ISO 13374: مراقبة حالة الآلات وتشخيصها - معالجة البيانات والاتصال بها وعرضها

ملخص

يُعدّ معيار ISO 13374 معيارًا بالغ الأهمية في عالم إنترنت الأشياء الصناعي وبرامج مراقبة الحالة. فهو يُعالج تحدي التوافق بين أنظمة المراقبة وأجهزة الاستشعار ومنصات البرامج المختلفة. فبدلًا من تعريف تقنيات القياس، يُحدد هذا المعيار بنية موحدة ومفتوحة لكيفية معالجة بيانات مراقبة الحالة وتخزينها وتبادلها. ويُشار إليه غالبًا باسم بنية تحالف أنظمة إدارة معلومات الآلات المفتوحة (MIMOSA)، التي يستند إليها. والهدف هو إنشاء بيئة جاهزة للاستخدام لتقنيات مراقبة الحالة.

جدول المحتويات (البنية المفاهيمية)

ينقسم المعيار إلى عدة أجزاء، ويُحدد بنية معلومات متعددة الطبقات. جوهر المعيار هو مخطط كتلي وظيفي بست طبقات رئيسية تُمثل تدفق البيانات في أي نظام مراقبة حالة:

1. 1. DA: كتلة اكتساب البيانات:

   هذه هي الطبقة الأساسية، وتعمل كجسر بين الآلة المادية ونظام المراقبة الرقمية. الوظيفة الأساسية لوحدة DA هي الاتصال المباشر بأجهزة الاستشعار، مثل accelerometers, مجسات القربأو مستشعرات درجة الحرارة أو محولات الضغط - واستقبال الإشارات التناظرية أو الرقمية الخام غير المعالجة التي تُنتجها. هذه الكتلة مسؤولة عن جميع تفاعلات الأجهزة منخفضة المستوى، بما في ذلك توفير الطاقة للمستشعرات (مثل طاقة IEPE لمقاييس التسارع)، وإجراء عمليات معالجة الإشارة مثل التضخيم والتصفية لإزالة الضوضاء غير المرغوب فيها، وتنفيذ التحويل التناظري إلى الرقمي (ADC). مخرج كتلة DA هو تدفق رقمي من البيانات الخام، عادةً شكل موجة الوقت، والتي يتم تمريرها بعد ذلك إلى الطبقة التالية في الهندسة المعمارية للمعالجة.

2. 2. DP: كتلة معالجة البيانات:

   هذه الكتلة هي المحرك الحسابي لنظام المراقبة. تستقبل تدفق البيانات الخام والمرقمنة (مثل شكل الموجة الزمنية) من كتلة اكتساب البيانات (DA) وتحولها إلى أنواع بيانات أكثر دقة ومناسبة للتحليل. الوظيفة الأساسية لكتلة DP هي إجراء حسابات معالجة إشارة موحدة. ويشمل ذلك بشكل خاص تنفيذ تحويل فورييه السريع (FFT) لتحويل إشارة المجال الزمني إلى إشارة المجال الترددي نطاق. تتضمن مهام المعالجة الرئيسية الأخرى المحددة ضمن هذه الكتلة حساب مقاييس النطاق العريض مثل الإجمالي نظام إدارة الموارد البشرية القيم، وإجراء التكامل الرقمي لتحويل إشارات التسارع إلى سرعة أو إزاحة، وتنفيذ عمليات أكثر تقدمًا وتخصصًا مثل إزالة التعديل أو تحليل الغلاف لكشف إشارات التأثير عالية التردد المرتبطة بأخطاء محمل العنصر المتدحرج.

3. 3. DM: كتلة معالجة البيانات (اكتشاف الحالة):

   تُمثل هذه الكتلة الانتقال الحاسم من معالجة البيانات إلى التحليل الآلي. تأخذ البيانات المُعالجة من كتلة DP (مثل قيم RMS، أو سعات التردد المحددة، أو النطاقات الطيفية) وتُطبق قواعد منطقية لتحديد حالة تشغيل الجهاز. وهنا يحدث "الكشف" الأولي عن أي مشكلة. تتمثل الوظيفة الأساسية لكتلة DM في إجراء فحص العتبة. تُقارن القيم المقاسة بنقاط ضبط الإنذار المُحددة مسبقًا، مثل حدود المنطقة المُحددة في ايزو 10816 أو نسب مئوية مُحددة من قِبل المستخدم للتغييرات من خط الأساس. بناءً على هذه المقارنات، تُحدد كتلة DM "حالة" مُنفصلة للبيانات، مثل "عادي" أو "مقبول" أو "تنبيه" أو "خطر". لم يعد هذا المُخرج مجرد بيانات؛ بل هو معلومات عملية يُمكن تمريرها إلى الطبقة التالية للتشخيص أو استخدامها لتشغيل الإشعارات الفورية.

4. 4. HA: كتلة تقييم الصحة:

   تعمل هذه الكتلة بمثابة "عقل" نظام التشخيص، حيث تجيب على السؤال "ما المشكلة؟". تتلقى معلومات الحالة (مثل حالة "تنبيه") من كتلة معالجة البيانات (DM) وتطبق طبقة من الذكاء التحليلي لتحديد السبب الجذري المحدد للشذوذ. هنا يتم تنفيذ منطق التشخيص، الذي يمكن أن يتراوح من أنظمة بسيطة قائمة على القواعد إلى خوارزميات ذكاء اصطناعي معقدة. على سبيل المثال، إذا أصدرت كتلة معالجة البيانات تنبيهًا لاهتزاز عالٍ بتردد يعادل ضعف سرعة تشغيل العمود (2X)، فإن المنطق القائم على القواعد في كتلة HA سيربط هذا النمط بعطل محدد وينتج تشخيصًا لـ "عمود محتمل". عدم المحاذاة"وبالمثل، إذا كان التنبيه على ذروة غير متزامنة عالية التردد مع نطاقات جانبية مميزة، فإن كتلة HA ستشخص "عيب المحمل"إن مخرجات هذه الكتلة عبارة عن تقييم صحي محدد لمكون الماكينة.

5. 5. PA: كتلة التقييم التشخيصي:

   تمثل هذه الكتلة قمة الصيانة التنبؤية، وتهدف إلى الإجابة على السؤال الحاسم، "كم من الوقت يمكن أن تعمل بأمان؟". فهي تأخذ تشخيص العطل المحدد من كتلة تقييم الصحة (HA) وتجمعه مع بيانات الاتجاهات التاريخية للتنبؤ بالتقدم المستقبلي للعطل. هذه هي الطبقة الأكثر تعقيدًا، وغالبًا ما تستخدم خوارزميات متطورة أو نماذج تعلم الآلة أو نماذج فيزياء الفشل. والهدف هو استقراء معدل التدهور الحالي في المستقبل لتقدير العمر الإنتاجي المتبقي (RUL) للمكون. على سبيل المثال، إذا حددت كتلة HA عيبًا في المحمل، فستقوم كتلة PA بتحليل معدل زيادة ترددات العيب على مدار الأشهر القليلة الماضية للتنبؤ بموعد وصولها إلى مستوى فشل حرج. والناتج ليس مجرد تشخيص، بل إطار زمني ملموس للعمل.

6. 6. AP: كتلة العرض الاستشاري:

   هذه هي الطبقة الأخيرة والأكثر أهمية من وجهة نظر المستخدم، إذ تُترجم جميع البيانات والتحليلات الأساسية إلى معلومات استخباراتية عملية. تتولى كتلة نقطة الوصول (AP) مسؤولية توصيل نتائج الطبقات الدنيا إلى المشغلين البشريين ومهندسي الموثوقية ومخططي الصيانة. وتتمثل وظيفتها الأساسية في تقديم المعلومات الصحيحة للشخص المناسب بالصيغة المناسبة. ويمكن أن تتخذ هذه المعلومات أشكالًا متعددة، بما في ذلك لوحات معلومات سهلة الاستخدام مع مؤشرات حالة مُرمّزة بالألوان، وتنبيهات بريد إلكتروني أو رسائل نصية تُولّد تلقائيًا، وتقارير تشخيصية مفصلة مع مخططات طيفية وموجية، والأهم من ذلك، توصيات صيانة محددة وواضحة. لا تقتصر كتلة نقطة الوصول (AP) الفعّالة على ذكر وجود عطل في المحمل فحسب؛ بل تُقدّم أيضًا استشارة شاملة، مثل: "تم اكتشاف عيب في السباق الداخلي في المحمل الخارجي للمحرك. يُقدّر العمر الإنتاجي المتبقي بـ 45 يومًا. التوصية: جدولة استبدال المحمل عند الإغلاق المخطط له التالي".

المفاهيم الرئيسية

• التوافق التشغيلي: هذا هو الهدف الأساسي لمعيار ISO 13374. من خلال تحديد إطار عمل مشترك ونموذج بيانات، فإنه يسمح للشركة باستخدام أجهزة الاستشعار من البائع أ، ونظام اكتساب البيانات من البائع ب، وبرنامج التحليل من البائع ج، وجعلهم جميعًا يعملون معًا.
• الهندسة المعمارية المفتوحة: يعمل المعيار على تعزيز استخدام البروتوكولات وتنسيقات البيانات المفتوحة وغير المملوكة، مما يمنع احتكار البائعين ويعزز الابتكار في صناعة مراقبة الحالة.
• الميموزا: يعتمد هذا المعيار بشكل كبير على عمل منظمة MIMOSA. يُعد فهم نموذج C-COM (نموذج الكائن المفاهيمي المشترك) الخاص بـ MIMOSA أساسيًا لفهم التطبيق التفصيلي لمعيار ISO 13374.
• من البيانات إلى القرارات: يوفر النموذج المكون من ستة كتل مسارًا منطقيًا من قياسات المستشعر الخام (استحواذ البيانات) إلى نصائح الصيانة القابلة للتنفيذ (العرض الاستشاري)، مما يشكل العمود الفقري الرقمي لبرنامج الصيانة التنبؤية الحديث.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي