Gartner在預(yù)測(cè)未來科技熱點(diǎn)時(shí)指出“數(shù)字化顛覆”概念是未來發(fā)展的一個(gè)重要核心，在今日的工業(yè)領(lǐng)域，以全數(shù)字化為特征的第四次工業(yè)革命已然在全球拉開帷幕，極大激發(fā)了制造企業(yè)對(duì)全生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行改造和優(yōu)化的勃勃雄心。

　　例如傳統(tǒng)維護(hù)模式中的故障后維護(hù)或定期維護(hù)會(huì)影響生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，大幅提高制造商的成本，而物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能與傳感技術(shù)的成熟應(yīng)用，預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)這一“殺手級(jí)”應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2024年，全球預(yù)測(cè)性維護(hù)市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率將超過39%，達(dá)到235億美元。本文以全球高性能半導(dǎo)體技術(shù)提供商ADI的產(chǎn)品為例，將介紹如何在工業(yè)數(shù)字化的進(jìn)程中選擇合適的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案。

　　基于故障時(shí)間線分析，確定可預(yù)測(cè)性維護(hù)的最佳時(shí)機(jī)

　　通常而言，預(yù)測(cè)性維護(hù)涉及使用CbM(基于狀態(tài)監(jiān)測(cè))、機(jī)器學(xué)習(xí)和分析等的技術(shù)組合來預(yù)測(cè)即將發(fā)生的機(jī)器或資產(chǎn)故障。在監(jiān)測(cè)機(jī)器的健康狀況時(shí)，需選擇最合適的傳感器，以確保能夠檢測(cè)、診斷甚至預(yù)測(cè)故障，這點(diǎn)至關(guān)重要。目前有許多傳感器被用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)器及其負(fù)載中的故障，從而避免意外停機(jī)。由于許多旋轉(zhuǎn)機(jī)器(電機(jī)、齒輪、泵和渦輪機(jī))以及非旋轉(zhuǎn)機(jī)器(閥門、斷路器和電纜)監(jiān)控都用到了預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，所以很難對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行排序。

　　因此，最佳的預(yù)測(cè)性維護(hù)策略是有效利用盡可能多的技術(shù)和傳感器來提早檢測(cè)故障，且檢測(cè)結(jié)果高度可信，如此則無需使用一刀切式的傳感器解決方案。下圖顯示了從安裝新電機(jī)到電機(jī)發(fā)生故障期間發(fā)生的事件的時(shí)間表，以及推薦使用的預(yù)測(cè)性維護(hù)傳感器類型。

機(jī)器健康狀況與時(shí)間

　　如果故障發(fā)生在兩次定期維護(hù)檢查之間，則很可能導(dǎo)致意外停機(jī)。在這種情況下，需要使用合適的預(yù)測(cè)性維護(hù)傳感器來盡可能提早檢測(cè)潛在故障，振動(dòng)、聲學(xué)與溫度分析通常被認(rèn)為是使用預(yù)測(cè)性維護(hù)的最佳起點(diǎn)，能夠比其他傳感器更早地檢測(cè)某些故障，例如軸承損壞等。大多數(shù)預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)只使用其中一些傳感器，因此必須確保除了使用合適的傳感器來檢測(cè)這些潛在的關(guān)鍵故障之外，還要深入了解這些故障。

常用于實(shí)施CbM的傳感器

　　MEMS加速度計(jì)檢測(cè)振動(dòng)如何讓故障“無處遁形”?

　　現(xiàn)階段制造商使用包括振動(dòng)、噪聲、溫度測(cè)量等多種參數(shù)來確定啟動(dòng)維護(hù)操作的時(shí)間，在可測(cè)量的物理量中，振動(dòng)頻譜測(cè)量能夠針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)器中的問題的根源提供最多信息，異常振動(dòng)可能是滾珠軸承故障、軸偏差、不平衡、過度松散等問題。

　　振動(dòng)測(cè)量可以使用放置在被監(jiān)測(cè)元件附近的加速度計(jì)進(jìn)行，這種傳感器可以是壓電式，也可以是MEMS類型，后者更具優(yōu)勢(shì)，不僅可以在低頻率下提供更好的響應(yīng)，而且體積小巧。滾珠軸承發(fā)生故障時(shí)，每次滾珠碰觸到開裂處，或者觸碰到內(nèi)環(huán)或外環(huán)的缺陷位置，就會(huì)發(fā)生撞擊，引起振動(dòng)，甚至導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸輕微移位。撞擊發(fā)生的頻率由轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以及滾珠的數(shù)量和直徑?jīng)Q定。

　　與此同時(shí)，一旦故障出現(xiàn)，撞擊有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生可以聽見的聲音，即沖擊波，表現(xiàn)為低能量譜分量和相對(duì)較高的頻率，通常大于5 kHz，而且總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過基本的旋轉(zhuǎn)頻率。只有低噪聲、高帶寬加速度計(jì)才能測(cè)量與首個(gè)故障信號(hào)相對(duì)應(yīng)的頻譜線，ADI的ADXL100x便可以很好完成測(cè)量。作為一款壓電式加速度計(jì)，ADXL100x具有超低噪聲和寬帶寬，加上與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)連接(ICP和IEPE)耦合，幾十年來一直是實(shí)施振動(dòng)測(cè)量的典型傳感器。MEMS加速度計(jì)已經(jīng)調(diào)整為可以和IEPE標(biāo)準(zhǔn)模塊連接，該轉(zhuǎn)換電路以ADI參考設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，是基于一種特殊的PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以在寬頻帶上工作，以在后期設(shè)計(jì)成一個(gè)機(jī)械模塊。

MEMS加速度計(jì)、IEPE參考、PCB設(shè)計(jì)允許在IEPE機(jī)械模塊中改進(jìn)ADXL100x系列CbM加速度計(jì)

　　除了ADXL100x(ADXL1001/ADXL1002/ADXL1003/ADXL1004/ADXL1005)加速度計(jì)外，ADI還提供一系列從通用、低功耗、低噪聲、高穩(wěn)定性和高g的MEMS加速度計(jì)，一直到智能終端節(jié)點(diǎn)模塊，對(duì)于分析機(jī)器狀態(tài)非常有用。例如在更嚴(yán)格的帶寬范圍內(nèi)觀察發(fā)現(xiàn)，ADXL35x系列產(chǎn)品 (ADXL354/ADXL355/ADXL356/ADXL357) 具備低噪聲等級(jí)特性(噪聲低至20 μg/√Hz，帶寬為1500 Hz)，與提供模擬輸出的ADXL100x系列產(chǎn)品不同，ADXL35x系列產(chǎn)品可以提供數(shù)字輸出，用于簡(jiǎn)化與微控制器的接口。

　　從組件到完整模塊，ADI設(shè)備健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品全線布局

　　事實(shí)上，針對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)性維護(hù)與工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的低功耗、高效率，ADI提供了門類齊全的產(chǎn)品組合。除了MEMS加速度計(jì)之外，還包括了模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器、嵌入式處理器、iCoupler?數(shù)字隔離器、電源管理器件和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)解決方案。這些高性能的器件和增加系統(tǒng)集成度有助于實(shí)現(xiàn)更新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為客戶實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的差異化設(shè)計(jì)帶來價(jià)值。

　　由于振動(dòng)+溫度檢測(cè)的模式是非常有效能夠檢測(cè)出設(shè)備異常的高性價(jià)比方案，針對(duì)此方案的實(shí)現(xiàn)，ADI SMS(Smart Motor Senor)是Otosense AI平臺(tái)下的系統(tǒng)級(jí)解決方案，通過集成的ADI高性能振動(dòng)、溫度與磁傳感器采集數(shù)據(jù)，能夠在早期就檢測(cè)到電機(jī)的異常狀況，并且通過SmartMesh無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到云端，客戶可以在各類終端設(shè)備上監(jiān)控到電機(jī)的狀況，并進(jìn)行一些綜合性的數(shù)據(jù)分析。

　　SMS技術(shù)最突出的優(yōu)勢(shì)就是能夠檢測(cè)出最多9種電機(jī)異常，包括供電異常、定子異常、轉(zhuǎn)子異常、機(jī)軸平衡、定轉(zhuǎn)子對(duì)稱、軸承異常、軸心偏移、散熱異常、固定異常。除了電機(jī)異常檢測(cè)外，SMS還可以對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括開關(guān)機(jī)次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、轉(zhuǎn)速、電流、輸出力矩/功率等，能夠讓運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)變得更智能。

　　作為率先推出了支持預(yù)測(cè)性維護(hù)MEMS加速度計(jì)系列且仍是少數(shù)能夠提供如此高性能的MEMS加速度計(jì)的提供商之一，ADI將繼續(xù)在傳感器、信號(hào)鏈解決方案、機(jī)械模塊、平臺(tái)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法、人工智能軟件平臺(tái)和整體系統(tǒng)解決方案等領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新，以幫助客戶加速邁向工業(yè)4.0。

（轉(zhuǎn)載）