M. Saggiomo，J. Heibeyn，Y. S. Gloy，T. Gries

亞琛工業(yè)大學(xué) 紡織研究所(德國(guó))

織造加工中的即時(shí)維修理念

M. Saggiomo，J. Heibeyn，Y. S. Gloy，T. Gries

亞琛工業(yè)大學(xué) 紡織研究所(德國(guó))

任何機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)都會(huì)因與磨損相關(guān)的故障等而導(dǎo)致必要的維修，從而降低其生產(chǎn)率。機(jī)器組件，如軸承出現(xiàn)故障，則必須停機(jī)至機(jī)器修復(fù)，因此必將影響生產(chǎn)進(jìn)度。這些無(wú)法預(yù)料的停機(jī)可能造成不能如期完成生產(chǎn)，此外，停工也會(huì)給生產(chǎn)廠家?guī)?lái)?yè)p失。如果未持續(xù)監(jiān)控機(jī)器組件，則其失效通常都不可預(yù)知。維修機(jī)器所需的時(shí)間通常比更換壞組件花費(fèi)的時(shí)間更多。這也是安裝狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的價(jià)值所在，狀態(tài)監(jiān)則系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)組件的狀態(tài)并預(yù)估可能發(fā)生的故障。該系統(tǒng)在紡織生產(chǎn)上非常有用，因?yàn)榧徔椘肥窃诟咚贄l件下生產(chǎn)的，即時(shí)維修的理念旨在盡可能多地減少因機(jī)器維修造成的耽擱，生產(chǎn)過(guò)程中很小的耽擱都會(huì)對(duì)利潤(rùn)產(chǎn)生巨大的影響。

織造加工； 即時(shí)維修； 狀態(tài)監(jiān)測(cè)； 故障

1 理念

配有完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的機(jī)器可評(píng)估關(guān)鍵組件的狀態(tài)，并對(duì)組件的剩余壽命作出預(yù)測(cè)，從而可預(yù)知機(jī)器上與磨損相關(guān)的維修，這些信息對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃非常有意義。在不久的將來(lái)，有關(guān)故障方面的信息會(huì)引出即時(shí)維修的理念，即在問(wèn)題變得嚴(yán)重前就開始修復(fù)，在機(jī)器保持運(yùn)行的狀態(tài)下完成修復(fù)的準(zhǔn)備工作。即時(shí)維修理念可減少機(jī)器的停工期(圖1)。

圖1 即時(shí)維修理念

2 典型案例

應(yīng)用案例：中國(guó)某一面料生產(chǎn)企業(yè)的一臺(tái)織機(jī)發(fā)生故障，于是該企業(yè)聯(lián)系這臺(tái)織機(jī)的生產(chǎn)廠家，廠家派工程師來(lái)解決問(wèn)題。修理這臺(tái)機(jī)器可能只需幾個(gè)小時(shí)，但從停機(jī)到修理再到重新開機(jī)，所需的時(shí)間遠(yuǎn)大于幾小時(shí)。而如果安裝了狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)行即時(shí)維修的理念，則工程師在機(jī)器需要維修前即可到達(dá)。

3 安裝織機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為評(píng)估狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的效果，第一步是監(jiān)測(cè)織機(jī)軸承的狀態(tài)，連續(xù)測(cè)量軸承的振動(dòng)可提前預(yù)測(cè)故障。由于目前噴氣織機(jī)還沒(méi)有使用過(guò)類似的技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)機(jī)器故障，因此這是驗(yàn)證即時(shí)維修理念的首個(gè)測(cè)試。該測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)在于振動(dòng)級(jí)別的自動(dòng)辨別。

4 方法和設(shè)置

首個(gè)測(cè)試選擇了對(duì)胸梁軸承的監(jiān)測(cè)，測(cè)試對(duì)象為OmniPlus 800型噴氣織機(jī)(比利時(shí)必佳樂(lè)公司)，測(cè)試裝置如圖2所示。

圖2 測(cè)試裝置

試驗(yàn)中，采用串聯(lián)式壓電加速度傳感器測(cè)試軸承的振動(dòng)，用磁力適配器將該傳感器安裝在織機(jī)上。對(duì)胸梁軸承的測(cè)試為初級(jí)測(cè)試，磁力適配器很容易安裝在織機(jī)上。除傳感器之外，還采用了Wago Kontakttechnik 公司的Wago I/O-Link技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。I/O-Link系統(tǒng)包括Wago 750-881 現(xiàn)場(chǎng)總線控制器和Wago 750-654 狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊(圖3)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)軸承的振動(dòng)。如果振動(dòng)在預(yù)定義的級(jí)別，模塊會(huì)進(jìn)行內(nèi)部檢查；如果達(dá)到臨界級(jí)別，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。預(yù)定義級(jí)別由模塊的供應(yīng)廠商預(yù)設(shè)，需考慮電能消耗和機(jī)器安裝等因素。

采用德國(guó)iba公司的ibaPadu-S-IT-16型可編程序邏輯控制器(PLC)進(jìn)行自動(dòng)追蹤，采用TCP/IP通訊分析Wago組件的信號(hào)。用于數(shù)據(jù)分析的ibaLogic V4軟件也由iba公司提供，并已對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析的常規(guī)程序進(jìn)行了編程。在程序試驗(yàn)前，將ibaLogic程序轉(zhuǎn)移到ibaPadu，即轉(zhuǎn)移到ibaLogic程序的運(yùn)行環(huán)境中。ibaPadu和ibaLogic的聯(lián)合集結(jié)了一個(gè)基于軟件的PLC(軟PLC)。iba公司還提供ibaPDA程序，它從ibaPadu/ibaLogic中收集數(shù)據(jù)，并以圖表形式呈現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)。圖3列出了從數(shù)據(jù)獲取到數(shù)據(jù)呈現(xiàn)所需的設(shè)備和軟件。

圖3 用于數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的設(shè)備及軟件

5 結(jié)果

織造過(guò)程中軸承的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4 振動(dòng)檢測(cè)

圖4的測(cè)試結(jié)果是織機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中獲取的。圖4中“A”區(qū)域表示織機(jī)啟動(dòng)時(shí)刻的振動(dòng)，此處的振動(dòng)不代表胸梁軸承的狀態(tài)，“A”區(qū)域的振動(dòng)峰是啟動(dòng)造成的結(jié)果。“B”區(qū)域的振動(dòng)峰為真正超出了正常振動(dòng)級(jí)別的部分，織機(jī)啟動(dòng)5 s后，達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)，標(biāo)記為“B”區(qū)域。在用振動(dòng)級(jí)別評(píng)價(jià)軸承狀態(tài)時(shí)，必須考慮啟動(dòng)過(guò)程中變化的振動(dòng)級(jí)別。此時(shí)軸承的振動(dòng)幅度穩(wěn)定在約5 mm/s，且振動(dòng)幅度有變化。 “B”區(qū)域中的小振動(dòng)峰與軸承的狀態(tài)有關(guān)。研究表明，軸承老化會(huì)使峰的高度和振動(dòng)幅度增加。軸承使用壽命的終止時(shí)間可據(jù)此進(jìn)行預(yù)測(cè)。該測(cè)試表明，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

6 總結(jié)與展望

為織機(jī)安裝狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的第一步已經(jīng)確立，本課題的研究目標(biāo)是為更多織機(jī)部件引進(jìn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而得到能報(bào)告組件狀態(tài)的智能機(jī)器。新技術(shù)采用即時(shí)維修系統(tǒng)，可用于提前計(jì)劃維修事宜。本案例將狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在織機(jī)胸梁的軸承上，測(cè)試了織機(jī)開啟過(guò)程中軸承的振動(dòng)。試驗(yàn)表明，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需考慮織機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)的變化。另外，還測(cè)試了振動(dòng)峰，得知峰的高度與軸承的狀態(tài)相關(guān)。本文研究所用組件總價(jià)值約4 000美元，加裝更多的傳感器以監(jiān)測(cè)機(jī)器上不同部件對(duì)此價(jià)格不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。

研究的下一步計(jì)劃是監(jiān)測(cè)不同的軸承以評(píng)估軸承位置對(duì)振動(dòng)幅度的影響，以實(shí)現(xiàn)對(duì)織機(jī)控制單元的完整的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。此外，還將應(yīng)用響應(yīng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適應(yīng)織機(jī)設(shè)置的自優(yōu)化程序。該自優(yōu)化程序可降低因軸承振動(dòng)造成的對(duì)織機(jī)中其他機(jī)器組件的損傷。

郭文君 譯 李 剛 校

Concept for just-in-time-maintenance of the weaving process

MarcoSaggiomo，JanHeibeyn，Yvos-SimonGloy，ThomasGries

InstitutfürTextilechnik(ITA)derRWTHAchenUniversity，Achen/Germany

The productivity of any mechanical production system is decreased by necessary repairs caused by e.g. wear-related failures. Because the machine has to stop in case a machine component such as a bearing fails，production slows down until the machine has been repaired. The deadlines for the production will be at risk because of the unexpected stop. In addition the down-time results in a loss for the company. The failure of machine parts is mostly unpredicatable if the part is not continually monitored. The time needed until the machine is repaired is usually longer than the actual time needed to replace the broken component. This is the motivation to install condition monitoring systems，which automatically track the condition of the components and predict a possible failure. This system is especially useful for textile production，because the product is created at high speeds. In consequence，a small delay in production has a significant impact on the profit . The concept of just-in-time-maintenance is aimed at preventing the maintenance-related delays as much as possible.

weaving process； just-in-time-maintenance； condition monitoring； failure