Читайте также вторую часть статьи здесь.

Целлюлозно-бумажная промышленность может похвастаться объемом рынка, превышающим 350 миллиардов долларов США, и ежегодным потреблением 414 миллионов метрических тонн бумаги и картона. Это означает, что эффективная и экономически выгодная эксплуатация и техническое обслуживание оборудования — это не просто необходимость, а критический фактор для сохранения конкурентоспособности.

Учитывая конкурентную среду ЦБП, где простои и техническое обслуживание имеют серьезные финансовые последствия, разработка соответствующей стратегии обслуживания и мониторинга состояния оборудования, согласованной с конкретными потребностями различных машин и процессов, становится первостепенной задачей.

Проблемы технического обслуживания

На предприятии ЦБП используется множество критически важных машин и еще больше вспомогательного оборудования. Вспомогательные машины не только поддерживают работу критически важного оборудования, но и являются частью независимых технологических процессов. Поскольку ЦБП требует большого количества энергии и сырья, а также перерабатывает большое количество твердых отходов и сточных вод, для производства бумажной продукции требуется множество энергетических, водоочистных и производственных активов. Это делает комбинат очень капиталоемким; капитальные затраты могут составлять до 30 процентов от общих производственных расходов. Этот обширный парк машин, если его должным образом не обслуживать, может оказывать значительное влияние на рентабельность.

В отрасли все еще используется много устаревших бумагоделательных машин, у которых компоненты достигают конца срока службы, и начинают проявляться проблемы с техническим состоянием. На производстве не так много легкодоступных запасных частей, а некоторые из этих старых машин были модернизированы для работы на более высоких скоростях, что увеличивает нагрузку на них. И наоборот, совершенно новые машины, которые только что были введены в эксплуатацию, или те, которые были модернизированы, как правило, также имеют проблемы с обслуживанием и поэтому также требуют дополнительного внимания.

Стратегия регламентного (время-ориентированного) обслуживания

Многие комбинаты полагаются в основном на стратегию регламентного обслуживания для своего общезаводского оборудования, не имея системы мониторинга состояния; или мониторинг ограничивается плановыми осмотрами некоторых машин. Регламентное обслуживание теоретически работает для тех применений, где существуют очень стабильные условия эксплуатации, такие как постоянные нагрузки и скорости. Однако стабильные условия эксплуатации уходят в прошлое из-за меняющихся требований рынка. Поскольку гибкость производства становится важной бизнес-стратегией для многих комбинатов, все больше критических и вспомогательных машин работают при переменных нагрузках, что затрудняет планирование сроков проведения традиционного регламентного обслуживания.

Дело не только в работе машин при переменных нагрузках — машины также должны работать более эффективно. Большое внимание уделяется защите окружающей среды путем сокращения вырубки лесов и загрязнения воздуха и воды, поэтому также уделяется внимание эксплуатации ЦБП машин с более высокой энергоэффективностью и меньшим количеством бумажных отходов.

Условия окружающей среды

Проблемы технического обслуживания в целлюлозно-бумажной промышленности не ограничиваются возрастом машин и требованиями гибкой эксплуатации. Они также включают воздействие традиционно суровых условий окружающей среды внутри комбината. Процессы с использованием едких химикатов и высоких температур в сочетании с абразивной бумажной пылью и древесными продуктами, а также бумажной массой, загрязненной посторонними предметами, такими как камни и глина, могут повреждать вращающиеся и стационарные компоненты машин, включая подшипники, редукторы и двигатели. Кроме того, система вентиляции воздуха имеет решающее значение; если вентиляторы выходят из строя или повреждаются, развивается коррозионная атмосфера, особенно в сушильной части, что приводит к долгосрочному повреждению оборудования и создает риски для безопасности, такие как плохая видимость и скользкие условия для рабочих.

По всем этим причинам стратегия предиктивного обслуживания является необходимостью. Это означает, что дефекты машин должны обнаруживаться и идентифицироваться на ранней стадии их развития — даже в сложных эксплуатационных условиях — задолго до отказа, чтобы ремонт и замена могли быть экономически эффективно спланированы без прерывания производства. Ключевым элементом стратегии предиктивного обслуживания является эффективное решение для мониторинга состояния оборудования.

Проблемы мониторинга

На рынке доступно множество систем мониторинга, но не все из них применимы для контроля критических и вспомогательных машин на ЦБП комбинате. Многие машины довольно сложны, имеют множество компонентов и работают в различных технологических условиях со строгими требованиями к качеству продукции и обслуживанию.

На комбинатах, использующих системы мониторинга состояния, для большей части общезаводского оборудования и даже для критического оборудования часто используются портативные виброизмерительные приборы. Эта стратегия может подходить для машин со стационарным режимом работы, где механизм разрушения подшипников предсказуем, но может быть проблематичной для мониторинга других типов потенциальных механизмов отказов. Быстроразвивающиеся дефекты, такие как проблемы со смазкой, производственные дефекты оборудования, загрязнение подшипников из-за изношенных уплотнений и даже неправильная сборка или эксплуатация, могут не обнаруживаться при обходных осмотрах, поскольку они могут возникать между измерениями.

Еще одним недостатком использования портативных приборов является наличие более строгих правил безопасности для персонала, имеющего доступ к потенциально опасным зонам комбината. И наконец, портативные приборы в основном предназначены для простой выдачи данных, без предоставления практических аналитических выводов о состоянии активов. Это требует наличия квалифицированных специалистов для интерпретации данных, которых на комбинате может не быть.

Важность онлайн-мониторинга

Система онлайн-мониторинга устраняет наиболее важные недостатки портативных приборов, но существуют и другие вопросы, которые комбинаты должны учитывать. 

Во-первых, система должна быть адаптирована к суровым и разнообразным условиям ЦБП комбината и должна работать в непростых условиях, включая высокую влажность и температуры в диапазоне от 70 до 130°C, а также коррозионную среду.

Надежная система онлайн-мониторинга является ответом, но этого недостаточно. Существуют и другие требования к мониторингу, которые руководители комбинатов должны принимать во внимание:

Малые скорости — хотя производительность бумагоделательной машины может быть высокой, есть несколько компонентов, которые вращаются довольно медленно. Это представляет собой сложность для точного мониторинга для многих базовых систем мониторинга.

Передовые методы мониторинга

Для раннего и надежного обнаружения и диагностики дефектов подшипников качения и редукторов, а также дефектов сукон и валов требуются специализированные методы вибрационного мониторинга. Дефектные подшипники на валу или цилиндре могут влиять на качество бумаги, поэтому важно обнаружить дефект до того, как это произойдет. Также важно иметь высокоразрешающий частотный диапазон для обнаружения структурных резонансов, которые могут привести к вибрационным полосам (баррингу), до их возникновения. Высокий уровень шума, наблюдаемый в условиях эксплуатации, может маскировать критические частоты дефектов, поэтому методы мониторинга должны учитывать это.

Корреляция с технологическими данными

Технологические данные играют важную роль при мониторинге бумагоделательной машины, поскольку они могут влиять на вибрационный отклик. Поэтому корреляция технологических данных с вибрацией важна для диагностики и анализа первопричин многих потенциальных механизмов отказов. Системы управления технологическими процессами предоставляют базовые технологические данные, такие как значения давления, температуры, расхода и влажности, в то время как более сложные системы контроля качества предоставляют гораздо больше информации, особенно о самой бумаге, такой как масса квадратного метра, профиль влажности, толщина калибра и т.д.

Корреляция методов мониторинга — данные вибрации могут быть объединены с данными из других систем мониторинга для более точной и надежной диагностики и лучшего понимания состояния активов. Это может включать анализ продуктов износа в масле, анализ тока двигателя, термографию и ультразвуковой контроль.

Режимы работы машин — поскольку многие бумагоделательные машины производят различные сорта бумаги при разных нагрузках и скоростях, важно, чтобы система мониторинга отслеживала эти различные эксплуатационные режимы с индивидуальными предельными значениями тревоги.

Поддержка принятия диагностических решений — для комбинатов, где нет специалистов по диагностике, такая поддержка может быть частью самой системы мониторинга или предлагаться как услуга.

Хотя на рынке существуют системы мониторинга, обеспечивающие большую часть этих возможностей, внедрение систем часто затрудняется такими факторами, как высокие первоначальные затраты, сложные вопросы установки (прокладка кабелей, и увеличение нагрузки на ИТ-отдел для управления инфраструктурой мониторинга). Кроме того, нежелание руководителей комбинатов уделять должное внимание состоянию машин может быть связано с отсутствием внутренних экспертных знаний и/или персонала для эффективной эксплуатации передовых систем мониторинга. Более того, наблюдается тенденция к сокращению операционных расходов, что включает минимизацию штата специалистов, это усугубляет проблему.

Несмотря на эти препятствия, существуют жизнеспособные решения для мониторинга, которые могут экономически эффективно решить задачи и повысить надежность и эффективность работы комбината. 

Два таких решения включают:

- Общезаводское решение для мониторинга. Одним из важных требований при выборе решения для мониторинга состояния как критических, так и вспомогательных машин является оценка того, как решение управляет данными. На рынке существует несколько систем мониторинга, предлагающих комплексные возможности мониторинга состояния, но эти системы часто являются локальными, проприетарными автономными системами. Это означает, что хранение данных будет осуществляться независимо от других систем, и если для аналитики или корреляции в автономной системе требуются технологические данные, эти данные должны быть импортированы и сохранены на сервере проприетарной системы мониторинга.

Общезаводская система управления данными подходит для комплексной стратегии мониторинга состояния. Такая система позволяет хранить данные из многих систем мониторинга, аналитики, технологических и управляющих систем в базе данных. В дополнение к хранению данных, система также может предоставлять дополнительную аналитику, мониторинг событий, уведомления и визуализацию с графиками и трендами. Поставщики услуг могут получить доступ к этой информации для предоставления дополнительных услуг по мониторингу, включая искусственный интеллект и машинное обучение.

- Облачное решение для мониторинга вне предприятия. В принципе, система онлайн-мониторинга для вспомогательных машин должна быть экономически эффективной, точной, простой в развертывании и не требовать от комбинатов специальных знаний конечных пользователей, где они отсутствуют. Для многих вспомогательных машин может использоваться облачное решение для мониторинга вне предприятия. Беспроводные акселерометрические датчики устанавливаются на корпусах подшипников и/или корпусах машин, а шлюз принимает сырые данные вибрации и отправляет их в облако для удаленной обработки. Это включает обработку сырого сигнала для мониторинга дефектов машин; выполнение диагностики, искусственного интеллекта и машинного обучения обнаруженных дефектов; а также предоставление уведомлений о необходимых действиях по техническому обслуживанию.

Для применений, где решение вне предприятия неосуществимо, данные с беспроводных датчиков могут храниться в историке данных вместо облака.

Заключение

Цифровая трансформация, происходящая в ЦБП — это вопрос сбора правильных данных, их хранения и обеспечения оптимального доступа к ним для формирования более эффективной общезаводской культуры и командного взаимодействия. Кроме того, правильные данные должны быть извлечены и проанализированы для получения более надежных, точных и ранних выводов о технологических процессах, эксплуатации и техническом обслуживании. Общезаводская система данных делает все это, а также интегрирует системы данных для упрощения процессов, улучшения кибербезопасности и предотвращения перегрузки ИТ-отдела. Это не только улучшает производство, качество и рентабельность, но и делает комбинат более гибким для удовлетворения внезапных требований.

Мониторинг состояния оборудования является жизненно важной частью этой цифровой трансформации. Это означает, что соответствующие данные машин могут быть использованы для диагностики дефектов и прогнозирования обслуживания для оптимизации состояния машин с целью повышения безопасности, сокращения простоев и затрат на техническое обслуживание, а также увеличения выпуска продукции, гибкости и качества. Не все системы мониторинга могут обеспечить такую ценность.

На ЦБП комбинате много машин, но большинство из них являются вспомогательными. Для мониторинга состояния этих машин может использоваться решение вне предприятия и локальное решение на основе общезаводской системы данных. Для критических машин идеально подходит стоечное решение, поскольку оно может обеспечивать как защиту, мониторинг состояния, так и мониторинг производительности широкого спектра потенциальных механизмов отказов для нескольких различных машин. Для общезаводского решения по мониторингу может использоваться комбинация всех трех систем.

Потребность в более высокой рентабельности, улучшенном качестве продукции, снижении затрат на техническое обслуживание и более надежном производстве становится все более важной на сегодняшнем конкурентном рынке. К счастью, достижения в точности, надежности и экономической эффективности систем мониторинга не отстают, и теперь стало возможным эффективно интегрировать эти системы в общезаводскую систему управления данными.