[เทคโนโลยี] “Wireless Online Vibration Monitoring” และการตรวจจับความเสียหายของเครื่องจักร

ในยุคที่เราอยู่ท่ามการการรบกวน และปั่นป่วนของเทคโนโลยี หรือ Digital disruption ทำให้การแข่งขันด้านต้นทุนในการด้านการผลิตโรงงานอุตสาหกรรม เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เร็วมาก ยกตัวอย่างเช่น การนำเครื่องจักร หรือหุ่นยนต์มาทำงานแทนคน ที่ทำให้ลดค่าแรง และเพิ่มคุณภาพของสินค้าต่างๆ เมื่อต้นทุนลดลงความสามารถในการแข่งขันด้านธุรกิจของโรงงานที่ดีกว่าย่อมได้เปรียบและอาจจะครองเจ้าตลาดไปได้อย่างง่ายดายครับ

ดังนั้นในยุคนี้ เราจึงต้องคอยเสาะหาวิธีการใหม่ๆ เทคโนโลยีใหม่ๆ มาพัฒนางานอุตสาหกรรมในโรงงานของเราครับ ซึ่งถ้าพูดถึงยุคนี้เทคโนโลยีที่เรียกว่า มาแรงที่สุด คงไม่พ้น เทคโนโลยีข้อมูล หรือ IT (Information Technology) ที่เราได้ยินบ่อยๆ เช่น Big data , AI , IoT จนไปถึงระบบ Smart factory ต่างๆนะครับ

วันนี้ทางเพจนายช่างมาแชร์ก็ขอแอบเอาเทคโนโลยีตัวหนึ่งที่เป็นที่ฮอตฮิตสุดๆ นั้นคือ Wireless online vibration monitoring นั้นเองครับ ซึ่งเจ้าเทคโนโลยีนี้เป็นที่นิยมเพราะว่า เจ้าตัว Parameter หรือ ตัวแปร ที่สามารถบ่งชี้ และบอกสุขภาพเครื่องจักรกลได้ดีมากๆนั้นคือ การวัดความสั่นสะเทือน (Vibration) นั้นเองครับ ซึ่งแต่ก่อนการวัดความสั่นสะเทือนจะต้องนำคนเข้าไปวัด อาจจะทุกๆ 3 เดือน 6 เดือน แต่จะดีกว่าไหมถ้าเราสามารถจับข้อมูลการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรตลอดเวลา และสามารถคอยเฝ้าระวังอาการเสียหายของเครื่องจักรตัวนั้นๆได้อย่างใกล้ชิดอีกด้วยครับ

Wireless Sensing Solution

หลังจากที่เรามีความสนใจในด้านเทคโนโลยีใหม่ๆแล้ว….เราลองมาดูวิธีเชื่อมต่อข้อมูลของเครื่องจักรผ่านระบบและสามารถดูข้อมูลเหล่านั้นผ่านคอมพิวเตอร์ได้เลยนะครับ โดยการเชื่อมต่อระบบแบบ Sensing solution แบบระบบ Wireless นั้นจะมีส่วนประกอบดังนี้ คือ

1. หัว Sensor ทำหน้าที่รับข้อมูลเข้ามา ซึ่งอาจจะเป็นได้ทั้งหัว Vibration sensor , Current sensor , RTD, Thermocouple หรือ sensor วัดอุณหภูมิต่างๆครับ
2. การส่งสัญญาณ (แบบไร้สาย) โดยผ่านสัญญาณในส่วนของคลื่นวิทยุ (ISM band), WIFI (IEEE802.11), Bluetooth, ISA100 เป็นต้นนะครับ
3. Gateway ทำหน้าที่คล้ายๆประตู คอยรับ คัดกรอง และสำรองข้อมูล ก่อนจะส่งต่อไป
4. Data display ทำหน้าที่คอยโชว์แสดงผลข้อมูลที่รับมาได้ต่างๆ อาจจะผ่านจอ Monitor, TV หรือ Local panel ก็ได้นะครับ
5. Data Storage ทำหน้าที่เป็นตัวจัดเก็บข้อมูล อาจจะเป็นลักษณะ Computer, Server หรือ Cloud ต่างๆครับผม

ถ้าหากเรารวมข้อมูล Sensor หลายๆอุปกรณ์ในระบบการผลิต และข้อมูลเหล่านั้นก็มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน (โดยเป็นเหมือนโครงข่าย) เราก็จะเรียกเจ้าระบบแบบนี้ว่าระบบ IoT หรือ Internet of Things

เพื่อนๆสามารถกลับไปอ่านบทความเพิ่มเติมเรื่อง IoT (Internet Of Things) – ในโรงงานอุตสาหกรรม ได้ที่นี้เลยนะครับ

ซึ่งฟังดูแล้วอาจจะไกลตัวนะครับ แต่เพื่อนๆลองคิดถึง รถยนต์นะครับ เวลาขับก็ต้องมีมาตรวัดความเร็วตลอดเวลา ว่า ตอนนี้เราขับไปด้วยความเร็วเท่าไหร่แล้ว หรือน้ำมันเครื่องอยู่ที่ระดับเท่าไหร่แล้ว เครื่องยนต์มีปัญหาไหม? รวมถึงระบบต่างๆรถยนต์ ที่ยกมาวางไว้หลังพวงมาลัยเราครับ

งั้นกลับมาคิดที่ฝั่งโรงงานนะครับ หากเราต้องการผลิตสินค้าจำนวนนึง แต่เราไม่รู้สถานะเครื่องจักรที่จำเป็นเลย ? มันก็จะไม่ได้ต่างจากการขับรถยนต์ที่ไม่รู้ว่า ตอนนี้ขับเร็วเท่าไหร่แล้ว น้ำมันจะหมดรึยังใช่มั้ยครับ 🙂

ดังนั้น IoT , หรือ เทคโนโลยีต่างๆ ก็มีมาเนิ่นนานแล้วแหละครับ แต่ด้วยราคาในยุคก่อนๆอาจจะเป็นไปได้ยากที่จะเชื่อมโยงระบบใหญ่ๆขนาดนั้นเข้ามาในระบบเดียว แต่ยุคนี้เป็นราคาที่สามารถจับต้องได้ และมีการคืนต้นทุน (Return On Investment ; ROI) ที่รวดเร็วกว่าเดิมมากๆเลยครับ

Wireless Online Vibration Monitoring

ถ้าพูดถึงระบบ Smart factory หรือโรงงานอัจฉริยะ ก็จะมีหลายๆส่วนด้วยกันนะครับตั้งแต่ เรื่อง Asset performance management , Operation performance, Predictive maintenance, Quality management

แต่วันนี้เราขอมาแนะนำเทคโนโลยี ที่สามารถวัดสุขภาพเครื่องจักร และสามารถรักษา Reliability ของโรงงานได้ดีมากๆนั้นคือ การทำ Wireless online vibration monitoring กันนะครับ ซึ่งถือเป็น Condition base maintenance และโปรแกรม Predictive maintenance รูปแบบหนึ่งนะครับ

การทำ Wireless online vibration monitoring คือ การที่เรานำ Sensor มาวัดความสั่นสะเทือนโดยติดตั้งไปที่เครื่องจักรตลอดเวลา โดยค่าความสั่นสะเทือนนั้นจะถูกเก็บตลอดเวลา และจะประมวลผลข้อมูลด้วยรูปแบบ FFT (เป็นการแปลง Time-domain เป็น Frequency domain) จากนั้นทำการส่งผ่านสัญญาณไร้สาย ผ่านไปที่ Gateway หลังจากนั้น Gateway ส่งต่อไปที่หน้าจอ และเก็บข้อมูลที่ Computer, Server หรือ Cloud ต่อไปครับ

โดยตำแหน่งที่จะนำหัว Vibration sensor เข้าไปติดก็จะเป็นตำแหน่งของเครื่องจักรกลหมุน (Rotating machine) นะครับ, เนื่องจากในเครื่องจักรกลตลับลูกปืน หรือ bearing จะเป็นตัวรับภาระทั้ง load และ moment ที่กระทำครับ ซึ่งหากเกิดความเสียหายก็มักจะแสดงอาการ (Indicate) ที่จุดนี้ได้ก่อนเลย

เพื่อนๆสามารถกลับไปอ่านชบทความ การตรวจสอบความสั่นสะเทือน (Vibration Monitoring) ในเครื่องจักรอุตสาหกรรม ได้ที่นี้เลยนะครับ

ดังนั้นเมื่อเราต่อระบบนี้เข้าจอแล้ว ที่เหลือก็สามารถดูค่าความสั่นสะเทือนของเครื่องจักรผ่านคอมพิวเตอร์แบบ real time ได้เลยนะครับ ซึ่งถ้าหากมีแนวโน้มที่ขึ้นสูง ก็จะแจ้งเตือนได้ทันทีตามมาตราฐาน ISO-10816 หรือ ค่า alarm ที่ทางโรงงานกำหนดมาตราฐานไว้ครับ

Wireless Online Vibration technology จาก Murata

วันนี้เราก็จะมาขอแนะนำเทคโนโลยี Sensor จากบริษัทชั้นนำของโลกจากทางฝั่งประเทศญี่ปุ่นที่มีชื่อเสียงในวงการ IoT, Sensor และ Technology ต่างๆ นั้นคือ บริษัท Murata นะครับ โดย Wireless Vibration Sensor ที่จะมาแนะนำวันนี้ก็จะมีสองรุ่น คือ

1. รุ่น Acceleration mode (รหัส LBAC0ZZ1LZ -123)
2. รุ่น Acceleration + Velocity mode (รหัส LBAC0ZZ1TF-474)

โดยมีคุณสมบัติตามตารางด้านล่างนะครับ

ความแตกต่างของ Acceleration mode และ Velocity mode

ในส่วนของความแตกต่างของ Vibration ใน mode ของ velocity และ acceleration จะต่างกันที่ย่านความถี่ ที่ใช้นะครับ โดยในส่วนของ

Velocity mode จะเหมาะกับการวัดความสั่นสะเทือนที่ความถี่ไม่สูงมาก (Frequency 10 – 1,000 Hz) ซึ่งที่ความถี่ประมาณนี้จะสามารถบ่งชี้ปัญหาเรื่องของ Unbalance, Mis-Alignment , Looseness ได้ค่อนข้างดีครับ

แต่ในทางกลับกัน Acceleration mode จะเหมาะกับวัดความถี่สูงๆ ตั้งแต่ 1,000 – 10,000 Hz ซึ่งความถี่ที่สูงจะบ่งชี้ถึง ปัญหาของ Bearing ที่เป็นจำพวก Rolling (element) bearing และปัญหาด้าน Gear (Gear Mesh Frequency; GMF) ได้ดีนะครับ

ตัวอย่างโรงงานที่ใช้งาน และการคืนทุน ROI (Return On Investment)

ในวันนี้เราขอยกตัว 2 โครงการที่ได้มีการใช้เทคโนโลยี Wireless vibration sensor

CASE 1. : โรงงานผลิต ผ้าอ้อม และสุขภัณฑ์ (Diapers and Sanitary product) แห่งหนึ่ง ใน unit การผลิต Vacuum ซึ่งเกิดปัญหาเศษฝุ่นกระดาษ และผง Polymer เข้าไปติดที่เครื่องจักร Vacuum machine ซึ่งวิธีการเดิมๆคือ จะต้องหยุดการผลิต และถอดเครื่องจักรออกมาตรวจสอบ ทำให้ unit การผลิตอีก 4 line จะต้องหยุดตาม ทำให้สูญเสียในการผลิตอีกด้วย

แต่ปัญหาเรื่องนี้คือ การ operating ไม่สามารถทำนายอัตราการตันได้ ดังนั้นในการกำหนดแผนการตรวจสอบ จึงกำหนดตาม Manual OEM recommendation คือ 3 เดือน โดยจะเสียค่าใช้จ่ายทั้งหมดประมาณ ปีละประมาณหลายแสนบาท ครับ

ดังนั้นในการพัฒนาของ unit การผลิตนี้ทำโดย ติดตั้ง Wireless vibration sensor ที่เครื่องจักร Vacuum machine โดยหัว velocity mode 2 จุด ที่ตำแหน่ง motor และ 2 จุด ที่ตำแหน่ง Gear box ทำให้โรงงานสามารถดูสุขภาพของเครื่องจักรจริงๆ ว่า เจ้าตัว Vacuum machine นั้นตันจริงๆรึป่าว โดยที่เป็นการดูแบบ Real time condition monitoring อีกด้วยครับ

หลังจากดำเนินการ project นี้สามารถคืนทุนได้ภายในปี 2 ปี (ซึ่งตัวเลขนี้คิดจากแค่ค่า แรงที่ประหยัดไปได้นะครับ ยังไม่รวมการสูญเสียแบบอื่นๆทั้งทางตรง และทางอ้อม)

CASE 2. : โรงงานผลิตเหล็ก เคสนี้จะเป็นเคสตัวอย่างของชุด Hot rolling mill ใน Line การผลิต ที่มีการขับตัว Roller ด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า (ดังภาพนะครับ) ซึ่งอย่างที่ทราบกันดีว่าโรงงานเหล็กมีทั้งฝุ่น และอุณหภูมิที่ค่อนข้างสูงมากๆครับ ซึ่งความเสี่ยงต่อคนทำงานในการหยุดตรวจสอบอาจจะต้องรอโรงงาน หรือ Unit การผลิตหยุด

ซึ่งปัญหาคือ bearing ของมอเตอร์ของ Roller ก็มักจะได้รับความเสียหายจนต้องหยุดการผลิตเพื่อซ่อมหลายๆครั้งครับ ซึ่งถ้าตีเป็นเลขกลมๆก็จะราคาประมาณ 50,000 บาทต่อนาที!!! ในการสูญเสียโอกาสในการผลิตนะครับ

หลังจากนั้นก็ได้ทำการ implement เจ้าตัว Wireless vibration sensor เข้าไปติดตั้งที่ตำแหน่ง Bearing ของมอเตอร์ไฟฟ้าครับ จากนั้นทางโรงงานก็สามารถดูคุณภาพของมอเตอร์ได้แบบ Real time monitoring ได้ครับ ซึ่งได้ประโยชน์ในแง่ของการลดต้นทุนในการลดการเกิด Unplanned downtime รวมถึงสิ่งที่สำคัญมากที่สุดนั้นคือ การลดความเสี่ยงของคนทำงานในการเข้าไปตรวจสอบเครื่องจักร อีกด้วยนะครับ

สรุป ข้อดี-ข้อด้อย ของ Murata Sensor

โดย Vibration sensor ที่เราจะมาแนะนำวันนี้ จะมีข้อดีหลักๆ คือ

1. ง่ายต่อการติดตั้ง และการใช้งาน
2. ง่ายต่อการขยายระบบ (ในอนาคต)
3. สัญญาณวิทยุสามารถส่งสัญญาณผ่านสิ่งกีดขวาง ตึก อาคาร ต่างๆได้ดี
4. ประหยัดแบต และค่อนข้างเสถียร
5. สามารถดู trend และ failure mode ได้เบื้องต้น
6. สามารถ Set ค่า alarm vibration ได้
7. ฟรี Software ไม่ต้องจ่ายรายเดือน

แต่ว่าๆๆ มีข้อดี ก็ต้องมีข้อเสียนะครับ (ไม่ได้อวยจนเกินไปนะครับ…ขอดีๆมาก็แนะนำกันครับ)

1. ไม่ได้เหมาะกับงานในสภาพแวดล้อมที่เป็นสารติดไฟและระเบิดได้ เช่น โรงงานปิโตรเคมี และโรงกลั่นน้ำมัน เพราะไม่ได้เป็น Explosion prove
2. ไม่ได้วิเคราะห์ FFT spectrum ที่ละเอียดมากๆได้ จะเป็นการดู trend และ Top peak แต่ก็แลกมาด้วยราคา และอายุแบตเตอรรี่ที่มากขึ้น

นอกจาก Wireless Vibration Sensor แล้วทาง Murata ก็ยังมี Wireless sensor ชนิดอื่นๆ เช่น Current sensor, Temperature and humidity sensor , 4-20 mA Analog sensor หรือ Sensor อื่นๆ สามารถกดเข้าไปดูได้ตามลิ้งค์ด้านล่างได้เลยนะครับ

https://solution.murata.com/th-th/service/

หรือติดต่อโดยตรงกับ Murata เพื่อขอข้อมูล หรือขอทดลองตัว demo ได้ฟรีที่โรงงานของเพื่อนๆเลยนะครับ

ณพงศ์พัศ ธงชัย (เมฆ)
• วิศวกรฝ่ายขาย
• โทร: 081-132-4462
• อีเมล: [email protected]

คุณธนพร คุณากรเรืองกิจ (พลอย)
• เจ้าหน้าที่บริหารงานขายและการตลาด
• โทร: 063-125-6151
• อีเมล: [email protected]

สุดท้ายนี้หากเพื่อนๆมีคำถามสงสัยสามารถ inbox มาถามใน Facebook นายช่างมาแชร์ได้เลยนะครับ แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ

Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit :  https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g

#นายช่างมาแชร์