KR20150004847A - 베어링 모니터링 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20150004847A
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키스 해밀튼
브라이언 머레이
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아크티에볼라게트 에스케이에프
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Abstract

베어링(12)의 잔여 수명을 예측하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 적어도 하나의 센서(14)를 이용하여 상기 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터를 획득하는 단계, 상기 베어링(12)을 고유하게 식별하는 식별 데이터(16)를 획득하는 단계, 산업 무선 프로토콜을 이용해 적어도 하나의 센서(14)로 및/또는 상기 센서로부터 데이터를 전송하는 단계, 및 상기 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 상기 데이터와 상기 식별 데이터(16)를 기록 데이터로서 데이터베이스(20)에 기록하는 단계를 포함하는, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.

Description

베어링 모니터링 방법 및 시스템{BEARING MONITORING METHOD AND SYSTEM}
본 발명은 베어링을 모니터링하기 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 프로덕트에 관한 것이다.
베어링은 종종 이들의 서비스 장애가 최종 사용자에게 상당한 상업적 손실을 초래할 중요한 경우에 사용된다. 따라서 베어링을 교체하기 위해 관심 기계를 서비스 중단 상태로 둠으로써 발생할 수 있는 손실을 최소화하면서 서비스 장애를 피하기 위한 방식으로 개입을 계획하기 위해 베어링의 잔여 수명을 예측할 수 있는 것이 중요하다.
일반적으로 롤링-요소 베어링의 잔여 수명은 작업 사용 중의 반복되는 응력의 결과로서 동작 표면의 피로에 의해 결정된다. 롤링 요소 베어링의 피로 파괴(fatigue failure)가 롤링 요소의 표면과 대응하는 베어링의 륜(bearing race)의 표면의 점진적인 플레이킹(flaking) 또는 피팅(pitting)에 의해 초래된다. 플레이킹 및 피팅은 롤링 요소들 중 하나 이상의 소부(seizure)를 초래할 수 있으며, 이는 과도한 열, 압력 및 마찰을 발생시킬 수 있다.
베어링은 이들의 사용될 분야에서 예상되는 유형의 서비스와 호환되는 계산 또는 예측된 잔여 수명 기대치를 기초로 하여 특정 경우에 대해 선택된다. 속도, 하중, 윤활 상태 등을 고려한 보통의 동작 상태로부터 베어링의 잔여 수명의 길이가 예측될 수 있다. 예를 들어, 이른바 "L-10 수명"은 특정 하중 상태 하에서 베어링의 특정 그룹 중 적어도 90%가 여전히 동작 중일 시간으로 된 예상 수명이다.
그러나 이러한 유형의 수명 예측은 몇 가지 이유에서 유지관리 계획 목적으로는 부적절한 것으로 여겨진다.
한 가지 이유는 실제 동작 상태가 명목 상태와 꽤 다를 수 있다는 것이다. 또 다른 이유는 베어링의 잔여 수명이 단기 이벤트 또는 미계획 이벤트, 가령, 과하중, 윤활 장애, 설치 오류 등에 의해 급진적으로 저하될 수 있다는 것이다. 또 다른 이유는 명목 동작 상태가 서비스 중에 재생산된 경우라도, 피로 공정의 본질적으로 랜덤인 특성이 실질적으로 동일한 베어링의 실제 잔여 수명의 큰 통계적 변동을 일으킬 수 있다는 것이다.
유지관리 계획을 개선하기 위해, 베어링이 동작 중에 영향 받는 진동 및 온도와 관련된 물리량의 값을 모니터하여, 임박한 장애의 첫 번째 징후를 검출할 수 있는 것이 흔히 실시된다. 이 모니터링은 종종 "상태 모니터링"이라고 일컬어진다.
상태 모니터링은 다양한 이점을 가진다. 첫 번째 이점은 사용자가 제어된 방식으로 베어링의 상태에 대한 열화를 경고 받음으로써 상업적 충격이 최소화된다는 것이다. 두 번째 이점은 상태 모니터링이 교정되지 않은 채 남아 있다면 베어링의 잔여 수명을 감소시킬 열악한 설비 또는 열악한 작동 실시, 가령, 오정렬, 불균형, 큰 진동 등을 식별하는 데 도움을 준다는 것이다.
유럽 특허 출원 공보 EP 1 164 550는 상태, 가령, 기계 구성요소, 가령, 베어링의 이상의 존재 여부를 모니터링하기 위한 상태 모니터링 시스템의 하나의 예시를 기재한다.
본 발명의 목적은 베어링을 모니터링하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터를 획득하는 단계, 상기 베어링을 고유하게 식별하는 식별 데이터를 획득하는 단계, 산업 무선 프로토콜을 이용해 적어도 하나의 센서로 및/또는 상기 센서로부터 데이터를 전송하는 단계, 및 상기 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터 및 식별 데이터를 데이터베이스에 기록 데이터로서 기록하는 단계를 포함하는 방법에 의해 이뤄진다.
이러한 방법은 베어링 손상을 초래할 수 있는 열화된 윤활제 상태 및/또는 (예를 들어, 불균형, 오정렬, 충격, 피로 또는 마찰에 의해 야기되는) 베어링의 레이스웨이 표면에 거시적 손상을 나타낼 수 있는 진동 및/또는 베어링의 소부현상(seizure)을 초래할 장애의 최종 스테이지를 가리킬 수 있는 온도에 대한 사전 경고를 제공하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 산업 무선 프로토콜은 IEE802.15.4를 기초로 한다. IEE802.15.4은 LR-WPAN(low-rate wireless personal area network)을 위한 물리 계층 및 미디어 액세스 제어를 특정하는 표준이다. 이는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineer) 802.15 작업군에 의해 유지된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 적어도 하나의 센서가 상기 베어링의 내부 링 또는 외부 링에 부착된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터를 획득하는 단계는, 베어링의 제조 중에, 베어링의 제조 후 베어링의 사용 전에, 베어링의 사용 중에, 베어링이 사용되고 있지 않은 중에, 베어링의 수송 중에, 중 하나의 기간의 적어도 일부 동안 수행된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터는, 진동, 온도, 롤링 접촉력(rolling contact force)/응력(stress), 고주파수 응력파, 윤활제 상태, 롤링 표면 손상, 동작 속도, 운반 하중, 윤활 상태, 습도, 수분 또는 이온 유체에의 노출, 기계적 충격에의 노출, 부식, 피로 손상, 마모 중 적어도 하나의 크기 및/또는 심각도(severity)와 관련된 데이터를 포함한다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 식별 데이터를 획득하는 단계는 베어링과 연관된 기계 판독형 식별자로부터의 식별 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 데이터베이스에 데이터를 기록하는 단계에서 전자 수단이 사용된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 싸라, 상기 방법은 상기 기록 데이터 및 수학적 잔여 수명 예측 모델을 이용해 베어링(bearing)의 잔여 수명을 예측하기 위한 단계(즉, 베어링을 서비스, 교체, 또는 재-제조(refurbish)하는 것이 필요하거나 희망될 때를 예측하기 위한 단계)를 포함한다. 이러한 방법에 의해 베어링의 히스토리 및 사용성에 대한 포괄적인 관점을 제공하면서 정보를 기초로 하여 베어링의 잔여 수명의 정량적 예측이 가능해진다. 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터가 누적되고 그 후 수학적 잔여 수명 예측 모델과 함께 베어링의 히스토리 로그가 사용되어 베어링의 수명 사이클 중 임의의 시점에서의 베어링의 잔여 수명을 예측할 수 있다. 더 많은 데이터가 누적됨에 따라 수명 사이클 내 임의의 다음 시점에서 잔여 수명 예측이 업데이트될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 베어링의 잔여 수명을 예측하기 위해 사용되는 수학적 잔여 수명 예측 모델의 하나 이상의 파라미터를 변경하거나 베어링의 잔여 수명을 예측하기 위해 사용되는 수학적 잔여 수명 예측 모델 선택을 변경하는 단계를 포함한다. 상기 베어링은 베어링의 잔여 수명 동안의 서로 다른 때에 서로 다른 라이프 사이클 모델과 관련하여 평가될 수 있다. 예를 들어, 사용되는 경우가 상이할 경우, 베어링의 재-제조(refurbishment) 전과 후에 사용되는 라이프 사이클 모델이 서로 다를 수 있다. 베어링의 고유 식별데이터 하에서 베어링의 완벽한 히스토리가 알려져 있고 액세스 가능하기 때문에 모델 변경은 문제가 없다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 베어링은 롤링 요소 베어링이다. 롤링 베어링은 원통형 롤러 베어링, 구형 롤러 베어링(spherical roller bearing), 도넛형 롤러 베어링, 테이퍼형 롤러 베어링, 원추형 롤러 베어링 또는 바늘형 롤러 베어링 중 임의의 하나일 수 있다.
또한 본 발명은 컴퓨터 판독형 매체 또는 반송파 상에서 본 발명의 실시예 중 임의의 것에 따라 컴퓨터 또는 프로세서가 방법의 단계들을 실행시키게 하는 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 프로덕트와 관련된다.
본 발명은 베어링을 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것이며, 상기 시스템은 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터를 획득하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함한다. 또한 상기 시스템은 베어링을 고유하게 식별하는 식별 데이터를 획득하도록 구성된 적어도 하나의 식별 센서, 산업 무선 프로토콜을 이용해 적어도 하나의 센서로 및/또는 상기 센서로부터 데이터를 전송하도록 구성된 전송 수단, 및 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터 및 식별 데이터를 데이터베이스에 기록 데이터로서 기록하도록 구성된 데이터 프로세싱 유닛을 포함한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 산업 무선 프로토콜은 IEE802.15.4를 기초로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 적어도 하나의 센서가 상기 베어링의 내부 링 또는 외부 링에 부착된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터를 획득하도록 구성된 적어도 하나의 센서는, 베어링의 제조 중에, 베어링의 제조 후 베어링의 사용 전에, 베어링의 사용 중에, 베어링이 사용되고 있지 않은 중에, 베어링의 수송 중에, 중 하나의 기간의 적어도 일부 동안 데이터를 획득하도록 구성된다. 따라서 베어링의 완전한 히스토리 로그가 생성된다. 따라서 잔여 수명 데이터가 베어링의 수명 동안 누적된 결과로서, 제조 시부터 현재까지 항상 라이프-사이클의 임의의 시점에서 개별 배어링의 잔여 수명에 대한 더 정확한 예측이 이뤄질 수 있다. 적용되는 특정 기계적 라이프-사이클 모델에 따라, 최종 사용자는 베어링을 교체하거나 재제조하는 것이 바람직한 시점 등의 관련 사실을 통지 받는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터는, 진동, 온도, 롤링 접촉력(rolling contact force)/응력(stress), 고주파수 응력파, 윤활제 상태, 롤링 표면 손상, 동작 속도, 운반 하중, 윤활 상태, 습도, 수분 또는 이온 유체에의 노출, 기계적 충격에의 노출, 부식, 피로 손상, 마모 중 적어도 하나의 크기 및/또는 심각도(severity)와 관련된 데이터를 포함한다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 적어도 하나의 식별 센서는 베어링과 연관된 기계 판독 식별자로부터 식별 데이터를 획득하도록 구성된 판독기를 포함한다. 기계 판독형 식별자는 베어링의 제조 동안 적용될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 데이터 프로세싱 유닛은 데이터를 전자적으로 기록하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 시스템은 기록 데이터 및 수리적 잔여 수명 예측 모델을 이용해 각각의 베어링의 잔여 수명을 예측하도록 구성된 예측 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 예측 유닛은 적어도 하나의 센서에 의해 획득 및/또는 데이터 프로세싱 유닛에 의해 기록된 새 데이터가 획득될 때 예측 유닛은 수학적 잔여 수명 예측 모델 및 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 및/또는 하나 이상의 유사한 또는 실질적으로 동일한 베어링에 관련된 새 데이터를 이용해 잔여 수명 예측을 업데이트하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 베어링으로부터 수집된 데이터, 가령, 장기간 동안 이뤄진 기록을 이용하여, 및/또는 유사하거나 실질적으로 동일한 베어링에 대한 시험을 기초로 하는 데이터가 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 베어링은 롤링 요소 베어링이다. 롤링 베어링은 원통형 롤러 베어링, 구형 롤러 베어링(spherical roller bearing), 도넛형 롤러 베어링, 테이퍼형 롤러 베어링, 원추형 롤러 베어링 또는 바늘형 롤러 베어링 중 임의의 하나일 수 있다.
본 발명에 따르는 방법, 시스템, 및 컴퓨터 프로그램 프로덕트가 자동차, 항공, 철도, 채광, 풍력, 해력, 금속 생산 및 그 밖의 다른 기계 적용예에서 사용되는 적어도 하나의 베어링의 잔여 수명을 모니터링하도록 사용될 수 있다.
본 발명은 다음의 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적 예시를 들어 추가로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방법의 단계들을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 또는 방법을 이용해 예측될 수 있는 잔여 수명을 갖는 롤링 요소 베어링을 도시한다.
도면들은 간결성을 위해 실측 비율로 그려지지 않았으며 특정 특징부의 치수는 과장됐음을 알아야 한다.
덧붙여, 충돌이 없는 한, 본 발명의 하나의 실시예의 임의의 특징이 본 발명의 그 밖의 다른 임의의 실시예의 그 밖의 다른 임의의 특징과 조합될 수 있다.
도 1은 이의 사용 중에 복수의 베어링(12)을 모니터링하기 위한 시스템(10)을 도시한다. 도시된 실시예는 2개의 롤링 요소 베어링(12)을 보여주지만, 본 발명에 따르는 시스템(10)은 어떠한 유형의 하나 이상의 베어링(12)의 잔여 수명도 예측하도록 사용될 수 있고, 모두 동일한 유형 또는 크기를 가질 필요는 없다. 시스템(10)은 각각의 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터를 획득하도록 구성된 복수의 센서(14), 가령, 음향 방출 센서 및/또는 가속도계를 포함한다. 센서(14)는 베어링(12)과 일체 구성되거나, 베어링 또는 베어링 하우징의 내부 링 또는 외부 링에 부착되거나, 베어링(12)에 가깝게 또는 베어링으로부터 먼 곳에 위치할 수 있다. 하나의 베어링(12)으로부터의 데이터가 하나 이상의 센서(14)를 이용하여 자동으로 획득될 수 있다.
예를 들어, 베어링의 외부 링의 외부 표면 또는 측부 상에 위치하거나 베어링의 내부 링의 내부 표면 또는 내부 측부 상에 위치하는 변형율 센서(strain sensor)에 의해 롤링 접촉력(rolling contact force)이 기록될 수 있다. 이러한 변형율 센서(14)는 저항 유형이거나 베어링(12) 내 이식된 광섬유의 늘어남(stretching)을 이용할 수 있다.
센서(14)는 베어링 링 내에 내장되거나 베어링 하우징 외부에 부착되어 윤활 상태를 모니터할 수 있다. 윤활제는 오염에 의해 여러 가지 방식으로 열화될 수 있다. 예를 들어, 수분 함유 또는 부식성 물질, 가령, 산, 염 등의 비말동반(entrainment)으로 인해 윤활막이 베어링(12)을 부식으로부터 보호하지 못할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 윤활막은 베어링의 레이스웨이(raceway)에 연마 영향을 미치는 고체 물질로 오염될 수 있다. 또한 윤활막은 과도한 하중, 윤활제의 낮은 점도, 입자 물질에 의한 윤활제의 오염, 또는 윤활제의 부재에 의해 열화될 수 있다. 윤활막의 파괴의 경우 베어링 링 및 주변 구조물을 통해 전파되는 고주파수 응력파를 검출함으로써 윤활막의 상태가 평가될 수 있다.
시스템(10)은 각각의 베어링(12)을 고유하게 식별하는 식별 데이터(16)를 획득하도록 구성되는 적어도 하나의 식별 센서를 더 포함한다. 식별 데이터(16)는 베어링(12)과 연관된 기계 판독 식별자로부터 획득될 수 있고, 베어링(12)이 다른 위치로 이동하는 경우 또는 베어링(12)이 재조립되는 경우라도 베어링(12)과 함께 유지되도록, 베어링(12) 자체 상에서 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 기계 판독형 식별자의 예시로는 부각(engrave), 접착된, 물리적으로 일체화된, 또는 그 밖의 다른 방식으로 베어링에 고정되는 마킹(marking), 또는 베어링 상에 위치하는 돌출부 또는 그 밖의 다른 변형부의 패턴이 있다. 이러한 식별자는 기계적으로, 광학적으로, 전자적으로, 또는 그 밖의 다른 방식으로 기계 판독 가능할 수 있다. 예를 들어 식별 데이터(16)는 베어링(12)에 견고하게 부착되는 직렬 번호 또는 전자 장치, 가령, 무선 주파수 식별자(Radio Frequency Identification)(RFID) 태그일 수 있다. RFID 태그의 회로는 외부 소스, 가령, 데이터 프로세싱 유닛(18) 또는 상기 데이터 프로세싱 유닛(18)에 의해 제어되는 또 다른 장치(도시되지 않음)에 의해 발생되는 전자기 복수로부터 자신의 전력을 수신할 수 있다.
데이터는 산업 무선 프로토콜을 이용해 적어도 하나의 센서(14)로 및/또는 센서(14)로부터 전송된다. 데이터는 센서(14) 들 간에, 및/또는 센서와 시스템(10)의 또 다른 구성요소, 가령, 데이터 프로세싱 유닛(18), 데이터베이스(20), 또는 시스템(10) 외부의 구성요소 간에 전송될 수 있다.
적절한 무선 통신 프로토콜, 가령, IEEE802.15.4에 기재된 것이 사용되는 경우, 현장에서 설치되는 새로운 베어링이 자신의 존재 여부를 밝히고 이러한 목적으로 개발된 소프트웨어가 자신의 고유 디지털 신원을 통신할 것이다. 그 후 적절한 데이터베이스 기능이 상기 신원과 위치를 베어링의 이전 히스토리와 연관시킨다.
이러한 식별 데이터(16)에 의해 베어링(12)의 최종 사용자 또는 공급자가 특정 베어링이 실물인지 또는 모조 제품인지를 검증할 수 있다. 예를 들어, 베어링의 불법 제조업자가 열등한 품질의 베어링을 위조 상표를 단 패키지로 공급하여 베어링이 신뢰할 수 있는 소스로부터의 진품이라는 인상을 줌으로써 최종 사용자 또는 OEM(Original Equipment Manufacturer)을 속이려 시도할 수 있다. 마모된 베어링이 재조립되고 재조립됐다는 지시 없이 판매될 수 있으며 낡은 베어링이 세척되고 연마될 수 있으며 구매자가 베어링의 실제 나이를 모른 채 판매될 수 있다. 그러나 베어링에 위조 신원이 부여된 경우, 본 발명에 따르는 시스템의 데이터베이스의 체크가 차이를 드러낼 수 있다. 예를 들어, 위조 제품의 신원은 데이터베이스에 존재하지 않거나, 식별 데이터 하에서 획득된 잔여 수명 데이터가 체크된 위조 베어링과 일치하지 않을 것이다. 본 발명에 따르는 시스템의 데이터베이스가 각각의 합법적인 베어링에 대해 베어링의 나이 및 상기 베어링이 재조립되었는지 여부를 가리킨다. 따라서 본 발명에 따르는 시스템이 베어링의 인증을 촉진시킨다.
시스템(10)은 데이터베이스(20) 내 기록 데이터로서 각각의 베어링(12)의 잔여 수명 및 식별 데이터(16)에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터를 전자적으로 기록하기 위해 구성된 적어도 하나의 데이터 프로세싱 유닛(18)을 포함한다.
베어링(12)의 제조업자에 의해 상기 데이터베이스(20)는 유지될 수 있다. 따라서 유사한 또는 실질적으로 동일한 베어링(12)의 배치(batch)의 각각의 베어링(12)이 추적될 수 있다. 베어링(12)의 전체 배치에 대해 데이터베이스(20)에서 수집된 잔여 수명 데이터에 의해 제조업자가 추가 정보, 가령, 잔여 수명의 변경율에 대한 사용성의 유형 또는 환경들 간 관계에 대한 정보를 추출하여 최종-사용자에게로의 서비스를 추가로 개선할 수 있다.
데이터베이스(20)는 베어링의 제조 후 그리고 베어링(14)의 수송 동안 획득되는 적어도 하나의 센서(14)로부터 획득된 데이터를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서(14)(베어링(12)이 사용 중일 때 사용되는 적어도 하나의 센서(14)와 동일할 필요는 없음)가 이 시간 동안 베어링이 영향 받는 힘의 크기, 화학물질의 유형 및 농도, 습도 수준 등을 등록할 수 있다.
또한 시스템은 기록 데이터 및 수리적 잔여 수명 예측 모델을 이용해 각각의 베어링(12)의 잔여 수명을 예측하도록 구성된 예측 유닛(22)을 더 포함한다.
시스템(10)의 모든 구성요소가 반드시 베어링(12) 근처에 위치해야 하는 것은 아니다. 시스템(10)의 구성요소가 유선 수단 또는 무선 수단 또는 이들의 조합에 의해 통신할 수 있고, 임의의 적합한 위치에 위치할 수 있다. 예를 들어, 기록 데이터(20) 및 복수의 수학적 잔여 수명 예측 모델(25)을 포함하는 데이터베이스가 원격지에 위치하고 예를 들어 서버(24)를 이용해 베어링(12)과 동일하거나 상이한 위치에 위치하는 적어도 하나의 데이터 프로세싱 유닛(18)과 통신할 수 있다.
적어도 하나의 데이터 프로세싱 유닛(18)은 식별 데이터(16) 및 센서(14)로부터 수신된 신호를 선택적으로 사전-프로세싱한다. 신호가 감지된 크기를 나타내는 서비스 수명 데이터를 생성하기 위해 변환, 재포맷팅, 또는 그 밖의 다른 방식으로 프로세싱될 수 있다. 적어도 하나의 데이터 프로세싱 유닛(18)은 통신 네트워크, 가령, 원격통신 네트워크 또는 인터넷을 통해 식별 데이터(16) 및 잔여 데이터를 통신하도록 배열될 수 있다. 서버(24)는 데이터를 식별 데이터(16)와 연관시켜 데이터베이스(20)에 로그 기록하여, 시간에 대한 누적 서비스 수명 데이터에 의해 베어링(12)의 히스토리를 구축할 수 있다.
적어도 하나의 데이터 프로세싱 유닛(18), 예측 유닛(22) 및/또는 데이터베이스(20)가 개별 유닛일 필요는 없고 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 개인 컴퓨터가 본 발명에 따르는 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
센서(14)는 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터를 획득하도록 구성된다. 예를 들어, 센서(14)는 다음 중 적어도 하나에 관한 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다: 진동, 온도, 롤링 접촉력/응력, 고주파수 응력파, 윤활 상태, 롤링 표면 손상, 동작 속도, 운반 하중, 윤활제 상태, 습도, 수분 또는 이온 유체에의 노출, 기계적 충격에의 노출, 부식, 피로 손상, 마모 중 적어도 하나에 대한 크기 및/또는 심각도에 한 데이터를 회득하도록 구성될 수 있다.
센서(14)는 다음의 기간들 중 하나의 기간의 적어도 일부분 동안 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다: 베어링의 제조 동안, 베어링이 제조된 후 베어링이 사용되기 전, 베어링이 사용되는 중, 베어링이 사용 중이 아닌 기간 동안, 베어링의 수송 중. 데이터는 주기적으로, 실질적으로 연속적으로, 랜덤하게, 요청이 있을 때, 또는 임의의 적합한 때에 획득될 수 있다. 덧붙여, 데이터 프로세싱 유닛(18)이 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터를 시스템의 센서(14) 중 하나 외의 다른 소스로부터, 사용자 또는 베어링의 제조자로부터 획득할 수 있다.
따라서 베어링의 완전한 히스토리 로그가 생성된다. 따라서 잔여 수명 데이터가 베어링의 수명 동안 누적된 결과로서, 제조 시부터 현재까지 항상 라이프-사이클의 임의의 시점에서 개별 배어링의 잔여 수명에 대한 더 정확한 예측이 이뤄질 수 있다. 적용되는 특정 기계적 라이프-사이클 모델에 따라, 최종 사용자는 베어링을 교체하거나 재제조하는 것이 바람직한 시점 등의 관련 사실을 통지 받는다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라서, 예측 유닛(22)이 하나 이상의 유사한 또는 실질적으로 동일한 베어링(12)과 관련된 기록 데이터를 이용해 베어링(12)의 잔여 수명 또는 베어링의 유형을 예측하도록 구성될 수 있다. 따라서 베어링(12) 에 대한 평균 잔여 수명 또는 베어링의 유형이 획득될 수 있다.
적어도 하나의 센서(14)에 의해 획득 및/또는 데이터 프로세싱 유닛(18)에 의해 기록된 새 데이터가 획득될 때 예측 유닛(22)은 수학적 잔여 수명 예측 모델 및 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 및/또는 하나 이상의 유사한 또는 실질적으로 동일한 베어링에 관련된 새 데이터를 이용해 잔여 수명 예측을 업데이트하도록 구성될 수 있다. 이러한 업데이트가 주기적으로, 실질적으로 연속적으로, 랜덤하게, 요청에 따라, 또는 임의의 적합한 때에 이뤄질 수 있다.
상기 시스템(10)은 복수의 수학적 잔여 수명 예측 모델로부터 특정 수학적 잔여 수명 예측 모델을 선택하도록 구성되고, 베어링(12)을 고유하게 식별하는 데이터(16)를 기초로 하여 데이터베이스(25)에 저장될 수 있다. 예측 유닛(22)은 다음 중 적어도 하나와 관련된 입력을 수신하도록 추가로 또는 대안적으로 구성될 수 있다: 가령, 수학적 잔여 수명 예측 모델의 하나 이상의 파라미터, 사용자 또는 또 다른 예측 유닛으로부터의 수학적 잔여 수명 예측 모델 선택.
베어링(12)의 잔여 수명의 베어링 상태 가정 또는 예측(26)이 이뤄지면, 사용자 인터페이스 상에 디스플레이되거나, 및/또는 사용자, 베어링 제조자, 데이터베이스, 및/또는 또 다른 예측 유닛(22)에게 전송될 수 있다. 베어링 상태 및/또는 하나 이상의 베어링(12)을 서비스, 교체, 또는 재제조하는 것이 추천되는 시기에 대한 통지가 시스템(10)에 의해 모니터되는 것이 임의의 적합한 방식으로, 가령, 통신 네트워크를 통해, 전자메일, 또는 전화 콜, 서신, 팩스, 알람 신호를 통해, 또는 제조사의 대표를 방문함으로써, 이뤄질 수 있다.
베어링(12)의 잔여 수명의 베어링 상태 가정 또는 예측(26)이 사용되어, 사용자가 베어링(12)을 교체해야 할 시가를 사용자에게 알릴 수 있다. 작업의 계속에 내포되는 위험 비용의 감소로 인해 개입의 비용(가령, 노동력, 재료 및 가령 공장 출력의 손실)이 정당화될 때 베어링(12)을 교체하기 위한 개입이 정당화된다. 위험 비용은 서비스 장애의 확률과 이러한 서비스 장애로부터 야기되는 재정적 패널티의 곱으로서 계산될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 시스템은 가령 사용자로부터 베어리(12)의 실제 잔여 수명에 대한 데이터를 획득하고, 이 데이터를 베어링(12)의 잔여 수명의 예측(26)과 함께 수학적 잔여 수명 예측 모델 개발자에게로 전송하도록 구성됨으로써, 수학적 잔여 수명 예측 모델의 개선 또는 변경이 이뤄질 수 있게 한다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 방법의 단계를 도시한다. 상기 방법은 베어링을 고유하게 식별하는 식별 데이터를 획득하는 단계, 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터를 획득하는 단계, 이 데이터를 기록하는 단계, 및 선택사항으로서 기록 데이터 및 수학적 잔여 수명 예측 모델을 이용해 베어링의 잔여 수명을 예측하는 단계를 포함한다. 데이터는, 예를 들어, IEE802.15.4를 기초로 하는 산업 무선 프로토콜을 이용해 베어링 및/또는 식별 데이터의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터를 획득하는 적어도 하나의 센서로 및/또는 센서로부터 전송된다. 산업 무선 프로토콜을 이용해, 가령, IEE802.15.4를 기초로 하여, 적어도 하나의 센서에 의해 획득된 데이터, 식별 데이터, 기록 데이터, 및/또는 잔여 수명 예측이 시스템의 그 밖의 다른 임의의 구성요소 또는 시스템 외부의 구성요소로, 사용자에게, 또는 베어링 제조자로 통신될 수 있다.
단계들은 반드시 도 2에 도시된 순서로 수행될 필요는 없고 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다 예를 들어, 베어링의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 임의의 데이터가 획득 및/또는 저장되기 전에 식별 데이터가 기록될 수 있다. 베어링의 잔여 수명의 예측을 생성하기 위해 사용되는 수학적 잔여 수명 예측 모델이 선택 또는 변경될 수 있고, 임의의 적합한 때에 예측이 업데이트될 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 시스템 또는 방법을 이용해 모니터링될 수 있는 베어링(12)의 예시를 개략적으로 도시한다. 도 3은 내부 링(28), 외부 링(30), 및 롤링 요소의 세트(32)를 포함하는 롤링 요소 베어링(12)을 도시한다. 본 발명의 실시예에 따르는 시스템 또는 방법을 이용해 모니터링될 수 있는 베어링(12)의 내부 링(28) 및/또는 외부 링(30)은 임의의 크기를 갖고 임의의 하중 지지력(load-carrying capacity)을 가질 수 있다. 예를 들어, 임의의 내부 링(28) 및/또는 외부 링(30)은 최대 수 미터까지의 지름과 최대 수 천 톤까지의 하중 지지력을 가질 수 있다.
해당 분야의 통상의 기술자에게 청구항의 범위 내에서의 본 발명의 추가 수정이 자명할 것이다. 청구항이 베어링을 모니터링하기 위한 방법, 시스템, 및 컴퓨터 프로그램 프로덕트에 관한 것이더라도, 이러한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램은 회전 기계류, 가령, 기어 휠(gear wheel)의 또 다른 일부 구성요소를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 베어링(12)을 모니터링하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
    적어도 하나의 센서(14)를 이용하여 상기 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터를 획득하는 단계,
    상기 베어링(12)을 고유하게 식별하는 식별 데이터(16)를 획득하는 단계,
    산업 무선 프로토콜을 이용해 적어도 하나의 센서(14)로 및/또는 상기 센서로부터 데이터를 전송하는 단계, 및
    상기 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 상기 데이터와 상기 식별 데이터(16)를 기록 데이터로서 데이터베이스(20)에 기록하는 단계
    를 포함하는, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산업 무선 프로토콜은 IEE802.15.4를 기초로 하는, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서(14)는 상기 베어링(12)의 내부 링(28) 또는 외부 링(30)에 부착되는, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터를 획득하는 단계는, 베어링의 제조 중에, 베어링의 제조 후 베어링의 사용 전에, 베어링의 사용 중에, 베어링이 사용되고 있지 않은 중에, 베어링의 수송 중의 주기들 중 하나의 적어도 일부 동안 수행되는, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터는, 진동, 온도, 롤링 접촉력(rolling contact force)/응력(stress), 고주파수 응력파, 윤활제 상태, 롤링 표면 손상, 동작 속도, 운반 하중, 윤활 상태, 습도, 수분 또는 이온 유체에의 노출, 기계적 충격에의 노출, 부식, 피로 손상, 마모 중 적어도 하나의 크기 및/또는 심각도와 관련된 데이터를 포함하는, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식별 데이터(16)를 획득하는 단계는 상기 베어링과 연관된 기계 판독형 식별자로부터 상기 식별 데이터(16)를 획득하는 단계를 포함하는, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전자 수단이 기록하는 단계에서 상기 데이터를 데이터베이스(20)에 기록하기 위해 사용되는, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기록 데이터 및 수학적 잔여 수명 예측 모델을 이용하여 상기 베어링(12)의 잔여 수명을 예측하는 단계를 포함하는, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링(12)은 롤링 요소 베어링(12)인, 베어링을 모니터링하기 위한 방법.
  10. 컴퓨터 판독형 매체 또는 반송파에 저장된 컴퓨터 또는 프로세서가 청구항 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따르는 방법의 단계를 실행하게 하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 프로덕트.
  11. 베어링(12)을 모니터링하기 위한 시스템(10)으로서, 상기 시스템은
    상기 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터를 획득하도록 구성된 적어도 하나의 센서(14),
    상기 베어링(12)을 고유하게 식별하는 식별 데이터(16)를 획득하도록 구성된 적어도 하나의 식별 센서(14),
    산업 무선 프로토콜을 이용해 적어도 하나의 센서(14)로 및/또는 상기 센서로부터 데이터를 전송하도록 구성된 전송 수단, 및 상기 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상에 대한 데이터 및 상기 식별데이터(16)를 데이터베이스(20)에 기록 데이터로서 기록하도록 구성된 데이터 프로세싱 유닛(18)
    을 포함하는, 베어링을 모니터링하기 위한 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 산업 무선 프로토콜은 IEE802.15.4를 기초로 하는, 베어링을 모니터링하기 위한 시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서(14)는 상기 베어링(12)의 내부 링(28) 또는 외부 링(30)에 부착되는, 베어링을 모니터링하기 위한 시스템.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터를 획득하도록 구성된 상기 적어도 하나의 센서(14)는, 베어링의 제조 중에, 베어링의 제조 후 베어링의 사용 전에, 베어링의 사용 중에, 베어링이 사용되고 있지 않은 중에, 베어링의 수송 중의 주기들 중 하나의 적어도 일부 동안, 상기 데이터를 획득하도록 구성되는, 베어링을 모니터링하기 위한 시스템.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링(12)의 잔여 수명에 영향을 미치는 인수들 중 하나 이상과 관련된 데이터는, 진동, 온도, 롤링 접촉력(rolling contact force)/응력(stress), 고주파수 응력파, 윤활제 상태, 롤링 표면 손상, 동작 속도, 운반 하중, 윤활 상태, 습도, 수분 또는 이온 유체에의 노출, 기계적 충격에의 노출, 부식, 피로 손상, 마모 중 적어도 하나의 크기 및/또는 심각도와 관련된 데이터를 포함하는, 베어링을 모니터링하기 위한 시스템.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 식별 센서(14)는 상기 베어링(12)과 연관된 기계 판독형 식별자로부터 상기 식별 데이터(16)를 획득하도록 구성된 판독기(reader)를 포함하는, 베어링을 모니터링하기 위한 시스템.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 프로세싱 유닛(18)은 상기 데이터를 전자적으로 기록하도록 구성되는, 베어링을 모니터링하기 위한 시스템.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기록 데이터 및 수학적 잔여 수명 예측 모델을 이용하여 상기 베어링(12)의 잔여 수명을 예측하도록 구성된 예측 유닛(22)을 포함하는, 베어링을 모니터링하기 위한 시스템.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링(12)은 롤링 요소 베어링(12)인, 베어링을 모니터링하기 위한 시스템.
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