Mechatronika 8 Zdalna Diagnostyka i obsługa systemów Jędrzejewski
Mechatronika ModuÅ‚ 8: Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych PodrÄ™cznik (Koncepcja) Jerzy JÄ™drzejewski Politechnika WrocÅ‚awska, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji, WrocÅ‚aw, Polska Projekt UE Nr 2005-146319 MINOS , Realizacja od 2005 do 2007 Europejska koncepcja szkolenia fachowców globalnej przemysÅ‚owej produkcji w zakresie mechatroniki. Projekt zostaÅ‚ sfinansowany przez UniÄ™ EuropejskÄ… w ramach realizacji unijnego programu szkolenia zawodowego Leonardo da Vinci . www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch Partnerzy projektu przy opracowaniu i testowaniu koncepcji metody nauczania " Uniwersytet Techniczny w Chemnitz, Instytut Obrabiarek i Procesów Produkcyjnych, Niemcy Kierownictwo projektu " Uniwersytet Corvinus w Budapeszcie, Instytut Technologii Informatycznych, WÄ™gry " Uniwersytet w Sztokholmie, Instytut Socjologii, Szwecja " Politechnika WrocÅ‚awska, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji, WrocÅ‚aw, Polska " Firma konsultingowa Henschke, Drezno, Niemcy " Poradnictwo dla przedsiÄ™biorców Christian Stöhr, Niemcy " Neugebauer i Partner OHG, Drezno, Niemcy " Korff Isomatic sp. z o.o., WrocÅ‚aw, Polska " Euroregionalna Izba Handlowo-PrzemysÅ‚owa, Jelenia Góra, Polska " ZakÅ‚ady Metalowe Dunaferr, Dunajvaros, WÄ™gry " ZakÅ‚ady Knorr-Bremse Kft., Kecskemet, WÄ™gry " Narodowy Instytut KsztaÅ‚cenia Zawodowego, Budapeszt, WÄ™gry Koncepcja metody nauczania: " ModuÅ‚ 1: Podstawy " ModuÅ‚ 2: Zachowanie spoÅ‚eczne, zarzÄ…dzanie projektami " ModuÅ‚ 3: Technika pÅ‚ynowa " ModuÅ‚ 4: NapÄ™dy i sterowania elektryczne " ModuÅ‚ 5: Komponenty mechatroniczne " ModuÅ‚ 6: Systemy i funkcje mechatroniczne " ModuÅ‚ 7: Uruchamianie, bezpieczeÅ„stwo, wyszukiwanie bÅ‚Ä™dów " ModuÅ‚ 8: Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych Dalsze informacje pod adresem: Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Reimund Neugebauer Prof. Dr.-Ing. Dieter Weidlich Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz Tel.: +49(0)0371 531-23500 Fax: +49(0)0371 531-23509 Email: wzm@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch 2 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos Spis treÅ›ci: 1 Cele i zadania zdalnej diagnostyki i serwisu .................................................................... 5 2 Istota, skÅ‚adniki i dziaÅ‚anie systemu diagnostycznego...................................................... 7 3 Istota, skÅ‚adniki i dziaÅ‚anie systemu diagnozowania serwisowego................................. 12 4 Kierunki rozwoju ............................................................................................................. 16 3 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos 4 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos 1 Cele i zadania zdalnej diagnostyki i serwisu Współczesne systemy maszynowe cechuje wysoki poziom automaty- zacji. Stosowane w tej automatyzacji systemy sterowania realizujÄ… swoje zadania na podstawie rozkazów generowanych w mikroproceso- rach, procesorach bÄ…dz komputerach. Rozkazy te, czyli decyzje ste- rownicze sÄ… podejmowane w oparciu o sygnaÅ‚y sensorów rozmiesz- czonych w elementach wykonawczych systemów mechatronicznych, informujÄ…cych o stanie tych elementów i przebiegu realizowanych za- daÅ„. SÄ… one podstawÄ… do wnioskowania o prawidÅ‚owoÅ›ci dziaÅ‚ania samych systemów i realizowanych zadaÅ„ (procesów) oraz oceny in- tensywnoÅ›ci ich zakłóceÅ„, które wymagajÄ… aktywnej minimalizacji oraz kompensacji wywoÅ‚anych nimi bÅ‚Ä™dów. Samo sterowanie odbywa siÄ™ zgodnie z algorytmem, który uwzglÄ™dnia wszystkie czynniki decydujÄ…- ce o prawidÅ‚owoÅ›ci dziaÅ‚ania systemu mechatronicznego i realizowa- nych procesów. W wielu przypadkach funkcje sterownicze realizowane sÄ… w sposób inteligentny z zastosowaniem odpowiednich narzÄ™dzi sztucznej inteligencji. Inteligentne może być diagnozowanie poje- dynczego sytemu mechatronicznego caÅ‚ych maszyn i procesów, a tak- że nadzorowanie prawidÅ‚owoÅ›ci dziaÅ‚ania systemów mechatronicznych i maszyn. Ponadto inteligentne może też być ich diagnozowanie dla celów serwisowych. PojawiajÄ…ce siÄ™ w czasie eksploatacji maszyn nieprawidÅ‚owoÅ›ci ich dziaÅ‚ania i uszkodzenia, skutkujÄ… dla użytkowników dużymi kosztami opóznieÅ„ produkcyjnych, przestojów i napraw. ZrodziÅ‚o to potrzebÄ™ ciÄ…gÅ‚ego monitorowania dziaÅ‚ania maszyn i procesów, prognozowania zakłóceÅ„ i dziaÅ‚aÅ„ zapobiegajÄ…cych pogorszeniu jakoÅ›ci procesów, a także podejmowania zaplanowanych w oparciu o te prognozy nie- zbÄ™dnych dziaÅ‚aÅ„ naprawczych. Monitorowanie takie przeprowadza siÄ™ coraz częściej zdalnie i zdalnie podejmowane sÄ… decyzje, a nawet i dziaÅ‚ania serwisowe. W wielu przypadkach konieczność zdalnego mo- nitorowania i serwisowania wynika stÄ…d, że niezbÄ™dnÄ… gÅ‚Ä™bokÄ… wiedzÄ™ do oceny niestandardowych zakłóceÅ„, ich skutków i podejmowania decyzji serwisowych, majÄ… tylko producenci modułów i caÅ‚ych syste- mów mechatronicznych. Zadaniem zdalnej diagnostyki jest przekazanie bezprzewodowo na maÅ‚Ä… bÄ…dz znacznÄ… odlegÅ‚ość sygnałów diagnostycznych o wymaganej informacyjnoÅ›ci, z obiektu diagnozowanego do bliskiego lub dalekiego odbiornika, stacji monitorujÄ…cej lub centrum monitorowania. Odpo- wiedni system wnioskowania, inteligentny system doradczy lub ekspert oceni zakłócenia i podejmie decyzje serwisowe. Zdalnie generuje on prognozy i ocenia aktualne odchylenia od prawidÅ‚owego dziaÅ‚ania oraz identyfikuje postÄ™pujÄ…cÄ… degradacjÄ™ parametrów eksploatacyjnych, z wymaganÄ… dokÅ‚adnoÅ›ciÄ… i prawdopodobieÅ„stwem. OdpowiedziÄ… ukÅ‚a- du diagnozowania sÄ… wnioski diagnostyczne, które sÄ… podstawÄ… do podejmowania decyzji serwisowych. 5 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos Zadaniem zdalnego systemu serwisowania jest: - Zapobieganie nadmiernemu pogorszeniu parametrów pracy syste- mów mechatronicznych (maszyn i urzÄ…dzeÅ„) poprzez redukcjÄ™ zakłó- ceÅ„ i kompensacjÄ™ bÅ‚Ä™dów. - Przewidywanie nadmiernych bÅ‚Ä™dów i uszkodzeÅ„ przed ich wystÄ…pie- niem, umożliwiajÄ…ce przeprowadzenie dziaÅ‚aÅ„ naprawczych w sposób zaplanowany i przygotowany tak, by ich skutki ekonomiczne byÅ‚y jak najmniejsze (dziaÅ‚anie inteligentne). - Optymalne planowanie zadaÅ„ serwisowych w okresach eksploatacji najkorzystniejszych dla użytkownika. RewolucjÄ… w zakresie zdalnej diagnostyki jest opanowanie metody za- równo bezprzewodowego zasilania sensorów, jak i odbioru ich sygna- łów diagnostycznych. PozwoliÅ‚o to na miniaturyzacjÄ™ systemów pomia- rowych, usprawnienie pomiarów oraz stworzyÅ‚o możliwość wnikania sensorami w strukturÄ™ obiektów zgodnie z potrzebami diagnozowania. Zdalne poÅ‚Ä…czenie sensorów z sieciami komunikacyjnymi daÅ‚o prawie nieograniczonÄ… możliwość sterowania procesem diagnozowania, ope- rujÄ…c nie tylko pojedynczymi sensorami, ale również grupami senso- rów. PozwoliÅ‚o również na wykorzystywanie informacji z sensorów za- równo przez ukÅ‚ady sterujÄ…ce jak i diagnozujÄ…ce oraz prognozujÄ…ce. Ma to szczególne znaczenie w diagnozowaniu elementów, modułów i systemów mechatronicznych. 6 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos 2 Istota, budowa i dziaÅ‚anie systemu diagnostycznego Diagnostyka maszyn jest podstawÄ… ich dokÅ‚adnego i niezawodnego dziaÅ‚ania. Im bardziej zÅ‚ożona jest maszyna, jej system mechatronicz- ny i realizowane procesy technologiczne, tym wiÄ™ksza jest liczba róż- norodnych zródeÅ‚ zakłóceÅ„, które muszÄ… być okresowo lub ciÄ…gle ob- serwowane monitorowane, a powodowane nimi bÅ‚Ä™dy zmniejsza- ne. Im wiÄ™ksza jest wymagana precyzja dziaÅ‚ania maszyn (diagnozo- wanych obiektów), tym wiÄ™ksza musi być dokÅ‚adność i niezawodność identyfikacji i oceny zakłóceÅ„, czyli tym wiÄ™ksza musi być dokÅ‚adność dziaÅ‚ania zastosowanych sensorów, przetwarzania pozyskiwanych sy- gnałów diagnostycznych, oraz dokÅ‚adność ich przesyÅ‚ania do monitora, systemu sterowania, centrum diagnostycznego lub serwisowego. Pro- jektowanie zatem lub wybór wymaganego procesu diagnostycznego, niezbÄ™dnego sprzÄ™tu i oprogramowania, wymaga bardzo obszernej wiedzy dotyczÄ…cej budowy maszyny i realizowanych procesów, teorii i praktyki diagnozowania oraz wszystkich skÅ‚adników systemów diagno- stycznych. ZÅ‚ożoność i precyzja diagnozowania zależy od wpÅ‚ywu diagnozowa- nych parametrów maszyn na ich procesy robocze. PrzykÅ‚adowe udzia- Å‚y niesprawnoÅ›ci dla wybranego centrum obróbkowego przedstawia tabela 1, zaÅ› typowe wielkoÅ›ci wymagajÄ…ce Å›ledzenia pokazano na rys.1. Miejsce niesprawnoÅ›ci UdziaÅ‚ [%] Przenoszenie i podawanie przedmiotów 20,1 UkÅ‚ad sterowania DNC 18,2 Mechanizm wymiany narzÄ™dzi 14,6 Ustawienie dÅ‚ugoÅ›ci narzÄ™dzia 14,1 ZespoÅ‚y mechaniczne obrabiarki 12,1 Uszkodzenie narzÄ™dzia 6,8 Mocowanie przedmiotu 2.6 Sterowanie dopasowujÄ…ce 1,7 Podawanie chÅ‚odziwa 1,7 Mocowanie palet 1,1 UkÅ‚ad NC 0,9 Problemy z wiórami 0,9 Hydraulika 0,9 PozostaÅ‚e niesprawnoÅ›ci 4,3 Tabela 1: UdziaÅ‚y niesprawnoÅ›ci dla centrów obróbkowych 7 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos Kompleksowa diagnostyka tak zÅ‚ożonego obiektu, jakim jest obrabiar- ka w trakcie jej eksploatacji, jest bardzo trudna i kosztowna. Sensory do ciÄ…gÅ‚ego lub okresowego monitorowania muszÄ… być na staÅ‚e roz- mieszczone w strukturze obrabiarki - stanowi to zwykle duży koszt. AÄ…czy siÄ™ je przewodowo, a w niektórych przypadkach bezprzewodo- wo z ukÅ‚adami obróbki sygnałów, poprzez zastosowanie odpowiednich standardów komunikacyjnych. Ważne jest, aby sygnaÅ‚y byÅ‚y jedno- znaczne tj. precyzyjnie informowaÅ‚y o zmianach monitorowanych wiel- koÅ›ci oraz aby nie zostaÅ‚y zakłócone w trakcie ich przesyÅ‚ania do ukÅ‚a- dów przetwarzania. Odpowiednio przetworzony sygnaÅ‚ diagnostyczny wykorzystywany jest nastÄ™pnie w procesie wnioskowania, który w pro- stym przypadku polega na ocenie jak siÄ™ ma wartość zmierzona do wartoÅ›ci wÅ‚aÅ›ciwej dla poprawnie zachowujÄ…cego siÄ™ parametru moni- torowanego. Wynik wnioskowania stanowi podstawÄ™ do sformuÅ‚owania wniosków diagnostycznych. Dla zÅ‚ożonych zjawisk i zachowaÅ„ obiektu trzeba oceniać naraz wiele sygnałów diagnostycznych. Taki proces wnioskowania może być bardzo zÅ‚ożony i wymagać stosowania ob- szernych baz wiedzy, bardzo zÅ‚ożonych procedur i algorytmów, nawet z udziaÅ‚em narzÄ™dzi sztucznej inteligencji: logiki rozmytej, sieci neuro- nowych, systemów ekspertowych. Rys. 1: Typowe wielkoÅ›ci wymagajÄ…ce Å›ledzenia w centrach obróbkowych 8 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos Istotne znaczenie może mieć również sprawność zastosowanego sys- temu komunikacyjnego zwÅ‚aszcza, gdy diagnozowane wielkoÅ›ci sÄ… krytyczne dla niezawodnoÅ›ci dziaÅ‚ania obiektu (wymagajÄ… szybkiej re- akcji). Im dalej od zródÅ‚a sygnaÅ‚u znajduje siÄ™ czujnik, tym wiÄ™ksza jest obawa, że czuÅ‚ość ukÅ‚adu nadzorowania może być niewystarczajÄ…ca,, a czas reakcji zbyt dÅ‚ugi. W takich przypadkach nieodzowne może siÄ™ okazać stosowanie odpowiednich wzmacniaczy pomiarowych zinte- growanych z sensorami, filtrów cyfrowych oraz odpowiedniego prze- twarzania sygnałów. StosujÄ…c takie procedury można bardzo zwiÄ™k- szyć rozdzielczość wielkoÅ›ci mierzonej pomiarowych. Danymi wejÅ›ciowymi do diagnostyki obiektu sÄ…: - wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci sygnałów diagnostycznych i miejsca ich pozyskiwania (lokalizacja sensorów, szybkość zmian, dostÄ™pność dla serwisu), - wartoÅ›ci graniczne kontrolowanych wielkoÅ›ci, - zależnoÅ›ci pomiÄ™dzy generowanymi sygnaÅ‚ami, a zakłóceniami za- chowania siÄ™ obiektu lub procesu, - czujniki i urzÄ…dzenia pomiarowe (czuÅ‚ość, zÅ‚ożoność, adaptacyjność, liczebność, koszt, stopieÅ„ automatyzacji), - forma gromadzonych informacji, - metody przetwarzania sygnałów, - metody weryfikacji, - sposób komunikacji z odbiornikami, - strategia diagnozowania, - metody wnioskowania. Aby ograniczyć liczbÄ™ niezbÄ™dnych sensorów i zmniejszyć zÅ‚ożoność systemu przetwarzania sygnałów, czÄ™sto racjonalne jest korzystanie z takich sensorów, których sygnaÅ‚y mogÄ… po odpowiednim przetworze- niu dostarczać wielu informacji o zachowaniu siÄ™ obiektu. Znaczne uproszczenie torów pomiarowych i Å‚atwiejsze pozyskiwanie informacji diagnostycznych może zapewnić stosowanie przetworników inteligentnych. Dla przykÅ‚adu strukturÄ™ inteligentnego przetwornika siÅ‚y przedstawia rys. 2. SÄ… to zazwyczaj maÅ‚e gabarytowo zespoÅ‚y, wyko- nywane jako mikrostruktury MEMS (Micro-Electro-Mechanical Sys- tems), które obejmujÄ… czujnik z odpowiednio dopasowanym wzmac- niaczem cyfrowym i mikroprocesor, z zapisanÄ… wiedzÄ… do inteligentne- go przetwarzania sygnałów. Kryteriami do projektowania diagnostyki sÄ…: - czuÅ‚ość sygnałów diagnostycznych na zmiany zachowania siÄ™ ma- szyny/procesu oraz pojemność informacyjna, - stopieÅ„ degradacji maszyny/procesu, - poziom kwalifikacji obsÅ‚ugi, - niezawodność, - koszty eksploatacyjne. 9 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos Typowe urzÄ…dzenie diagnostyczne obiektów mechanicznych skÅ‚ada siÄ™ z nastÄ™pujÄ…cych zespołów i elementów: 1. UkÅ‚ad pomiarowy (czujniki, ukÅ‚ady dopasowujÄ…ce odpowiedzialne za dopasowanie energetyczne i informacyjne sygnałów, gniazda dia- gnostyczne do pobierania informacji z obiektu). 2. wzmacniacze pomiarowe, przetworniki analogowo cyfrowe, prze- Å‚Ä…czniki kanałów, porty WE/WY (I/O), inne. 3. Procesor sygnaÅ‚owy (Digital Signals Processor wykorzystywany do obliczania wartoÅ›ci symptomów diagnostycznych). 4. UkÅ‚ad decyzyjny zawierajÄ…cy (przetworniki logiczne, translatory po- ziomów napięć, komparatory cyfrowe, inne). 5. UkÅ‚ad prezentacji informacji (display), który dekoduje informacje i przedstawia je w formie najdogodniejszej dla użytkownika (monitor, drukarka, wskazniki analogowe, wskazniki cyfrowe, inne). 6. UkÅ‚ad gromadzenia informacji (pamięć: RAM, RAM-DISK, VDISK). 7. Oprogramowanie (systemowe, przetwarzania i analizy sygnałów, diagnozowania i prognozowania stanu, funkcji realizowanych przez urzÄ…dzenie diagnostyczne, komunikacji pomiÄ™dzy warstwami systemu, zarzÄ…dzajÄ…ce pracÄ… systemu. DIN 66348 RS 485 RS 232 czujnik siÅ‚y 1 czujnik wejÅ›cia siÅ‚y 2 czujnik wyjÅ›cia ciÅ›nie- alarm. nia czujnik a/c 5|2|6|9|3 temp. Rys. 2: Struktura inteligentnego przetwornika siÅ‚y 10 c ik a/ tworn Mikroprocesor Prze UkÅ‚ad próbkujÄ…co pamiÄ™tajÄ…cy P C Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos Schemat blokowy urzÄ…dzenia diagnostycznego przedstawia rys. 3. URZDZENIE DIAGNOSTYCZNE Czujniki Elementy sygnałów diagnostycznych Gniazda System diagnostyczny diagnostyczne WielokanaÅ‚owy Pamięć RAM Procesor przetwornik sygnałów Pamięć RAM-DISK diagnostycznych Pamięć VDISK Magistrala systemowa Klawiatura Monitor Drukarka Oprogramowanie Rys. 3: Schemat blokowy mikroprocesorowego urzÄ…dzenia diagnostycznego 11 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos 3 Istota, skÅ‚adniki i dziaÅ‚anie systemu diagnozowania serwisowego W odróżnieniu od ogólnej diagnostyki prawidÅ‚owoÅ›ci dziaÅ‚ania obiektu i prawidÅ‚owoÅ›ci realizowanych przez ten obiekt procesów roboczych, która informuje użytkownika o tym, czy zakłócenia sÄ… w dopuszczal- nych granicach i czy osiÄ…ga siÄ™ zadowalajÄ…cÄ… dokÅ‚adność wyrobów, diagnostyka serwisowa ma sÅ‚użyć okresowej korekcji bÅ‚Ä™dów i plano- wemu przywracaniu obiektowi poprawnych parametrów eksploatacyj- nych. Polega ona zatem na Å›ledzeniu stopnia degradacji obiektu (ma- szyny) po to, by w odpowiednim czasie zastosować korekcjÄ™, kompen- sacjÄ™ bÅ‚Ä™dów lub dokonać naprawy w sposób planowy i dobrze przygo- towany, czyli w krótkim czasie postoju, wtedy, gdy jest to niezbÄ™dne, a zarazem dogodne dla użytkownika. Diagnostyka serwisowa sÅ‚uży za- tem przywracaniu maszynie jej prawidÅ‚owych parametrów eksploata- cyjnych, gwarantujÄ…cych żądanÄ… dokÅ‚adność realizowanych procesów (wyrobów). Prognozowanie postÄ™pujÄ…cej degradacji skÅ‚adników maszyny z natury rzeczy wymaga bardziej szczegółowego niż ma to miejsce w diagno- styce ogólnej, wnikania w procesy zużycia, mechanizm zmiany warto- Å›ci parametrów eksploatacyjnych symptomy postÄ™pujÄ…cych uszko- dzeÅ„. Jest zatem konieczne operowanie w tej diagnostyce najnowszÄ…, obszernÄ… wiedzÄ… dotyczÄ…cÄ… budowy i dziaÅ‚ania maszyny, jej dokÅ‚adno- Å›ci, zakłóceÅ„ tej dokÅ‚adnoÅ›ci, metodach korygowania bÅ‚Ä™dów, ich kom- pensacji oraz technik i technologii dokonywania napraw. MożliwoÅ›ci przeprowadzania dziaÅ‚aÅ„ diagnostyki serwisowej muszÄ… być na ogół uwzglÄ™dnione już na etapie konstruowania maszyn. Doty- czy to zwÅ‚aszcza rozmieszczenia w strukturze maszyn samych senso- rów lub sensorów o strukturze czujników inteligentnych oraz elemen- tów niezbÄ™dnych do ich komunikacji z centrum diagnostyczno serwi- sowym użytkownika lub producenta. Na tym etapie mogÄ… być również przeprowadzane symulacje zwiÄ…zków sygnałów diagnostycznych z usterkami, które uÅ‚atwiajÄ… prognozowanie dziaÅ‚aÅ„ serwisowych i okre- Å›lanie potrzeb zwiÄ…zanych ze strukturÄ… ukÅ‚adów pomiarowych. Operowanie wiedzÄ… w tej diagnostyce wiąże siÄ™ z modelowaniem za- chowania siÄ™ maszyny w warunkach eksploatacyjnych, modelowaniem bÅ‚Ä™dów w postaci funkcji uproszczonych nadajÄ…cych siÄ™ do okresowe- go nadzorowania i kompensacji, prognozowaniem ograniczonego, do- puszczalnego, pogorszenia zachowania siÄ™ maszyny i możliwych uszkodzeÅ„. DziaÅ‚ania te sÄ… bardzo zÅ‚ożone i wymagajÄ… angażowania odpowied- niego sprzÄ™tu komputerowego i oprogramowania oraz bardzo wyso- kich kwalifikacji projektantów. W wielu przypadkach można korzystać z wyspecjalizowanych handlowych programów i modułów diagnostycz- nych. 12 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos PrzykÅ‚adowy przebieg degradacji parametru eksploatacyjnego maszy- ny/urzÄ…dzenia technologicznego przedstawia rys. 4. Zaznaczono na nim wartość dopuszczalnÄ… sygnaÅ‚u mierzonego (symptomu diagno- stycznego) oraz jego wartość granicznÄ… i wynikajÄ…cy stÄ…d stan spraw- noÅ›ci i stan niesprawnoÅ›ci technicznej maszyny. Przekroczenie przez symptom wartoÅ›ci dopuszczalnej Ud oznacza, że diagnozowane urzÄ…- dzenie jest już niesprawne technicznie, ale może być jeszcze przez pewien czas eksploatowane, czyli jest jeszcze zdatne do realizacji swoich funkcji. O stanie niezdatnoÅ›ci urzÄ…dzenia do dalszej eksploata- cji bÄ™dzie Å›wiadczyć przekroczenie przez symptom wartoÅ›ci granicznej Ug, która wyznacza też ostateczny termin dokonania naprawy. Obsza- ry stanów zdatnoÅ›ci eksploatacyjnej, i niesprawnoÅ›ci technicznej, mo- gÄ… częściowo na siebie zachodzić. Pokrywanie siÄ™ tych dwóch stanów okreÅ›la obszar, w którym urzÄ…dzenie jest niesprawne, ale jeszcze zdatne do eksploatacji (rys. 5). stan niezdatny Ug Ug - wartość graniczna stan niesprawny - wartość dopuszczalna Ud ale zdatny Ud stan sprawny Parametr struktury/stan techniczny stan sprawny stan niesprawny stan zdatny stan niezdatny Rys. 4: Klasyfikacja stanów technicznych maszyn i urzÄ…dzeÅ„ Stany sprawnoÅ›ci Obszar zdatnoÅ›ci Stany niesprawnoÅ›ci ale zdatnoÅ›ci Obszar niesprawnoÅ›ci Stany niezdatnoÅ›ci Rys. 5: Obszary stanów technicznych maszyn i urzÄ…dzeÅ„ 13 SygnaÅ‚/symptom Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos Zakres komputerowego wspomagania eksploatacji obiektów technicz- nych przetwarzaniem wiedzy i diagnostykÄ… przedstawia rys. 6. UwzglÄ™dnia on bardzo szerokie spektrum analiz oraz stosowanie na- rzÄ™dzi sztucznej inteligencji. ZADANIE DIAGNOSTYCZNE (obiekty rzeczywiste) MODELE MECHANICZNE (struktura i cechy stanu) MODEL FIZYCZNY MODEL MATEMATYCZNY IDENTYFIKACJA MODELI Opis jakoÅ›ciowy Opis wyjaÅ›niÄ…cy Opis iloÅ›ciowy MODEL MODEL STRUKTURALNY STRUKTURALNY - dynamika - ewolucja Typy modeli: zużycia zużycia deterministyczne probabilistyczne MODEL MODEL rozmyte HOLISTYCZNY SYMPTOMOWY MODEL DIAGNOSTYCZNY MODELE WNIOSKOWANIA DIAGNOSTYKA DIAGNOSTYKA HOLISTYCZNA deterministyczne SYMPTOMOWA probabilistyczne rozmyte neuronowe eksperckie inne KRYTERIA DIAGNOSTYKA ENERGETYCZNA podziaÅ‚ modeli DIAGNOZA trafność (aktualna/przyszÅ‚a) stany graniczne efektywność inne Rys.6: MożliwoÅ›ci modelowania diagnostycznego obiektów 14 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos Sposób poszukiwania relacji pomiÄ™dzy symptomem a defektem, co jest intencjÄ… diagnostyki serwisowej, pokazuje rys. 7. Wymaga to bar- dzo zÅ‚ożonego dziaÅ‚ania na modelach: odwracania modeli, zÅ‚ożonego badania ich czuÅ‚oÅ›ci na defekt, generowania danych uczÄ…cych,, two- rzenia modeli adaptacyjnych oraz budowy relacji diagnostycznych. DziÄ™ki posÅ‚użeniu siÄ™ w procesie diagnozowania takimi wÅ‚aÅ›nie symu- lacyjnymi technikami pozyskiwania relacji symptom defekt obsÅ‚uga diagnozowanego urzÄ…dzenia uzyska na monitorze, nie tylko informacje o wystÄ…pieniu awarii, ale również identyfikacjÄ™ defektu. Metoda klasyczna DEFEKT MODEL SYMPTOM Metoda odwracania modeli MODEL SYMPTOM DEFEKT ODWRÓCONY Odwracanie modeli za pomocÄ… trenowania ukÅ‚adów adaptacyjnych (algorytmy specjalne, sieci neuronowe) Budowa modeli obiektów Budowa modeli adaptacyjnych Badanie czuÅ‚oÅ›ci modelu Trenowanie ukÅ‚adów na defekt adaptacyjnych Generowanie danych Budowa relacji diagnostycznych uczÄ…cych Rys. 7: Symulacyjne techniki pozyskiwania relacji diagnostycznych: klasyczne i w oparciu o metodologiÄ™ odwracania modeli przyjÄ™tych obiektów 15 Zdalna diagnostyka i obsÅ‚uga systemów mechatronicznych - PodrÄ™cznik Minos 4 Kierunki rozwoju Zdalna diagnostyka i serwis ma bardzo silne umocowanie ekonomicz- ne wynikajÄ…ce stÄ…d, że przyczynia siÄ™ do zwiÄ™kszenia czasu życia wy- robów. Tendencje zatem zwiÄ™kszania czasu życia bÄ™dÄ… siÄ™ przekÅ‚ada- Å‚y na tendencje rozwoju zdalnej diagnostyki i nadzorowania. Ponadto wobec rosnÄ…cej globalizacji wytwarzania, jego rozproszenie roÅ›nie i coraz bardziej nieodzowne staje siÄ™ korzystanie ze zdalnej diagnostyki i serwisu, co powinno znaczÄ…co zwiÄ™kszać niezawodność systemów mechatronicznych, procesów technologicznych oraz wytwarzanych fi- nalnych wyrobów. BÄ™dzie zatem nadal intensywnie rozwijana moduÅ‚o- wość systemów diagnozowania i coraz wiÄ™cej funkcji diagnostycznych bÄ™dzie realizowanych przez inteligentne sensory. BÄ™dzie temu z natury rzeczy towarzyszyÅ‚a miniaturyzacja ukÅ‚adów pomiarowych i ich inte- gracja z procesorami odpowiedzialnymi za przetwarzanie sygnałów i wnioskowanie diagnostyczne. BÄ™dzie też rozwijana niezawodna tech- nologia zdalnego zasilania tych ukÅ‚adów i przekazywania powstaÅ‚ych w nich informacji na wyższy szczebel decyzyjny do centrów diagno- styczno serwisowych. SÅ‚użyć temu bÄ™dÄ… nowe, bardziej doskonaÅ‚e standardy komunikacyjne i algorytmy decyzyjne wsparte narzÄ™dziami sztucznej inteligencji. Rozwój zdalnego diagnozowania i serwisu systemów maszynowych zmierza do caÅ‚kowitego objÄ™cia ich tymi dziaÅ‚aniami oraz totalnego nadzorowania i serwisowania opartego o prognozy. 16