Arxiu mensual: Abril de 2014

El bo , el lleig i el dolent en la producció industrial

D’acord amb diversos informes oficials de la Unió Europea sobre l’estat de les pimes en el sector industrial, es pot observar que el més lleig dels indicadors clau de rendiment d’una planta, l’eficiència general dels equips, cau en alguns països fins el 60-70 % per causa, en gran mesura, d’aturades i avaries que redueixen la disponibilitat de la maquinària. A més, els costos directes associats a la substitució de peces i hores de mà d’obra, especialment les relacionades amb cadenes de producció massiva o les que treballen amb matèria primera d’alt valor, poden provocar un efecte dramàtic en les empreses.

Aquests fets provoquen que la fiabilitat de les plantes industrials, és a dir, la probabilitat associada a un correcte funcionament durant un temps determinat sota condicions normals d’operacions, es posicioni com el dolent a batre en un panorama industrial cada vegada més competitiu i amb menys marge de benefici. La fiabilitat de la planta està associada a la dels béns que la componen. Així, l’element amb una major taxa d’aturades i/o avaries representa la baula més feble de la cadena, afectant el conjunt del sistema i, en conseqüència, a la capacitat productiva final.

MOSYCOUSIS_278

Actualment, la monitorització dels processos i de la maquinària associada permet al personal de planta analitzar la informació per dur a terme les millors accions de cara al bon funcionament de la planta. No obstant això, arribar a una capacitat de reacció anticipativa, prèvia a parades i avaries, permetria una gestió òptima del procés, la detecció d’oportunitats per a la millora de l’operació i l’increment dels indicadors de producció. Efectivament, el manteniment predictiu és el bo de la pel·lícula.

En aquest sentit, una de les àrees de treball del Centre d’accionaments elèctrics i aplicacions industrials (MCIA UPC), membre de CIT UPC, consisteix en el desenvolupament de solucions tecnològiques per introduir al mercat sistemes de diagnòstic intel·ligent per monitorització i manteniment preventiu de maquinària industrial. Aquesta tecnologia cobreix desenvolupaments en l’àmbit de la instrumentació, sistemes electrònics, comunicacions i algorítmica de diagnòstic i pronòstic, i es materialitza en solucions hardware i software configurables per a aplicacions concretes.

L’experiència del centre en el control i disseny de sistemes electromecànics, l’anàlisi de patrons de funcionament, avaries i efectes, així com l’ampli coneixement en processament de senyal, descripció matemàtica i programació , permeten aportar solucions personalitzades al sector industrial amb un alt valor afegit.

DSC06642

Des de MCIA es considera que el paradigma del manteniment industrial es mou cap maquinària que inclogui el seu propi sistema de diagnòstic que, integrat amb la resta de màquines, mostri l’estat de la planta de manera contínua i centralitzada. Un dels últims desenvolupaments relacionats s’ha realitzat en el marc d’una iniciativa públic-privada de caràcter europeu, juntament amb altres dos centres de recerca, i cinc representants industrials que, des de diferents angles, estan relacionats amb el sector de la producció industrial.

Dintre d’aquesta iniciativa s’ha desenvolupat un sistema de monitorització de maquinària rotativa per a manteniment predictiu d’engranatges, coixinets, eixos i acoblaments mecànics basats en emissions acústiques, fins i tot mentre es troben en plena operació, a causa de la poca afectació de la velocitat de la màquina al mètode de diagnòstic. El projecte s’ha desenvolupat al llarg de dos anys sota el nom de Mosycousis.

El principal avantatge de la detecció a través d’emissions acústiques en comparació amb les tècniques tradicionals de vibració, és la millor relació senyal-soroll disponible i, per tant, la possibilitat de detectar una fallada o una degradació en la fase inicial.

El concepte darrere d’aquesta iniciativa va consistir en el desenvolupament de sensors intel·ligents distribuïts per la planta, combinat amb un sistema expert com a interfície d’usuari per a la visualització centralitzada de la informació, el que representa un avenç significatiu respecte a la majoria de les estratègies de manteniment actuals de la petita i mitjana indústria. El monitoratge, a diferència de la majoria de les solucions actuals, no es basa únicament en l’adquisició de la magnitud física corresponent, sinó que el propi sensor inclou el processament de senyal necessari per identificar el contingut del senyal i fer arribar una informació ja interpretada a l’usuari.

Captura4

Connectant diferents transductors ressonants (elements que converteixen el senyal acústic en elèctrica), s’aconsegueix extreure el patró sonor dels elements de la màquina sota monitorització . Aquests transductors es connecten a una mateixa electrònica comuna per a tots ells, també de baix cost i mínim consum que, per a una millor integració amb l’entorn industrial, s’encapsula en un mòdul a part que pot anar situat en algun dels armaris de control pròxims a la maquinària. Allà es troba el processador local, que realitza l’adquisició dels senyals i un processat per extreure la informació útil i generar un diagnòstic dels punts monitoritzats.

Durant el funcionament normal del sensor, de manera esporàdica , la informació de diagnòstic és enviada mitjançant trames curtes via radiofreqüència al sistema expert, que es trobaria instal·lat en un ordinador a algun sala de control pròxima o en la pròpia planta. El sistema expert, des d’on es pot visualitzar tota la informació generada per la xarxa de sensors, mostrarà aquells punts crítics monitoritzats que requereixen d’una inspecció més detallada. El mateix programa analitza en profunditat la informació, oferint dades de diagnòstic i de pronòstic mitjançant l’anàlisi de l’històric d’evolució. Els processats inclosos tant en el sensor com en el sistema expert, tradueixen els patrons d’emissions acústiques per nivell de degradació dels elements mecànics monitoritzats, a través d’algorismes basats en intel·ligència artificial que eviten fins a un 90% de falses alarmes.

Després de la detecció de la decisió, i l’anàlisi completa dels senyals pel sistema expert, el personal de manteniment pot portar a terme les accions corresponents: lubricació, substitució de components, monitoratge continu de components sota alarma, priorització de les parades planificades etc., en funció de la política de manteniment de l’empresa.

El concepte pot ser aplicat a una gran quantitat d’aplicacions industrials. No obstant això , la informació obtinguda pot ser utilitzada no només per a un diagnòstic precoç de fallades, sinó també per integrar-lo amb informació externa i realitzar un control adaptatiu per estendre la vida útil de les màquines.

Aquesta iniciativa és un clar exemple de l’interès socioeconòmic existent a nivell internacional per tal d’augmentar la competitivitat del sector industrial. Accions i desenvolupaments tecnològics com els considerats en aquest projecte permetran l’evolució cap a un sector industrial intel·ligent i més competitiu.

Els recursos necessaris per a la definició de solucions tecnològiques representen , sovint, la porta que s’interposa entre la necessitat industrial i la materialització dels equips cobreixen aquesta inquietud. En aquest sentit, el Centre MCIA representa el mitjà a través del qual el teixit industrial pot nodrir d’innovació tecnològica que integri productes d’alt valor afegit a les seves plantes, contribuint així a accedir a una major part del mercat a través de l’increment de competitivitat.

Dr. Luis Romeral

Director del Motion Control and Industrial Aplications Center (MCIA UPC)

Centre membre de CIT UPC