预测性维护：推动电机技术迈向新高度

电机和驱动器是工厂中默默无闻的“无名英雄”，它们是确保并维持整个生产流程正常运转的核心部件。对于食品饮料加工厂而言，没有它们，生产便无从谈起。

长期以来，操作人员或许一直将电机视为制造体系中一种易损耗、标准化的普通部件，因而未能给予足够重视。电机制造商Van der Graaf（VDG）公司总裁Alexander Kanaris表示：“电机看似结构简单，实则是复杂的机电一体化系统。”

他指出：“最新的电机设计聚焦于如何实现卓越能效，以此降低能源成本并提高功率因数。不过，电机的核心组件并未发生本质变化。定子、电机绕组和转子的物理结构依旧如故。真正的改进在于铁芯、转子材料及电机绕组冶金成分的优化。这些改进有效减少了铁损与铜损，从而显著提升电机的整体运行效率。”

Mike Smith是Life Cycle 工程公司的可靠性工程经理，他指出：“工厂里绝大多数设备的驱动力都是电机，但电机可能是工厂里最被低估的设备之一，过去的处理方式通常是：一旦电机停转，要么更换新的，要么送去维修翻新。”

他解释道，这种处理方式源于多数操作人员从未真正掌握电机的内部工作原理，也不了解如何长期监测单台电机的实际运行状态。当然，相对其他制造领域而言，多数食品饮料工厂的电机规格偏小，因此更容易被忽视。但如今情况已截然不同——行业已从过去“故障后维修”的理念，逐步转向预防性维护，并进一步迈向预测性维护阶段。

“此前行业已高度重视预防性维护，而现在正明显向该方向转变。许多食品饮料企业正通过振动分析、电机电流分析等预测性技术手段，深入了解电机与驱动器的内部运行状况。”Smith补充道。

VDG公司生产的电机配备了名为GV-Therm的传感器。这是一种双金属温控装置，当电机温度超过设计运行温度时，会自动切断电源。此外，VDG滚筒电机还可选配电阻温度检测器（RTD）、热敏电阻和热电偶等传感器，这些传感器主要用于监测定子与润滑油温度；针对分度定位应用场景，还可配备传感轴承与编码器。

近年来，众多加工企业纷纷在电机上安装传感器，这项近十年兴起的新技术已成为一项值得的投资举措，如未积极采用这项技术，企业或将面临巨大的经济损失。当工厂因关键电机故障而不得不暂停生产线或全面停产以更换电机时，由此产生的连锁反应将直接影响企业利润。

Smith指出：“停产会带来产量损失、质量问题，以及潜在的安全与环境问题，所有这些最终都将转化为经济损失。食品和饮料行业本身利润空间有限，任何能够提高回报的举措都是有益的。”

预测性维护的优势

电机上安装的传感器能够实时监测振动、温度及其他磨损迹象，并将数据即时传输至系统进行分析。Smith指出，操作人员无需再像过去那样，由维修人员每月或每季度到现场记录数据，而是可以实时获取电机运行信息。此外，得益于数据分析技术的创新与人工智能（AI）系统的应用，加工企业能够近乎实时地对电机或泵体进行预测性分析。

他解释道：“这为维修团队应对潜在问题预留了充足时间。这些传感器有时能提前数月预警故障隐患，让团队有足够时间制定计划、安排维修工作。”

这意味着计划外停机时间将大幅减少，生产效率显著提升，质量问题也会随之减少。Smith补充称，量化这些改进带来的成本节约，是吸引工厂经理、工程师及其他决策者接受预测性维护理念，并关注电机运行反馈的最有效方式。除了直接的经济收益，这一策略还能带来额外优势。

“另一方面，虽然安全与环境方面的改善难以用具体数值衡量，却同样重要。”他说，“如果设备不再突发故障，便可避免人员在非正常工况下紧急维修设备，从而降低安全风险。”

实时掌握工厂内电机的运行状态，甚至能为系统升级创造机会。如今电机制造商持续创新，不断推出更高能效的电机产品。对于24/7不间断运行、电机长期满负荷工作的生产线而言，将现有电机更换为高能效型号，可通过降低能耗实现显著的成本节约。

Kanaris表示，VDG公司生产的所有电动机均符合IE4（超高能效）标准。相较于目前皮带输送机上常用的传统外置电机与齿轮箱组合，VDG滚筒电机的能效高出约25%-30%。其高能效优势源于电动机与减速器呈直线排列的独特设计；而通常情况下，外置电机与齿轮箱系统的电机轴与齿轮箱轴呈90度。这种结构差异会导致机械损耗，根据齿轮箱品牌不同，损耗率可达20%-40%。

未来，电机技术的主要创新方向将围绕电机电流分析展开。Smith指出，目前虽已有可用于电机电流分析的传感器，但技术成熟度仍不足以产生实质性影响。

“未来一两年内，这一技术有望得到改进，届时，行业必将大力推动电机电流分析的应用。”这是帮助加工企业深入了解工厂电机内部运行机制的又一重要手段——将该数据与振动、温度及超声波监测数据相结合，将进一步提升企业对电机运行状态的判断能力。

Smith强调：“单一数据可能会误导判断方向，我们需要通过多维度指标来确认故障隐患。掌握的证据越充分，对维修方案准确性的信心就越足。”

当然，如果没有完善的系统来获取、存储和处理这些数据，并进一步生成可指导行动的结果，该领域的发展步伐将会放缓。加工企业不能仅仅盲目投入资金购买技术，并指望其自行发挥作用。这一过程中，人的因素同样关键。Smith提醒加工企业：“若没有规范的流程作为支撑，我们就无法充分发挥预测性维护的价值。”

他认为，只要建立起完善的配套流程，随着电机与驱动器技术创新不断突破现有极限，预测性维护必将为行业带来革命性变革。

作者：Andy Hanacek

来源：荣格-《 国际食品加工及包装商情》

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