Condition-based maintenance using vibration analysis

The sole idea of condition-based maintenance is to understand how equipment performs in a facility and to be able to predict and prevent failures before they happen. An intelligible and well-designed condition-monitoring program includes different aspects of existing technologies to boost equipment performance, decrease equipment downtime thereby reducing the risk of production loss. Vibration analysis is one of the key methods extensively used for condition monitoring of machines. Effective vibration signal extracting and analyzing techniques have a critical part in diagnosing rotating equipment. The aim of the work was to develop a system that can be used for condition-based maintenance using vibration analysis. Devices that are available in the market for this purpose are mostly used on machines that are rotating (pumps, motors). We have tried to develop the system that can be used both on machines that are rotating and moving on linear axis. The first target is to develop a device that can sense the vibration. An accelerometer can give us acceleration value generated due to vibration. Using the accelerometer, we have tried to develop a system that can store the acceleration value as fast as 1000 samples per second. The second stage is to understand the collected vibration data by using signal analysis techniques over MATLAB. A proper analysis of the data by using time analysis, frequency analysis, signal enveloping, noise removal, can give us information about exact part of the machine that is damaged. An extensive theoretical study has been done to understand generated vibration data and implement in the system, and research is still going on with the goal of developing a state-of-the-art vibration analysis system.

L’idea alla base del condition-based maintenance è la comprensione del funzionamento di un macchinario in un impianto in modo da poterne prevenire malfunzionamenti prima che si verifichino. Un programma di monitoraggio chiaro e ben definito deve tener conto di diversi aspetti tecnologici al fine di aumentare le prestazioni del sistema, ridurne i tempi di ferma manutentiva e, conseguentemente, il rischio di blocchi nella produzione. L’analisi delle vibrazioni è uno dei principali metodi di condition-monitoring, largamente impiegato in ambito industriale, specialmente nel mondo dell’industria automobilistica. Allo stato attuale, misurazione e analisi delle vibrazioni giocano un ruolo fondamentale nel monitoraggio e nella diagnostica di malfunzionamenti degli elementi rotativi, interni alle linee di produzione nelle fabbriche. Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di sviluppare un sistema di condition-based maintenace basato sull’analisi delle vibrazioni. I dispositivi utilizzati a tale scopo attualmente disponibili sul mercato sono utilizzati principalmente per il monitoraggio di macchinari con elementi rotanti, quali pompe o motori. Durante questo progetto si è voluto sviluppare un sistema in grado di monitorare sia elementi rotativi che elementi con moto lineare. In una prima fase ci si è occupati della realizzazione, lato hardware, di un dispositivo in grado di rilevare le vibrazioni. Per farlo ci si è avvalsi di un accelerometro, in quanto le vibrazioni si manifestano come accelerazioni sui 3 assi spaziali. L’accelerometro è stato integrato in un sistema in grado di memorizzare 1000 campioni al secondo. Nella seconda fase sono stati studiati i dati vibrazionali acquisiti mediante l’impiego di tecniche di analisi del segnale sul software MATLAB. In particolare, tramite un’analisi dei dati ottenuti nel dominio del tempo e della frequenza, per mezzo di tecniche di signal enveloping e di un corretto filtraggio del rumore, si è in grado di rilevare la presenza di un malfunzionamento e di individuare quale componente all’interno del macchinario può essere danneggiato. Grazie ad una approfondita analisi teorica è stato possibile comprendere appieno i dati vibrazionali ottenuti e implementare tale metodologia nel sistema sviluppato; allo stato attuale la ricerca prosegue l’obiettivo di realizzare un dispositivo che rappresenti lo stato dell’arte nei sistemi di analisi delle vibrazioni per il condition-based-maintenance.