多くの製造業者は、高度な機械や設備を必要とする複雑な生産プロセスを抱えています。稼働停止を防ぎ、生産量を最大化するためには、製造業者は自社の設備や機械が最大限の効率で稼働するよう確保しなければなりません。そうしなければ、機械の故障は品質上の欠陥や稼働停止時間の長期化にとどまらず、工場現場で働く従業員にとって危険な事態を招く恐れもあります。
その結果、企業では機械の性能を測定するために、さまざまなセンサーや技術が導入されています。その代表的な例として、機械が故障する前に性能上の問題や不具合のある機器を特定するために、振動センサーや周波数センサーが採用されています。
機械の振動監視は、個々の設備の稼働状況に関する重要な情報を製造業者に提供します。通常、想定されたパラメータからの逸脱は、将来的な問題の兆候であり、製造業者は生産ラインを稼働させ続けるために予知保全措置を講じるよう促されます。
本ガイドでは、機械の性能監視の重要性について解説するとともに、機械の振動解析に関するツールやヒント、および現代の工場環境におけるその活用方法について概説します。
機械の振動解析とは何ですか？
機械の振動解析とは、設備の振動パターンを調査してその物理的および機能的な状態を把握し、問題が深刻化する前に異常を検知するものです。
現代の工場設備は、手の届かない場所に設置されたさまざまな可動部品で構成されています。こうした場所へのアクセスが困難なため、より精密で高度なツールなしでは、これらの機械を監視することは困難です。
機械の振動監視は、通常の稼働状態の変化を検知し、データを記録・照合することで、故障のリスクが高い機械部品を特定できるため、製造現場において理想的な手法です。
また、同じ条件下でも素材によって振動の仕方が異なるため、振動分析装置は規格外な波形を容易に検知することができます。
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メーカーが機械の振動を測定する理由
機械の振動解析は、多くの製造工程において有益な取り組みです。その主な理由は以下の通りです：
工場設備の性能向上：機械や装置は、さまざまなギアボックス、ベアリング、ローター、モーターなどで構成されており、これらはそれぞれ異なるレベルの振動を発生させる重要な部品です。機械の振動監視を行うことで、機械の正常な動作を妨げる可能性のある要素を特定することができます。
これにより、技術者は問題が悪化するのを未然に防ぐことができます。その結果、機械はよりスムーズに稼働し、想定どおりに効果的かつ効率的にその役割を果たすことができます。
予期せぬ稼働停止を削減：機械の振動分析を行わないと、製造業者は潜在的な問題を見逃し、その結果、機械の故障を招く恐れがあります。こうした稼働停止は生産ラインを停止させ、生産性や効率の大幅な低下につながります。
しかし、監視と分析を行うことで、事前の修正やメンテナンスが可能となり、予期せぬダウンタイムを削減できます。
製品の品質向上：さらに、機械の不具合は製品の品質に影響を及ぼし、部品や完成品の不良リスクを高めます。機械の稼働状況を監視することで、製造業者は故障の予兆をいち早く察知することができます。
その結果、円滑に稼働する生産ラインからは、仕様や基準、その他の品質保証基準を満たした製品が製造される。
生産スケジュールの改善と維持：機械の故障は生産目標の達成に悪影響を及ぼします。しかし、機械の振動分析に基づく予知保全を行うことで、機械を正常に稼働させ、企業が生産目標を達成できるようになります。
事業収益の向上：これらすべての要因は、生産性の向上と事業全体の収益改善につながります。修理回数の減少や、予定通りの円滑な生産により、コスト削減が実現します。
さらに、製品の品質向上とリードタイムの短縮は顧客満足度を高め、売上と評判の向上につながります。
機械の振動を測定するためのツール
製造企業は、機械振動の監視と分析を正確に実施し、その取り組みによるメリットを享受すべきです。そのため、製造業者は機械振動を測定するために適切なツールを使用する必要があります。
これらのツールにはさまざまな形態や機能がありますが、導入形態に基づいて、すべて2つのカテゴリーに分類されます。
これには以下が含まれます：
携帯型デバイス：この種の機械振動監視装置は通常、手持ち式であるため、オペレーターは必要に応じてさまざまな機械へ簡単に移動させることができます。これらのセンサーは、強力な磁石や有線接続を用いて工場設備に取り付けることができます。
これにより、技術者は1台の装置で複数の箇所の振動を測定することができます。さらに、携帯性が高いため技術者が現場に常駐でき、機械の目視検査も行えるという利点もあります。
据え置き型機器：一部の床置き型機械には、技術者の手が届かない場所に測定ポイントがある場合があります。さらに、これらのポイントに手を伸ばそうとすると、技術者にとって危険な場合があります。
そのため、メーカーは人の立ち会いなしでも動作する固定式センサーを設置しています。これにより、メーカーはより繊細な機械を常に継続的に監視することも可能になります。
こうしたデバイスは、モノのインターネット（IoT）も活用しており、クラウドコンピューティングを利用してリアルタイムの振動分析を行い、機械の故障の兆候が見られた場合に迅速な対応を可能にしています。
機械の振動解析プロセス
メーカーが機械の振動監視および分析を実施する方法は以下の通りです：
1. 機械ごとの基準値を確立する：所定のパラメータ範囲内で正常に稼働している機械からの振動を監視・分析する。これにより、同じ機種の機械から収集した振動データと比較するための基準値が得られる。
2. モニタリングおよび分析プロセスの標準化：ベースラインを基に、モニタリングおよび分析プロセスを標準化し、収集された結果がベースラインと同様に比較可能となるようにする。
したがって、メーカーは、技術者が効率的に実行・再現できる包括的な標準作業手順書（SOP）および作業指示書を作成すべきである。
3. 振動解析の実施：従業員は携帯型機器を使用して、さまざまな機械や設備の各箇所から手動で振動データを収集することができます。一方、前述の通り、固定式センサーであればこれを自動的に行うことができます。
従来の解析手法では、工場の機械から得られる生の時間波形データに依存していました。しかし、最新の振動解析ソフトウェアでは、高速フーリエ変換（FFT）波形を用いて設備の状態を解析しています。
4. 文書化および記録管理：品質保証および品質管理の一環として、機械の振動解析においては、事後的な設備の健全性分析を行うために、詳細な文書化および記録管理が必要となります。
設置されたセンサーや機器はクラウドに接続され、データを分析ソフトウェアに送信します。このソフトウェアは、すべての定期的な分析結果を記録します。
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