Cieľom je, aby príslušné metó­dy a navrhované techniky boli vhodné pre akúkoľvek výrobnú infraštruktúru, pre ktorú je po­trebné definovať funkcie údržby (množstvo údržbárskych činností súvisiacich s fyzickým a morálnym opotrebením).

Význam a úloha údržby strojov

Údržba je systémová špecializovaná činnosť, ktorej účelom je plánovite udržať, resp. zvý­šiť časovú, výkonnú a kvalitatívnu využiteľ­nosť strojov a zariadení a udržiavať, resp. obnovovať (vylepšovať) pôvodné úžitkové vlastnosti strojov a zariadení počas ich využí­vania tak, aby sa dosiahla ich najvyššia mož­ná efektívnosť pri zohľadnení bezpečnosti a ochrany zdravia obsluhy a ochrany život­ného prostredia.

Dôraz na prevenciu údržbárskej činnosti pra­mení z jej postavenia v mnohostupňovom reprodukčnom procese základných pros­triedkov, ktorý sa začína ich obstarávaním a končí sa vyraďovaním. Zodpovedá tomu aj vnútorné diferencovanie samotnej údrž­bárskej činnosti (obr. 1), ktoré sa odvíja od poruchy a spočíva na technickej diagnostike, opatreniach na údržbu a vyššej formy gene­rálnej opravy spájanej s obnovou stroja.

Frekventované aktivity

K zvýšeniu efektívnosti môže prispieť vhod­ná organizácia údržby, spôsob rozdelenia činností na jednotlivé úrovne riadenia, útva­ry, ľudí, a spôsob realizácie. A práve spôsob realizácie je závislý od členenia jednotlivých druhov údržby. Pri bezporuchovom fun­govaní základných prostriedkov sa možno uspokojiť s dozorno-inšpekčnou činnosťou, ktorá má predchádzať a zabraňovať nežiadu­cim stavom. Pri zhoršenom fungovaní však už treba robiť jednotlivé opravy.

V prípade CNC obrábacích strojov je údržba zameraná na:

1. Stavebné prvky a moduly obrábacieho stroja (konštrukcia, pohony, riadenie a sen­zorika), u ktorých možno požadovanú po­hotovosť udržiavaného stroja zabezpečiť na­sledujúcimi krokmi a spôsobmi:

a) bežnou údržbou (preventívnou prehliad­kou) – zameranou na kontrolu jednotlivých funkčných uzlov stroja, ako sú vedenia a po­hybové skrutky lineárnych osí, hydraulické­ho systému, mazacieho systému a podobne. Mechanicky alebo automaticky sa odstraňu­jú nečistoty a triesky z priestoru obrábania a ďalších priľahlých častí obrábacieho stroja (priestory pod krytom stroja). Vykonáva sa odstraňovanie odchýlok (napríklad vôle ulo­ženia vedenia), polohy programovacích na­rážok tlaku vzduchu a podobne. Dopĺňajú sa prevádzkové náplne stroja predpísané výrob­com, napríklad reznou a chladiacou kvapa­linou, prevodovým a hydraulickým olejom ako aj mazivami na mazacích miestach.

Samozrejmosťou je výmena, resp. čistenie fil­trov jednotlivých médií (olej, rezná kvapali­na), hadíc, svoriek, tesnení a stierateľných líšt. Vykonávajú sa preventívne opatrenia, ako ochrana pred vonkajším vplyvom utesne­ním, nanesením vazelíny, náterom a fóliova­ním. Ďalej sa kontrolujú všetky motory stroja (osové aj motory periférnych zariadení). Pri elektrovýzbroji rozvádzača sa kontroluje do­tiahnutie svoriek. Čistia sa všetky ventilátory.

Kontrole a čisteniu podliehajú aj všetky kon­cové spínače a snímače polohy (lineárnych osí aj okruhu núdzového zastavenia). V rám­ci tejto prehliadky sa zálohujú strojové údaje riadiaceho systému pre prípad straty údajov niektorého stroja.

Pri preventívnej prehliadke sa odstraňujú aj iné drobné diagnostikované poruchy.

b) diagnostikou – zameranou na trvalé sle­dovanie koreňových príčin porúch výrob­ných strojov (posuvných a rotačných častí). Sú to predovšetkým nedostatky v mazaní a nadmerné sily od nevyhovujúcej geomet­rie, prípadne iné dôvody. Pri obrábacích stro­joch sa zameriavame najmä na diagnostiku:

– geometrie funkčných častí stroja – mera­ním geometrických veličín zisťujeme geo­metrickú presnosť strojov a zariadení, ktorú potom môžeme využiť pre nové inštalácie aj pre následné údržbárske práce. Typické aplikácie sú priamosť, priamosť pre pozíciu ložiska, rovinnosť, rovinnosť prírub, kolmosť, smer vretena voľný, smer vretena viazaný, skrútenie základov a iné.

– vibrodiagnostiku – jej aplikáciou možno zistiť skutočný stav ložísk uloženia vretena, stav mazania vretena a celkovú veľkosť vib­rácií. Vibračnou diagnostikou môžeme me­rať pohon vretena (motor, prípadne motor a prevodovku). Meraním možno zachytiť už aj počiatočné poškodenie ložísk a operatív­nym zásahom predísť rozsiahlejšej poruche stroja.

– meranie prevádzkových tvarov kmitov – umožňuje zistiť rôzne nepravidelnosti v po­hybe stroja. Zisťujeme chyby, ako napríklad praskliny základov strojov, problémy upev­nenia strojov, praskliny a slabiny oceľových konštrukcií, výrobné a konštrukčné chyby, nežiaduce pohyby zložených systémov.

Ďalej sú to zariadenia na monitorovanie/ inšpekciu stavu stroja, pre oblasť ultrazvu­ku (meranie ultrazvukových emisií), me­rania teplôt (infračervený teplomer) a tri­bodiagnostiky (infračervený spektrometer) pokrývajúce určitý segment úloh technickej diagnostiky.

2. Sústavu obrábacieho stroja ponímanú ako mechatronický systém – sledujú a vy­hodnocujú sa konštrukčné a technologické väzby medzi motorikou, riadením a senzori­kou. Údržba je rozdelená na niekoľko sekcií, čo má za následok zníženie počtu nepláno­vaných odstávok strojových zariadení a do­siahnutie a udržanie požadovanej presnosti výroby, ako napríklad:

– test kruhovej interpolácie – považovaný za základnú diagnostickú metódu kontroly CNC obrábacích strojov. Využíva sa na me­ranie geometrickej presnosti a dynamických vlastností pohonov prístrojom Ballbar QC10. Test kruhovej interpolácie sa uskutočňu­je v jednej (sústruhy), resp. vo viacerých ro­vinách (centrá a iné). Merací prístroj sníma odchýlky nameraných údajov od ideálneho kruhu. Na základe deformácie výsledného grafu možno vyhodnotiť vplyv aktuálnych chýb stroja na jeho presnosť. Možno určiť, či sú diagnostikované chyby spôsobené me­chanikou stroja alebo nesprávnym nastave­ním dynamiky pohonov či chybami v na­stavení odmeriavacích systémov. Následne možno vyhodnotiť, ktoré z diagnostikova­ných chýb majú najväčší vplyv na presnosť stroja a navrhnúť technické riešenia na od­stránenie poruchy. Hodnoty nameraných axiálnych vôlí dočasne eliminujeme zadaním kompenzácie v riadiacom systéme.

– kalibrácia odmeriavacích systémov – je výstupom pravidelne uskutočňovaných činností s využitím laserovej kalibrácie od­meriavacích systémov stroja. Laserovým interferometrom ML10 v kombinácii s kom­penzačnou jednotkou sa premeriava pres­nosť a opakovateľnosť nábehu polohy jed­notlivých lineárnych osí. Potom nasleduje úprava, resp. u novo kalibrovaných strojov vytvorenie korekčných máp v riadiacom sys­téme – nelineárna kompenzácia namera­ných chýb. Na záver kalibrácie sa uskutoč­ní kontrolné premeranie skompenzovaného stroja. Kalibráciu odmeriavacích systémov sa odporúča realizovať aj mimo pravidelných periodických termínov v prípadoch, keď sa na stroji menilo odmeriavanie, menili sa po­hybové (guľôčkové) skrutky, resp. ak bola upravovaná geometria stroja, napríklad no­vým ustavením na základ.

Aplikáciou kontroly a kalibrácie v uvedenom rozsahu získa majiteľ stroja okrem úspory ná­kladov na údržbu aj ucelený obraz o kondícii strojov, napríklad v podobe informácií o do­siahnutej presnosti výroby jednotlivých CNC obrábacích strojov vo svojej spoločnosti.

Materiálna báza

V prípade realizačných prostriedkov sa pô­vodne samostatné a jednoduchšie snímače veličín dnes nahrádzajú kompaktnými me­racími systémami, ktoré riešia aj linearizáciu prevodovej charakteristiky samotného sní­mača, unifikáciu výstupného signálu i kó­dovanie výslednej informácie do číslicového kódu, s rešpektovaním príslušného komuni­kačného protokolu.

Takýto merací systém, umiestnený priamo v diagnostikovanom objekte, dokáže inte­ligentným spôsobom komunikovať s ria­diacou jednotkou diagnostického systému. Prenos dát z meracieho systému do riadiacej jednotky diagnostického systému je samo­statným problémom. V súčasnosti sa čoraz častejšie využíva špeciálna zbernica priemy­selného typu, kde jednotlivé meracie členy komunikujú s riadiacou jednotkou (často je to PLC), ktorá je odolná voči rušiacim vply­vom prostredia. Podmienkou tejto číslicovej komunikácie je jednotné rozhranie a spoloč­ný komunikačný protokol. Schopnosťou ko­munikovať sa PLC stávajú technologickým rozhraním počítačových informačných sys­témov v priemyselnom prostredí.

Modernejšie diagnostické systémy sú imple­mentované do monitorovacích, resp. riadia­cich systémov, založených na využití progra­movateľných logických automatov PLC. Tieto systémy poskytujú dostatok informá­cií aj pre diagnostiku objektov. Ide napríklad o chybové stavy, nebezpečné trendy, pred­povedanie hroziacich porúch a havárií, urče­nie príčiny porúch.

V špeciálnych prípadoch umožňujú imple­mentovať aj zložitejšie inteligentné algoritmy na rozpoznávanie stavov objektu, napríklad na základe meraní bodu najbližšieho k tvo­riacemu bodu nástroja možno prispieť k ne­konvenčným spôsobom adaptívneho ria­denia strojov. To znamená schopnosť riadiť pohony tak, aby namerané súradnice vždy zodpovedali predpísaným súradniciam a aby každý pohon reagoval na zmenu súradnice aj vtedy ak jej zmena nesúvisí s jeho pohybom, a to za predpokladu, že došlo k odchýlke sú­radnice od predpísanej hodnoty.

Informačná báza

Súčasným trendom v rámci údržby je mini­malizovať tzv. opravy po poruchách strojov a, naopak, vyvíjať tlak na zavádzanie predik­tívnej, resp. proaktívnej údržby. Ta je zalo­žená na sledovaní skutočného stavu stroj­ných zariadení a efektívnom informačnom systéme.

Úlohou informačného systému je sledovať, analyzovať a vyhodnocovať stav zariadení, teda kontrolovať funkčnosť a bezporucho­vý stav stroja, ako aj už ukončené údržbár­ske operácie. Tu má svoje miesto proaktív­na diagnostická údržba, kde sú diagnostické meracie systémy prepojené s informačným systémom údržby, pričom spolu s ďalšími ná­strojmi na plánovanie a riadenie údržby pod­porujú operatívne aj dlhodobé strategické rozhodovanie o riadení údržby. Začlenenie vhodnej on-line diagnostiky do systému ria­denia údržby vedie k úsporám nákladov na údržbu a opravy strojov aj k výraznej elimi­nácii rizika vyplývajúceho z nežiaducich vý­padkov výroby a z ďalších dôsledkov, ako je strata odberateľov či vplyv na bezpečnosť práce a znečistenie životného prostredia, prí­padne zvýšená energetická náročnosť pre­vádzky strojov.

Vytvorenie vlastného systému znamená predovšetkým: určiť vhodné merané veliči­ny, výber vhodných senzorov, výber zbernej jednotky na spracovanie signálov, pripojenie zbernej jednotky k dátovej sieti a dátovému serveru s databázou, pripojenie informačné­ho systému údržby k databáze, správne vyu­žitie údajov v informačnom systéme údržby.

Medzi hlavné funkcie informačného systé­mu patrí vizualizácia a archivácia namera­ných údajov o prevádzkovom stave strojov (porucha, údržba), vrátane vyhodnotenia a záznamu.

Nastavovanie ich medzných hodnôt a gene­rovanie alarmu pri ich prekročení a hlásenia vo forme SMS, e-mailu a predovšetkým ge­nerovaním požiadaviek na údržbu, prípadne priamo pracovných príkazov údržby.

Pracovné príkazy už obsahujú postup na vykonanie zásahu údržby, informácie o ná­hradných dieloch, prípravkoch a o bezpeč­nosti pri práci.

Dôležitou funkciou je aj reportovanie o všet­kých medzných situáciách na danom zaria­dení a ich štatistické spracovanie pre ďalšiu predikciu a analýzu, napr. FMEA alebo RCM a prijímanie proaktivných opatrení.

Záver

Moderné systémy diagnostiky a údržby sa stále rozvíjajú a pre ich väčšie rozšírenie tre­ba len podporiť proaktivný prístup k riade­niu údržby výrobných podnikov a posilniť snahy vhodnými technickými nápadmi po­ruchám predchádzať, ako ich len krkolomne a chaoticky hasiť. Starostlivosti o drahé a vy­spelé výrobné technológie by mala zodpove­dať aj vyspelosť dostupných nástrojov a me­tód údržby.

TEXT/FOTO: doc. Ing. Štefan Valenčík, CSc., SjF – KVT a R, TU Košice