KESTİRİMCİ BAKIM R.Kubilay KÖSE ÖZET Kestirimci Bakım, Makinalar üzerinden, periyodik aralıklar ile alınan, fiziksel paremetre ölçümlerinin zaman içindeki eğilimlerini izleyerek, makina sağlığı hakkında geleceğe yönelik bir kestirimde bulunma yöntemidir. Kestirimci Bakım tanımı, 1988 yılında ODTÜ-Ankara da düzenlenen 3.ncü Ulusal Makina Tasarım ve İmalat kongresinde, sunulan bir bildiri ile Predictive Maintenance karşılığı olarak Türkçe ye kazandırılmıştır. Sistem, istatistiksel yöntemlerin bakım amacı ile kullanımı düşüncesiyle geliştirilmiştir. Mühendisliğin en önemli özelliği araştırmacılığıdır. Bu disiplinle, farklı branşların ürettiği kuramları uygulamaya sokar ve onu günlük yaşamın bir parçası yapar. İşletmede, bakım faaliyetleriyle sorumlu mühendis, karşılaştığı sorunların istatistiksel karşılığının arayışı içinde değilse, sürekli aynı sorunlarla karşılaşma durumunda kalacaktır. Kestirimci Bakım yaklaşımının temeli, makinaları durdurmadan, tahribatsız, çalışma koşullarında, sağlıkları ile ilgili veriler alınması ve bu verilerin zaman içindeki değişimini izlemektir. Makina sağlığı hakkındaki en kapsamlı veriye titreşim analizi ile ulaşılır. Dönen makinalar, arıza moduna girdiğinde titrer. Bu nedenle Titreşim verilerinin izlenmesi, grafiklerinin analizi Kestirimci Bakım ana teması olmuştur. Makina sağlığı izlenmesinde, Balanssızlık sorunu bir parametredir, Eksen Ayarsızlığı bir parametredir, Mekanik gevşeklik bir parametredir, Rulman Arızası bir parametredir, Dişli arızası bir parametredir. Bu gibi sorunlar titreşim verisinin izlenmesi ve analizi ile belirlenebilmektedir. 1. ARIZALARIN ÖNCEDEN BELİRLENMESİ Bakımcıların en zorlandıkları konu, arıza nedeni ile durmuş olan makinanın neden arızaya girdiğini belirlemektir. Deneyim ve tecrübe ile bazı varsayımlar kurularak neden makinanın arızaya girdiği belirlenebilir. Zorluk, duran bir makinada bunu yapabilmektir. Öngörülen onarım kimi zaman sorunu çözmez ve makine tekrar arızaya girer.
Cihazın insana kazandırdığı Analiz kabilyeti İnsanın analiz kabiliyeti Şekil 1. Analiz cihazları ek kabiliyetler kazandırır Arızanın teşhisi için geçen süre, o makinanın o kadar süre üretim yapamadığı anlamını taşır. Duruş süresi uzadıkça, işletmenin kârlılığı etkilenecektir. Duruş süresinin optimum süreye indirilmesi, ancak makina sağlığının periyodik ölçümler ile izlenmesi sonucunda mümkün olacaktır. Bu nedenle Kestirimci Bakım uygulaması işletmeler için bir zorunluluk halini almıştır. ISO 9000 Kestirimci Bakım uygulamasını zorunlu tutmaktadır. 1.1. Grafikler ile Arıza Takibi Titreşimin, genel değerinin rakamsal olarak izlenmesi, bir orkestranın toplam ürettiği sesin bir rakama dönüştürülmesi gibidir. Bu belki toplam ses şiddetinin sınırlar içinde olup olmadığı genel bilgisini verecektir. Ancak eğer bu değer yüksek ise, sorunun, hangi sazdan kaynaklandığı bu rakamdan anlaşılamaz. Çünkü bir çok sazın topluca ürettiği ses şiddeti ölçülmektedir. Tüm orkestrayı susturarak, hangi sazdan dolayı sesin yüksek olduğunu belirlemek imkansızdır. Şekil 2. Genel değer limitinin spektrum grafiğinde gösterimi
Ancak, fabrikalarda bakımcılardan bu istenir. Çözüm, şiddetin rakamla okunması yerine, Spektrum ve Dalgaformu grafiklerinin alınarak analiz edilmesi olacaktır. Dalgaformu olayın ritmik tekrarlayan bir durum olup olmadığını gösterir. Dönen makinalar dalgaformunda düzenli ritmik tekrar eden sinyaller üretir. Spektrum ise, hangi nedenden dolayı bu yükselmenin olduğunun belirlenmesine yardımcı olur. Orkestra örneğine gelirsek, orkestra çalarken (makina çalışırken) alınacak GRAFİKLER; vurmalı sazdan mı (balanssızlık), yaylı sazdan mı (eksen kaçıklığı), sesli sazdan mı (rulman arızası), rakamla ifade edilen toplam değerin hangi nedenden dolayı yüksek çıktığının belirlenmesini sağlar. Bu aşamada analiz yapıldığından teşhis için zaman harcamadan gereken onarım yapılır. Aksi takdirde, arıza teşhisi için geçecek duruş süresi nedeni ile, işletme o süreçte üretebileceği ürünü üretememekten kayba uğrayacak, gereksiz parçaların değiştirilmesi ile hem işçilik maliyeti artacak hem de ek parça masrafları oluşacaktır. Hatta, küçük bir arıza büyüyerek daha büyük arızalara neden olabilecektir. Arızanın küçükken belirlenmesi, işletme kârlılığının artmasına büyük katkı sağlayacaktır. Ancak, bakımcının detay analizleri yapacak ne fazla zamanı ne de ek elemanı vardır. O hemen sorunu belirleyip çözmelidir. Bu aşamada onun yardımcısı, bilgisayar programları ile sistematik ön taramaların yapılması ve yardımcı bilgi raporlarının üretilmesi olacaktır. Detaylı titreşim analizi bilgisine gerek olmadan, oluşturulan sistematik yaklaşımları içeren yardımcı bilgiler ile arıza kaynağına yönlendirme hedeflenir. Bu amaçla uygulanan metotta,frekans ekseni, olası arızaların görüneceği bölgelere, kümelere ayrılır. Her lokal küme kendi içinde rakama dönüştürülür. Frekans Bandları Trendleri {Bu şekilde seçilen 12 frekans bandı aralığ ına ait rakamsal değer trendi izlenir} Alt Harmonik 1X 2X Rulman Rulman Dişli Rulm an Genlik 1xRPM 2xRPM 10-20xRPM 10.5 mm/s Balanssızlık Trendi 3.5 mm/s Rulman Trendi Alarm Periyod (Gün) Periyod (Gün) Şekil 3. Frekans ekseninin lokal kümlere ayrılması ile verilerin trendlerinin izlenmesi
6 5 A1 - Exhaust Fan #1 EXFAN#1 -B1H INBOARD BEARING #1 - HORIZONTAL FAULT Trend Display of Overall Value PK Velocity in mm/sec 4 3 2 ALERT 1 0 0 30 60 90 120 Days: 03-Ağu-93 To 30-Kas-93 Date: Time: Ampl: 01-Eyl-93 20:49:51 1.054 Şekil 4. Genel-Toplam Titreşim değerinin trend grafiği Amplitude (Mixed Units) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 A1 - Exhaust Fan #1 EXFAN#1 -B1H INBOARD BEARING #1 - HORIZONTAL = High Freq Band G-s = Bearing Band 2 mm/sec = Bearing Band 1 mm/sec = Looseness Band mm/sec = Misalign Band mm/sec 0.5 = Imbalance band mm/sec 0 0 30 60 90 120 Days: 03-Ağu-93 To 30-Ara-93 = Overall Value mm/sec Şekil 5. Ölçüm alınan lokal frekans bölgeleri titreşim trendleri
Titreşimin toplam trendinin izlenmesi ile hissedilemeyecek artışlar, bölgesel lokal trendlerin takibi ile belirlenecektir. Şekil 6. Spektum Grafiği üzerinde Frekans kümeleri örneği Her frekans kümesi rakama dönüştürülerek Trend grafiğine yerleştirilir. Trend üzerindeki veri, standart sapma gibi istatistiksel metotlar kullanılarak sorgulanır ve artış gösterenler ile limitleri aşanlar filtre edilerek raporlanır. Bu şekilde sorunlu olduğu bilgisi bilgisayardan alınan makina noktasında, periyodik alınan spektrum ve dalgaformu grafiklerine topluca bakılır. Desen tanıma ile ön gözlemlerde bulunulur. A2 - Blower #1(Inner Race Fault) BLWR#1 -B2A BLOWER BEARING #2 - AXIAL A2 - Blower #1(Inner Race Fault) BLWR#1 -B2A BLOWER BEARING #2 - AXIAL Max Amp 3.28 1.04-1.20 3 PK Velocity in mm/sec Acceleration in G-s 32.3-33.1.64 -.63 16.1-15.4 2 2 2 0 40 80 120 160 200 240 Frequency in kcpm 24-Ek 18:43 25-Eyl-96 17:16:07 2.44 2-2.38 0 30 60 90 120 Time in msecs Şekil 7. Aynı noktadan aralıklar ile alınan spektrum grafikleri karşılaştırması Şekil 8. Aynı noktadan aralıklar ile alınan dalgaformu grafikleri karşılaştırması
Bunu takiben, alarm alınmasına neden olan ölçüm grafikleri bireysel analiz edilir. 5 4 A2 - Blower #1(Inner Race Fault) BLWR#1 -B2A BLOWER BEARING #2 - AXIAL Route Spectrum 28-Ara-96 19:48:28 OVERALL= 6.22 V-DG PK = 6.19 LOAD = 100.0 RPM = 3565. (59.42 Hz) PK Velocity in mm/sec 3 2 1 0 0 40 80 120 160 200 240 Frequency in kcpm Freq: Ordr: Spec: 38.61 10.83 3.507 Şekil 9. Tek spektrum grafiği (Yatay eksen frekans Dikey eksen genlik) 40 30 20 A2 - Blower #1(Inner Race Fault) BLWR#1 -B2A BLOWER BEARING #2 - AXIAL Route Waveform 28-Ara-96 19:48:28 RMS = 8.63 LOAD = 100.0 RPM = 3565. (59.42 Hz) Acceleration in G-s 10 0-10 PK(+) = 32.31 PK(-) = 33.09 CRESTF= 3.83-20 -30-40 0 20 40 60 80 100 Time in msecs Şekil 10. Tek dalgaformu grafiği (Yatay eksen zaman, Dikey eksen genlik)
2. KESTİRİMCİ BAKIM SİSTEMİ 2.1. Gerekli Donanım Kestirimci Bakım amacı için kullanmak üzere - Veri Toplama ve Analiz Cihazı - Bilgisayar Programı - Bilgisayar Araçlarına ihtiyaç vardır. 2.2. Gerekli Kadro Ancak, sadece bu araçların alınması yeterli değildir. Bunu kullanacak bir yada daha fazla tüm gün çalışacak teknik kodro gereklidir. Bu kadro Teknik Müdür, yada Planlı Bakım Müdürü, yada Bakım Onarım Grup Müdürü Kestirimci Bakım Şefi Mühendis (Part time görevlendirilebilir) Ölçüm ve/veya Analiz Teknisyeni Tam gün Ölçüm, yada ½ gün ölçüm ½ gün Analiz Ölçüm ve/veya Analiz Teknisyeni Tam gün Analiz, yada ½ gün ölçüm ½ gün Analiz Bir Ölçüm teknisyeni ile Kestirimci Bakım uygulaması yapılabilir. Bu durumda, teknisyen ½ gün ölçüm alır ½ gün analiz yapar ve iş talebi raporlarını üretir.
Kestirimci Bakım şefi, sonuçları değerlendirir, gerek görür ise ek analizler yapar ve iş taleplerini yapacağı düzeltmeler ile onaylayarak ilgili makama gerekçeleri ile iletir. 2.3. Ölçüm Alma Periyodu Vibrasyon ölçümü tabanlı Kestirimci Bakım uygulamasında Makinalardan haftada bir ölçüm alınması hedeflenir. Ancak bu şekilde makina sağlığı yakından izlenebilecek ve sistemden verim alınabilecektir. Üç ayda bir, ayda bir gibi ölçüm periyodları geçmişte kalmış, verimsiz olduklarının uygulamalardan görülmesi üzerine daha hızlı ölçüm alma ve kaydetme cihazları geliştirilmiştir. Hızlı ölçüm alan cihazlar ile makina sağlıkları haftalık ölçüm periyotları ile izlenebilmektedir. Bu nedenle, bir vardiya sürecinde alınacak ölçüm nokta sayısı önem arz etmektedir. 3. KESTİRİMCİ BAKIM UYGULAMASININ MALİYETİ İki kısımdan oluşur. 1- Donanım Maliyeti 2- Kullanıcı Personel Maliyeti Donanım Maliyetindeki temel unsur, işletmede yer alan makinalardan kaçının Kestirimci Bakım kapsamında izleneceğidir. Tüm dönen makinaların kapsama alanı içinde olması hedeflenmesi beklenir. Ancak, arıza çıkarsa da, dursa da, üretim kaybına neden olmayacak, işletmeye maliyet getirmeyecek, onarım yerine değişimi daha ucuz olan makinalar için uygulanmayabilir. Burada unutulmaması gereken, makinaların durunca, üretmesi gereken ürünü üretemeyeceğidir. Arıza sürecinde üretilemeyen üründen kaynaklanacak kâr kaybı dikkate alınmalıdır. Arızalanan makina çok ucuz olabilir, onarımı ucuza mal olabilir. Ancak üretebileceği ürünü üretememesinin kaybı ne olacaktır. Bu unutulmamalıdır ve karar verirken dikkate alınmalıdır. Donanım tercih edilmeden önce, işletme Kestirimci Bakım kapsamında izleyeceği makinaları ve bu makinalar üzerinde kaç yatak olduğunu, bunlardan kaçının rulmanlı kaçının kaymalı yatak olduğunu belirlemelidir. (Her 4 yatakta 10 ölçüm noktası olacaktır) Donanım Maliyet Analizine örnek çalışma; - Cihaz-A: Bir noktayı ölçüm hızı 10 saniye fiyatı program ile birlikte 40,000.- $ olsun
- Cihaz-B: Bir noktayı ölçüm hızı 20 saniye fiyatı program ile birlikte 15,000.- $ olsun İşletmede, haftada bir ölçülecek nokta sayısının 4,000 olarak çıkarıldığını (400 makina) var sayalım. İşlem Hacmi Cihaz-A Cihaz-B Vardiya başına ölçüm süresi {bir iş günü} 7 saat 7 saat Nokta başına ölçüm süresi 10 saniye 20 saniye Noktalar arası geçiş süresi 5 saniye 10 saniye {Cihaz üzerinden bir sonraki noktaya geçiş ve o noktaya sensörü tutturarak ölçüm alabilme konuma erişim süresi} [pahali donanim ek özellikleri ile süreyi kisaltma özelliğine sahiptir] Makina Başına ortalama ölçüm noktası Örnek ölçüm noktaları 10 nokta 10 nokta 1-Motor Arka Yatay 6- Fan Ön ayatay 2-Motor Arka Dikey 7- Fan Ön Dikey 3-Motor Ön Yatay 8- Fan Ön Eksenel 4-Motor Ön Dikey 9- Fan Arka Yatay 5-Motor Ön Eksenek 10-Fan Arka Dikey Ekipmanlar arası geçen süre {Cihaz ekranından bir sonraki makinanın adresini görüp/seçip o makinaya takribi erişim süresi} Makina Başına Yaklaşık Ölçüm Süresi Vardiyada ölçülebilecek makina sayısı { 7 saat x 60 = 420 dakika } 2 dakika 3 dakika (10+5)x10=150sa n 150/60= 2.5 dak. 2.5+2= 4.5 dak. 93.3 makina/gün (20+10)x10=300 s 300/60 = 5 dak 5 + 3 = 8 dak 52.5 makina/gün Vardiyada ölçülebilecek nokta sayısı 933 nokta/gün 525 nokta/gün
Haftada bir 5 iş günü ölçüm ile izlenebilecek Makina sayısı Maliyet Analizi 466.5 makina/hafta 262.5 makina/hafta Varsayılan 4,000 nokta yada 400 makina -Birinci tercih ile haftada bir ölçülebilir. -İkinci tercihten 2 adet alınır ise haftada bir ölçülebilir. 2 örneğin 5 yıl kullanımömrü ile İŞLETMEYE YILLIK MALİYETİ Cihaz-A 10 saniyede ölçüm Cihaz-B 20 saniyede ölçüm Haftada bir 4,000 nokta ölçümü için 1 2 gerekli donanım adeti Donanım fiyatı 40,000.-$ 2 ad x 15,000= 30,000.$ Ölçümlerin 1 haftada alınması için gerekli 1 2 teknisyen sayısı Teknisyenin işletmeye maliyeti / Yıl {OECD rakamlarına gore 1 işçinin işletmeye maliyeti 20,000 $/yıl dır. Bu hesapta 10,000.-$/yıl alınmıştır} 1kişi x 10,000 = 10,000.-$ / yıl 2 kişi x 10,000= 20,000.$ / yıl 1 Mühendisin işletmeye maliyeti / Yıl 20,000.-$ / yıl 20,000.-$ / yıl Sistemin 1nci yıl işletmeye maliyeti 40,000 + 10,000 +20,000= 70,000.-$ 30,000+20,000 +20,000= 70,000.-$ Sistemin 5 yıl işletmeye maliyeti 40,000 + 50,000 +100,000= 190,000.$ 30,000+100,00 0 + 100,000= 230,000.$ 5 yıl ömür olduğu varsayımı ile sistemin işletmeye yıllık maliyeti [ Pahalı cihaz daha uzun ömürlüdür. Ucuz cihaza gore iki misli ömre sahiptir. Bu durumda hızlı ölçen pahalı donanımın yıllık maliyeti daha düşük olacaktır] 38,000.-$/yıl Pahalı sistem Işletmeye daha ucuza mâl olmaktadır. 46,000.-$/yıl Eğer işletmede Kestirimci Bakım kapsamında haftada bir izlenecek ölçüm nokta sayısı 2,500 civarında ise, ikinci tercih bu sayıya yeterli olacaktır. Birinci tercihte ise, eleman 2,500 nokta ölçümünü 3 gün içinde tamamlayabilecek, kalan iki gün
farklı işler ile uğraşabilecektir. Bu şekilde sistem için harcanan iş gücü maliyeti düşecektir. Bu tarz yatırım analizleri yapılarak sistem tercihlerinde bulunulmalıdır. 4. ROI RETURN ON INVESTMENT YATIRIMIN GERİ DÖNÜŞÜ ABD de yapılan Kestirimci Bakım uygulamalarının istatistiksel değerlendirmelerinde sektöre göre yatırım maliyetinin 4-12 katında geri dönüş sağladığı belirlenmiştir. Sınırlı kaynaklara sahip ülkemizde Kestirimci Bakım uygulamasının yaygınlaşması yüksek değerde katma değer kazanılmasını sağlayacaktır. Kestirimci Bakım gerçek anlamında kullanıldığında, işletmelere kesinlikle ek kazançlar sağlayacak bir yöntemdir. Bu kazanç, duruşlardan dolayı üretim kaybının önüne geçilmesi, işçilikten ve malzemeden tasarruf ile sağlıklı makinaların daha az enerji harcamasından kaynaklanmaktadır. Arızalı makina daha fazla enerji harcar, daha fazla akım çeker. Bu enerji havaya atılan enerjidir. Bu enerji makinayı titreten enerjidir. Türkiye şartlarında yatırımın geri dönüşü, aşağıda yer alan tablodaki değerlerden kat ve kat fazla olmaktadır. Harcanan 1 doların geri dönüşü $ 30 20 10 0 Kimya Üretim Metal Kağıt Petrol EnerjiOtomobil Sektör Averajı 15 5. MAKİNA KIRILMASI SİGORTASI Kestirimci Bakım, çıktığı ülke olan ABD de çok rağbet gören bir sistemdir. ABD de, getirdiği tasarrufların artırılarak katma değer üretmesi amacı ile yaygınlaştırılmasına yönelik olarak, Kestirimci Bakım uygulamasına dahil olan makinalara ait Makina Kırılması Sigorta pirimlerinde yüksek oranda indirimler uygulanmaktadır. Öyleki, bir yıllık indirim, Kestirimci Bakım sistemi donanım
maliyetinden daha fazla olmaktadır. Uluslararası firmalar bu imkandan faydalanarak Kestirimci Bakım işletmelerinde kurumlaştırmaktadırlar. Ancak ülkemizde faaliyet gösteren sigorta şirketleri, makina kırılması sigortasının yaygınlşamaması ve tam olarak anlaşılamaması nedeni ile, daha başlangıçta rekabetten gelen baskı ile bu indirimi direk yapmaktadırlar. Bu işlemin riski, işletmenin sırf sigorta priminde indirim olması için Kestirimci Bakım sistemi alması, şekilsel olarak birkaç noktada kullanıyormuş gibi kayıt tutması, analizlere önem vermeden kendi bildiği şekilde onarım faaliyetlerinde bulunmasıdır. Bu bir hatadır. Kestirimci Bakım gerçek anlamda uygulanması, işletmelere çok büyük katkılarda bulunmaktadır. SONUÇ: Kestirimci Bakım, işletmelerde KÂR ın artmasını sağlayan teknolojik bir sistemdir. Matbaanın ülkemize geç gelmesi gibi, muhafazakar yaklaşımla Kestirimci Bakımdan uzak durulması, ileride çok büyük kayıplara neden olacaktır. Bu nedenle geleceğe bakan her işletmede kesinlikle uygulanmalıdır. Kestirimci Bakım, geliştirilen istatistiksel yöntemleri uygulayarak, makinalardan, çalışırken alınan ölçüm parametrelerinin eğilimini izleyen ve çeşitli ölçütler ile bu eğilimi sorgulayan bir disiplindir. Bu nedenle, sistem içinde kullanılan teknikler çok iyi anlaşılmalıdır. Titreşim Analizi, Kestirimci Bakımın kullandığı temel araçtır. Unutulmaması gereken, Kestirimci Bakım adı ile anılan her sistemin Kestirimci Bakım Sistemi olmadığıdır. Bu konuda yapılacak limitli yetersiz yatırımlar, kullanacak teknik elemanların her yıl destekleyici eğitimlere katılmaması, sözü geçen tasarruf değerlerine erişimi sağlamaz. KAYNAKLAR 1) CSI Emerson Machinery Health Management ABD firması dökümanları 2) TOPAZ Ltd dökümanları 3) R.Kubilay KÖSE tarafından daha önce yayınlanan yazılar, bildiriler