Bảo trì dự đoán – Predictive Maintenance là gì và Nguyên lý hoạt động của bảo trì dự đoán

Bảo trì dự đoán (Predictive maintenance) được coi là một trong những công cụ đang được ưa chuộng của nhiều doanh nghiệp giúp ngăn ngừa tổn thất bất thường trong sản xuất và tối ưu hoạt động của máy móc. Bởi một sự cố về thiết bị dù chỉ là một mắt xích nhỏ trong chuỗi cũng có thể gây gián đoạn cả một dây chuyền. Do vậy, việc đảm bảo thời gian hoạt động và tính khả dụng của các thiết bị máy móc lâu nay đã trở thành ưu tiên hàng đầu của các nhà sản xuất.

Bảo trì dự đoán – Predictive Maintenance là gì?

Bảo trì dự đoán hay còn gọi là Bảo trì dự báo hoặc Bảo trì tiên đoán (tiếng Anh: Predictive Maintenance) là việc sử dụng các công cụ và kỹ thuật phân tích dữ liệu để dự đoán những bất thường trong hoạt động của các thiết bị hoặc sai lỗi có thể xảy ra với trước khi dẫn đến hỏng hóc.

Mục đích chính của phương pháp này là dự đoán thời điểm sai lỗi và thiết lập kế hoạch chi tiết cho việc bảo trì máy móc. Bảo trì dự đoán giúp nhà sản xuất giảm thiểu chi phí liên quan đến bảo trì phòng ngừa, hạn chế bảo trì ngoài kế hoạch, giảm tần suất bảo trì, hạn chế những rủi ro trong sản xuất

Theo nghiên cứu của Chương trình Quản lý Năng lượng Liên bang Mỹ (FEMP), ước tính một chương trình bảo trì dự đoán Predictive Maintenance hoạt động đúng cách có thể tiết kiệm từ 30% đến 40% so với bảo trì phản ứng (Reactive Maintenance).

Những khảo sát khác của US Department of Energy cũng chỉ ra rằng, trung bình một chương trình bảo trì dự báo công nghiệp có thể giúp:

• Tăng ROI lên 10 lần
• Giảm chi phí bảo trì: 25-30%
• Loại bỏ sự cố: 70-75%
• Giảm thời gian chết: 35-45%
• Tăng sản lượng: 20-25%

Những chỉ số trung bình của một chương trình bảo trì dự đoán (Nguồn: US Department of Energy

Lợi ích của bảo trì dự đoán

Ứng dụng bảo trì dự báo trong sản xuất hiệu quả đem lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp:

• Tối ưu hóa thời gian dừng máy

Cơ chế hoạt động của phương pháp bảo trì dự đoán cũng giống với việc sử dụng máy tính. Việc thường xuyên vệ sinh máy, quét virus, làm sạch các dữ liệu rác sẽ giúp máy chạy ổn định, hiệu quả, từ đó, phục vụ nhu cầu của người dùng tốt hơn, lâu dài hơn. Tương tự như vậy, việc tạm dừng máy để lau chùi, bảo dưỡng và thay thế các bộ phận hỏng hóc sẽ giúp giảm thiểu rủi ro thiết bị hư hỏng bất chợt.

Bảo trì dự đoán không thực hiện bảo trì máy móc của doanh nghiệp một cách ngẫu nhiên. Tất cả thời gian máy được dừng để bảo trì, kiểm tra đều được lựa chọn kỹ càng dựa dựa trên những thu thập và phân tích dữ liệu từ quá trình vận hành. Hệ thống sẽ lên kế hoạch bảo trì thường xuyên nhưng chỉ tại các thời điểm ít ảnh hưởng đến sản xuất nhất. Điều này giúp doanh nghiệp tối ưu hóa thời gian sử dụng máy, gia tăng tuổi thọ của máy móc đắt tiền, máy móc khó thay thế.

• Tối thiểu việc dừng máy bất chợt

Việc dừng máy không có kế hoạch gây ra sự trì trệ và lãng phí trong sản xuất. Với sự hỗ trợ của công cụ bảo trì dự đoán, các thiết bị sản xuất được kết nối với hệ thống này, trong quá trình vận hành, sẽ tự động thu thập hàng loạt các dữ liệu thô. Dựa vào đó, hệ thống sẽ đưa ra các dạng khuôn mẫu vận hành đặc trưng cho từng máy. Bằng việc so sánh hoạt động của máy với mô hình chuẩn, hệ thống bảo trì dự đoán sẽ xác định được thiết bị nào có khả năng xảy ra sai lỗi để có những phương án bảo trì kịp thời, hợp lý.

• Gia tăng tuổi thọ thiết bị

Bảo trì dự đoán cho phép nhà sản xuất giám sát hoạt động máy móc và chất lượng sản phẩm đầu ra của họ một cách tự động và liên tục. Từ đó, hệ thống biết được thời điểm lý tưởng để bảo trì máy, cũng như khi nào thì máy móc đạt tới giới hạn tuổi thọ và cần được thay thế.

Tuổi thọ một thiết bị có mối liên hệ chặt chẽ với mức độ sử dụng của nó. Tuy nhiên, doanh nghiệp hoàn toàn có thể can thiệp vào điều này thông qua hệ thống bảo trì dự đoán vào sản xuất. Bằng việc theo dõi liên tục dữ liệu về điều kiện máy và so sánh chúng với mô hình chuẩn của máy, hệ thống có thể xác định được khi nào phát sinh nhu cầu thay thế các bộ phận cho máy. Đồng thời, việc dự báo được giới hạn tuổi thọ của máy giúp doanh nghiệp có những chuẩn bị kỹ càng và tiết kiệm đáng kể thời gian cũng như chi phí.

• Tối ưu năng suất nhân viên

Thay vì để máy dừng đột ngột, bảo trì dự đoán cung cấp cho nhà sản xuất lên lịch và thời gian cần sửa vừa đủ cho máy. Điều này giúp doanh nghiệp giảm thiểu thời gian chết (downtime) khi dây chuyền bị gián đoạn, đồng thời cân đối ca làm của nhân viên để tối ưu năng suất lao động.

Bên cạnh đó, dưới góc nhìn của nhân viên, công cụ này còn đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng môi trường làm việc an toàn, ổn định cho người lao động. Bằng việc bảo trì đúng thời điểm và dự đoán được trước thời gian máy đạt giới hạn tuổi thọ giúp giảm nguy hiểm trong lao động, hạn chế tối đa các sự cố nguy hiểm phát sinh bất ngờ. Người lao động từ đó cũng cảm thấy an tâm và tập trung hơn vào hoàn thành công việc được giao.

• Tăng doanh thu

Một lợi ích không thể không đề cập tới của bảo trì dự báo đối với doanh nghiệp áp dụng hệ thống này trong sản xuất là việc nâng cao doanh thu, hay cụ thể hơn, là nâng cao hiệu quả cho quá trình sản xuất.

• Tiết kiệm chi phí bảo trì: Mô hình bảo trì dự đoán sử dụng dữ liệu thu thập được từ hoạt động thực tế của máy để giám sát, phân tích và lập kế hoạch bảo trì vào thời điểm cần thiết. Điều này giúp nhà sản xuất giảm thiểu đáng kể tính thiếu hiệu quả trong bảo trì máy móc dư thừa.
• Giảm thiểu lãng phí: Bảo trì máy móc chỉ có lợi khi nhà sản xuất thực hiện hoạt động này đúng thời gian, đúng phương pháp. Việc bảo trì không dựa trên tình trạng máy sẽ dẫn đến những lãng phí trong sản xuất: Chi phí lưu kho bãi của nguyên liệu thô, chi phí lao động, chi phí trả cho hoạt động bảo trì,… Bảo trì dự đoán giúp phát hiện những vấn đề đó trước khi nó xảy ra.
• Tối ưu hóa hoạt động dây chuyền sản xuất: Các dữ liệu của máy được hệ thống bảo trì dự đoán thu thập tự động. Dựa trên những phân tích chuyên nghiệp, hệ thống sẽ xử lý dữ liệu và đưa ra kế hoạch bảo trì đảm bảo tối ưu quy trình hoạt động cho dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp.

Ngoài bảo trì dự đoán thì bảo trì phòng ngừa và bảo trì sửa chữa cũng khá phổ biến trong các doanh nghiệp. Tìm hiểu thêm tại Quản lý bảo trì (Maintenance Management) và các phương pháp quản lý bảo trì bảo dưỡng công nghiệp.

Nguyên lý hoạt động của bảo trì dự đoán

Bảo trì dự đoán giúp đánh giá tình trạng của thiết bị và dự báo thời điểm lỗi có khả năng xảy ra, với mục tiêu cuối cùng là lập kế hoạch bảo trì giúp doanh nghiệp tối ưu chi phí và tăng độ tin cậy của hệ thống.

Để theo dõi được tình trạng thiết bị và cảnh báo người giám sát về những hỏng hóc có thể xảy ra của thiết bị, một hệ thống bảo trì dự đoán phải đảm bảo có đầy đủ ba thành phần chính:

• Các cảm biến được lắp đặt để thu thập dữ liệu và phân tích tình trạng máy móc theo thời gian thực. Có nhiều loại dữ liệu khác nhau được thu thập, mỗi loại theo dõi các thiết bị khác nhau trong dây chuyền sản xuất.
• Công nghệ Internet of Things (IoT) cho phép hệ thống thu thập, phân tích, lưu trữ và xử lý được một lượng dữ liệu khổng lồ liên quan đến máy.
• Các mô hình dữ liệu dự đoán được cung cấp với tất cả dữ liệu đã xử lý giúp dự đoán được hỏng hóc và đưa ra cảnh báo để bảo trì.

Kiến trúc công nghệ của một chương trình bảo trì dự đoán Predictive Maintenance

Các phương pháp bảo trì dự đoán

Hiện nay, có năm phương pháp bảo trì dự báo phổ biến, đó là:

• Phân tích độ rung

Nhà sản xuất thường sử dụng cảm biến rung để phát hiện các dấu hiệu về sai lỗi, xuống cấp đối với máy móc hoạt động nặng họ đang sở hữu. Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là theo dõi liên tục tốc độ rung của máy dựa trên một độ rung tiêu chuẩn để phát hiện các điểm lệch một cách chính xác. Đây được coi là một trong những phương pháp đạt độ chính xác cao nhất trong dự báo sai lỗi xảy ra ở máy.

• Công nghệ hồng ngoại

Còn có tên gọi khác là tạo ảnh nhiệt, kỹ thuật ứng dụng công nghệ hồng ngoại giúp phát hiện các bộ phận bị ma sát quá nhiều bằng việc theo dõi nhiệt lượng của các thiết bị hoạt động và xác định các điểm có nhiệt lượng cao đột biến, để đưa ra cảnh báo về bảo trì nhanh chóng.

• Phân tích sóng âm và siêu âm

Phân tích sóng âm và siêu âm sử dụng các tín hiệu âm thanh để phát hiện các vết nứt, mối hàn bị hỏng từ khi chúng còn rất nhỏ, khó có thể quan sát được bằng mắt thường. Phương pháp này đặc biệt có ích trong việc phát hiện rò rỉ khí hay chất lỏng trong dây chuyền.

• Phân tích chất lượng dầu

Kỹ thuật đánh giá mức độ hao mòn của các thiết bị sử dụng dầu bằng việc kiểm tra số lượng các mảnh vụn trong máy. Ngoài ra, đây cũng là kỹ thuật giúp phát hiện rò rỉ và đánh giá được độ sạch của dầu trong máy.

• Phân tích mạch động cơ

Phân tích mạch động cơ được ứng dụng trong ngành công nghiệp hàng hải và sản xuất ô tô. Cơ chế hoạt động của phương pháp này dựa trên số liệu đó được từ stator và roto của động cơ để phát hiện các lỗi nối đất. Nó cũng cho phép người dùng có thể kiểm tra động cơ trước khi lắp đặt thiết bị.

Ưu & Nhược điểm của Bảo trì dự đoán

Ưu điểm lớn nhất phải kể đến mà bảo trì dự báo đem lại cho nhà sản xuất là tính tiết kiệm trong chi phí dành cho các hoạt động bảo dưỡng, sửa chữa máy móc. Bên cạnh đó, doanh nghiệp còn có được sự chủ động và kịp thời trong việc đưa ra các phương pháp bảo trì và kéo dài tuổi thọ của máy. Điều này là tiền đề giúp hoạt động sản xuất trong doanh nghiệp được vận hành ổn định.

Tuy vậy, bảo trì dự báo cũng có những hạn chế nhất định mà doanh nghiệp cần lưu ý. Phương pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu khá tốn kém về cả mặt công nghệ và lắp đặt. Ngoài ra, nó cũng đặt ra những yêu cầu khắt khe về trình độ chuyên môn và kinh nghiệm ở phía nhân sự để có thể quản lý hệ thống hiệu quả.

Những lĩnh vực cần ứng dụng bảo trì dự đoán

Bảo trì dự đoán được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực trong cuộc sống với sự góp mặt của máy móc, thiết bị, có thể kể đến như:

• Trong Sản xuất

Khả năng hoạt động ổn định, lâu bền của các máy móc trong toàn dây chuyền sản xuất là điều kiện sống còn để một doanh nghiệp sản xuất tồn tại và phát triển. Bảo trì dự đoán vì thế được coi là một yếu tố không thể thiếu để giám sát và phát hiện sự cố máy móc tại các đơn vị có công cụ, thiết bị với quy mô lớn và đắt tiền.

• Trong lĩnh vực Năng lượng

Công nghệ bảo trì dự đoán được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất và khai thác năng lượng bởi khả năng dự đoán và cảnh báo rủi ro kịp thời của nó. Một ví dụ cụ thể ở ngành điện lực, để đảm bảo lượng điện năng được truyền tải ổn định, liên tục và an toàn đến người dùng, hệ thống máy móc trong nhà máy phải hoạt động trơn tru và hoạt động sửa chữa, bảo trì phải được lên kế hoạch trước khi sự cố diễn ra.

• Trong lĩnh vực Quản lý chất thải

Bảo trì dự đoán đem lại sự ổn định và tính hiệu quả của máy móc và nhân công trong ngành công nghiệp tái chế và quản lý chất thải. Phương pháp này giúp hạn chế lãng phí có thể xảy ra khi bảo trì dư thừa, đồng thời tiết kiệm chi phí khi máy móc cần được thay thế.

Các lưu ý khi triển khai bảo trì dự đoán

Bảo trì dự đoán có nhiều ưu điểm mà các phương pháp bảo trì khác không có, nhưng đổi lại, hệ thống này cũng đòi hỏi những yêu cầu nhất định để đảm bảo tính hiệu quả lâu dài. Nhà sản xuất cần có những đánh giá khách quan về quy mô doanh nghiệp cũng như mức độ ưu tiên trong mỗi giai đoạn hoạt động của mình để có những quyết định phù hợp.