工厂预防、预修保养检测技术探讨

分类：解决方案日期：2009-06-08 10:59:45 来源：

保养单位在公司的定位 
公司存在之意义，在于现实之「赚钱」，然而赚钱之道取决于何？却因公司之性质而异，有的公司是靠人赚钱，有的公司是靠设备赚钱，不同的性质，其组织架构也就不一样；有的公司为求保养技术专业化，故有设备处等单位，其位阶和生产部相当；有的公司以生产为主体，保养维修单位依附在生产单位之下。 
 
「保养」二字的最佳定义 
保养乃维持工厂有效作业情况之一种功能。 
引自美国罗士可教授定义「生产组织」一书 
保养乃维持整个生产系统之可靠性于一合理水平，亦即使所有机器设备能依生产计画不停操作之意。 
引自美国伯斐教授1961年出版之「现代化生产管理 (Modern Production Management) 」 
 
保养的目的 
防止生产设备之损毁：设备如平常有良好的保养，当不易发生故障，更不会有停工、减产现象，而影响生产效率。 
降低生产设备之恶化：设备得到良好保养，使其零件，机件不易恶化，而保持一定水平，且保持产品之品质。 
延长寿命使成本降低：设备因有良好之保养，可达到预期使用年限，甚且超过，可减少修护及更新设备，而使生产成本降低，进而可保证生产计划之如期完成。 
减少意外灾害之发生：设备有完善的保养，则不易发生故障，及其结构与诸零件均能获得适当之修正及检查，可减少或避免意外事件发生之可能性。 
制造材料耗损之减少：设备保养良好，而性能优越，使品质提高，于制程中物料耗损及不良品自然减少，使单位成本自然下降 
 
保养组织的特性 
四级保养(预知保养) 
机器设备在不影响生产状况下做定期量测，藉此掌握设备运转状况，故亦称之为预知保养，此保养技术启源于美国军方，当时船舰于海上航行时，为减少当机机会，故力行实施预防保养制度，定期对设备进行更换维修，但仍常因不明之原因而造成运转停摆，为找出设备之真正损坏原因，而发展出此保养技术。 
因检测对象与目的不同，故有多项之量测仪器，例如：超音波测厚计、流量计、测漏计、红外线测温枪、热像仪、振动计、频谱仪、油品分析仪、电流表等。因量测结果通常需要专业人才加以分析，而分析之准确性除了须有专业之技术与经验外，对设备构造之充分了解亦非常之重要，所以此检测人员通常须接受更多之专业技能培养。 
其实预知保养和预防保养在执行上很类似，它都是透过时间之管制而实施的一种保养，不同的是预防保养是做定期维修，而预知保养是先做定期之检查后，再决定是否维修。其目的是要先确认设备是否真需要维修，再寻求维修之方向。 
由于目前维修人员之缺乏，技术传承不易，在素质不齐的情况下，保养维护成本要降低，有赖于仪器之确认设备现有状况，如此才能对症下药，以避免做虚工。且其在检查之周期可随设备状况之好坏而加以增减。唯检测后之分析，需有专职之人员，目前依各技术在国际上逐渐有认证之制度形成。 
 
预知保养制度建立流程 
1.实施工厂现况评估　　　 
2.进行全厂设备分级 
3.慎选预知保养技术　　　 
4.建立预保管理体系 
5.订立设备管制标准　　　 
6.展开全厂设备体检 
7.建立巡回检测周期　　　 
8.设备定检趋势监控 
9.损坏异常分析诊断　　 
10.全面改善问题根源 
11.持续检测监控分析 
 
预知保养检测技术 
振动(噪音)分析技术：Easy-Balancer双通道现场动平衡仪、振动分析仪暨线上动平衡仪Easy-Viber、手握式测振仪Viber-A、手握式多功能分析仪X-Viber 
温度检测技术：美國FLIR E25、E45红外热像仪、福禄克Fluke Ti20、Ti30、Ti40、Ti50红外热像仪、福禄克红外测温仪Fluke61、62、63、65、66、68 
油品分析技术：VIP Oil Analyzer 
超音波检测技术：美国SDT超音波170型设备状态巡检仪/设备点检大师 
电气设备检测技术 
 
振动 (噪音) 分析技术 
在所有的非破坏性分析检测讯号（电压、电流、温度、压力等）中，能提供最丰富的讯号的就是振动讯号。 
一个完整的预知保养系统必须涵盖所有讯号分析检测技术，然而，不可讳言的，振动分析检测技术始终是预知保养系统之根本。 
何谓振动？ 
振动是一物体相对于某一个参考点的往复式移动。以弹簧悬吊一个重物为例，当物体被拉下再释放后，倘若忽略所有摩擦、空气阻力，则弹簧会以其原来的平衡点为基准，上下来回不停的移动，此种模式的振动亦称简谐振动。 
形成振动的三大要素 
任何振动讯号都是由不同的振幅、频率及相位三大要素所组成，从事振动分析的前提为：三大要素对机械设备而言，都代表着不同的意义 
振幅大小代表设备运转异常状况之严重性。 
频率分布代表设备损坏或振动来源之所在。 
相位差异代表设备运转所产生之振动模式。 
振动讯号分析 - 时间波形 
时间波形（Time Waveform） 
　　时间波形是以振幅对时间为坐标的方式来表现振动讯号（如下图所示），时间波形对于初学者分析较为困难，从时间波形中最容易得到的讯息是有无冲击现象，这是判断轴承及齿轮等是否损坏很宝贵的讯息。 
振动讯号分析 - 频谱 
频谱（Spectrum) 
　　由于时间波形大都呈现相当复杂的讯号，为使振动讯号变成较易诊断的讯号，一般会将时间波形讯号经过快速傅利叶转换（FFT），形成频谱（如下图所示）。 
频谱是以振幅对频率为坐标的方式来表现振动讯号（如下图所示），振动讯号经过FFT转换之后，从设备上所量测到的各种不同频率已被区隔开来，而且各个频率都有不同的振幅值，如此我们已经掌握了振动讯号三大要素中的其中两项。从这两项讯息中，即可大略判断设备的问题根源及其严重程度。 
　　目前国内振动分析人员大部份以频谱分析作为振动分析的主要工具。 
振动讯号分析 - 模态分析 
模态分析（Vibshape) 
　　由于振动讯号对一般人较不易理解，为使复杂的讯号变成三度空间的想象仿真物体，透过模态分析软件建构的仿真物体结构模型，可清楚简单地了解设备 
振动的情形（如下图所示）。 
模态分析是以振幅对时间为坐标的方式来表现振动讯号，将讯号经过相位时间变化关系，转换形成振动节点，透过模态分析软件将振动节点建构在仿真物体结构的模型上，而且各个振动节点振动的情形都有不同的相位时间变化，进而迁动仿真物体整体结构，如此可了解设备整体结构振动的情形。从设备上整体结构振动的情形，我们可以掌握振动根源和频率振幅，从这项分析中，即可更准确地判断设备的问题根源的所在及其严重程度。 
振动讯号分析应注意事项 
使用振动分析技术诊断机械问题时，必须尽可能搜集掌握所有可以得到的信息，其中包括： 
1.机械设备设计资料：工作转速、临界转速、轴承型号、 
设备型式、联轴器型式、叶轮叶片数、齿轮齿数、皮 
带轮直径、皮带轮中心距、电源频率、管路设计等。 
2.现场感官检视记录：基础、基座、固定螺丝、管路、轴承润滑、轴承温度、异音噪音、异常传动等状况。 
3.损坏维修历史记录：各种保养周期、损坏原因、损坏 
情形、更换零组件、各种校正记录等。 
4.其它检测分析记录：温度趋势、振动值趋势、表压、电压、电流等。 
如何正确量测振动讯号？ 
振动传感器的灵敏度具有方向性，其中最灵敏的位置在传感器的中心线上。 
使用磁性座或探棒均必须固定锁紧。 
不管是否使用磁性座、探棒或直接量测，均必须将传感器垂直紧紧附着于被测面上量测。 
每个轴承都必须量测其垂直、水平及轴向。 
振动或噪音系由机器运转时产生，以振动或噪音的大小可决定机器运转状况，振动（噪音）分析技术应用的两项特点为： 
•各个振动或噪音的频率代表着各种不同的组件或零件的特有讯号。 
•当机器没有问题或问题没有恶化时，所有振动或噪音的振幅都应保持一定范围，除非生产制程变动。 
振动(噪音)技术兴起于1960及1970年代，美国海军、石化产业及核能发电厂首先发展振动及噪音技术，藉以发现重要设备之机械问题；直到1980年代初期，振动及噪音技术与仪器才趋近成熟，然而因为噪音讯号易受外界干扰，导致分析诊断上的困难，所以唯有振动分析技术在预知保养中较为广泛使用。 
因为振动分析技术应用范围相当广，效益也十分高，更因近年来微处理器技术发展迅速，仪器工具与搭配软件越来越精良且价格越低，振动分析技术在预知保养中占有相当吃重的角色。 
振动分析仪的演进： 
第一代笨重、处理速度慢、分辨率差、功能少使用者只有军方及少数政府研究机构 
第二代笨重、处理速度快、分辨率高、讯号分析功能多开始进入国营企业工厂使用许多研究机构开始重视发展 
第三代轻巧、处理速度快、分辨率高、讯号分析功能多、内存容量大开始进入民营企业工厂使用预之保养技术开始蓬勃发展 
第四代轻巧、处理速度快、分辨率高、讯号分析功能多、内存容量大、操作简易、结合预修保养技术功能大规模导入民间企业，提升产业竞争力，将预知与预修技术结合，使用者普及化 
振动分析技术之应用 - 总振动值监控 
一般所设定的频率范围介于10至10000Hz之间，振动值大小以位移、速度或加速度为单位。ISO所订之总振动值管制标准以频率10至1000 Hz之间的速度值为基准。 
根据机器设备运转所产生的振动讯号特性，加以区分频率范围，一般划分5至7种不同的频域，同时订定各频域的振幅管制标准或警戒值，作为监控设备状况的基准。 
振动分析技术之应用 - 振动讯号分析 
机器运转所产生的振动讯号透过频谱、时间波形、相位、共振分析、模态分析等 
分析技术，配合监控技术可加 
以研判设备损坏根源，进而事 
先拟定维修保养计画。 
 
温度检测技术 
温度检测技术亦是实施预知保养制度相当重要的技术之一，可用于监控工厂的机器设备、结构及各种系统，藉由温度高低变化以判别设备运转状况。此温度检测技术所使用的仪器工具中，最常见的有：单点红外线温度枪、线扫瞄式红外线温度枪、红外线热影像仪三种。 
温度检测技术之应用 - 红外线单点温度检测 
此种类型温度检测采用单点温度枪，可以准确量测被测物表面温度值，被广泛使用于轴承、马达及制程管路等处的温度监控。此种单点温度的趋势监控记录最易与振动的趋势记录连结并用。 
温度检测技术之应用 - 线扫描式红外线温度检测 
此种类型温度检测采用线扫描式红外线温度枪，以一次元单线式扫瞄温度，一般用于比较温度的差异，无法准确测得温度值，在三种温度检测仪器中，此种温度枪较少应用于预知保养体系。 
温度检测技术之应用 - 红外线热影像检测 
此种类型温度检测采用红外线热影像仪，其所应用的原理不同于一般红外线温度枪，透过摄影机式的温度分布影像扫瞄，可以很快地检测出异常温度位置，其缺点是需要极大的内存来储存热影像图片，目前由于微内存科技发展迅速，已经可改善内存容量不足的问题，而可以适合于长时间保存。 
 
油品分析技术 
油品分析技术主要在于机器运转时之摩擦、磨耗及接触表面润滑状况分析，同时诊断各种磨润问题，诸如：油中污染物侵入、润滑油选用不当、异常负荷及异常磨耗等。所谓「设备保养始于给油，终于给油」，适当的润滑管理及磨润检测分析有助于延长机器寿命、防止故障，进而可减低磨耗，提升机器运转效率。 
油品分析技术琳琅满目，包含有：温度法、电阻法、光谱分析法、铁相分析法、污染分析法等。油品分析项目中尤以润滑油粘度、铁粒子含量、非铁粒子含量、水分含量等最为基本也最为重要。油品分析也有必要以趋势分析的方式进行润滑油品质监控，以做为最佳换油时机的评量，亦可达节省保养成本之目的。 
 
超音波检测技术 
超音波检测技术所应用的原理与振动分析技术相类似，两者都是以监控机器或生产系统之振动噪音判断运转状况，不同的是，超音波检测技术适用于监控较高频率的设备问题，例如：一般振动检测技术所检测的频率范围约在1至20,000Hz之间，而超音波检测的频率范围一般在20,000至100kHz之间。 
检测仪器有接触型及扫描型二种，超音波检测技术主要应用于： 
•管路、容器泄漏问题之检测 
•管路、容器壁厚问题之检测 
 
电气设备检测技术 
电气设备的机械问题及部份电气问题可藉由振动分析检测出来，然而大多数的电气问题则必须靠不同的检测技术才能确认问题原因。电气设备检测技术有：直流高压试验、交流电流试验、诱电正流试验、部份放电试验、油中气体分析法、开闭脉冲试验等。 
 
预修保养的定义 
五级保养(预修保养) 
有时亦称改良保养，从其它保养方式或过程中，发现某些安装、使用、保养或设计不当所造成经常性重复发生的机器设备损坏问题，探究根源并加以「预先」改善，以延长设备及零组件寿命的保养方式。 
设备在请购、安装、试车之初，若对其设计品质、安装方式要求严格，即其设备作过精密雷射对心、精密雷射几何校正或动平衡校正，则可能厂内之设备就是一个奔驰级之高品质、零故障设备，对于日后之保养就可轻松应付。 
 
实施预修保养制度的效益评估 
如同实施预知保养制度一样，实施预修保养制度首先必须要投资购置一些仪器及培训人员，但与实施预修保养制度所能获得的有形及无形利益作比较，其投入的资金可说是微不足道矣。 
 
工厂设备主要异常问题分析 
设备对心与安装不良所造成的问题可以使用雷射校正仪进行精密校正。 
· 转动设备平衡不良的问题可以使用平衡机或线上动平衡仪进行校正。 
· 结构或基础的问题可以使用振动分析技术中的共振分析及模态分析技术进行改善。 
 
预修保养技术与工具 
雷射校正仪的原理与应用 
雷射校正系统目前被广泛使用于轴对心与皮带轮对心，但如果能了解雷射量测的原理、三角几何观念，再加上一点想象力，就能将点、线、面的量测扩展到直线度、平面度、垂直度、平行度、圆孔中心线、工具机主轴角度定位等量测校正。 
 
雷射校正仪的直线度量测原理 
雷射发射器所发射出来的雷射就如同一条倍拉紧的钢琴线一样，成为一个量测校正的基准线，在量测过程中永远固定不动。而雷射接收器的接收面板就如同一把精确度相当高的尺，能够精确地读取量测点到基准线(雷射)之间的距离，如此一来，我们便掌握了最基本的直线度量测校正的原理。如果任取其中二个量测点做为新的基准线，就能计算出其它量测点到新的基准线的偏差值。 
雷射校正仪的平面度量测原理 
试想，如果雷射发射器所发射出来的雷射可以在某一个定点上 360 度旋转，于是雷射就形成了一个量测校正的基准面，在量测过程中，同样保持这个基准面永远固定不动，而雷射接收器在某一个量测面，能够精确地读取每一个量测点到基准面之间的距离，如此一来，我们便可以进行平面度的量测校正了。如果任取其中三个量测点做为新的基准面，就能计算出其它量测点到新的基准面的偏差值。 
雷射校正仪的垂直度量测原理 
如果雷射发射器所发射出来的雷射可以在某一个定点上被切换90度，使新的雷射射束与旧的雷射射束形成90度角，如果应用直线度与平面度校正的原理进行量测，我们便可以进行垂直度的量测校正了。如果在旧的雷射射束任取其中二的量测点做为新的基准线，就能计算出另二个量测点到新的雷射射束的偏差值，而得到二条直线间的垂直度校正。如果雷射射束在某一定点上能作 360 度旋转，就能实施一条直线与一个平面的垂直度校正。 
雷射校正仪的圆孔中心线量测原理 
如果雷射发射器所发射出来的雷射在量测过程中保持不动，而雷射接收器被固定在圆孔中后接收读值，并将读值归零后，再将雷射接收器反转 180 度后读值，将所得读值除以二，此计算后的数值即为孔心到基准线(雷射)的距离。如果再应用直线度的原理进行量测，我们便可以各个相连圆孔的中心线量测校正了。如果任取其中二的圆孔的量测点做为新的基准线，就能计算出其它圆孔中心到新的基准线的偏差值，此为圆孔中心线校正。 
雷射校正仪的工具机主轴偏角量测原理 
将雷射发射器按装在某一个转轴上，使雷射投射至雷射接收器上后读值，将读值归零后，旋转转轴 180 度，将所得读值除以二，此计算后的数值即为转轴中心线至雷射接收器底部的距离，接着将雷射接收器平移某一段距离(假设为1m) ，将转轴转180度至原来位置后以同样的步骤得到第二个数值，若二个读值相同，则转轴中心线与雷射接收器底部所在的平面成平行，数值不同则代表转轴中心线与雷射接收器底部所在平面有角度偏差，此即为主轴偏角校正。 
 
平衡不良的振动特性 
若从不平衡转动件的运转模态上分析思考，可以不难发现以下归纳因平衡不良所造成的振动特性： 
1.频谱之一倍转速频率有明显振幅。 
2.无其它明显转速倍频之频率出现。 
3.径向一倍频振动远大于轴向振动。 
4.同一量测点的相角必须相当稳定。 
 
如何进行平衡校正 
通常所有转动件都应该要定期实施平衡校正，如果工厂具备检测振动问题的工具，则只要在检测到平衡状况不佳时，再实施校正即可。 
平衡校正的方法有： 
1.静平衡法 - 靠地心引力实施平衡校正 
2.平衡机平衡法 - 靠平衡机实施平衡校正 
3.线上动平衡法 - 靠平衡仪或振动计实施校正。 
 
精密雷射对心技术 
·何谓对心？ 
对心是将连结在一起的二台单元设备的运转中心线进行校对调整，使其成为一直线。 
·为什么要对心？ 
良好的对心可以减少振动、节省能源损耗、延长设备组件寿命，经实验统计，对心不良率增加一倍时，轴承寿命约仅剩下八分之一，对心不良会造成以下情形。 
Ø轴承损坏 
Ø轴封损坏 
Ø轴心损坏 
Ø设备过热 
Ø高振动 
Ø能量损失 
 
 
建立一套可靠的保养模式 
设备损坏根源与趋势分析技术的导入 — 
　　理想的设备损坏根源与趋势分析技术与工具的必备条件有： 
1.不干扰设备运转，不需停机。 
2.不须拆机检测。 
3.非破坏性检测，对设备不具 
破坏性。 
4.可以研判、追踪异常变化趋 
势与来源。 
 
设备损坏根源与趋势分析技术的导入 — 
振动分析技术 – 
Easy-Balancer双通道现场动平衡仪、振动分析仪暨线上动平衡仪Easy-Viber、手握式测振仪Viber-A、手握式多功能分析仪X-Viber 
1.轴精密对心技术 - 
导入雷射对心仪雷射对心仪/激光对中仪Easy-Laser D450、D80、D200、D505 
皮带轮对心仪D80 
2.线上动平衡技术 - 
导入Easy-Balancer双通道现场动平衡仪 
 www.ks-leadtech.com

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