ما تحليل الاهتزازات وكيف يُمكن أن يساعد في تحسين الصيانة التنبؤية؟

يُعد تحليل الاهتزازات (أو مراقبة الاهتزازات) أداة تشخيصية قوية لتحديد ومراقبة ومنع الأعطال الميكانيكية في الآلات الدوارة ومترددة الحركة. ويُعَد هذا عنصرًا أساسيًا في برامج الصيانة التنبؤية، حيث يُتيح للفنيين اكتشاف المشكلات المتطورة في المعدات قبل أن تتسبب في توقفات مكلفة غير مخطط لها أو أعطال كارثية.

تحليل الاهتزازات، وهو جزء من أنظمة مراقبة الحالة، يستخدم أجهزة استشعار الاهتزاز لقياس الترددات في الأصل وتحديد الحالات الشاذة التي قد تُشير إلى وجود مشكلة. جوهر تحليل الاهتزازات هو دراسة الحركات الاهتزازية للآلات ومكوناتها حول نقطة توازن محددة. يمكن أن تنتج هذه الاهتزازات عن عدة مشكلات، بما في ذلك اختلالات التوازن وسوء المحاذاة والارتخاء والانحراف في الأعمدة وعيوب المحامل وغيرها.

من خلال قياس وتحليل اهتزازات الآلات، يمكن للفنيين تقييم سلامة المعدات وأدائها بشكل أفضل، ما يمكِّنهم من تحديد المشكلات وتنفيذ الإجراءات التصحيحية. ونظرًا لأن المكونات الدوارة ومترددة الحركة (مثل المحركات والضواغط والمضخات وغيرها) تميل إلى الاهتزاز بشكل أقوى وأكثر ضوضاء مع تقدم عمرها، فإن تحليل التغيّرات في الاهتزاز يساعد مديري الصيانة على مراقبة حالة الآلات في الوقت الفعلي وتحديد تآكل المعدات والأضرار بشكل استباقي.

تُعَد الاهتزازات متعددة الأبعاد، لذا يتطلب اختبار الاهتزازات فهمًا لمختلَف المَعلمات. والمَعلمات الأساسية هي السعة والتردد والمرحلة:

• تُشير السعة إلى حجم الاهتزاز، والذي يتم قياسه عادةً بوحدات مثل الإزاحة (مليمتر أو ميكرومتر)، أو السرعة (بوصات في الثانية أو ملليمترات في الثانية) أو التسارع (g).
• يقيس التردد عدد الذبذبات لكل وحدة من الزمن، وعادةً ما يتم التعبير عنه بالهرتز (Hz).
• تُشير المرحلة إلى التوقيت النسبي لشكل موجة الاهتزاز، ويقاس عادةً بالدرجات.

يمكن لأجهزة تحليل الاهتزاز استخدام هذه العوامل، إلى جانب عوامل أخرى مثل شكل الموجة والمحتوى التوافقي لتحديد أعطال الآلات المحددة وشدتها. 

هناك أيضا نوعان رئيسيان من الاهتزازات:

• الاهتزاز القسري يحدث عندما يتم تطبيق قوة خارجية على النظام، ما يؤدي إلى اهتزازه. ومن أمثلة ذلك الاهتزازات الناتجة عن تشغيل محرك أو مضخة.
• الاهتزاز الطبيعي، المعروف أيضًا بالرنين، يحدث عندما يهتز النظام عند تردده الطبيعي. قد يكون هذا النوع من الاهتزازات مشكلة إذا تزامن التردد الطبيعي للآلة مع تردد التشغيل، لأنه قد يؤدي إلى اهتزازات مفرطة.

في بيئة الصناعة التنافسية الحالية، يُعَد ضمان التشغيل السلس وطول عمر معداتك أمرًا بالغ الأهمية. يمكن أن يساعدك اتباع عملية تحليل الاهتزازات خطوة بخطوة على الاستفادة من اهتزازات الآلة لفهم حالة المعدات والسلامة بشكل أفضل.

الخطوة 1. جمع البيانات الأولية

لإجراء تحليل الاهتزازات، ابدأ بجمع البيانات حول المعدات أو الهيكل الذي ستعمل على تحليله. تأكد من تحديد موقع ونوع أجهزة الاستشعار التي ستحتاج إليها لقياس الاهتزازات، بما في ذلك نطاقات السعة والتردد، إذ ستعمل هذه الأجهزة كأدوات لتجميع بياناتك طوال العملية. من المهم أيضًا جمع معلومات حول ظروف تشغيل المعدات، مثل السرعة والحمل ودرجة الحرارة.

الخطوة 2. قياس الاهتزازات

الخطوة التالية في العملية هي قياس الاهتزازات من الآلات المختارة. يتضمن تحليل الاهتزازات عادةً قياس سعة الاهتزاز لأصل أو نظام.

في هذه الحالة، ستعتمد على مقياس التسارع المثبَّت في المواقع الرئيسية للاهتزازات لإجراء القياسات. تستخدم أجهزة قياس التسارع (مثل أجهزة قياس التسارع الكهروضغطية والمجسات القريبة وأجهزة قياس الاهتزاز بتقنية Laser Doppler وغيرها) الاستجابات عالية التردد لقياس تسارع الجسم المهتز في ثلاثة اتجاهات: من أعلى وأسفل، وجانب إلى جانب، ومن الأمام إلى الخلف.

يمكنك أيضًا قياس الاهتزازات باستخدام أجهزة استشعار السرعة وأجهزة استشعار الإزاحة. تقيس أجهزة استشعار السرعة سرعة الجسم المهتز، حيث توفِّر استجابة متوسطة التردد مثالية لمراقبة السلامة العامة للآلة. من ناحية أخرى، تقيس أجهزة استشعار الإزاحة تحرُّك الجسم المهتز، حيث توفِّر استجابة منخفضة التردد مناسبة لاكتشاف المشكلات الهيكلية وعدم التوازن.

الخطوة 3. تحليل البيانات

بمجرد جمع جميع البيانات ذات الصلة، يحين وقت تحليلها. ستتطلب منك مرحلة التحليل استخدام خوارزميات وبرامج الكمبيوتر لتحديد أنماط الاهتزاز وتوجهات البيانات، وستحتاج إلى مقارنة البيانات بالمعايير والإرشادات المعمول بها.

يمكن لفِرق الصيانة استخدام مجموعة متنوعة من التقنيات لتحليل بيانات الاهتزازات، بما في ذلك ما يلي: 

• تحليل المجال الزمني: لإجراء تحليل في المجال الزمني، ستحلل الإشارة الاهتزازية الخام بمرور الوقت. يمكن للفنيين استخراج البيانات وتقييمها (مثل أقصى سعة ومعامل القمة والانحراف المعياري والجذر التربيعي للمتوسط التربيعي RMS، وغيرها) مباشرةً من شكل الموجة الزمنية للإشارة. تُعَد هذه التقنية مفيدة لاكتشاف الظواهر العابرة مثل التأثيرات أو الصدمات. 
• تحليل المجال الترددي: يستخدم تحليل المجال الترددي عملية رياضية تُعرَف باسم التحويل السريع لفورييه (FFT) لتحويل الإشارة من المجال الزمني إلى المجال الترددي. الطيف الترددي الناتج يجعل من السهل التعرُّف على الترددات المحددة المرتبطة بالأعطال الميكانيكية.
• تحليل الظرف: ويُعرَف أيضًا باسم إزالة التضمين، يتم استخدامه بشكل أساسي لاكتشاف عيوب المحامل في مراحلها المبكرة. يتضمن هذا التحليل استخراج إشارات الصدمات عالية التردد الناتجة عن المحامل التالفة من الإشارة الاهتزازية الكاملة، ما يمكِّن الفنيين من تحديد وجود أعطال المحامل وشدتها.
• التحليل النمطي: هو تقنية متقدمة تهدف إلى تحديد الترددات الطبيعية للآلة وأشكال الأنماط وطبيعة التخميد. دراسة هذه الخصائص تساعد المحللين على تقييم السلوك الديناميكي للآلة وتحديد المشكلات الهيكلية المحتملة و/أو حالات الرنين.

الخطوة 4. تفسير النتائج

سيتطلب التحليل الناجح من محللي الاهتزاز فهم الترددات المحددة المرتبطة بالمشكلات الميكانيكية المختلفة. تتضمن بعض ترددات الأعطال الشائعة ما يلي:

• التردد الأساسي: هو التردد الذي يُكمل عنده المكوِّن الدوّار دورة كاملة واحدة. يمكن أن تساعدك الانحرافات عن التردد الأساسي المرجعي على تحديد أعطال محددة، مثل عدم التوازن وسوء المحاذاة والارتخاء.
• التوافقيات: هي مضاعفات صحيحة للتردد الأساسي، غالبًا ما ترتبط بمشكلات تداخل التروس أو أحداث دورية أخرى.
• الأشرطة الجانبية: هي نتيجة تعديل التردد الأساسي بواسطة تردد آخر، كما في التفاعل بين عطل في المحمل وتردد المكوِّن الدوار. غالبًا ما تظهر الأشرطة الجانبية كقمم متماثلة حول التردد الأساسي أو توافقياته، ويمكن أن تُشير إلى مشكلات في المحامل و/أو كسر أسنان التروس.

الخطوة 5. اتخاذ الإجراءات التصحيحية

بمجرد تحديد المشكلات المحتملة في مرحلة التفسير، ضع حدود إنذار تفعِّل الاستجابة عند تجاوز الاهتزازات لهذه الحدود. يمكن أن تستند هذه العتبات إلى معايير الصناعة أو البيانات التاريخية أو توصيات الشركة المصنِّعة. أكثر أنواع عتبات الإنذار شيوعًا هي العتبات المطلقة وعتبات الاتجاه والعتبات الإحصائية.

• العتبات المطلقة هي قيم ثابتة تستند إلى مستويات الاهتزاز المقبولة لأنواع محددة من المعدات. 
• عتبات الاتجاه هي قيم ديناميكية تتغير بمرور الوقت استنادًا إلى الأداء التاريخي للمعدات. عندما تزداد مستويات الاهتزاز بشكل مفاجئ، فقد يشير ذلك إلى وجود مشكلة في التطور.
• يتم اشتقاق العتبات الإحصائية من التحليلات الإحصائية للبيانات التاريخية، مع مراعاة المتوسط والانحراف المعياري لمستويات الاهتزاز.

عندما يتجاوز النظام أو الأصل عتبة الإنذار، يجب على مدير الصيانة اتخاذ الإجراء المناسب لمعالجة المشكلة. قد يتضمن ذلك جدولة الصيانة أو تعديل مَعلمات التشغيل أو إجراء المزيد من التحليلات لتحديد سبب المشكلة.

يوفر تنفيذ تحليل الاهتزاز كجزء من برنامج الصيانة التنبؤية العديد من الفوائد:

• الكشف المبكر عن الأعطال: يمكن لتحليل الاهتزازات اكتشاف الأعطال الناشئة في الآلات قبل أن تصبح مرئية أو مسموعة للحواس البشرية بفترة طويلة. تساعد قدرات الكشف المبكر هذه فِرق الصيانة على جدولة الإصلاحات أو الاستبدالات قبل حدوث الأعطال، ما يؤدي إلى تقليل وقت التوقف عن العمل وتحسين الإنتاجية الإجمالية.
• تحسين جدولة الصيانة: من خلال تحديد شدة أعطال الآلات، يُتيح تحليل الاهتزاز لفِرق الصيانة تحديد أولويات جهودهم وتوزيع الموارد بشكل أكثر فاعلية. يمكن أن يؤدي هذا النهج المستهدف إلى توفير كبير في التكاليف وتحسين موثوقية المعدات.
• انخفاض تكاليف الصيانة: اكتشاف الأعطال وإصلاحها قبل أن تتسبب في فشل كارثي يساعد المؤسسات على تجنُّب تكاليف الإصلاح واستبدال المعدات الباهظة. علاوةً على ذلك، يمكن للصيانة التنبؤية القائمة على تحليل الاهتزازات أن تُطيل عمر المعدات، ما يقلل أيضًا من النفقات الرأسمالية على المدى الطويل. 
• تعزيز السلامة: يمكن لتحليل الاهتزازات أن يؤدي دورًا حيويًا في الحفاظ على بيئة عمل آمنة للموظفين. يساعد الكشف المبكر ومعالجة الأعطال الميكانيكية المحتملة بشكل استباقي على تقليل مخاطر الحوادث والإصابات في مكان العمل بشكل كبير.
• تحسين كفاءة الطاقة: غالبًا ما تستهلك الآلات المعيبة طاقة أكثر مما ينبغي، ما يؤدي إلى زيادة تكاليف التشغيل. يساعد تصحيح المشكلات باستخدام تحليل الاهتزازات المؤسسات على تحسين كفاءة الأصول وتقليل استهلاك الطاقة.

إن تعدد استخدامات تحليل الاهتزاز يجعله منهجية مفيدة في مجموعة واسعة من الصناعات وأنواع المعدات.

تستخدم منشآت التصنيع تحليل الاهتزازات لمراقبة حالة المحركات (بما في ذلك المحركات الكهربائية) وصناديق التروس والسيور الناقلة وأدوات الآلات. يمكن استخدام بيانات الاهتزاز لتحسين عمليات الإنتاج وتقليل مخاطر تعطُّل المعدات وتحسين كفاءة المصنع بشكل عام.

في صناعة السيارات، يؤدي تحليل الاهتزازات دورًا مهمًا في تصميم المكوِّنات وتطويرها واختبارها. يمكن أن يساعد تحليل خصائص الاهتزاز للمحركات وناقلات الحركة وأنظمة التعليق المهندسين على تحسين تصميماتهم لتعزيز الأداء الواقعي والموثوقية وزيادة راحة الركاب.

في صناعة الطيران، يُتيح تحليل الاهتزازات للمهندسين التعرُّف على مشكلات مثل الاهتزاز المفرط أو الرنين أو إجهاد المواد ومعالجتها؛ لتعزيز موثوقية أنظمة الطائرات واستدامتها. وفي قطاع طاقة الرياح، يساعد تحليل الاهتزازات مشغِّلي التوربينات على مراقبة حالة التوربينات لتحديد اختلال توازن الشفرات أو أعطال صناديق التروس و/أو عيوب المحامل.

يُعَد تحليل الاهتزازات أداة لا غنى عنها في عالم الصيانة التنبؤية، حيث يُتيح للمؤسسات اكتشاف أعطال الآلات في وقت مبكر. فهم مبادئ تحليل الاهتزازات واستخدام برمجيات متقدمة مثل IBM® Maximo Application Suite يساعد فِرق الصيانة على تعزيز موثوقية المعدات وكفاءتها وسلامتها بشكل كبير.

تُعَد IBM Maximo منصة متكاملة تساعد شركات التصنيع على تحسين أداء الأصول وتبسيط العمليات اليومية. باستخدام Maximo، يمكن لفِرق العمل إعداد عدّادات لمراقبة وقياس سلامة الأصل وتوصيل تلك العدّادات بأجهزة استشعار الاهتزاز المثبَّتة على الأصول الرئيسية، ما يساعدهم على تخزين بيانات الآلة والوصول إليها بسهولة أكبر.

باستخدام منصة سحابية متكاملة مدعومة بالذكاء الاصطناعي، تقدِّم Maximo قدرات CMMS وEAM وAPM التي توفِّر تحليلات متقدمة لبيانات الاهتزاز وتساعد المديرين على اتخاذ قرارات صيانة أكثر ذكاءً وتعتمد على البيانات.

مع استمرار تطوُّر الصناعات واعتمادها لتقنيات جديدة، سيظل تحليل الاهتزازات في طليعة الأساليب المستخدمة للحفاظ على صحة الآلات وضمان الأداء المثالي. من خلال الاستفادة من الميزات والقدرات المتقدمة في IBM Maximo، يمكن للشركات تطوير عمليات الصيانة لديها لمواكبة مشهد التصنيع المتغيّر باستمرار.