NGUYÊN LÝ BẢO TRÌ MÁY MÓC TRÊN TÀU THỦY
Máy móc hoạt động với hiệu suất tối đa dựa trên việc bảo trì có điều kiện
đã đạt được bước tiến dài.
Chừng nào nhân loại còn sản xuất, chế tạo máy móc thì chừng đó
chúng cần phẩn được bảo trì để đạt trạng thái hoạt động tốt nhất.
Trước đây, các thủy thủ có kinh nghiệm sẽ tự kiểm tra máy móc của con
tàu bằng cách đặt tay lên dây cáp, và cảm nhận những rung động khác
lạ để xác định những vấn đề bất ổn. Ngày nay, khi kết cấu máy móc trên
tàu ngày càng phức tạp thì kỹ thuật kiểm tra cũng cần được phát triển
hơn. Đối với động cơ hơi nước, để kiểm tra tình trạng hoạt động của
máy móc, thì các kỹ sư sẽ đi dọc theo con tàu, gõ vào các bánh xe thép
bằng một chiếc búa nhỏ. Và dựa vào tiếng động phát ra họ sẽ phán
đoán như sau: âm thanh rõ ràng có nghĩa là bánh xe còn tốt; âm thanh
nặng nề có nghĩa là nó đã bị nứt và cần được chú ý hơn.
Việc phân tích rung động đã ra đời, bước đột phá đầu tiên của
nguyên lý bảo trì máy móc
Một trong những bước đột phá sớm nhất của nguyên lý bảo trì thiết bị
trên tàu không do một thợ cơ khí hay kỹ sư tàu thủy, mà là một nhà sinh
vật học.
Ông Conrad (C.H.) Waddington là một nhà khoa học người Anh, ông
từng làm việc tại Bộ Tư lệnh Lực lượng Không quân Hoàng gia trong
Thế chiến thứ II. Ông được giao nhiệm vụ là tìm cách chống phá tàu
ngầm của Đức. Hướng giải quyết của ông đó là thực hiện nhiệm vụ
thông qua công việc bảo trì con tàu.
Ông Waddington nhận thấy rằng các máy bay ném bom B-24 Liberator
đang sử dụng, người ta đã dành quá nhiều thời gian để bảo dưỡng, cả
bảo dưỡng theo lịch trình và bào dưỡng đột xuất. Vào thời điểm đó,
người ta cho rằng việc bảo dưỡng nhiều hơn thì sẽ đảm bảo cho máy
bay luôn sẵn sàng hoạt động trong chuyến bay kế tiếp. Nhưng sau khi
nghiên cứu, người ta phát hiện ra rằng số lần bảo dưỡng đột xuất lại
tăng lên ngay sau đợt bảo dưỡng theo lịch trình kéo dài 50 tiếng.
Vấn đề của bảo trì theo lịch trình
Nhóm nghiên cứu của ông nhận ra rằng: Trên thực tế thay vì ngăn ngừa
sự cố xảy ra, thì tần suất bảo trì theo lịch trình lại làm tăng chúng. Điều
này được gọi là Hiệu ứng Waddington. Bằng cách điều chỉnh tần suất
bảo trì tương ứng với tình trạng thực tế của thiết bị và tần suất sử dụng,
nhóm của Waddington đã có thể vượt quá mức trung bình tốt nhất của
tất cả các phi đội tới 79%.
Bước đột phá thứ hai của nguyên lý bảo trì máy móc
Những năm 1970, nguyên lý bảo trì được viết rõ ràng hơn và động cơ
tàu phức tạp hơn. Các nhà nghiên cứu đã luôn tìm cách giảm thiểu thời
gian ngừng hoạt động máy móc để kiểm tra, từ đó họ đưa ra phương
pháp Bảo trì dựa vào độ tin cậy, đó là kết luận của hai nhà khoa học
Nowlan và Heap (năm 1978) của công ty United Airlines. Trong cuộc
nghiên cứu, họ xác định rằng: 90% lỗi máy móc từ trước khi đưa vào
hoạt động. Chỉ 11% có liên quan đến tuổi thọ của máy móc. Điều này
cho thấy chỉ cần theo dõi tình trạng hoạt động của động cơ, và thực hiện
đại tu động cơ theo thời gian sử dụng.
Giám sát tình trạng hoạt động (Condition monitoring – viết tắt là CM)
của máy móc đã trở thành xu hướng.
Tại thời điểm bây giờ
Công ty Condition Analyzing Corporation (viết tắt là CAC) là một trong
những công ty hoạt động lâu đời của Mỹ chuyên về CM. Công ty được
thành lập vào năm 1969 có trụ sở chính tại Florida (Mỹ), CAC chuyên
cung cấp dịch vụ cho các loại tàu biển và tàu kéo trên khắp thế giới.
Vào những năm 1980, ông Robert H. Wallace – người sáng lập công ty
CAC đã làm việc trực tiếp với Hiệp hội Kiến trúc sư Hải quân & Kỹ sư
Hàng hải (Society of Naval Architects & Marine Engineers – viết tắt là
SNAME), họ đã đề ra các tiêu chuẩn đầu tiên cho việc phân tích rung
động của máy móc trên tàu. Ông Wallace đã đi tiên phong trong chương
trình bảo trì khi loại bỏ việc mở một số thiết bị máy móc để kiểm tra. Cho
đến nay, CAC là công ty đứng đầu ngành với nhiều kỹ sư cao cấp thuộc
Ủy ban ISO (International Organization for Standardization) (1) kiểm
soát chất lượng, thiết lập các tiêu chuẩn rung động cho máy móc chuyển
động quay trên tàu.
(1) ISO: hệ thống quy tắc đã được đưa vào chuẩn hóa ở phạm vi quốc tế
nhằm hỗ trợ các tổ chức có thể duy trì hoạt động và phát triển. Từ đó,
các giá trị của doanh nghiệp, tổ chức được nâng cao trong mọi lĩnh vực
sản xuất, thương mại và dịch vụ.
Khi các công ty vận chuyển có nhu cầu kiểm tra phương tiện hàng hải,
công ty CAC sẽ cử các kỹ thuật viên lên tàu theo những khoảng thời
gian địn sẵn để làm việc với kỹ sư trưởng và đo độ rung động của máy
móc.
Việc áp dụng các phép đo độ rung là một cách hiệu quả để định lượng
lực tác động lên máy móc, nhằm đánh giá tình trạng. Các phép đo độ
rung được đánh giá theo các mức độ tương ứng thời gian sử dụng máy
móc, so sánh với các máy cùng loại và với các tiêu chuẩn rung động.
Việc phân tích hoàn toàn phụ thuộc vào độ chính xác và độ lặp lại của
tín hiệu rung động cũng như thông tin về các điều kiện vận hành của
máy móc (như số vòng quay động cơ/ phút, tải trọng, ảnh hưởng rung
động từ bên ngoài) tại thời điểm kiểm tra. Vì những lý do này, các kỹ
thuật viên đã qua đào tạo và được cử đến hiện trường để thu thập dữ
liệu và ghi lại thông tin cần thiết.
Theo danh sách các máy quan trọng, kỹ thuật viên thực hiện các phép
đo độ rung của máy móc trên tàu tại các vị trí ổ trục bằng máy phân tích
cầm tay. Các thiết bị công nghệ giúp xác định đúng vị trí của cảm biến
để đảm bảo các phép đo nhất quán và có thể ghi chú các điều kiện hoạt
động cũng như mọi vấn đề có thể nhìn thấy được.
Một nhóm các nhà phân tích xem xét dữ liệu ở nhiều dạng khác nhau
bao gồm biểu đồ quang phổ (spectrum diagrams), biểu đồ dạng sóng
theo thời gian (time waveforms diagrams) và biểu đồ pha (phase
diagrams). Việc phân tích cũng tương tự như khi bác sĩ diễn giải kết quả
điện tâm đồ. Các báo cáo tập trung vào những máy móc cần bảo trì.
Điều này giúp tối ưu quỹ bảo trì và giờ công. Hơn nữa, việc phân tích
còn cho phép các nhà khai thác tàu lập kế hoạch và đặt hàng phụ tùng
thay thế một cách chủ động, do đó tránh được vấn đề vận chuyển đột
xuất nhiều tốn kém và thủy thủ làm thêm giờ để sửa chữa những hỏng
hóc không mong muốn. Các báo cáo này có sẵn cho khách hàng truy
cập trên website của công ty CAC Decision Point®.
Công ty CAC cũng cung cấp dịch vụ kiểm tra nhiệt độ máy móc để cải
thiện độ an toàn trên tàu, bằng cách đánh giá tình trạng hoạt động của
hệ thống điện. Các báo cáo chỉ ra những vị trí có nhiệt độ bất thường và
khuyến nghị các biện pháp khắc phục cần thiết.
Truyền tải dữ liệu thông qua ứng dụng công nghệ
Công ty Advanced Mechanical Enterprises (viết tắt là AME) có trụ sở tại
Florida (Mỹ), cũng đưa ra phương thức CM – nhưng có một chút khác
biệt. Để giúp các công ty vận chuyển giảm chi phí bảo trì máy móc, giải
pháp của công ty AME là cung cấp các công cụ kiểm tra và dịch vụ đào
tạo cần thiết, sau đó hỗ trợ phân tích và kỹ thuật từ xa, để các kỹ sư
(cũng là thủy thủ trên tàu) thực hiện thu thập dữ liệu thực tế.
Đầu tiên, các kỹ thuật viên thực hiện một cuộc khảo sát cơ bản trên tàu,
sau đó lập bản đồ máy móc và các vị trí cần thu thập dữ liệu, đồng thời
huấn luyện thủy thủ đoàn cách vận hành thiết bị kiểm tra – một máy thu
thập dữ liệu cầm tay tốc độ cao của công ty Pruftechnik (nay là công ty
Fluke). Máy móc được đánh dấu bằng thẻ RFID (2) và thiết bị phân tích
cầm tay có chức năng đồ họa.
(2) Thẻ RFID: là loại thẻ thông minh được gắn vào các thiết bị, để có thể
dễ dàng tìm kiếm, xác định, theo dõi thiết bị đó. Thẻ RFID có thể lưu trữ
một loạt thông tin. Thông thường, thẻ RFID bao gồm ba bộ phận cơ bản:
chip, ăng ten và chất nền.
Sau đó, dữ liệu theo dõi máy móc được thu thập trên tàu vào các
khoảng thời gian cố định và được gửi đến trung tâm phân tích.
Nhà đầu tư đã chuẩn bị phương án đưa đội kỹ sư đến tàu bằng máy bay
ngay khi có vấn đề phức tạp hơn xảy ra. Nhưng một cuộc nghiên cứu
cho thấy thực tế công ty khách hàng đã tiết kiệm được 45% chi phí trong
5 năm hoạt động, là nhờ vào việc thu thập dữ liệu.
Công ty AME đã được cấp chứng nhận ABS (3), điều này cho thấy công
ty AME là chuyên gia về CM – Giám sát dựa trên tình trạng. Năm 2022,
công ty đã tổ chức lễ kỷ niệm 30 năm thành lập.
(3) ABS: tập đoàn ABS (tại Mỹ). Một công ty con của ABS hoạt động
ngành hàng hải với hơn 1.500 chuyên gia trên 30 quốc gia. Một trong
các dịch vụ của ABS là cấp chứng nhận hệ thống quản lý trong ngành
hàng hải.
Hiệu quả của việc phân tích dữ liệu về độ rung của máy móc
Tất cả các máy móc sau một thời gian sử dụng cũng sẽ xảy ra hư hỏng.
Khoảng thời gian trung bình giữa những lần xảy ra sự cố đó được các
kỹ thuật viên sử dụng làm thước đo độ tin cậy cho các thiết bị động cơ
phức tạp, hoặc máy móc quan trọng. Công việc thực sự của kỹ thuật
viên giám sát tình trạng là phân tích các biểu đồ quang phổ, dự kiến các
tình huống phát sinh và theo dõi thời gian thiết bị hoạt động.
Phân tích dữ liệu thực hiện theo kiểu phân cấp, trước hết kỹ thuật viên
sẽ xem xét rung động tổng thể trong phạm vi tiêu chuẩn ISO và đánh
dấu màu xanh lá, vàng hoặc đỏ. Tiếp đến, dữ liệu dạng biểu đồ quang
phổ và biểu đồ dạng sóng theo thời gian được sử dụng để xác định mức
độ nghiêm trọng của rung động. Cuối cùng, là kiểm tra biểu đồ pha (còn
gọi là biểu đồ vec tơ). Việc đánh giá dữ liệu thông qua các biểu đồ giúp
xác định chính xác sự cố của máy móc là gì và cả nguyên nhân dẫn đễn
sự cố.
Khi các kỹ thuật viên nhận thấy được xu hướng hư hỏng của máy móc
theo thời gian, và cung cấp cho nhà đầu tư bảng dự báo, phân tích dữ
liệu có thể chỉ ra sự xuống cấp của thiết bị ở mức độ nhẹ và đưa ra các
khuyến nghị sửa chữa hoặc thay thế. Kết quả là số phụ tùng thay thế sẽ
giảm đi, ít bảo trì hơn và giảm được thời gian ngừng hoạt động máy móc
để sửa chữa cũng như kiểm tra.
Cảm biến rung động
Công ty Valmet (tại Phần Lan), nhà cung cấp công nghệ xử lý, tự động
hóa và dịch vụ hàng đầu thế giới, phát triển các hệ thống tự động hóa và
giải pháp kiểm soát lưu lượng thông tin (flow control) (4) cho nhiều
ngành công nghiệp. Hệ thống giám sát máy móc DNA của công ty
Valmet sử dụng các cảm biến cố định được lắp đặt trên máy móc, được
nối cáp đến các cổng I/O (5) để thu thập dữ liệu theo thời gian thực đối
với máy móc quan trọng và theo chu kỳ đối với máy móc phụ trợ. Điều