Manutenção pneumática em automação: combinando estratégias preditivas e preventivas

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12/12/2018

O desgaste é um fato da vida em qualquer sistema de manufatura. As leis da física determinam que os equipamentos de produção - especialmente as partes móveis - sempre terão um ciclo de vida funcional, após o qual o dispositivo, o componente ou o sistema precisarão ser revisados, remanufaturados ou completamente substituídos.

Programas preditivos e de manutenção preventiva são essenciais para gerenciar eficientemente os ciclos de vida dos equipamentos e maximizar o retorno sobre o investimento e o custo total de propriedade dos equipamentos de produção. A meta final é minimizar o tempo de inatividade e proteger as pessoas e o maquinário de quebras de equipamentos acidentais atribuídas a equipamentos mal conservados.

Uso de tecnologia pneumática

O uso de pneumáticos, com cilindros pneumáticos, atuadores e válvulas para controle de processos e máquinas, é comum em sistemas de automação. Estas incluem aplicações como o acionamento e o controle de portas de desvio em sistemas de manuseio e classificação de materiais; dispositivos móveis, como selantes e garras em máquinas de embalagem; e controle de válvulas piloto em equipamentos de refinaria de petróleo e gás.

Equipamentos pneumáticos compartilham algumas características comuns: o movimento é frequentemente rápido e altamente repetitivo (em alguns casos, o tempo de ciclo é de milissegundos) e as funções que executam, embora simples, são essenciais para a funcionalidade da máquina.

Em outras palavras, se a pneumática falhar ou começar a funcionar mal devido à manutenção deficiente, a produtividade pode ser prejudicada e o tempo de inatividade da máquina não programado torna-se problemático. Os fabricantes de pneumáticos, trabalhando com OEMs de automação, desenvolveram abordagens aprimoradas para práticas de manutenção preventiva e preventiva, bem como aprimoram os recursos técnicos de seus sistemas pneumáticos. Esses aprimoramentos, incluindo novos sensores e outros recursos digitais, alinham-se aos requisitos emergentes dos sistemas de produção da Internet das Coisas (IIoT) e permitem mais abordagens orientadas a dados para a manutenção.

Preditiva vs. manutenção preventiva

A manutenção preditiva é a abordagem de gerenciamento que os engenheiros da fábrica usam para rastrear e avaliar a condição do equipamento em serviço. O uso efetivo da manutenção preditiva determina quando a manutenção deve ser executada e pode fornecer economia de custos em relação à manutenção preventiva baseada em rotina ou tempo, porque as tarefas são executadas somente quando justificadas.

A manutenção preditiva é orientada por dados, fornecendo as informações certas no momento certo. Sabendo qual equipamento precisa de manutenção, o tempo de inatividade não planejado é substituído por paradas de máquina mais curtas e menos planejadas, aumentando assim a disponibilidade da fábrica. Outras vantagens potenciais incluem maior vida útil do equipamento, maior segurança da planta, menos acidentes com impacto negativo no meio ambiente e manuseio otimizado de peças de reposição.

A manutenção preventiva acompanha a manutenção preditiva e é a ação regular e rotineira realizada para evitar a quebra do equipamento. Essas tarefas podem incluir revisões parciais ou completas em períodos especificados; trocas de óleo e lubrificação; pequenos ajustes nas configurações do dispositivo; e limpeza dos componentes da máquina expostos à contaminação ambiental.

Melhorias na manutenção pneumática

Ambos os tipos de manutenção são recomendados para componentes pneumáticos. Os fabricantes de pneus estão constantemente investindo em novos projetos e materiais aprimorados para aumentar a confiabilidade e a vida útil de seus produtos. Isso inclui melhores técnicas de vedação de válvulas, substituindo componentes de metal por polímeros para obter melhores perfis de desgaste e melhorias nos caminhos de fluxo de ar, fazendo com que os dispositivos funcionem de maneira mais suave e eficiente.

Trabalhando com OEMs, os fabricantes de produtos pneumáticos identificaram as principais áreas de falha e estão desenvolvendo novas abordagens para sensores em atuadores, válvulas e cilindros que fornecem dados mais completos sobre alterações no desempenho do dispositivo ao longo do tempo - indicadores-chave que os componentes do dispositivo pneumático podem estar desgastando.

Essas melhorias qualitativas ampliaram significativamente os ciclos de vida dos produtos. Por exemplo, sistemas de válvulas que já foram classificados para 100 milhões de ciclos agora podem fornecer até 140 milhões de ciclos de operação livre de erros. Ciclos de vida estendidos tornam a manutenção preditiva mais importante para a pneumática; porque os produtos são projetados para operar por mais tempo, rastreando seu desempenho e intervindo para reparar e reparar um dispositivo com defeito é essencial para alcançar a vida útil projetada.

Por exemplo, alguns cilindros pneumáticos contêm amortecedores que usam fluido hidráulico. Com o tempo, estes podem perder sua eficácia devido ao vazamento de fluidos. Quando uma máquina é comissionada pela primeira vez, o tempo de ciclo ideal de linha de base para esse cilindro é estabelecido (por exemplo, a 135 milissegundos). Com base nos testes realizados pelo fabricante de pneumáticos, um valor de ciclo de vida também é determinado (chamado de valor B10).

A manutenção preditiva é usada para monitorar o desempenho desse cilindro com os dados reais do sensor provenientes de dispositivos de monitoramento de condições. Se esses sensores informarem que o cilindro está acelerando no final do curso (entre o amortecimento da carga até a parada da carga), isso pode indicar uma perda no fluido de amortecimento hidráulico que pode indicar que o amortecedor deve ser substituído.

Seguindo um programa de manutenção preventiva padrão, no entanto, esse cilindro pode não ser programado para reparo ou substituição até atingir o final de seu ciclo de vida projetado. Mesmo que o atuador não esteja completamente defeituoso, o desempenho do cilindro está começando a degradar e pode eventualmente causar um desligamento não programado da máquina ou uma produção de baixa qualidade.

Manutenção integrada

A manutenção preventiva é necessária para garantir que os componentes que se desgastam sejam limpos, reparados e / ou substituídos usando cronogramas padronizados e previsíveis que minimizam o impacto na produtividade geral e na eficácia do equipamento.

Cilindros e válvulas têm vedações e outras superfícies internas que podem se desgastar com o tempo ou ficarem entupidas, especialmente em ambientes hostis, como serrarias, onde o ar contém altos níveis de particulados. Os fabricantes de pneumáticos trabalham com OEMs para recomendar intervalos de manutenção com base nas condições de operação, combinados com valores de ciclo de vida B10 estabelecidos para componentes específicos.

Os sistemas de monitoramento fornecem uma solução completa para a captura de dados de ciclo de vida, eficiência energética e monitoramento de condições.  Cortesia: Aventics

Dependendo do dispositivo e do ambiente operacional, a manutenção preventiva pode incluir a modificação quando os componentes principais são substituídos. Por exemplo, em uma usina siderúrgica ou serraria, com contaminantes transportados pelo ar aumentados, um plano de manutenção preventiva pode incluir a substituição mais frequente de válvulas de controle de solenóide para garantir que a válvula não esteja ingerindo partículas que impeçam o desempenho da válvula.

Isso significa ter o fornecimento correto de peças de reposição disponíveis, de modo que não haja atraso quando uma máquina for colocada offline para manutenção e reparo. Boas práticas de manutenção preventiva também incluem o planejamento da manutenção de vários sistemas de máquina - não apenas pneumáticos - para minimizar o tempo de inatividade geral.

A integração da manutenção preditiva nesse processo pode aumentar significativamente a eficiência da manutenção preventiva. Agora que muitos dispositivos pneumáticos incorporam sensores que medem o ciclo funcional, o monitoramento de condições pode ser implementado - onde o sincronismo de eventos e o monitoramento de correlação e limite podem ser usados ​​para rastrear com precisão o desempenho de cada dispositivo.

Se um cilindro é classificado para operar a 135 milissegundos por ciclo e mantém esse ciclo, então o operador da máquina pode confiar em um bom desempenho operacional contínuo. Se o tempo de ciclo começar a cair abaixo de um certo limite, o monitoramento de condições poderá prever com precisão a probabilidade de falha e quando. Se o dispositivo já estiver programado para manutenção preventiva, nenhuma intervenção será necessária. No entanto, se ele não for incluído para manutenção no próximo intervalo de manutenção ou se não houver substituição disponível, a equipe de engenharia e manutenção da fábrica poderá adaptar seu plano com base no alerta de manutenção preditiva.

Essa integração de gerenciamento preditivo (orientado a dados) com manutenção preventiva (programada, padronizada) também pode ajudar o gerenciamento de fábrica a controlar o planejamento eo custo do estoque de peças de reposição. No passado, ter um inventário completo da peça de reposição crítica do sistema no estoque "apenas no caso" era a melhor maneira de minimizar o tempo de inatividade. Com a inteligência agora integrada em componentes pneumáticos para permitir a detecção precoce e a previsão de possíveis problemas com bastante antecedência, os pedidos podem ser feitos e as peças de reposição prontamente entregues para permitir o reparo ou a substituição.

Pronto para IIoT

Conforme a pneumática se torna mais inteligente, eles estão gerando pontos de dados adicionais nos sistemas de produção nos quais estão instalados: informações como diagnósticos, estatísticas de uso e dados de tempo de vida. Essa inteligência aprimorada é consistente com a visão de sistemas de produção altamente autônomos, que é a base de muitos conceitos da IIoT.

No entanto, os dados do dispositivo só são valiosos quando usados ​​para gerenciar sistemas de produção para obter maior produtividade, controlar o consumo de energia e maximizar o tempo de atividade. Além disso, se todos os componentes pneumáticos (juntamente com outros dispositivos, dispositivos e subsistemas inteligentes) estiverem gerando megabytes de dados de desempenho, há potencial para sobrecarregar o barramento de controle da máquina e complicar o desempenho de controle e comando de automação.

Para lidar com esse cenário, os fabricantes de pneumáticos desenvolveram um gateway que agrega e organiza dados de desempenho pneumático e pode entregá-lo por caminhos separados para o gerenciamento da fábrica. Esse gateway pode ser independente da arquitetura de controle de processo para fornecer alertas e dados de desempenho em nível de sistema e de dispositivo.

Por fim, os fornecedores de equipamentos pneumáticos vislumbram um processo de manutenção altamente autônomo. Quando os dados indicam que um dispositivo está se aproximando de uma falha ou atingindo o final de seu ciclo de vida, um substituto é automaticamente solicitado e entregue ao centro a tempo de ser usado durante um ciclo de manutenção programada.

Soluções Complementares

A abordagem mais eficaz para a manutenção pneumática (ou manutenção de qualquer sistema ou componente de automação) é combinar a percepção orientada por dados que a manutenção preditiva fornece sobre o desempenho do dispositivo com a eficiência da manutenção preventiva no agendamento de tempo de inatividade e serviço.

A manutenção preventiva pode ser mais eficiente incorporando as saídas de processos e ferramentas de manutenção preditiva para priorizar quais dispositivos pneumáticos precisam ser atendidos e quando, além de controlar o custo do estoque de peças de reposição. Mais importante ainda, a combinação de manutenção preditiva e preventiva pode minimizar as falhas de componentes pneumáticos que podem causar danos a pessoas ou máquinas, mantendo os sistemas de manufatura operando com o máximo de tempo de atividade.