طراحی بهینه شبکه سنسوری پایش وضعیت سیستم های مکانیکی(پمپ) جهت بهبود و ارتقاء فرآیند نگهداری و تعمییرات(قسمت اول)

Optimum design of sensor networks to improve the condition monitoring process of mechanical systems(PUMP)

هدف:استفاده از سیستم های پایش وضعیت (CONDITION MANITORING) جهت بررسی ،تعمیر ونگهداری سیستمهای مکانیکی الزامی میباشد حال چه راهکاری جهت طراحی بهینه شبکه سنسوری پایش وضعیت و انتخاب صحیح سنسور بکار گرفته شود؟

مقدمه:

• نگهداری و تعمیرات بر اساس وضعیت ، مؤثرترین استراتژی موجود برای مدیریت دارایی‌های فیزیکی است که برای پیاده‌سازی این استراتژی از ابزار پایش وضعیت استفاده می‌شود. دراین متدتعمیر براساس وضعیت ماشین که تحت مراقبت قرار دارد، انجام می‌شود. در این روش به جای تعمیرات ادواری، پایش وضعیت ماشین به صورت دوره‌ای انجام و تعمییرات تنها در زمانی که دستگاه احتیاج به تعمیر دارد، انجام می‌شود. علاوه بر بحث تعمییرات و نگهداری در انواع سیستم ها(مکانیکی و غیر مکانیکی)لزوم پایش لحظه به لحظه جهت بررسی انواع پارامتر ها(ورودی و خروجی)امروی لازم و ضروری است زیرا این استراتژی بر این استوار است که اغلب خرابی های ماشین آلات و تجهیزات صنعتی،پس ازرسیدن به یک مرحله مشخص،نشانه هایی از خود بروز میدهند که میتوان این نشانه ها را به صورت ارتعاشات،صدا،امواج التراسونیک ، ذرات فرسایشی،دما و ... تشخیص داده و وقوع خرابی را پیش بینی کرد.لذا میتوان قبل از رسیدن خرابی و به مرحله بحرانی،با برنامه ریزی فعالیت تعمییراتی و اجرای آن،پیشرفت خرابی را متوقف ساخت. استراتژیها و دیدگاه های موجود در صنایع درباره نگهداری و تعمیرات (نت)، روند پر افت و خیزی را در قرن اخیر طی کرده و دگرگونی های زیادی در این عرصه بوجود آمده است.امروزه با ایجاد شاخه جدیدی از دانش با عنوان مدیریت دارائی های فیزیکی[1] یا فعالیتهای گسترده ای در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی در این موضوع صورت می پذیرد و میدان جدیدی برای گسترش دانش نت و در واقع نگاه کاملاً علمی به این موضوع ایجاد شده است.

باگسترش بازار پمپ و پدید آمدن انواع رقبای خارجی و داخلی برای جذاب کردن برند پمپیران میتوان با روش پایش پمپهای نصب شده علاوه بر کاهش هزینه خدمات پس از فروش،اطمینان خاطری نیز به کارفرما ایجاد کرد..

استراتژی های نگهداری و تعمیرات:

1- تعمیر پس از خرابی(Run to failure)

2- نت پیشگیرانه(Preventive Maintenance)

3- نت پیش­بینانه/پیش­گویانه( Predictive Maintenance)

4- نت پیش ­اقدامانه(Proactive Maintenance)

نگهداری و تعمیرات مبتنی بر وضعیت که به تعابیر دیگر نگهداری و تعمیرات پیشبینانه/پیشگویانه، نت متکی بر شرایط فنی و نت اقتضایی نیز نامیده می شود، موثرترین استراتژی موجود برای مدیریت دارایی های فیزیکی است که در کنار برنامه های نت پیشگیرانه، تکنیکهای عیب­ یابی، طراحی مجدد و غیره، عناصر اصلی نگهداری بر مبنای قابلیت اطمینان را تشکیل می دهند.

برای استقرار و عملیاتی کردن نت بر اساس وضعیت، از ابزار پایش وضعیت (Condition Monitoring) استفاده می گردد که هسته اصلی این استراتژی به شمار می رود. این استراتژی بر این باور استوار است که اغلب خرابی های ماشین آلات و تجهیزات صنعتی، پس از رسیدن به یک مرحله مشخص، نشانه هایی از خود بروز می دهند که می توان این نشانه ها را به صورت ارتعاشات، صدا، امواج آلتراسونیک، ذرات فرسایشی، دما و . . . تشخیص داده و وقوع خرابی را پیش بینی کرد. لذا می توان قبل از رسیدن خرابی به مراحل بحرانی، با برنامه ریزی فعالیت تعمیراتی و اجرای آن، پیشرفت خرابی را متوقف ساخت.

خرابی بالقوه(Potential Failure)

خرابی بالقوه، مرحله ای از خرابی ماشین است که اولین نشانه های خرابی قابل اندازه گیری و تشخیص هستند. منحنی P-F یک مفهوم اساسی را در مراقبت وضعیت تداعی می کند. این منحنی وضعیت تجهیز در حال خرابی را بر حسب زمان نشان می دهد. همانطور که در شکل 1 مشخص است، هزینه تعمیرات با رشد روند خرابی به صورت فزاینده بالا می رود.

تشخیص خرابی در مراحل اولیه، از طریق تکنیکهای CM صورت می پذیرد و این تکنیکها روند رو به رشد خرابی و نیز نرخ رشد آن را نشان می دهند. لذا می توان در اولین فرصت و قبل از رسیدن به مراحل بحرانی، فعالیت تعمیراتی را انجام داد و از رشد خرابی جلوگیری نمود.

جهت اجرای پایش وضعیت بر روی یک سیستم، مفاهیم و تجهیزات مختلفی مورد نیاز می­باشد:.

همانطور که در دیاگرام الف از شکل زیر مشخص است، ابتدا به کمک دستگاه جمع ­آوری داده، داده ­های خام مربوط به سیستم جمع ­آوری می­شود. سپس به کمک دستگاه آنالیز داده، داده­های استخراج شده از مرحله قبل مورد تجزیه و تحلیل قرار می­گیرند. روش های مختلفی از قبیل wavelet، Fourier Transform و ... از جمله روش­های مورد استفاده در این مرحله می­باشند. در گام سوم، ویژگی­های خاصی از داده­ها که نشانگرهای مناسبی از خرابی می­باشند، شناسایی شده و بصورت کمی محاسبه می­شوند. در گام چهارم، خصوصیات مختلف سیستم استخراج و تفسیر می­گردد. در نهایت نیز وضعیت سیستم و اجزاء مختلف آن شناسایی می­گردد

هدف اصلی فرآیند پایش وضعیت، تخمین سطح سلامت یک سازه یا سیستم بر مبنای داده­های اندازه ­گیری شده می­باشد. 5 مرحله اصلی این فرآیند در دیاگرام ب شکل 2 نشان داده شده است.

مراحل پایش وضعیت

• تشخیص وجود عیب یا عدم وجود عیب
• تشخیص نوع خرابی واستخراج اطلاعات مربوط به آن
• تعیین و تشخیص محل رخداد خرابی
• کمی سازی میزان خرابی
• تعیین عمر باقیمانده سیستم

تکنیکهای رایج در پایش وضعیت

• آنالیز ارتعاشات
• آنالیز آلتراسونیک
• ترموگرافی
• آنالیز کارآیی
• آنالیز روغن و تریبولوژی
• آنالیز مدار موتور و سایر تستهای الکتریکی

پایه و اساس فرآیند پایش وضعیت، اندازه ­گیری پارامترهای گوناگون توسط سنسورهایی می­باشد که در نقاط مختلف سیستم تعبیه شده­اند. تکنولوژی اندازه ­گیری و نیز کیفیت سنسورها در سالیان اخیر پیشرفت چشم­گیری داشته است. با این وجود، به دلیل آنکه هنوز نمی­توان تمامی متغیرهای فرآیند را (به دلیل محدودیت­های اقتصادی و فنی) اندازه­گیری نمود، برخی از مسائل و مشکلات به قوت خود باقی هستند. یکی دیگر از محدودیت­های موجود در این زمینه، همبستگی بین متغیرهای مختلف در یک سیستم می­باشد. پس از وقوع عیب، نه تنها این مسئله به عنوان یک پدیده محلی نمایان می­شود، بلکه به برخی دیگر از اجزاء نیز انتشار می­یابد. به همین دلیل، دستیابی به دلیل ریشه­ای عیب در یک سیستم پیچیده، نیازمند طراحی یک شبکه سنسوری جامع و کامل جهت غلبه بر این محدودیت­ها می­باشد.

معیارهایی اندازه­ گیری کیفیت فرآیندهای عیب ­یابی متناسب با شبکه سنسوری

• قدرت شناسایی
• قدرت تشخیص
• قابلیت اطمینان سنسورها
• - منابع محدود موجود

پایان قسمت اول

در پست های بعدی در مورد در مورد روشهای بهینه سازی شبکه سنسوری با استفاده از

• بهینه سازی شبکه سنسوری بر مبنای ماتریس اطلاعات فیشر
• بهینه سازی شبکه سنسوری با استفاده از شبکه بیژن
• قابلیت اطمینان

در ادامه به توضیه مختصر در مورد روش ماتریس اطلاعات فیشر و بهینه سازی با استفاده از شبکه بیژن خواهم پرداخت و اطلاعات جامعی در مورد قابلست اطمینان سنسورها خواهم داد.

در پست های بعدی در مورد مطالب زیر بحث خواهد شد:

• تحلیل درخت خطا (Fault Tree (FT) Analysis)
• تجزیه تحلیل خطا و آثار آن (Failure Mode and Effect Area(FMEA))
• بهینه­ سازی بر مبنای فاکتور اهمیت شناسایی و هزینه ­های عیب­ یابی

Diagnostic Importance Factor (DIF)

• وزن­دهی بر مبنای معیارآنتروپی شانون
• بهینه­ سازی جانشانی حسگرها بر مبنای شاخص ترکیبی
• انواع حسگرها
• انواع پمپ و شناسائی اجزای اصلی
• مطالعه موردی واجرای روش های توضیح داده شده برای پمپ BB3

منابع:

م.بقائی، ”طراحی بهینه شبکه سنسوری پایش وضعیت سیستمهای مکانیکی جهت بهبود و ارتقاءفرآیند های نگهداری وتعمییرات“پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد ، 1396