Onderhoud aan assets als pompen, motoren en ventilatoren gebeurt steeds vaker op basis van big data.

Eén van de praktische zaken in het hele proces betreft het verzamelen van deze vele gegevens. Handmatig is een optie, maar efficiënter is het om een zogenoemd mesh netwerk te gebruiken waarin sensoren draadloos met elkaar en een gateway communiceren.

Aan de basis van condition based en voorspellend onderhoud staat big data. Het gaat dan om metingen – bijvoorbeeld van druk, temperatuur of trillingen – aan een asset waarmee een bepaald faalmechanisme inzichtelijk wordt gemaakt. Zo kan het oplopen van de temperatuur in systemen duiden op toenemende slijtage of een toenemende druk wijzen op het dichtslibben van een filter.

Trillingsmetingen

Veel kennis en ervaring is inmiddels opgedaan met het meten van het trillingsniveau van lagers in pompen en motoren. Geen toevalligheid. Onderzoek leert dat tot 70 procent van het falen van machines is terug te voeren op het falen van lagers. Daarnaast is ook de nodige ervaring opgedaan met de trillingen die te meten zijn op de motor, tandwielkast, ventilator of pomp zelf.

Bij de afbeelding: De werking van een mesh netwerk. Links de draadloze sensoren die onderling communiceren. De data worden uiteindelijk verzameld in een (veilige) cloudomgeving en zijn via een tablet, computer of smartphone te benaderen. 

Hoe werk dit?

Gangbaar is om sensoren op een of meer assets aan te brengen. Daarbij bestaat uiteraard de keuze om eerst één of twee pompen of motoren te voorzien en dit aantal vervolgens uit te breiden. Bedrijven kiezen vaak eerst voor de meest kritische assets die tot de hoogste kosten leiden wanneer zij uitvallen.

Een tweede stap is het verzamelen van de waarden die de sensoren meten. In het meest eenvoudige geval gebeurt dit handmatig waarbij met een meetinstrument de sensor op locatie wordt uitgelezen. Soms zijn de sensoren zelf van een mogelijkheid voorzien waarmee een overschrijding van een bepaalde frequentie leidt tot het verkleuren van een LED. Vaak met een stoplichtfunctie: een groene LED betekent dat de asset netjes binnen een vooraf gedefinieerde frequentieband trilt, oranje betekent dat waarschijnlijk slijtage zorgt voor een verhoogd trillingsniveau terwijl rood om serieuze actie vraagt.

Een elegantere manier is het om de sensoren op afstand uit te lezen. In principe zijn alle sensoren hiervoor bekabeld en sturen hun gegevens door naar een cloudomgeving of computer. Een prima manier om op een centraal punt inzicht te hebben in alle gegevens en deze te analyseren met behulp van software. Een nadeel is dat iedere sensor bekabeld moet zijn wat veel werk betekent tijdens het plaatsen. Ook de verbinding met het centrale punt moet tot stand worden gebracht en uitbreiden betekent voor iedere sensor nieuwe bekabelingswerkzaamheden.

Draadloos in een mesh netwerk

In de nieuwere toepassingen worden draadloze sensoren ingezet waarbij in het meest ultieme geval een mesh netwerk wordt opgebouwd. Een mesh netwerk is in principe een verzameling wifi-punten die onderling met elkaar communiceren. In dit geval bestaat ieder wifi-punt uit een draadloze trillingsensor die in staat is niet alleen trillingen te meten, maar de waarde ook automatisch te verzenden. Dat doet hij niet direct naar het centrale punt (hub), maar naar het dichtstbijzijnde volgende wifi-punt (een andere sensor). Samenvattend: de sensoren kunnen verzamelen, verzenden én ontvangen. Omdat de te overbruggen afstanden tussen de sensoren relatief klein zijn, is er voor datatransport een minimum aan energie nodig. Uiteindelijk komen alle data terecht op een centraal punt zoals eerder beschreven.

Voordelen van een mesh netwerk

Dergelijke mesh netwerken bieden verschillende voordelen. Naast het feit dat er een minimum aan energie nodig is voor datatransport, kan het netwerk eigenlijk niet kapot. Wanneer een sensor bijvoorbeeld geen data kan ontvangen, dan zoeken de omliggende sensoren een nieuwe weg om hun gegevens toch te kunnen afleveren bij het centrale punt. Daarnaast is er een bepaalde mate van intelligentie toe te voegen waardoor signalen van kritische assets bijvoorbeeld voorrang krijgen.

Afbeelding: De app waarmee data zijn te bekijken, het netwerk is uit te breiden en zodanig vormgegeven dat er weinig training nodig is. 

Een ander belangrijk voordeel is de eenvoud van op- en afschalen. Veelal zijn de sensoren in een mesh netwerk via een app te beheren. Het toevoegen van een sensor betekent vaak niet meer dan deze in te lezen met een smartphone of tablet waarna hij automatisch wordt toegevoegd aan het netwerk en meedoet met het verzamelen van data. De belangrijkste beperking zit dan feitelijk bij de capaciteit van het centrale punt: hoeveel sensoren kunnen hier hun data afleveren? Wanneer deze capaciteit onvoldoende is, kan uiteraard een tweede of derde punt worden geplaatst.

Eindresultaat

Tot slot kan de gebruiker de verzamelde gegevens inzetten voor diverse doeleinden. Enerzijds zijn de data te gebruiken om per asset (zoals een lager) de onderhoudsbehoefte vast te stellen of te voorspellen. Het belangrijkste voordeel is dat aankomend falen in een vroeg stadium is op te merken en onderhoud kan plaatsvinden vóórdat de asset faalt en hiermee de pomp of motor uitvalt.

Bij de afbeelding: Het systeem Optime van Schaeffler maakt uitgebreide conditiebewaking mogelijk die eenvoudig werkt. 

Wanneer gedurende langere tijd data worden verzameld, zijn vergelijkingen op vele fronten te maken en trends vast te stellen. Dit in het kader van optimalisatie of kwaliteitscontrole. Zo zijn er vergelijkingen te maken tussen bijvoorbeeld identieke pompen die op verschillende locaties staan, is te achterhalen of het toepassen van een ander smeermiddel leidt tot betere prestaties en is de oorzaak van onverklaarbare storingen toch te achterhalen.

Voor de analyse van grote hoeveelheden trillingsdata wordt wel geadviseerd een specialist in de arm te nemen. Er is veel kennis en ervaring nodig om de vele data en grafieken goed te interpreteren en op basis hiervan de juiste conclusie te trekken.

Foto's: Schaeffler

Voorbeeld van een mesh netwerk

Een voorbeeld van een sensor waarmee een mesh netwerk is op te bouwen betreft OPTIME van Schaeffler. Dit bedrijf is van oorsprong een wereldwijd opererende lagerfabrikant, maar inmiddels een totaal dienstverelener met betrekking tot onder andere levensduurverlenging van lagers en machines. 

OPTIME bestaat uit batterijgevoede trillingsopnemers, een gateway waarop maximaal 70 sensoren zijn aan te sluiten en analysesoftware die beschikbaar is via een app. Aan de app heeft het bedrijf bewust veel aandacht geschonken. De praktijk leert namelijk dat de techniek om te monitoren inmiddels goed en betrouwbaar functioneert, maar dat het gebruik ervan vaak nog te wensen overlaat. Dit heeft vaak te maken met het ontbreken van kennis en ervaring bij de gebruiker en wordt vereenvoudigd via de intuitieve app.