Vibration analysis for condition monitoring of mechanical presses

Abstract

In a world where the concept of just-in-time has been lifted outside of the manu-facturing world and onto the market, the increasing demand of luxury wares like cars is accompanied only by tougher industrial conditions and no room for error. Loss of productivity and decrease in efficiency can be devastating to any manufac-turing company in today’s market climate. One of the largest causes of these is-sues is production downtime due to machine breakdown or unexpected failure.
To prevent such events from happening, Volvo Cars has decided to investigate the possibility of using vibration analysis for predictive maintenance and condition monitoring of presses used to manufacture sheet-metal car body components.

Although the concept of using vibration analysis for predictive maintenance is not new and the positive effects have been established, uses in complex machinery with intermittent cycles as mechanical presses have at the time of this thesis not been widely studied. This thesis aims to research if vibration analysis is a useable tool for predictive maintenance in mechanical presses and what information it might provide.

Vibration analysis is a wide field of technology and there are endless tools and methods to perform analysis. This thesis mainly focuses on the possibilities in using Power Spectral Density (PSD), Fast Fourier Transform (FFT) and statistical parameters like Root Mean Square (RMS) and Kurtosis. These are used in many applications and there are many companies that are familiar with implementing these tools, making them suitable to research.

After a thorough investigation of the use of PSD, FFT, RMS, and Kurtosis on the main components of the press crown and driving system, it is possible to conclude that vibration analysis is useable when using predictive maintenance on a press. Some configuration of PSD, FFT, and RMS gives the most benefits in detecting and analysing faults and issues. However, more data must be collected to establish when alarms must be issued to the maintenance crew and to build thorough models that provide enough information for making informed diagnosis and decisions based on vibration analysis.

Popular Abstract (Swedish)

Ger pressar dig bra vibrationer?

Idag är allt från kaffemaskiner och gräsklippare till krutpistoler och bilar uppkopplade och kan närsom-helst ge oss en statusrapport genom bara ett par klick i en app. Vi kan med mobilen kolla bilens bräns-lenivå, geografiska position eller om vi glömt att låsa på väg in från par-keringen. Så varför skulle inte statu-sen på utrustningen som används för att tillverka bilen vara lika enkel att kontrollera?
Tillståndsövervakning är en viktig del av prediktivt underhåll. Sensorer av olika slag används för att samla in data om utrustningen som annars skulle gå förlorad. Genom att jämföra nya och historiska data kan försämrade tillstånd och fel upptäckas i god tid innan följd-fel och långa stillestånd blir ett faktum.

Vibrationsövervakning har länge an-vänts för att bestämma tillståndet på enklare utrustningar. Med goda resultat bör tilläggas. Användningen av vibrat-ioner för att bestämma tillståndet på komplex utrustning är däremot inte lika beprövat och är det ämnet som diskute-ras och prövas i examensarbetet ”Vib-ration analysis for condition monito-ring of mechanical presses”.

Volvo Cars är allmänt kända för att tillverka bilar som ligger i framkant av innovation och säkerhet som gynnar inte bara förare och passagerare men även de som befinner sig utanför bilen. Utöver uppkopplade bilar och oöver-träffad säkerhet så levererar Volvo bilar som sannerligen är en fröjd för ögat. Med bilar som är designade inte bara för att attrahera blickar, skapa körglädje eller göra bilresan till mataffären mindre riskfylld men också för att till-verkas i stort antal och i hög takt. Ka-rosseridetaljerna tillverkas genom pressning i den lilla pittoreska staden Olofström i södra Sverige. Härifrån levereras plåtdetaljer till hela världen ingen ensam detalj är viktigare än nå-gon annan i slutmonteringen av en sprillans ny V90 eller XC40.

Det föga förvånande att efterfrågan på Volvos bilar är hög men det sätter även högt tryck på fabriken i Olofström att pressa fram detaljer i ett jämnt tempo. Fabriken omfattar totalt 27 presslinjer med 5–6 pressar vardera. Om någon av dessa pressar skulle haverera så kan det resultera i kostsam förlust av viktig produktionstid och genom tillämpning av prediktivt underhåll kan denna ris-ken reduceras. Det är här vi återkom-mer till komplex utrustning och till-ståndsövervakning. En press är kom-plex på det viset att det finns många variabler som på olika sätt påverkar varandra och det är därför inte självklart att vibrationsövervakning kan tillämpas med samma goda resultat som på en enklare utrustning.

Av examensarbetet ”Vibration analysis for condition monitoring of mechanical presses” så kan det konstateras att det visst går att tillämpa vibrationsöver-vakning på en press och på så sätt göra tillverkningen av karosseridetaljer lika tillförlitlig som den där kaffemaskinen som räddar så många av oss varje mor-gon.

Julia Runesson, 2019

• author: Runesson, Julia
• supervisor: Christina Windmark
• organization: Production and Materials Engineering
• alternative title: Vibrationsanalys för tillståndsövervakning av mekaniska pressar
• course: MMTM01 20191
• year: 2019
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Vibration analysis, Predictive maintenance, Condition monitoring, Mechanical press, Press maintenance, PSD, DFT/FFT, RMS, Kurtosis
• language: English
• id: 8978498
• date added to LUP: 2019-06-19 09:13:45
• date last changed: 2019-06-19 09:13:45