2℃46.3℃23.9℃70℃2010-7-556.1℃47.1℃-70℃2010-6-251.5℃40.7℃-70℃表1三、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測典型案例馬達(dá)剎車測點圖4翻轉(zhuǎn)機(jī)2#右電機(jī)線圈溫度變化圖圖5翻轉(zhuǎn)機(jī)冠亞葫蘆電機(jī)圖

監(jiān)測異常處置：及時安排檢修并組織備件，保證了生產(chǎn)，避免了一起設(shè)備長時間停工。檢修中電機(jī)解體（圖5）發(fā)現(xiàn)剎車片與剎車盤之間卡有顆粒和粉末，剎車片固定鉚釘1個脫開（共有3個鉚釘），造成電機(jī)工作中剎車片無法完全脫開，相當(dāng)于負(fù)載加大了點檢過載工作。更換電機(jī)后電機(jī)線圈工作溫度降到正常范圍。（見圖4）三、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測典型案例

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測是故障診斷的基礎(chǔ)，在設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析上采用了公司現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析軟件——網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)MCS1000。該系統(tǒng)通過企業(yè)局域網(wǎng)，采用B/S版結(jié)構(gòu)。采用直觀的樹型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)對被監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行管理，用戶對被監(jiān)測設(shè)備的隸屬關(guān)系一目了然。在數(shù)據(jù)分析手段上提供了多種實用的分析工具軟件系統(tǒng)提供了先進(jìn)的圖譜分析工具幫助識別設(shè)備的不同故障，包括時域波形、頻譜圖、趨勢圖、頻率趨勢分析圖、瀑布圖、包絡(luò)解調(diào)、多時域波形圖、多頻譜分析圖、長時域波形等等。三、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測典型案例

案例二：裝配一線減速輸出軸異常振動。裝配一線無線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測驅(qū)動站運(yùn)行狀態(tài)的傳感器采集到的檢測數(shù)據(jù)采用無線傳輸方式發(fā)送給計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，及時對設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)警。該系統(tǒng)自2012年年初正式運(yùn)行以來對驅(qū)動站的運(yùn)行情況進(jìn)行實時監(jiān)測，收集了大量的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。設(shè)備的各項運(yùn)行指標(biāo)基本正常。但自5月中旬以來，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)中裝配一線驅(qū)動站的5V點即二級減速輸出軸的頻譜出現(xiàn)異常。我們就該監(jiān)測點的長時域波形運(yùn)用對比法來做說明。圖75月14日5V點的長時域波形圖86月6日5V點的長時域波形沖擊明顯增多，振動的幅值也增大（注意縱坐標(biāo)的幅值）三、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測典型案例

我們對該點的當(dāng)天數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的分析，上圖9是6月6日現(xiàn)場監(jiān)測分析的一個頻譜圖。圖中有2.875Hz的固有頻率以及2倍、3倍、4倍、5倍的倍頻成分存在。由于此輸出軸的轉(zhuǎn)速只有2.3rpm，轉(zhuǎn)頻只有0.038（2.3rpm/60=0.038），非常低，而且頻譜圖中未見工頻、倍頻以及高頻的能量成分。可見2.875Hz不是軸承的特征頻率，而是輸出軸上的某部件出現(xiàn)松動現(xiàn)象。通過現(xiàn)場查驗，在裝配一線驅(qū)動站的二級減速器輸出軸上的浮動盤（聯(lián)軸器）處出現(xiàn)的吱嘎嘎的異響，能夠感覺到此處有別勁現(xiàn)象。需要調(diào)整二級減速器輸出端攜帶的整根銷軸，包括銷軸上部件的高度、同軸度、松緊度等等。在與相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行會診后，及時安排了該減速機(jī)的維修調(diào)整工作，消除了設(shè)備運(yùn)行隱患。圖96月6日現(xiàn)場監(jiān)測分析頻譜圖三、裝配線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測典型案例

裝配線是公司級重點設(shè)備，安裝在驅(qū)動站的一二減速器上的無線振動傳感器在設(shè)備進(jìn)入工作狀態(tài)時，不斷將實時采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)異常情況能及時報警提醒，能夠?qū)崟r地了解主作業(yè)線關(guān)鍵部位的技術(shù)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)劣化，將故障消除在萌芽狀態(tài)和最短時間的解決故障，確保設(shè)備正常工作，為工廠生產(chǎn)經(jīng)營保駕護(hù)航。

以本文所列案例計算經(jīng)濟(jì)效益減少二級減速器損壞費(fèi)用7.2萬元；減少生產(chǎn)停裝損失={停線時間（秒）×停工人數(shù)×元/秒}：（按2011年6月份平均工作時長16H）×2（天）×119（人）×0.007（元）=9.59萬元，共計16.79萬元。工廠自2010年開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測以來，共發(fā)現(xiàn)并處置狀態(tài)監(jiān)測異常項目10余項，減少生產(chǎn)停裝損失和設(shè)備維修費(fèi)用，初步