Données de capteur et surveillance de l'état de la pompe dans les applications de commande numérique par ordinateur

Les pompes sont utilisées dans diverses applications industrielles, y compris la fabrication et l'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC).

Les machines CNC jouent un rôle essentiel dans la fabrication de composants pour les produits du quotidien. Contrairement à la fabrication additive (impression 3D), les outils CNC de moulage ou de formage, tels que les perceuses et les fraises, sont utilisés pour enlever ou meuler le matériau des pièces d'acier, d'aluminium, de carbures, de laiton, de cuivre et même de plastiques pour former des formes pour un but spécifique. Le matériau est enlevé avec des mèches ou des outils de tour tournant à grande vitesse, ce qui crée des trous, génère des vides et/ou supprime des couches de surface pour réduire les tolérances. Ces outils de coupe sont montés sur une variété de mandrins et entraînés par des servomoteurs de précision qui contrôlent la position et le mouvement des outils ou des pièces sous supervision informatique.

En plus du perçage et de la coupe, les machines CNC sont conçues pour de nombreuses autres fins, notamment le meulage, le fraisage et le routage.

Les pompes jouent un rôle clé dans le fonctionnement et le fonctionnement des machines CNC.

Par exemple, de nombreuses machines CNC comprennent un appareil pour appliquer du liquide de refroidissement sur l'outil et la pièce, afin de faciliter une coupe nette et de haute qualité. Le liquide de refroidissement est souvent un mélange d'eau et de lubrifiant et sert à plusieurs fins, telles que la réduction de la dilatation thermique du matériau, la réduction de l'usure des outils, la prévention de l'oxydation rapide de certains matériaux et, surtout, le nettoyage ou l'évacuation des copeaux de matériau produits. dans le processus de coupe. L'accumulation de copeaux sur la surface de l'outil ou à l'intérieur des cavités de coupe d'une pièce peut provoquer des défauts de coupe et accélérer l'usure des outils. Le liquide de refroidissement est pompé à partir d'un réservoir et pulvérisé sur un outil à partir d'une ou plusieurs buses dirigées vers la pointe de l'outil. Ce fluide caloporteur reflue ensuite dans le réservoir, ou puisard, généralement après filtrage. La pompe utilisée dans le système de refroidissement fournit un débit et une pression de liquide de refroidissement précis, ce qui la rend essentielle au bon fonctionnement des machines CNC.

Dans les opérations automatisées des machines CNC, les pompes jouent également un rôle clé dans le système hydraulique, l'architecture utilisée pour réguler la manipulation de plusieurs outils serrés dans le mandrin de la broche. Ce système hydraulique est responsable du contrôle des outils de coupe de différents poids et tailles, de l'installation de précision et de l'échange des outils de coupe dans le mandrin de la broche, ce qui nécessite un degré élevé d'automatisation avec des fluides hydrauliques fonctionnant sous une pression allant de 522 à 580 livres par pouce carré (psi).

Divers paramètres de fonctionnement mesurables des actifs de la machine CNC peuvent aider à fournir une visibilité sur les performances du fonctionnement global de la machine. L'examen de ces données de fonctionnement de la machine afin de déterminer le besoin de maintenance s'inscrit dans la pratique plus large de la surveillance basée sur l'état (CbM). La pression, le débit ou la vitesse du liquide de refroidissement et même les mesures de vibration sont tous des types essentiels de données de capteur nécessaires à la surveillance de l'état. Ces données alimentent des algorithmes intégrés afin de détecter et de signaler les anomalies et les tendances émergentes, donnant des informations exploitables aux opérateurs et aux décideurs au sein de l'organisation.

Pour la surveillance de l'état des pompes, les principaux signaux de mesure nécessaires sont les vibrations, la pression, le débit et la température. Les vibrations, en particulier, ont la plus grande importance compte tenu de leur sensibilité à plusieurs modes de défaillance de la pompe. Les signaux de vibration sont généralement extraits et analysés à un taux d'échantillonnage élevé, ce qui nécessite des techniques de traitement du signal pour évaluer la forme d'onde de la pompe dans le domaine fréquentiel. Les indicateurs d'état basés sur les vibrations sont calculés et consistent en des mesures qui tiennent compte de l'amplitude globale des vibrations et de l'amplitude du domaine fréquentiel aux fréquences de passage caractéristiques du roulement, de l'arbre et de l'aube. Les signaux de pression, de débit et de température sont généralement à un taux d'échantillonnage inférieur. D'autres indicateurs d'état courants à prendre en compte sont les caractéristiques statistiques ou les mesures dérivées de la courbe de performance de la pompe. Étant donné que les pompes ont de nombreux modes de défaillance différents, il est avantageux de combiner plusieurs indicateurs de condition dans un indice de santé afin de surveiller la pompe et de comparer ses signaux mesurés à une condition de base de référence. Avec cet indicateur de santé de la pompe, une détection précoce des problèmes émergents peut être découverte, ainsi que des informations révélant quelle variable de capteur contribue le plus à l'état malsain.

Un fabricant mondial cherchait à adopter une solution de surveillance de l'état de la rectifieuse CNC dans sa ligne de production afin d'optimiser la maintenance et d'augmenter la productivité globale. Avec l'aide d'un fournisseur de solutions de maintenance prédictive, cette société a pu tirer parti des techniques et algorithmes avancés de traitement des données du fournisseur, ainsi que de l'indice de santé développé, pour détecter et prédire les tendances des données indiquant le bon fonctionnement des machines, en élargissant l'utilisation des capteurs données échappant au contrôle opérationnel dans le cadre de la pratique typique de CbM.

Le système hydraulique et la pompe ont été identifiés comme des sous-systèmes clés de la rectifieuse CNC. Un système de collecte de données a été mis en place pour surveiller les vibrations, la pression et le débit de la pompe, ainsi que des mesures supplémentaires concernant le fonctionnement de la rectifieuse. L'approche d'analyse a segmenté les données cycle par cycle et extrait les indicateurs d'état des signaux de vibration, de débit et de pression. Une période de référence d'environ un mois a été utilisée pour entraîner le modèle d'apprentissage automatique afin de déterminer quelle condition était considérée comme saine pour cette pompe. Les indicateurs d'état de vibration, de pression et de débit ont ensuite été comparés à ce modèle de base. L'indice de santé multivarié a montré une tendance croissante et croissante de la valeur de santé à mesure que l'état de la pompe se dégradait. Les vibrations ont été identifiées comme le principal facteur contributif, car elles présentaient la tendance la plus claire et la plus visible au fil du temps. Des tendances à la baisse plus subtiles et des réductions de débit et de pression ont également été observées.

Grâce à cette solution, l'entreprise a été en mesure de reconnaître le problème émergent de la pompe et de réparer la pompe avant que son débit et sa pression ne soient réduits à un état dans lequel la pompe ne serait pas en mesure de remplir sa fonction. Par conséquent, des temps d'arrêt et des pannes imprévus coûteux ont été évités, et la réparation de la pompe a eu lieu à un moment plus opportun en dehors de la production. à leur ligne de base d'origine et à des valeurs supérieures.

Comme l'illustre l'étude de cas, la principale proposition de valeur pour l'adoption d'une solution de surveillance de l'état des pompes est la réduction des temps d'arrêt imprévus. Les avantages supplémentaires incluent une réduction du temps de réparation de la pompe, des informations de diagnostic supplémentaires et des économies d'énergie. La réalisation des économies de coûts ne peut être réalisée que si le système de surveillance de l'état fournit une détection précoce des problèmes de pompe au fur et à mesure qu'ils se développent. Heureusement, de nombreux modes de défaillance courants de la pompe (défaillance des roulements, cavitation, désalignement de l'arbre, roue déséquilibrée, défaillance du joint, etc.) sont couverts par la surveillance des vibrations, de la pression, du débit et de la température. Bien que la détection et le diagnostic précoces soient généralement réalisables, la prédiction précise des défaillances dépend du mode de défaillance et peut nécessiter des exemples antérieurs de défaillance pour que le modèle apprenne le schéma de progression des défaillances.

À mesure que les machines deviennent plus complexes et fonctionnent à un niveau de performance plus élevé, les systèmes de surveillance qui exploitent plusieurs technologies de capteurs, les techniques de traitement du signal et d'analyse des données deviendront la norme pour les machines CNC et les systèmes de pompage modernes.

Avec cette tendance générale vers des informations avancées sur les données, il existe plusieurs étapes recommandées pour démarrer avec la surveillance de l'état des pompes :

Effectuez une analyse de criticité pour sélectionner les actifs pour la surveillance de l'état dans lesquels les temps d'arrêt seraient coûteux et les pannes pas extrêmement rares.

S'il est disponible, passez en revue le système de collecte de données déjà en place. Au besoin, ajoutez des capteurs et des instruments supplémentaires, en gardant à l'esprit que les signaux clés pour la surveillance de la pompe sont les vibrations, le débit, la pression et la température, les vibrations étant les plus importantes.

Une fois qu'un système de collecte de données approprié est en place, les bonnes bases doivent être établies pour commencer à développer et à mettre en œuvre le système de surveillance de l'état de la pompe.

Assurez-vous de sélectionner une solution prédictive qui est de bout en bout et évolutive, conçue spécifiquement pour une utilisation dans le secteur industriel et utilisable à la fois par votre personnel compétent travaillant au développement de la solution, ainsi que par les principales parties prenantes qui utiliseront les informations fournies pour s'assurer que les bonnes actions sont prises avant que des problèmes coûteux ne surviennent.

Lorsque vous démarrez avec l'analyse de données, concentrez-vous sur une approche d'analyse d'apprentissage automatique basée sur la ligne de base, car les données de défaillance ne sont souvent pas suffisamment disponibles, et l'approche basée sur la ligne de base a de nombreux exemples réussis de détection précoce, apportant de la valeur à diverses applications.

David Siegel est le directeur de la technologie chez Predicttronics. Il peut être contacté à [email protected]. Pour plus d'informations, visitez le site predicttronics.com. Ed Spence est le fondateur et directeur général de The Machine Instrumentation Group. Pour plus d'informations, rendez-vous sur machineinstrumentation.com.