アセットヘルスを解き放つ：振動解析による早期問題検知とメンテナンスコスト削減

振動解析とは、資産の振動パターンを測定し分析するプロセスです。設備をより長く稼働させ、全体的なメンテナンス支出を削減する最も効果的な方法の一つです。

振動パターンの変化は、資産がアンバランス、芯出し不良、ベアリング故障を起こしていることを示唆します。最新の振動センサーは、振動の微細な変化を捉えるほど感度が高く、技術者が問題を早期に発見し、故障を引き起こす前に修理できます。

振動解析の仕組みと最も一般的なアプローチについて詳しく解説します。

振動とは何か？

振動とは、物体がその平衡位置を中心に前後運動、すなわち振動することです。ギターの弦を弾くと振動し、エンジンも稼働時に振動します。

モーター駆動の資産が運転中に振動するのは正常です（ある程度まで）。しかし、過度な振動は機器内部に問題が潜んでいることを示唆します。曲がったシャフト、芯出し不良の部品、アンバランスな資産はすべて異常振動の原因となります。信頼性エンジニアはこれらの振動パターンを分析することで問題を診断します。

振動の特性

振動には3つの重要な特性があります：

• 振幅
• 周波数
• 方向

各特性は資産の健全性に関する重要な情報を提供します。

振幅（変位とも呼ばれる）は、振動の大きさを指します。振幅が大きいほど振動幅が大きくなります。波形では、振幅は通常ピークツーピークで測定されます。振幅は深刻度を測る良い指標であり、振幅が高いほどより深刻な問題を示唆します。

周波数は、振動する物体が1秒間に完了するサイクル数を指します。単位はヘルツ（Hz）で測定されます。

方向は、振動する物体の動きの向きを指します。方向は軸方向、半径方向などがあります。

振動の測定方法

振動アナリストは通常、ハンディ型振動アナライザーとワイヤレス振動センサーをコンディションモニタリングソフトウェアと組み合わせて使用し、振動レベルと周波数を測定します。最も高度な振動解析プログラムでは人工知能も活用されます。

最も一般的な加速度センサーは圧電センサーで、物理的な振動を電気信号に変換します。これらの信号が振動データとして記録され、ソフトウェアがデータを整理・分析し、波形または高速フーリエ変換（FFT）として表示します。

プラントによっては、リアルタイムで振動データを測定するワイヤレス振動センサーの設置を希望する場合があります。一方、PruftechnikのVibXpert IIのようなハンディ型振動アナライザーを使用したルートベースの振動測定を好む現場もあります。

振動データを収集した後の次のステップは解析です。

振動解析の仕組み

振動解析は振動データを理解しやすい形に変換し、メンテナンスチームが行動を起こし、必要な修理を行えるようにします。振動データの解析にはいくつかの方法があります：スペクトル解析と波形解析です。

スペクトル振動解析とは？

スペクトル解析は振動データを「分解」し、技術者が各成分を個別に研究できるようにします。全体的な振動レベルを見る代わりに、スペクトル解析は振動信号を周波数領域で提示します。

スペクトル解析は機械故障の場所を特定する優れた方法です。機械部品は故障時に異なる周波数で振動します。例えば、ベアリングは故障時に高い周波数で振動する傾向があります。

モード解析では、ソフトウェアを使用して資産の周波数応答を視覚的に表示します。一部のチームはアニメーションを使用して、さまざまな振動モードのビジュアルマップを作成します。

波形振動解析とは？

波形解析は振動信号を時間領域で表示します。例えば、単純な正弦波は時間経過に伴う振動レベルをマッピングします。これは振動イベントの全体像を把握し、懸念すべき異常を発見するのに最適です。

波形解析では振動の深刻度を判断できます。また、最も極端な振動が発生している正確なタイミングを特定できます。波形の「ピーク」は衝撃イベントを指し示します。波形を研究することで、動作サイクルのどの時点でこれらの衝撃イベントが発生しているかがわかります。

技術者はRMS（Root Mean Square：二乗平均平方根）も確認し、振動の強度を判断します。RMSは資産の振動によって引き起こされる全体的なエネルギーを測定し、問題の深刻度を判断する有用な指標です。

機械振動解析の手法

振動解析は、回転機械の欠陥を発見する最も効果的な手法の一つです。適切に実施すれば、メンテナンスチームが機械故障を早期に特定し、メンテナンスクルーが即座に修理できるよう支援します。

長い間、プラントは振動解析を予防保全戦略の一環として使用してきました。今日、ますます多くの現場が振動解析を予知保全とコンディションモニタリングアプローチの重要な部分として活用しています。

振動解析で何がわかるか？

振動解析は、プラントの早期警戒システムのようなものです。今日の振動センサーは精密に調整されており、機械欠陥を示す微細な振動変化を捉えます。

回転機械における最も一般的な4つの機械故障は：

• アンバランス
• 芯出し不良
• ベアリング故障
• 緩み

放置すると、これらの問題は大きなトラブルに発展し、シャットダウンや生産性低下を招きます。そこに登場するのが振動解析です。

振動解析は、アンバランス、芯出し不良、ベアリング故障、緩みの初期兆候を特定します。これにより、メンテナンスクルーが都合の良い時に修理をスケジュールでき、問題が制御不能に陥るのを防ぎます。

振動解析の事例

ほぼあらゆる操業が振動解析の恩恵を受けられます。自動車、製造、石油・ガス産業などが、操業を継続するために振動解析を活用しています。

メンテナンスにおける振動解析とは？

メンテナンスチームは振動解析を用いて、アンバランス、緩み、ベアリング故障、芯出し不良の初期兆候を特定します。

現在、ほとんどの現場はダウンタイムや生産低下の余地がないタイトな生産スケジュールで稼働しています。典型的なプラントは過去よりもはるかに多くの重要資産を抱え、同時に多くのチームが労働力不足に直面しています。

これらすべては、資産をスムーズに稼働させることがこれまで以上に重要であることを意味します。振動解析は、チームが発生しつつある機械故障を把握し、メンテナンススケジュールに余裕を持たせる（故障を早期に特定し、最も都合の良い時に対処できる）優れた方法です。

多くの場合、メンテナンス技術者が巡回時にハンディ型振動アナライザーでデータを収集し、その振動測定値を社内の信頼性エンジニアや、Fluke Reliabilityが提供するような外部のコンディションモニタリングサービスが分析します。

振動解析の一般的な例

すべての回転資産には標準的な振動「シグネチャ」があります。このシグネチャが変化すると、何かが間違っているサインです。

ポンプやエアコンプレッサーのようなモーター駆動資産は、振動解析に最適な候補です。ポンプとコンプレッサーに振動センサーを取り付けることで、トラブルの初期兆候をキャッチし、芽のうちに摘み取ることができます。

振動解析ツールは、トラブルの微細な兆候を捉えるほど感度が高く、ほとんどが直感的に使用でき、技術的背景のない人でも扱えます。

振動センサーとは？

センサーは振動加速度、速度、周波数を測定し記録します。技術者は、監視したいほぼすべての資産やコンポーネントに振動センサーを取り付けられます。

ワイヤレスセンサーは振動データを継続的に収集し、リアルタイムで送信するため、何も見逃しません。また、ほとんどのセンサーは振動レベルが特定の閾値を超えたときにアラートを出すようプログラムできます。

振動アナライザーとは？

振動アナライザーは通常、複合機器です：センサーとコンピューターの両方の役割を果たします。圧電加速度計を装備し、振動レベルを測定します。また、そのデータを分析し表示します。一部の振動アナライザーは機械故障を診断し、ユーザーを修理手順へガイドする機能も備えています。

振動モニタリングとは？

振動モニタリングは、センサーとデータ分析を用いて、最も重要な資産を常時監視します。ほとんどのプラントでは、すべての設備を手動で監視する人員がいません。振動センサーとアナライザーのネットワークを使用することで、問題を常に把握し、限られたリソースを最大限に活用できます。

コンディションモニタリングにおける振動解析

コンディションモニタリングは、センサーとデータ分析を使用して設備の全体的な健全性を追跡します。その目的は、新たな機械故障をまだ小さく管理可能な段階でキャッチすることです。適切に実施すれば、コンディションモニタリングは、問題に発展する数週間、場合によっては数ヶ月前に兆候を警告できます。

振動解析は、あらゆるコンディションモニタリング戦略の重要な部分です。振動レベルの微細な変化を特定することで、チームが問題の先手を打てるよう支援します。

コンディションモニタリングは、センサー、ソフトウェア、IIoTツールを活用してデータを取得・分析します。ほとんどのチームはコンディションモニタリングプログラムの導入に何らかのトレーニングを必要としますが、ツールは直感的に使用できます。

専門知識が制約されているチームや、リーン予算で運営しているプラントにとって堅実なアプローチです。もちろん、稼働率と信頼性の向上という成果を出したいすべての人にとっても最適な方法です。