La manutenzione predittiva racchiude quei processi e metodi utilizzati per prevedere lo stato attuale dei componenti sottoposti a tale tipo di manutenzione. Vengono misurati o monitorati certi parametri caratteristici e in base ai valori che tali parametri assumono è possibile capire lo stato di usura dei componenti. Quello che si fa è sostanzialmente cercare di prevedere un guasto attraverso lo studio di segnali deboli e quindi intervenire prontamente per evitare l’insorgere del guasto stesso. La manutenzione predittiva garantisce inoltre di non perdere tempo per svolgere attività manutentiva se la macchina non lo richiede e fornisce con largo anticipo informazioni dettagliate sui danneggiamenti. La conseguenza è quindi quella di avere maggiore disponibilità delle macchine ed evitare guasti improvvisi o inaspettati.
Esempio tipici di manutenzione predittiva sono i seguenti: Monitoraggio delle vibrazioni;
Analisi degli oli lubrificanti; Analisi termografica; Monitoraggio visivo;
Previsioni di durate tramite ispezioni periodiche.
Il monitoraggio delle vibrazioni, in particolare lo studio delle vibrazioni dei motori per fornire informazione sullo stato dei cuscinetti, era già presente all’interno del piano di manutenzione della B.M.S.. Quindi l’obiettivo per quanto riguarda questo punto è stato:
Consolidare la procedura di monitoraggio delle vibrazioni dei motori per identificare lo stato di usura dei cuscinetti.
Il lavoro di maggiore importanza è stato invece quello di mettere in atto opportuni algoritmi in modo da poter prevedere la durata di alcuni componenti di macchina in base ad alcuni parametri specifici noti. In particolare, l’obiettivo è stato:
Progettare un algoritmo specifico per poter prevedere la durata degli
elementi delle logiche viti montate sugli estrusori e per la fresa di taglio montata sul granulatore.
5.2. Attività Implementate
Per quanto riguarda l’analisi vibrazionale, si eseguiva una misurazione a cadenza regolare attraverso uno strumento dedicato. Si misuravano in particolare le vibrazioni di ventilatori, motori e pompe e per ogni macchina erano stati identificati opportuni punti di rilevazione in modo che, confrontando i risultati di misurazioni successive, fosse possibile prevedere lo stato di usura dei cuscinetti.
In tal modo era possibile capire se un cuscinetto stava lavorando in condizioni ottimali o se fosse in procinto di guasto. In tal caso era possibile intervenire prontamente per evitare l’insorgere del guasto stesso o comunque pianificare l’intervento conoscendo l’istante dell’insorgenza del guasto.
Passiamo ora alla presentazione degli algoritmi elaborati per stimare la durata e quindi lo stato degli elementi delle logiche viti estrusori e della fresa del granulatore. Partiamo proprio dalla fresa del granulatore. Il problema era complesso perché erano presenti in stabilimento più modelli di granulatori su cui potevano essere montate più tipologie di frese. La situazione è riassunta in Tab. 5.1.
Fornitore Granulatore
Modello
Granulatore Modello Fresa Materiale Fresa
Fornitore 1 Modello 1 Modello 1 Materiale 1 Materiale 2 Materiale 3 Modello 2 Modello 2 Materiale 1 Materiale 2 Materiale 3 Modello 3 Modello 3 Materiale 1 Materiale 2 Materiale 3 Fornitore 2 Modello A Modello A1 Materiale B1 Materiale B2 Materiale B3 Modello A2 Materiale C1 Materiale C2 Modello A3 Materiale D1 Materiale D2 Materiale D3
Come si può notare dalla tabella precedente, in stabilimento, i macchinari di granulazione sono sostanzialmente forniti da due soli fornitori, che per motivi di privacy, sono stati indicati come fornitore 1 e fornitore 2. Il fornitore 1 fornisce i granulatori in tre modelli differenti sui quali viene montato un solo tipo di fresa che però può essere di tre materiali diversi. Tali tre materiali si differenziano fra loro sostanzialmente per la loro durezza: in particolare dal materiale 1 al materiale 3 la durezza aumenta. Di controparte, aumenta anche il costo della fresa stessa. Il
fornitore 2 fornisce invece un solo modello di granulatore su cui possono essere
montati tre differenti modelli di fresa, che a loro volta possono essere di diversi materiali a seconda del modello stesso. Tale modello di granulatore è presente ormai però solo su poche linee per cui inoltre è già pianificato il passaggio ad uno dei modelli forniti dal fornitore 1, in modo da uniformare sempre più le tipologia di macchine montate sulle linee stesse.
Quindi l’obiettivo imposto inizialmente si può riformulare nel seguente modo:
Elaborare un algoritmo per la previsione della durata di una fresa in base al
materiale e al modello della fresa e in base al modello del granulatore, tutto in base alla linea su cui il granulatore è montato.
Ogni sostituzione fresa dall’anno 2000 circa era stata registrata all’interno di un foglio dati, quindi erano presenti molti dati su cui poter lavorare per prevedere una durata. Il primo passo è stato imporre un diametro minimo oltre la quale la fresa doveva essere demolita. Per diametri compresi invece tra quello nominale e quello minimo, dopo ogni sostituzione, veniva effettuata una riaffilatura della fresa in modo da poter uniformare il diametro sull’intera lunghezza del rotore della fresa. Infatti era soprattutto nella parte centrale dove avveniva il taglio degli spaghetti, che la fresa si usurava maggiormente. Una volta imposto il diametro minimo, si è deciso quale parametro utilizzare per poter stimare la durata. In particolare è stato deciso che:
Per la stima della durata della fresa si dovesse usure come parametro fondamentale i kg di prodotto finito granulato.
Si è quindi rielaborato in modo opportuno il foglio dati in modo che fosse presente sostanzialmente una tabella di dati contenente, per ogni sostituzione fresa, i seguenti campi:
Data montaggio fresa; Data smontaggio fresa;
Numero della linea di estrusione;
Motivo sostituzione: è stato necessario inserire tale campo perché in tal modo era possibile effettuare una pulizia dai cosiddetti dati anomali, ovvero
da quelli che, se utilizzati, avrebbero distorto la stima della durata. Fanno parte di questi dati quelli relativi a sostituzioni fresa a causa di rotture anomale dopo poche ore di lavoro.;
Modello granulatore; Modello fresa;
Materiale fresa;
Numero fresa: in tal modo era possibile anche ricostruire la storia di ogni singola fresa, dalla data del suo primo montaggio, fino a quella della demolizione;
Numero di kg di prodotto finito granulati dalla data di montaggio a quella di smontaggio;
Diametro al montaggio;
Diametro minimo allo smontaggio;
Usura fresa, calcolata come differenza tra i due diametri, quello al montaggio e quello allo smontaggio.
In particolare il campo di kg estrusi è stato collegato al software aziendale di gestione delle partite su ogni linea, in modo che si autocompilasse all’apertura del foglio dati. All’interno della tabella del foglio dati saranno poi presenti determinate righe per cui la data di smontaggio della fresa è non definita: tali righe sono ovviamente quelle relative alle frese montate in quell’istante sui granulatori di ogni linea. Ed è proprio per tali frese che risultava indispensabile conoscere lo stato di usura e quindi poter dare una stima della loro durata. Infatti un guasto alla fresa del granulatore comportava il fermo del processo di granulazione e di conseguenza il fermo del processo di estrusione e quindi della produzione della relativa linea. Avere quindi a disposizione informazione sulla durata e sullo stato di usura della fresa, ha permesso di agire prontamente, ad esempio nei momenti di fermo linea programmati o durante le pulizia della stessa, per la sostituzione preventiva della fresa stessa.
Il collegamento di tale Foglio Dati con il software di gestione delle linee ha permesso quindi di capire quanti kg di prodotto finito la fresa montata in quell’istante su ogni granulatore avesse granulato. Imponendo quindi dei limiti di durata massima è stato possibile stimare lo stato di usura. In particolare i limiti imposti sono stati i seguenti:
Limite Verde: la fresa era in campo Verde, cioè in condizioni di lavoro ottimali, finché aveva granulato un numero di kg di prodotto finito minore od uguale al 95 % dei kg che lo stesso modello e materiale di fresa aveva granulato in media sulla stessa linea;
Limite Giallo: la fresa era in campo Giallo, cioè in condizioni accettabili ma non ottimali, finché aveva granulato un numero di kg di prodotto finito compresi tra il 95 % e il 110 % dei kg che lo stesso modello e materiale di fresa aveva granulato in media sulla stessa linea;
Limite Rosso: la fresa era in campo Rosso, cioè in condizioni non accettabili, se aveva granulato un numero di kg superiore al 110 % dei kg che lo stesso modello e materiale di fresa aveva granulato in media sulla stessa linea.
In tal modo, in piena ottica di Visual Control, bastava l’apertura dei Foglio Dati per capire se su qualche granulatore era montata una fresa che era arrivata a fine vita e che quindi andava sostituita. L’intervento di sostituzione era comunque da concordare e decidere con il responsabile della manutenzione. In particolare, anche se la fresa risultava in campo Rosso, poteva essere non sostituita se non si erano ancora presentati alcuni segnali deboli tipici dell’usura della stessa: continuo polverino nel prodotto finito, granuli con codini, taglio incompleto o granuli di dimensioni diverse.
Passiamo ora alla presentazione dell’algoritmo per la determinazione dello stato di usura degli elementi viti. L’estrusore di ogni linea è composto sostanzialmente da una coppia di alberi vite su cui vengono montati in media circa 30 – 35 elementi viti per ogni albero. Negli anni è stato riscontrato che gli elementi che prima di altri si usurano sono sostanzialmente 3 per ogni albero, in particolare quelli montati nella zona dove temperatura e soprattutto pressione sono maggiormente elevate. Quindi l’algoritmo era mirato alla stima dell’usura di tali 3 componenti per ogni coppia viti.
Anche in questo caso, il problema era complesso poiché su diverse linee di estrusione erano montati alberi viti, e quindi elementi viti, con diametri differenti. In particolare la situazione è quella illustrata in Tab. 5.2.
Nr. Linee Diametro Nominale Elementi (mm) Diametro Minino Accettabile (mm) 8 70 66 1 58 55 4 40 38 2 25 23
Nella Tab. 5.2 sono stati indicati anche i diametri minimi accettabili stabiliti per non avere usura degli alberi. Infatti il costo degli alberi viti rispetto a quello degli elementi è di due ordini di grandezza superiore.
Una volta imposti i limiti minimi dei diametri, sono stati stabiliti anche in questo caso dei range per il campo verde, giallo e rosso. Tali range sono riassunti in Tab. 5.3. Diametro Nominale Elementi (mm) Diametro minimo zona Verde (mm) Diametro minimo zona Gialla (mm) 70 67 66 58 56 55 40 23,5 23 25 38,5 38
Tab. 5.3. Limiti di usura campo Verde, Giallo, Rosso.
Ovviamente per diametri inferiori a quello limite della zona Gialla, che corrisponde a quello minimo accettabile, l’elemento si viene a trovare in zona Rossa e la sua sostituzione deve essere prontamente effettuata.
Per poter stimare il diametro corrente di ognuno dei 6 elementi a forte usura di una logica vite, era ovviamente necessario avere a disposizioni dei dati di partenza sui valori dei diametri degli stessi. Sono state quindi pianificate delle misurazioni
periodiche su tali elementi in modo da avere regolarmente dei valori su cui
eventualmente correggere la previsione e quindi aumentare l’affidabilità della stima.
La stima è fatta anche in questo caso prendendo come parametro fondamentale i
kg di prodotto estrusi. Inoltre si fa l’ipotesi che l’usura futura in base ai kg estrusi
sia in linea con quella passata, cioè con quella rilevata dalle ispezioni periodiche. Come prima cosa si è ricavato un parametro, chiamato usura media annua, calcolato usando i valori rilevati durante le ispezioni: in particolare in tale calcolo sono stati utilizzati i kg che mediamente vengono estrusi durante un intero anno dalla linea ( ogni linea, a seconda della portata, ha un valore diverso per tale parametro, che risulta pressoché costante negli anni ), e l’usura che l’elemento preso in considerazione mostra nell’ultimo controllo rispetto all’ultima sostituzione dello stesso, quindi in base sostanzialmente al valore nominale del diametro. I kg di prodotto finito estruso da considerare sono quelli quindi estrusi dall’ultima sostituzione degli elementi. La formula usata per ricavare l’usura media annua è stata la seguente: ne sostituzio ultima da estrusi Kg anno un in mediamente estrusi Kg Rilevata Usura Annua Usura
Usando tale parametro si è andati quindi a stimare il valore corrente del diametro degli elementi a forte usura. La formula utilizzata è la seguente:
DataCorrente DataIspezione Annua Usura Misurato Diametro Corrente Diametro 365
Ovviamente, nel momento in cui veniva effettuata la sostituzione degli elementi, il diametro corrente veniva calcolato ponendo nella formula precedente il diametro nominale al posto del diametro misurato.
È stato inoltre previsto anche un tool per stimare il valore del diametro in una data futura. Infatti la sostituzione degli elementi di una logica vite può richiedere fino a due giorni di lavoro con conseguente fermo della produzione.
Quindi ogni volta che un elemento entra in campo Giallo o Rosso, risulta importante valutare anche la possibilità di effettuare l’intervento nella settimana di fermo del periodo estivo. Infatti in tal modo si eviterebbe un fermo linea prolungato con conseguente fermo produzione e quindi mancato guadagno. Dall’altra parte ovviamente, rimandare un intervento, soprattutto se urgente, può comportare un tipo di danno superiore a quello stimato, e quindi con costi maggiori.
In definitiva, ogni volta, è necessario valutare i cosiddetti trades – off tra le due possibilità: eseguire prontamente l’intervento fermando la linea, oppure pianificare l’intervento durante la settimana di fermo estiva oppure durante un fermo linea programmato durante l’anno. Per stimare il diametro ad una data futura, comunque, il metodo è del tutto uguale a quello presentato, a patto di sostituire all’interno della formula precedente la Data Futura al posto della Data Corrente. L’affidabilità della stima tramite le formule fino a qui presentate è stata testata con più prove su più linee il cui diametro nominale degli elementi era diverso. È stato riscontrato un errore massimo dell’ordine del decimo di millimetro e quindi, dopo l’esito positivo di tali test, le formule sono state validate e rese attive per la stima degli elementi delle logiche viti degli estrusori.
In definitiva, tali due algoritmi presentati, uno per la stima dello stato corrente della fresa del granulatore e l’altro per il diametro corrente / futuro degli elementi delle logiche viti, sono stati messi a disposizione degli operatori manutentori presentandoli sotto forma di un semplice schema colorato, così come mostrato in Fig. 5.1.
Fig. 5.1. Risultato finale stima durata fresa e elementi viti.
In Fig. 5.1 si può notare, con un semplice colpo d’occhio, dove risulterebbe necessario intervenire prontamente. L’intervento non risulta comunque una sola decisione degli operatori manutentori o del capo officina ma va concordato col responsabile della manutenzione.