2011-09-26

1

MaskindiagnostikUnderhåll & Driftsäkerhet

KaUM ki t k ikMaskinteknik

Hans Johansson

Definition av UNDERHÅLL, (Maintenance)

Underhåll är en kombination av alla tekniska, administrativa och ledningens åtgärder under en enhets livstid i syfte att vidmakthålla den i, eller återställa den till, ett sådant tillstånd att den kan utföra krävd funktionden kan utföra krävd funktion.

Svensk och Europeisk Standard, SS-EN 13306

2011-09-26

2

Avhjälpande underhåll, AU, Immediate maintenance

– Underhåll som utförs efter det att funktionsfel upptäckts och med avsikt att få enheten i ett sådant tillstånd att den kan utföra krävd funktion.

SS EN 13306SS-EN 13306

Förebyggande underhåll, FU, Preventive maintenance

– Underhåll som genomförs vid förutbestämda intervall eller enligt förutbestämda kriterier och i avsikt att minska sannolikheten för fel eller

Akut (AAU) eller Uppskjutet (UAU)

förutbestämda kriterier och i avsikt att minska sannolikheten för fel eller degradering av en enhets funktion.

SS-EN 13306

Förutbestämnt (FBU) eller Tillståndsbaserat (TBU)

Exempel tillståndskontroller-Temperaturmätningar

-Tryckmätningar (olja, vatten o.dyl)

-Smörjmedelsanalyser

-Kylvattenanalyser

-El.mätningar

-Trådtöjningsmätningar

-Okulärbesiktningar (ex. på hjälpmedel är fiberoptik, endoskop, stroboskop, speglar, höghastighetsfilmning m.m.)

-Ickeförstörande provningar (penetrerande vätska för spricksökning, röntgen, ultraljud o.dyl.)

-Effektivitetsmätningar med nyckeltal (MTBF, MTTR, MWT, TAK (OEE)o.dyl.)

-Vibrationsmätningar

2011-09-26

3

Vibrationsanalys

Frekvensspektrum

Några vanligt förekommande förkortningar

-TAK, Total Anläggnings Kapasitet (OEE, Overall Equipment Efficiency )

-MTBF, Mean Time Between Failure, ett mått på funktionssäkerheten

-MTTR, Mean Time To Repair, ett mått på underhållsmässigheten

-MWT, Mean Waiting Time , ett mått på underhållssäkerheten

-A, Tillgänglighet (Availability)A, Tillgänglighet (Availability)

-LCC, Life Cykel Cost

-LCP, Life Cykel Profit

2011-09-26

4

• When you can measure what you are ki b t d it ispeaking about, and express it in

numbers, you know something about it; but when you cannot measure it, when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a meager and unsatisfactotory kind.

Kelvin 1883

TPMTotalt produktivt underhållTotalt produktivt underhåll

Organisationen utvecklas så att alla får ta sitt ansvar för verksamheten och utrustningen samt delta i förbättringsarbete. Operatörsunderhåll utvecklas. Målet är att eliminera alla störningar och att maximera den totala effektiviteten.

2011-09-26

5

Begreppet ASSET MANAGEMENT

Optimal förvaltning av fysiska tillgångar ur ett livstidscykelperspektiv för att uthålligt uppnå d f t tälld k h t ålde fastställda verksamhetsmålen

•Kapacitet (t.ex. nyanskaffning, modifiering av anläggning/utrustning)

•Drift/Produktion (t.ex. produktionsplanering, kvalitetskontroll)

•Underhåll (driftsäkerhet)

Begreppet OUTSOURCING

Outsourcing av underhåll innebär att beställaren låter en extern leverantör ta hela ansvaret för allt underhåll för minst en hel produktionslinje

Jan Frånlund, UTEK, Förslag till definition

2011-09-26

6

Definition av DRIFTSÄKERHET,(Availability performance)

Förmågan hos en enhet att kunna utföra krävd funktion under angivna betingelser vid ett givet tillfälle eller under ett angivet tidsintervall, förutsatt att erforderliga stödfunktioner finns tillgängliga .

Svensk och Europeisk Standard SS-EN 13306Svensk och Europeisk Standard, SS-EN 13306

Tillgänglighet A är ett mått för driftsäkerheten

MWTMTTRMTBFMTBFA

++=

2011-09-26

7

Ex: I en produktionslinje har man under ett halvår registrerat följande fel

Fel nr Väntetid tim

Rep.tidtim

Tot 3-skift:Vilket motsvarar 2500 tim. planerad produktionstid under det halvår som felregistreringen gjordes.

1 6 56 62

2 4 39 43

3 7 42 49

4 8 36 44

5 3 44 47

6 7 62 69

7 6 32 38

(5000 timmar för ett helt år)

Förlorad produktion innebär 2000 kr i förlust per timme

Underhållskostnaden kalkyleras till 400 kr/tim inklusive arbete och material

( ) timStopptidMTBF 5,19810

515250010

2500=

−=

Σ−=

8 8 40 48

9 7 48 55

10 8 52 60

Σ 64 Σ 451 Σ 515

timVäntetidMWT 4,61064

10==

Σ=

timstidreparationMTTR 1,4510451

10==

Σ=

Tillgänglighet

794,01,454,65,198

5,198=

++=

++=

MWTMTTRMTBFMTBFA

Om vi genom FU-åtgärder kan öka MTBF med 200 timmar. Vad blir då tillgängligheten?

886,01,454,65,398

5,398=

++=

++=

MWTMTTRMTBFMTBFA

Vad blir stilleståndskostnaden och reparationskostnaden under ett år före och efter FU-åtgärderna och vad får FU-åtgärderna max kosta per år för att vara lönsamma?

Före FU Efter FURep. kostn.

Antal fel. felMWTMTTRMTBF

20250

50005000==

++ fel12450

5000=

krMTTR 8003604004,452040020 =⋅⋅=⋅⋅Kostn. krMTTR 4802164004,452040012 =⋅⋅=⋅⋅

Stillest ( ) 2000MWTMTTRf lA t lStillest. kostn.

( ) 2000⋅+⋅ MWTMTTRfelAntal

kr000236.120005,5112 =⋅⋅kr000060.220005,5120 =⋅⋅

Σ kostn. kr800420.2 kr480452.1

Diff. kr320968

2011-09-26

8

DRIFTSÄKERHET

Tillgänglighet, A

FUNKTIONS-SÄKERHETSällan stopp

UNDERHÅLLS-MÄSSIGHETKorta stoppär möjliga

UNDERHÅLLS-SÄKERHET

Korta väntetiderpå resurser

Till hur stor del påverkas resultatet

av

MTBF MTTR MWT

Konstruktion

Produktion

Underhåll

av

70 % 70 % 10 %

20 %

70 %

10 %

20 %

20 %

10 %

Källa: Jan Frånlund, UTEK, 2006

TAK-värde (OEE, Over All Equipment Efficiency )

OEE, eller den svenska motsvarigheten TAK, är ettk lt l fö tt ät d kti ff kti it t TAK ä dnyckeltal för att mäta produktionseffektivitet. TAKvärden

kan också användas för att mäta effekten avförbättringsarbete.

TAK = T · A · K

Tillgänglighet

Anläggningsutbyte

Kvalitetsutbyte

2011-09-26

9

Tillgänglighet (Eng. Availability ratio)

T = (totaltid - stopptid) / totaltid

- Hur stor andel av den planerade drifttiden som anläggningen verkligen producerade. Här räknas alla planerade och

l doplanerade stopp in.

Stoppen kan vara;• produktionsberoende (ex. ställtider)• underhållsberoende (planerat och oplanerat underhållsarbete) eller •resursberoende (ex personalbrist)•resursberoende (ex. personalbrist).

- Den enda tiden som räknas bort är orderbrist.

Anläggningsutbyte (Eng. Performance Ratio)

A = verklig produktion /( (totaltid - stopptid) · möjlig maxproduktion per tidsenhet)

- Utebliven produktion pga att anläggningen körts med förlåg takt liksom småstopp som inte registrerats.

2011-09-26

10

Kvalitetsutbyte (Eng Quality Ratio)Kvalitetsutbyte (Eng. Quality Ratio)

K = (verklig produktion - kassation) / verklig produktion

- Hur stor andel av produktionen som måste kasseras elleromarbetas.

Ett exempel Skiftlängd 8 tim

Möten för planering o.dyl. 30 min

Stopptid 65 min

Ideal takt 1,3 st/min

Totalt antal tillverkade enheter 348 st

Antal kasserade enheter 8 st

Tillgänglighet T=(8·60-30-65)/(8·60-30)=85,6%

Anläggningsutbyte A=348/( (8·60-30-65)·1,3=69,5%

Kvalitetssutbyte K=340/348=97,7%

TAK=0,856·0,695·0,977=0,581 58,1%

2011-09-26

11

Risken för att ett fel skall uppstå i en komponent är beroende på komponentens hela historia som: tillverkninshistoriken, hantering och miljö under transport lagerhållning montering och användningenlagerhållning, montering och användningen.

Risken för att ett fel skall uppstå i en komponent kan vara olika stor under olika delar av användningstiden beroende på typen av komponent.

Risken för fel är ungefär lika stor under drifttiden.

Felrisk

tid

Rullningslager kan anses löpa en sådan typ av risk.

Risken för fel är lägre i början av drifttiden.Hydraulikkomponenter anses ofta vara exempel på detta.

Felrisk

tid

Risken för fel är högre i början av drifttiden.Elektronikkomponenter anses ofta vara exempel.

Felrisk

tid

2011-09-26

12

Risken för fel blir högre med tiden.Maskinelement som bromsbackar och andra slitdetaljer är exempel.

Felrisk

tid

Felrisk

tidRisken är hög i början och efter viss tid. Den s.k. badkarskurvanMaskiner med både elektronik och maskinelement. Mekatronik.

Sannolikheten för att ett rullningslager har en viss utmattningslivslängd kan ses i diagrammet nedan.

Sannolikheten för att uppnå den s.k. nominella livslängden är 0,9. Man kan också utläsa ur grafen att sannolikheten är mer än 0,5 för att lagret har en livslängd större än 5 gånger den nominella

789101112131415

Weibulfördelningln s/(ln (0,9)=(Ls/Lnom)κ

κ = 1 5

större än 5 gånger den nominella.

Ls/Lnom

01234567

00,10,20,30,40,50,60,70,80,91

Sannolik livslängd för enskilt rullningslager Ls, jämfört med nominell livslängd Lnom för lagret

κ = 1,5

Sannolikhet s

2011-09-26

13

A2 B2

Exempel. Lager i växellåda. Sannolikheten (s) för att lagringen skall klara 20 000 h?

60106

1010

3

10 ⋅⋅

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

nLL

PCL h

9,0lnln ⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

κ

nom

si L

Ls isi es ln=

Ø DinPinnin

β

A1 B1

4321 lnlnlnln ssssstot +++=

4321 ssssstot ⋅⋅⋅=

9,0lnln5,1

410

4

5,1

310

3

5,1

210

2

5,1

110

1 ⋅⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

h

sh

h

sh

h

sh

h

shtot L

LLL

LL

LLs

Lager C/kN rpm Fr/kN Fa/kN P/kN L10/106 L10h si

A1, SKF6219 114 1490 6,8 0 6,8 14712 52669 0,98

80,0≈tots

A2, SKF6219Styrlager 114 1490 7,5 3,6 10,6 1244 13914 0,83

B1, SKF6226Styrlager 156 414 9,1 3,6 12,1 2143 86271 0,99

B2, SKF6226 156 414 6,8 0 6,8 12074 486066 0,99

Om vi dessutom vet att det finns andra orsaker än utmattning som gör att fel uppstår i rullningslager så inser vi värdet av att genom tillståndskontroll försöka avgöra konditionen i rullningslager.

Vanliga orsaker till fel i rullningslager förutom utmattning

Orsaker till lagerhaverier enligt SKF:35% Utmattning35% Smörjfel

Vanliga orsaker till fel i rullningslager förutom utmattning är: smörjfel, tätningsproblem och fel gjorda vid monteringen

ca 90% av alla lager skrotas dock ”friska”

35% Smörjfel15% ”Misshandel”15% Tätningsfel

2011-09-26

14

Olika typer av fel utvecklas olika

Fel med felutvecklingstid respektive fel utan felutvecklingstid

Defekt-nivå

Drifttid

Haveri!

Fel med felutvecklingstid Vanliga fel iDrifttid

Haveri!

Fel utan felutvecklingstidFel med felutvecklingstid. Vanliga fel i rullningslager är exempel på detta

Fel utan felutvecklingstid.Fel i elektronik är ofta exempel på detta

Fel med felutvecklingstid ger möjligheter att med lämpligt utformad tillståndskontroll kunna åtgärda felet innan haveri inträffar.

Data från tillståndskontroll

- Kunskaper & erfarenheter -Normer & standard

-Trend (historik)

Avvikelse från

önsvärt?

Ja

Nej

DiagnosÅtgärd

Ja

2011-09-26

15

Diagnosen bör behandla följande frågor:

-Vilken ”mekanism” förklarar avvikelsen?

-Hur allvarlig är avvikelsen?

-Vad blir följderna av ett eventuellt haveri?

-Kan en prognos göras för när i tiden ett haveri är att vänta?

-Vilka åtgärder bör vidtas?

Nej

Maskin, komponent o.dyl.

Modifiera

NejÄrsannolikheten för

fel liten?

NejÄr

tillståndskontrollmöjlig?

ÄrMTBFkänt?

Förslag på strategi för underhållsarbete

Ärkonsekvenserna av

fel stora?FU

Tillståndsbaserat TBU

Ja

NejAU

Akut eller Uppskjutet

Ja

Ja

ÄrSpridningen iMTBF liten?

FUFörutbestämt

FBU

JaNejJa

Tillståndskontrollvid stopp

Tillståndskontrollunder drift

JaNejÄr

Tillståndskontrollunder drift

möjlig?

2011-09-26

16

Några exempel på visuellt underhåll

2011-09-26

17