ISO 13374: Мониторинг на състоянието и диагностика на машини – Обработка на данни, комуникация и представяне

Обобщение

ISO 13374 е изключително влиятелен стандарт в света на индустриалния интернет на нещата (IoT) и софтуера за мониторинг на състоянието. Той разглежда предизвикателството за оперативна съвместимост между различни системи за мониторинг, сензори и софтуерни платформи. Вместо да дефинира техники за измерване, той определя стандартизирана, отворена архитектура за това как данните от мониторинг на състоянието трябва да се обработват, съхраняват и обменят. Често се нарича архитектура на Алианса за отворени системи за управление на информацията за машини (MIMOSA), на която е базиран. Целта е да се създаде среда „plug-and-play“ за технологии за мониторинг на състоянието.

Съдържание (Концептуална структура)

Стандартът е разделен на няколко части и определя многопластова информационна архитектура. Ядрото на стандарта е функционална блокова схема с шест ключови слоя, които представят потока от данни във всяка система за мониторинг на състоянието:

1. 1. DA: Блок за събиране на данни:

   Това е фундаменталният слой, действащ като мост между физическата машина и цифровата система за наблюдение. Основната функция на DA блока е да взаимодейства директно със сензори – като например акселерометри, сонди за близост, температурни сензори или преобразуватели на налягане – и за получаване на суровите, необработени аналогови или цифрови сигнали, които те произвеждат. Този блок е отговорен за всички ниско ниво на хардуерни взаимодействия, включително осигуряване на захранване на сензорите (напр. IEPE захранване за акселерометри), извършване на обработка на сигнала, като усилване и филтриране за премахване на нежелан шум, и изпълнение на аналогово-цифрово преобразуване (ADC). Изходът на DA блока е дигитализиран поток от сурови данни, обикновено времева вълна, който след това се предава на следващия слой в архитектурата за обработка.

2. 2. DP: Блок за обработка на данни:

   Този блок е изчислителният двигател на системата за мониторинг. Той получава суровия, дигитализиран поток от данни (напр. времевата форма на вълната) от блока за събиране на данни (DA) и го трансформира в по-смислени типове данни, подходящи за анализ. Основната функция на блока DP е да извършва стандартизирани изчисления за обработка на сигнали. Това включва най-вече изпълнението на Бързо преобразуване на Фурие (FFT) да преобразува сигнала във времевата област в честотна област спектърДруги ключови задачи за обработка, дефинирани в този блок, включват изчисляване на показатели за широколентов достъп, като например общата RMS стойности, извършване на цифрово интегриране за преобразуване на сигнали за ускорение в скорост или изместване и изпълнение на по-сложни, специализирани процеси като демодулация или анализ на обвивката за откриване на индикаторни, високочестотни ударни сигнали, свързани с повреди на търкалящи лагери.

3. 3. DM: Блок за манипулиране на данни (откриване на състояние):

   Този блок бележи критичния преход от обработка на данни към автоматизиран анализ. Той взема обработените данни от DP блока (като RMS стойности, специфични честотни амплитуди или спектрални ленти) и прилага логически правила, за да определи работното състояние на машината. Тук се случва първоначалното „откриване“ на проблем. Основната функция на DM блока е да извършва проверка на праговете. Той сравнява измерените стойности с предварително дефинирани зададени стойности на алармата, като например границите на зоните, дефинирани в ISO 10816 или потребителски дефинирани процентни промени спрямо базова линия. Въз основа на тези сравнения, DM блокът присвоява дискретно „състояние“ на данните, като например „Нормално“, „Приемливо“, „Тревога“ или „Опасност“. Този изход вече не е просто данни; това е информация, която може да бъде предадена на следващия слой за диагностика или използвана за задействане на незабавни известия.

4. 4. HA: Блок за оценка на здравето:

   Този блок функционира като „мозъкът“ на диагностичната система, отговаряйки на въпроса „Какъв е проблемът?“. Той получава информация за състоянието (напр. статус „Тревога“) от блока за манипулиране на данни (DM) и прилага слой аналитичен интелект, за да определи конкретната първопричина за аномалията. Тук се изпълнява диагностичната логика, която може да варира от прости системи, базирани на правила, до сложни алгоритми с изкуствен интелект. Например, ако блокът DM сигнализира за високи вибрации с честота, която е точно два пъти по-голяма от скоростта на въртене на вала (2X), логиката, базирана на правила, в блока HA ще съпостави този модел с конкретна повреда и ще изведе диагноза „Вероятна повреда на вала“. Несъответствие„По подобен начин, ако алармата е на несинхронен, високочестотен пик с характерни странични ленти, HA блокът би диагностицирал специфичен“Дефект на лагера„Изходът от този блок е специфична оценка на състоянието на машинния компонент.“

5. 5. PA: Блок за прогностична оценка:

   Този блок представлява върха на прогнозната поддръжка, като целта му е да отговори на ключовия въпрос „Колко дълго още може да работи безопасно?“. Той взема специфичната диагноза за повреда от блока за оценка на състоянието (HA) и я комбинира с данни за исторически тенденции, за да прогнозира бъдещото развитие на повредата. Това е най-сложният слой, често използващ сложни алгоритми, модели за машинно обучение или модели на физика на отказа. Целта е да се екстраполира текущата скорост на деградация в бъдещето, за да се оцени оставащият полезен живот (RUL) на компонента. Например, ако блокът HA идентифицира дефект на лагер, блокът PA ще анализира скоростта, с която честотата на дефектите се е увеличила през последните няколко месеца, за да предвиди кога ще достигнат критично ниво на повреда. Резултатът не е просто диагноза, а конкретна времева рамка за действие.

6. 6. AP: Консултативен презентационен блок:

   Това е последният и най-критичен слой от гледна точка на потребителя, тъй като той преобразува всички основни данни и анализи в приложима информация. AP блокът е отговорен за съобщаването на констатациите от по-долните слоеве на човешки оператори, инженери по надеждност и специалисти по планиране на поддръжката. Основната му функция е да представя правилната информация на правилния човек в правилния формат. Това може да приеме много форми, включително интуитивни табла с цветно кодирани индикатори за състояние, автоматично генерирани имейл или текстови съобщения, подробни диагностични отчети със спектрални и вълнови графики и, най-важното, специфични и ясни препоръки за поддръжка. Ефективният AP блок не просто заявява, че лагерът има повреда; той предоставя изчерпателно съобщение, като например: „Открит е дефект във вътрешната ролка на външния лагер на двигателя. Оставащ полезен живот се оценява на 45 дни. Препоръка: Планирайте подмяна на лагера при следващото планирано спиране.“

Ключови понятия

• Оперативна съвместимост: Това е основната цел на ISO 13374. Чрез дефиниране на обща рамка и модел на данни, той позволява на компанията да използва сензори от доставчик А, система за събиране на данни от доставчик Б и софтуер за анализ от доставчик В и всички те да работят заедно.
• Отворена архитектура: Стандартът насърчава използването на отворени, непатентовани протоколи и формати на данни, предотвратявайки обвързването с конкретен доставчик и насърчавайки иновациите в индустрията за мониторинг на състоянието.
• МИМОЗА: Стандартът е силно базиран на работата на организацията MIMOSA. Разбирането на C-COM (Common Conceptual Object Model) на MIMOSA е ключово за разбирането на подробното внедряване на ISO 13374.
• От данни до решения: Шестблоковият модел осигурява логически път от сурови сензорни измервания (събиране на данни) до приложими съвети за поддръжка (презентация на препоръки), формирайки дигиталния гръбнак на съвременна програма за прогнозна поддръжка.

← Обратно към основния индекс