Endüstri 4.0 ile Kestirimci Bakım

Kestirimci bakım, izlenen ekipmanlardan veri alınarak, bozulma gerçekleşmeden bakımın doğru ve yeterli bir biçimde yapılmasını sağlar. Kestirimci bakım %12 uygulanma yüzdesi ile bakım çeşitliliğinde son sırada yer alır. Oysa Kestirimci Bakım, getirdiği fırsatlarla işletmeler için birçok olanak sağlar. Kestirimci Bakım kısaca, çeşitli analizler sonucu arıza yaşanmadan sistem için önlemler alınmasıdır. Kestirimci bakım ilk olarak ODTÜ'de 3. Ulusal Makine Tasarım ve İmalat kongresinde ortaya çıkmıştır. Bu yazımızda Kestirimci Bakım'ın endüstrideki uygulamalarını ve önemini inceleyeceğiz.

#Kestirimci Bakım #Endüstri 4.0 #IoT #Nesnelerin İnterneti #Elektrik Motoru #Endüstri

Endüstride makinelerin bakım ve onarımları ile tesisin olası duruş maliyetleri oldukça maliyetlidir. Beklenmedik bir arıza sebebiyle makineler oldukça uzun süre çalışamaz halde olabilirler. Bu durumda ise seri üretim gerçekleştiren firmalarda üretim kayıplarına ve maliyet olarak artışa da sebep olmaktadır. Üretimi durdurmamak için arızaların daha oluşum esnasında çeşitli test ve analiz yöntemleri kullanarak tespitinin yapılabildiği kestirimci bakım metotlarına yönelmek maliyet hesaplamalarında oldukça önemli noktaya ulaşmıştır.

Yapılan anket çalışmalarına göre Kestirimci Bakım uygulayan firmaların işletmelerinde aşağıdaki yararları gördüğü belirlenmiştir;

Bakım faaliyetlerinde azalma: % 25 -30
Bozulmalarda azalış % 35 - 45
Üretimde artış: %20-25
Yatırımın geri dönüş miktarı: 10 kat artmıştır.

Üretilen her makine aksamından dolayı makineye karşı uygulanan kuvvete tepki olarak titreşim üretir. Bu titreşimler Fast Fourier Transform teknikleri kullanılarak zaman ekseni dahilinde sayısal verilere dönüştürülür. Herhangi bir arıza oluşurken titreşim değerlerindeki farklılıklar ve belirli eşik değerlerini aşması gibi belirtilerle hata kendini belli etmektedir. Kestirimci bakım ile genellikle yağ analizleri, kızılötesi termografi ölçümü, ultrosonik test gibi hasarsız muayeneler ve titreşim ölçümü ve analizi yapılmaktadır.

Makine Verimliliği için Akıllı Çözümler

Bakım planlamacıları maksimum makine kullanılabilirliği sağlama sorunuyla her gün karşı karşıya kalmaktadırlar. Aynı zamanda bu sorunla uğraşırken bakım kısmında tüketilen malzeme miktarlarını belirlemekle beraber minimum onarım yapılmasını sağlama yükümlülükleri vardır. Kestirimci bakım çözümleri şirketler için yeni olanaklar sunmaktadır: Datalar, sensör izleme ve makine koşulları dikkate alınarak olası bir arıza çıkabilme ihtimali hesaplanır. Bu izlemeler sayesinde düzeltici önlemler en etkili şekilde planlama yapılmasını sağlar. Ayrıca plansız duruş süreleri önlenebilir ve personelle beraber kaynak kullanımları önemli ölçüde azaltılabilir. Kestirimci bakımdaki hizmetlerde önemli olan geçmiş sorunlardaki bilgileri depolayarak gelecekteki olayları tahmin etmektir. Firmalar genellikle kestirimci bakım için çözümlemeleri kendi tabanlarında bulunan Iot Suite'ler oluşturarak sağlamaktadır. Bu suite'ler üretim alanında etkin çalışmalar çıkarmaya yardımcı olur. Diğer yararları ise:

► Entegre edilmiş IoT katmanları sayesinde hızlı uygulama geliştirme, kural ve süreçlerin belirlenmesi, cihaz yönetimi ve operasyon tamamlayan sistemler oluşturulabilir.

► Güvenilir bir IoT

► Sistematik erişim ile cihazları diğer part cihazlarla tutarlı erişim imkanı sağlanır.

Ayrıca temel ürünleri içeren iş süreçleri yönetimi, iş kuralları yönetimi ve cihaz yönetimi gibi yöntemleri mevcut süreçleri gerçekleştirmek için optimizasyon görevini yerine getirir.

Kestirimci bakımda genellikle yağ analizleri, kızılötesi termografi ölçümü, ultrosonik test gibi hasarsız muayeneler ve titreşim ölçümü ve analizi yapılmaktadır.

1) Yağ Analizi

Makinelerin verimli çalışabilmesi için yağ bulunmaktadır. Bu yağ ile mekanik parçalarda sürtünme minumum seviyelere inmektedir. Eğer bu yağın kalitesi düşüş gösterirse makine parçalarının üzerinde çalıştığı kalınlığı 10 mikron olan yağ tabakasında azalma gözükmektedir. Bu noktadan sonra sürtünmeden dolayı aşınma ve ısınmalar ortaya çıkabilmektedir. Yağ analizi yöntemiyle hangi parçada ne kadar aşınma veya sorun olduğu tespit edilebilmektedir. Metallerin sürtünmesinin altında ana sebep olarak düşük viskozite gösterilir. Viskozite periyodik olarak takip edilip, yağın özelliklerine bakılarak yağın kimyasal değerleri takip edilir ve özelliklerini kaybetmeye başladığı noktada, yağ değişimi ve arızanın giderilmesi için makine bakıma alınır.

2) Kızılötesi Termografi

Sistemin sıcak bölgelerinin takibi için kullanılır. Sıcaklığın oldukça yüksek olduğu enerji santralleri, fırınlar, ısıtma sistemleri gibi yerlerde Kızılötesi Termografi kullanılmaktadır. Sıcaklık ortalamaları ve değişimleri sistemli olarak takip edilir ve sistemin herhangi bir yavaşlaması veya çalışmasını durduracak bir sıcaklık seviyesi önceden tespit edilmektedir. Eğer sıcaklık belirlenen eşik seviyesine yaklaştığı anlaşılırsa bakım programı yapılarak sisteme müdahale edilir.

3) Ultrasonik Test

İşletmelerde çokça kullanılan ve en yararlı yöntemlerden biridir. Duyma eşiğimizin 20 Hz olduğu varsayarsak bizlerin duyamayacağı sesleri Ultrasonik cihazlar yakalayıp ayırarak insanların duymasını sağlamaktadır. Bu sesler takip edilerek düzenli raporlar ile verimlilik için çözümler üretilebilir. Bu yöntem sayesinde basınçlı hava kaçakları tespit edilebilir buhar kapanı çalışma testleri, rulmanların yağlama ve hasar durumlarının tespitleri için kullanılabilir.

4) Titreşim Ölçüm ve Analizi

En yaygın kestirimci bakım metodu olan titreşim ölçüm ve analizi dönel parçaları bulunan her makine için kullanılabilir. Makine dizaynından veya montajdan kaynaklı sorunlar arızayı bulmak için büyük bir handikaptır. Bundan dolayı periyodik olarak ölçümlerin yapılması ve elde edilen dataların korelasyonu yapılması gerekmektedir. Bu analizin yapılması için frekans ve faz ölçülmelidir. Makine parçalarının her biri farklı titreşimler üretmektedir. Arıza durumunda alışagelmiş frekans bilgisi dışına çıkıldığından arızanın ne olduğunu ve hangi parçadan kaynaklı olduğu bilgisine ulaşılabilir. Bunlar yapılırken çeşitli yazılım ve cihazlar kullanılmaktadır.

Elektrik motorları güvenilirliği ve üretimdeki kolaylıklarından dolayı endüstride çok tercih edilen elemanlar haline gelmişlerdir. Asenkron motorlar; basit ve dayanıklı yapıları, son derece ucuz maliyetleri ve çeşitli güçlerde kolaylıkla üretilebilmeleri gibi nedenlerden dolayı endüstride kullanılan motorların %90'ını oluşturmaktadır. Bundan dolayı, asenkron motorlar; birçok endüstriyel proseste kritik öneme sahip bileşenlerin en önemlilerinden biridir. Bu nedenle, asenkron motorların arızalanmadan uzun süre çalışması veya meydana gelebilecek arızaların önceden tespiti önem kazanmaktadır. Belli başlı arıza tipleri vardır. Karşılaşılan arızalar kendine has nedenlerden veya çalışma şartlarına bağlı oluşan arızalardır. Motorun kendine has arızaları olarak nitelendirdiğimiz arızaların nedenleri mekanik ve elektriksel kuvvetlerin motor içindeki davranışlarına bağlıdır. Araştırmacılar;

► Bobin arızaları

► Dengesiz rotor ve stator parametreleri

► Kırık rotor barları

► Eksen kaçıklığı

► Rulman arızaları gibi çeşitli motor arızaları üstünde çalışmışlardır.

Çalışmalar göstermiştir ki; asenkron motorlardaki hatalar ve bunların oluşum sıklıkları şöyledir:

► Stator Sargılarından Kaynaklanan Hatalar (%16)

► Rotor Kaynaklı Hatalar (%5)

► Rulman Hataları (%51)

► Mil Kaynaklı hatalar (%2)

► Harici Hatalar (Çevresel, gerilim beslemesi, yük) (%16)

► Diğer hatalar (%10)

Gelişmekte olan bir arıza, yapılacak durum izleme ile elemanların arıza başlamadan önce hangi karakteristik özellikleri gösterdiğine bakılarak teşhis edilebilir. Araştırmalar göstermiştir ki; arızaya neden olan hata mekanizmaları aşırı ısınma, yalıtımda bozulmalar, mekanik arızalar ve motor devresi hatalarıdır. Bazı durumlarda motordaki normal dışı durumların nedeni güç kaynağındaki harmonikler de olabilir.

Rulman arızaları: Dönme elemanları, iç ve dış bilezik ve dönme elemanlarını tutan kafeste olabilecek arızalardır.

Stator arızaları: Stator gövdesi, stator çekirdeği ve stator sargılarında meydana gelebilecek arızalardır.

Rotor arızaları: Rotor çubukları, mil ve rotor gövdesinde olabilecek arızalardır.

Diğer arızalar: Faz empedanslarındaki dengesizlikler nedeniyle gerilim dengesizliğinin oluşması gibi elektriksel hatalar, aşırı yükleme, kötü kavramalar ve motorun iyi yataklanmaması gibi hatalardır.

Asenkron Motorda Meydana Gelen Arızaların Belirtileri

Asenkron motorda bir arıza meydana geldiğinde, stator sargılarında dengesizlik ve/veya stator hava aralığında değişimler oluşur. Bunun neticesinde motorun uzay harmonik dağılımında değişimler oluşacaktır. Araştırmalara göre asenkron motorlarda meydana gelen mekanik arızalar, aşağıdaki belirtilerden teşhis edilebilir ki bunlar:

► Dengesiz hava aralığı gerilimi ve hat akımı

► Ortalama momentte azalma ve moment dalgalılığında artış

► Motor kayıplarında artış ve aşırı ısınma, verimde azalma

► Hat akımında belirli harmoniklerin artışı

► Eksenel yönde kaçak endüktans artışıdır.

Asenkron motorda meydana gelen arızalar ile stator akımı harmonik spektrumu arasında bir ilişki vardır. Araştırmalar göstermiştir ki, belirli arıza durumlarında motorun şebekeden çektiği faz akımının belirli harmonikleri değişim göstermektedir. Rotorda meydana gelen arızalar, asenkron motorlarda meydana gelen arızaların büyük bir çoğunluğunu oluşturur. Rotor çubuklarındaki ya da kısa devre halkalarındaki kırıklar ise, aşağıda belirtilen streslerin neticesinde meydana gelmektedir ki bunlar;

► Motordaki aşırı kayıplar ya da motorun nominal yükünün üzerindeki bir yükle yüklenmesi neticesinde meydana gelen termal stresler,

► Elektromanyetik gürültüler, elektromanyetik kuvvetler, dengesiz elektromanyetik çekim kuvveti (UMP) ve titreşim nedeniyle meydana gelen manyetik stresler

► Üretim hataları nedeniyle meydana gelen yerleşik stresler

► Mildeki ani moment değişimleri ve merkezkaç kuvveti nedeniyle meydana gelen stresler

► Kimyasal ya da fiziksel kirlenme veya aşınma gibi çevresel stresler

► Yataklama problemleri nedeniyle meydana gelen streslerdir.

Sonuç olarak, Türkiye'de toplam net elektrik tüketiminin yaklaşık %36'sı, sanayi elektrik tüketiminin ise yaklaşık %70'i üç fazlı AC indüksiyon elektrik motor sistemlerinde kullanıldığını düşünürsek, bu durum mutlak suretle bizi bu motorlar üzerinde çalışmaya zorlamaktadır. Yanan motorların tekrar sardırılması ile veriminin %1-4 arasında düşeceği, yanlış motor-yük seçiminden dolayı verimin %18'lere varan oranlarda azalabileceği, yüksek verimli kayış seçimi ile kayıpların azaltılabileceği vb. birçok önemli kriter asla göz ardı edilmemelidir ve yukarıda önemli özelliklerinden sadece birkaçını verdiğim kestirimci bakım sistemlerinin yaygınlaşması oldukça önemlidir.

Kestirimci Bakım ile Hangi Değişiklikler Gerçekleşir?

Kestirimci Bakım, getirdiği fırsatlarla işletmeler için birçok olanak sağlar.

► Ekipmanların ömürlerinde ve verimliliğinde artış

► Kritik elemanlar için düzeltici bakıma olanak sağlar

► Proseslerde ve cihazlarda arızalı kalma süresini azaltır

► İşçi maliyetini azaltır.

► Koruyucu bakıma göre %8-%12 karlılık sağlar.

► Enerji tasarrufunda artış

► Çalışanların iş yükünün azalması

► Yatırım Geri Dönüş Miktarı: 10 kat

► Bakım Faaliyetlerinde Azalma: %25-%30

► Bozulmalarda Azalış: %35-%45

► Üretimde Artış: %20-%25

Bakım sürecinde makine arızaları erken teşhis edilebilirse ileride çıkabilecek daha büyük sorundan kurtulmakla beraber daha ucuza bakım ve tedavi uygulanmış olur. Şirketler bu sayede önlemlerini çok önceden alabilir. Bu sistemle birlikte şirketler için yenilikçi olanaklar ortaya çıkar.

1) Yeni İş Modellemesi

Yeni pazar fırsatlarında yardımcı olur: bakım ve kaynak optimizasyonu alanında müşterilere ek hizmetler sunulur.

2) Bakım Hizmetlerinin Optimizasyonu

Etkili planlı bakım tedbirleri müşteri memnuniyetinin artması ve maliyetlerin azaltılması için önemli bir kuraldır. Ayrıca bu bakımlar sayesinde rakipleriniz arasından sıyrılarak maliyet olarak daha iyi seviyelere gelmenizi sağlar.

3) Bakım Süreciyle Beraber Artan Verimlilik

Sunulan çözümler entegre edilmiş proses adımları için olmalıdır. Ayrıca kestirimci prosesleri ve tüm departmanlar arasında entegreyi sağlayacak sistemler geliştirilip tek bir yerden bakım hizmeti verebilme imkanına sahip olunmalıdır.

4) Operasyon Verimliliğinin Arttırılması

Bakım tedbirleri planlarının oluşturulması makinenin arızalı halindeyken durma zorunluluğundan ötürü kaynaklanabilecek maliyet zararının minimize eder. Kaynaklar ve tedbirler zamanında uygulanırsa daha kolay ve hızlı üretim sağlanabilmektedir.Kestirimci bakım için oluşturulan servis portalı kapsamlı bir yaklaşım, planlama ve şeffaf belgeler aracılığıyla makine arızaları otomatik olarak teşhis eder ve tüm süreçler adım adım tek panel üzerinden gösterilir. Makine durum verileri akıllı kural teknolojisi sayesinde alınarak, analiz yazılımı ile uygun olmayan veriler toplanır ve ayıklanır. Bu analizlerin sonucunda düzeltici önlemler başlatılır ve otomatik bir süreç içerisine sokularak doğru ölçüm ve datalara ulaşılması sağlanır.

5) Tüm Uygulamalar için Merkezi Erişim

Tüm makinelerde güncellemelerin tek bir merkezi noktada yapılması ve bu tek noktada bakım tedbirlerinin şeffaf belgelerle erişimi mümkün olması endüstri 4.0 ile ortaya çıkmıştır. Firmaların hizmet portalı bilgilerini ayrıca müşterilerinin ve çalışanlarının kendileriyle ilgili özel bilgileri gösterme hizmeti verilmektedir. Bütün bakım tedbirleri uzaktan konsol ya da merkezi herhangi bir yerden yönetilme anlamına gelmektedir.

6) Uyumluluk ve Açık Mimari

Endüstri 4.0 ile firmaların servis portallarını müşterinin Bilgi Teknolojileri sistemlerine entegre edip bakım için gereken bütün bilgileri tek bir noktada toplanması sağlanmaktadır. Bu teknoloji sayesinde günlük proje çalışmalarında, çoklu data girişlerini minimize ederek yüksek performansta sistemin çalışmasını sağlar. Suitler ve portallar sayesinde proje çalışmaları tek bir noktanın yanı sıra bir çok bigdata girişi olsa bile kolay yönetilebilir olması hem bakım hem de verimlilik için oldukça önemlidir. Bu servis portalları uzaktan bakım veya durum izleme sistemlerini çalıştırmak için en ideal sistemdir.

7) Ölçeklenebilirlik ve Kullanıcı Arayüzü

Herhangi bir bakım prosüdürü değişikliği veya yeni makinelerin eklenmesinden dolayı data değişiklikleri hızlı şekilde tanıtılmalıdır. Bunun için gereken yazılım kapsamlı, sezgisel ve model tabanlı olarak tanımlanmaktadır. Bu sezgisel ve model tabanlı yazılım sayesinde herhangi bir değişiklikte ekstra programlama gerekmeden doğrudan portal uzmanlarının panellerinden değişiklik yapılmaktadır. Bu hassas bilgileri ise kapsamlı bir yetki modeli olarak tanımlanan bir güvenlik mimarisiyle korunmaktadır.