智能轴承带来智能机器

2015年02月04日 08:30 CEST

革命性的智能轴承技术将成为创造智能机器的坚实支柱,斯凯孚(SKF)全球战略发展部总监 Filippo Zingariello 如是说。 

定义智能机器不是容易的事。 在早期计算机应用时代,智能机器被认为是一台计算机,为问题提供的答案和人类的回答没有什么区别。 在这个意义上说,“机器”一词有 “电脑”的意思。 如果你在谷歌上搜索“智能机器 (intelligent machine)”,你将会发现许多解释都带有未来色彩。

《McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms》是这样定义职能机器的: “使用传感器来监测环境并调整其运行,以在不确定且易变的环境下完成特定任务的机器”。 列举的例子包括配备传感器和依靠内置视觉而不是涂漆线的的自导运载工具的工业机器人。

在工程行业内,我们认为智能机器是一种可以实现自我“照顾”的机械系统: 一种能实现准确自我分析,并将其工况快速反馈给操作员以便让问题尽快得到解决的机器。 它可以是任何类型的机器,从高端轿车到车间复杂机器。 “不确定且易变”也有着潜台词: 除了对其环境的变化做出反应外,智能机器必须能“自我照顾”,以便继续以最高的效率工作。

这并不是说智能机器就无需维护 —— 无需维护确实是未来的一个梦想 —— 而是说,它使用其内置的智能程序来检测潜在的问题并简化维护间隔时间与程序。 所有机械部件都易发生故障。 诀窍在于主动检测潜在故障,将其作为预测性状态监测的一部分,并提前采取行动,而不是等待机器出现故障,然后花费时间和金钱来修理它。

智能机器将依靠几个关键因素。 最重要的一个因素是信息。 如果没有数据,就可以没有智能或诊断这一说。 需要对数据收集,传送以进行分析,这又相应需要传感器、数据传输和计算能力。 在斯凯孚(SKF),我们所有这些领域都拥有极为丰富的经验,我们已经准备将技术提升到全新的水平。

斯凯孚洞悉 (SKF Insight) 简介 

起初,最直接的答案看起来似乎是强化状态监测性能,将一系列传感器安装到机器中以读取其工况数据,然后通过无线网络传输到一个中心点。 但更为有效的解决方案则在斯凯孚洞悉 (SKF Insight)之中: 它通过机器内部一个基本工程部件来独立收集和传输过程中的数据: 轴承。

斯凯孚洞悉 (SKF Insight) 将能传递实时工况信息的小型自供电式无线传感器嵌入轴承,简单的轴承因此变成诊断中心。 状态监测的范围与能力从此大大超越以往。 于 2013 年,在汉诺威工业展览会亮相的技术共用了三年的深入研究,研究内容包括如何使传感器变小、如何克服发电的挑战和为传感器和电子设备开发特别套装。

常规状态监测通过测量由轴承表面变化导致的振动来检测故障的早期征兆。 但这意味着已经发生了损坏。 与这种做法不同,斯凯孚洞悉 (SKF Insight) 在工况导致轴承故障之前就检测出来,并将这些信息立刻传送给操作员。

由轴承本身运动供电的微型电子电路通过无线链接传送过程中的数据。 无需提供外部电源。 这使得技术可以“隐形”起来,因为它不需要将线路“接入”来提供电源,也不需要将线路“传出”来传递信号。 这意味着它用于以前不可能应用的地方。 例如,试想从旋转的齿轮箱中获取信号: 这样的工作会非常混乱,缠绕的电线无处不在。 在斯凯孚洞悉 (SKF Insight)的帮助下,信号可以从任何地方传出,我们已经在研发适用于风力发电机和钢制造业具有挑战性的应用的解决方案。

我们之所以研发出斯凯孚洞悉 (SKF Insight),是因为我们知道轴承在使用寿命内很少在正常操作条件下出故障,比如遇到表面疲劳这种因素也是如此。 相反,故障的原因通常是误用或疏忽: 例如,润滑不足,或让轴承在最初指定的条件外运行。 Insight 的嵌入式传感器会监测导致轴承过早故障的关键参数,如润滑油污染或温度,这样一来操作员能够采取纠正行动,而机器仍处于运作中。 其直接的好处是可以避免昂贵的、破坏性的轴承故障,从而降低资产的总体拥有成本,同时,设备的工作寿命得以延长。 这也使得工程师对于直接影响轴承寿命计算的各类因素有更详细的了解,也更容易获取相关信息。

通过直接在轴承内安置传感器,斯凯孚洞悉 (SKF Insight)能在故障风险发生之前就检测出来,哪怕是极小的损坏。

斯凯孚算法和诊断程序能够识别运行中的各种偏差、润滑剂污染和润滑问题,允许修改操作条件,因此损失在发生之前就被避免了。

通过采用可进行资产诊断和轴承健康服务的斯凯孚洞悉 (SKF Insight)轴承,我们可以将基于实际操作条件的信息对发送到云服务器进行远程诊断,能够更好地了解未来潜在损失和故障的风险。

重新思考维护

斯凯孚洞悉(SKF Insight)是维护工程师的一个强大的新工具,帮助他们保持机器处于最佳状态,赋予他们远远超越传统状态监测技术的能力。 这意味着可以在恰当的时间进行维护(我们可以甚至称之为“自适应维护”),而不是遵循一个与机械或其部件的实际情况无关的严格时间表。

轴承内置的智能无线技术让我们能在智能网络中配置轴承,配置通过无线网关进行通信来实现。 网关可以是本地机器或工厂。

系统信息通过 SKF @ptitude Analyst 发送给客户供分析,或通过斯凯孚云服务发送到远程诊断中心。 在这里,仪表板和报表可以提供给工厂经营者、机器制造商、斯凯孚或任何其他获授权的互联网访问者。 将斯凯孚列入信息“接受者”列表是非常重要的,因为斯凯孚可以通过其广博的轴承和机械知识协助收集和解释数据。

由于轴承是独立的,它们现在能在以前不可能嵌入传感器的设备内部中心位置使用。 这是实时维护的一个重大进步,我们因此能进一步了解运作环境。 对操作条件如此深入的了解(而且获取的是实时信息)甚至可以让机器获得升级,获得更长的寿命或以超过最初设定的额定功率运作。

传感器彼此之间借由无线网关进行通信,形成一个“网状网络”,并提供全机器和全厂范围的信息。

斯凯孚洞悉 (SKF Insight) 使状态监测能被更广泛地应用,特别是在先前已被认为是不可能的或不切实际的应用中。 正因为如此,这项技术在风力发电、铁路和钢铁制造这类行业中接受测试。

严苛的条件

斯凯孚洞悉(SKF Insight)也为风能发电这类行业提供了巨大的潜在益处,风能行业的维护成本是天文数字。在一些海上风力发电的应用中,更换风力发电机主轴承的成本非常高,这就打破了首先安装风力发电机的原则。 智能轴承用在这里,可以监测使用时的载荷和润滑情况,给予操作员充裕的时间防止破坏性工况进一步恶化的潜在可能。

我们正在与客户一起协作,为风力发电机开发斯凯孚洞悉(SKF Insight)。 它可以在真实运作情况中测定轴承的动态信息,并以无线方式传送到远程监测中心或本地维护人员。 目前正在考虑的解决方案可以监测轴承的转速、振动、温度和润滑情况。 最重要的是,它可以被改装,从而即刻提高全球新装风力发电机和数万正在运作风力发电机的运行潜能。

我们正准备在不久的未来研发适用于铁路行业轮端轴承的类似解决方案。 这些对安全至关重要的部件通常在设定的间隔后更换,无论其运作条件是否仍然较好。 斯凯孚洞悉 (SKF Insight) 技术以极具经济效益的方式收集状态监测数据,轴承的使用寿命得以延长,同时,部件更换间隔可以根据实际情况确定,而不是仅仅依靠预测的运作条件。

监测并传输工况的能力将为轴承带来一场革命,涉及方面有维护计划、总拥有成本和机器效率最大化。 轴承早已被视为旋转机械的心脏。 现在,通过赋予轴承智能技术,斯凯孚洞悉(SKF Insight)让它们成为能“思考”的大脑。 它超越了传统的状态监测,迈入了“未来可靠性”时代 —— 在问题发生之前就检测出来,并立即采取纠正行动。

斯凯孚洞悉(SKF Insight)已经在风力发电机等高端应用中使用。 但是想想看和我们度过最多时间的机器: 汽车。 想想所有可以通过这种先进智能技术避免的问题,您就会知道为什么蕴含在斯凯孚洞悉(SKF Insight)中的技术确实是革命性的 —— 让轴承和状态监测联系在一起。

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