ISO 13374: Παρακολούθηση κατάστασης και διάγνωση μηχανημάτων – Επεξεργασία, επικοινωνία και παρουσίαση δεδομένων

Περίληψη

Το ISO 13374 είναι ένα πρότυπο με μεγάλη επιρροή στον κόσμο του βιομηχανικού λογισμικού IoT και παρακολούθησης κατάστασης. Αντιμετωπίζει την πρόκληση της διαλειτουργικότητας μεταξύ διαφορετικών συστημάτων παρακολούθησης, αισθητήρων και πλατφορμών λογισμικού. Αντί να ορίζει τεχνικές μέτρησης, καθορίζει μια τυποποιημένη, ανοιχτή αρχιτεκτονική για τον τρόπο με τον οποίο τα δεδομένα παρακολούθησης κατάστασης θα πρέπει να υποβάλλονται σε επεξεργασία, να αποθηκεύονται και να ανταλλάσσονται. Συχνά αναφέρεται ως αρχιτεκτονική Machinery Information Management Open Systems Alliance (MIMOSA), στην οποία και βασίζεται. Στόχος είναι η δημιουργία ενός περιβάλλοντος "plug-and-play" για τεχνολογίες παρακολούθησης κατάστασης.

Πίνακας Περιεχομένων (Εννοιολογική Δομή)

Το πρότυπο χωρίζεται σε διάφορα μέρη και ορίζει μια πολυεπίπεδη αρχιτεκτονική πληροφοριών. Ο πυρήνας του προτύπου είναι ένα λειτουργικό διάγραμμα μπλοκ με έξι βασικά επίπεδα που αναπαριστούν τη ροή δεδομένων σε οποιοδήποτε σύστημα παρακολούθησης κατάστασης:

1. 1. DA: Μπλοκ Συλλογής Δεδομένων:

   Αυτό είναι το θεμελιώδες επίπεδο, που λειτουργεί ως γέφυρα μεταξύ της φυσικής μηχανής και του ψηφιακού συστήματος παρακολούθησης. Η κύρια λειτουργία του μπλοκ DA είναι η άμεση διασύνδεση με αισθητήρες—όπως επιταχυνσιόμετρα, ανιχνευτές εγγύτητας, αισθητήρες θερμοκρασίας ή μετατροπείς πίεσης—και για την απόκτηση των ακατέργαστων, μη επεξεργασμένων αναλογικών ή ψηφιακών σημάτων που παράγουν. Αυτό το μπλοκ είναι υπεύθυνο για όλες τις αλληλεπιδράσεις υλικού χαμηλού επιπέδου, συμπεριλαμβανομένης της παροχής ισχύος στους αισθητήρες (π.χ., ισχύς IEPE για επιταχυνσιόμετρα), της εκτέλεσης επεξεργασίας σήματος όπως ενίσχυση και φιλτράρισμα για την αφαίρεση ανεπιθύμητου θορύβου και της εκτέλεσης της αναλογικής σε ψηφιακή μετατροπής (ADC). Η έξοδος του μπλοκ DA είναι μια ψηφιοποιημένη ροή ακατέργαστων δεδομένων, συνήθως μια κυματομορφή χρόνου, το οποίο στη συνέχεια διαβιβάζεται στο επόμενο επίπεδο της αρχιτεκτονικής για επεξεργασία.

2. 2. DP: Μπλοκ επεξεργασίας δεδομένων:

   Αυτό το μπλοκ είναι η υπολογιστική μηχανή του συστήματος παρακολούθησης. Λαμβάνει την ακατέργαστη, ψηφιοποιημένη ροή δεδομένων (π.χ., την κυματομορφή χρόνου) από το μπλοκ Λήψης Δεδομένων (DA) και τη μετατρέπει σε πιο ουσιαστικούς τύπους δεδομένων που είναι κατάλληλοι για ανάλυση. Η βασική λειτουργία του μπλοκ DP είναι η εκτέλεση τυποποιημένων υπολογισμών επεξεργασίας σήματος. Αυτό περιλαμβάνει κυρίως την εκτέλεση του Γρήγορος Μετασχηματισμός Φουριέ (FFT) για να μετατρέψετε το σήμα στο πεδίο του χρόνου σε σήμα στο πεδίο της συχνότητας φάσμαΆλλες βασικές εργασίες επεξεργασίας που ορίζονται σε αυτό το μπλοκ περιλαμβάνουν τον υπολογισμό μετρήσεων ευρυζωνικής σύνδεσης, όπως η συνολική RMS τιμές, εκτελώντας ψηφιακή ολοκλήρωση για τη μετατροπή σημάτων επιτάχυνσης σε ταχύτητα ή μετατόπιση και εκτελώντας πιο προηγμένες, εξειδικευμένες διαδικασίες όπως αποδιαμόρφωση ή ανάλυση φακέλου για την ανίχνευση των ενδεικτικών σημάτων κρούσης υψηλής συχνότητας που σχετίζονται με βλάβες στα ρουλεμάν των στοιχείων κύλισης.

3. 3. DM: Μπλοκ Χειρισμού Δεδομένων (Ανίχνευση Κατάστασης):

   Αυτό το μπλοκ σηματοδοτεί την κρίσιμη μετάβαση από την επεξεργασία δεδομένων στην αυτοματοποιημένη ανάλυση. Λαμβάνει τα επεξεργασμένα δεδομένα από το μπλοκ DP (όπως τιμές RMS, συγκεκριμένα πλάτη συχνότητας ή φασματικές ζώνες) και εφαρμόζει λογικούς κανόνες για να προσδιορίσει την κατάσταση λειτουργίας του μηχανήματος. Εδώ συμβαίνει η αρχική «ανίχνευση» ενός προβλήματος. Η κύρια λειτουργία του μπλοκ DM είναι η εκτέλεση ελέγχου κατωφλίου. Συγκρίνει τις μετρούμενες τιμές με προκαθορισμένα σημεία ρύθμισης συναγερμού, όπως τα όρια ζώνης που ορίζονται στο ISO 10816 ή ποσοστιαίες αλλαγές που ορίζονται από τον χρήστη από μια γραμμή βάσης. Με βάση αυτές τις συγκρίσεις, το μπλοκ DM αντιστοιχίζει μια διακριτή «κατάσταση» στα δεδομένα, όπως «Κανονική», «Αποδεκτή», «Ειδοποίηση» ή «Κίνδυνος». Αυτή η έξοδος δεν είναι πλέον απλώς δεδομένα. είναι πληροφορίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν και οι οποίες μπορούν να διαβιβαστούν στο επόμενο επίπεδο για διάγνωση ή να χρησιμοποιηθούν για την ενεργοποίηση άμεσων ειδοποιήσεων.

4. 4. HA: Μπλοκ αξιολόγησης υγείας:

   Αυτό το μπλοκ λειτουργεί ως ο «εγκέφαλος» του διαγνωστικού συστήματος, απαντώντας στην ερώτηση «Ποιο είναι το πρόβλημα;». Λαμβάνει τις πληροφορίες κατάστασης (π.χ., μια κατάσταση «Ειδοποίηση») από το μπλοκ Χειρισμού Δεδομένων (DM) και εφαρμόζει ένα επίπεδο αναλυτικής νοημοσύνης για να προσδιορίσει τη συγκεκριμένη αιτία της ανωμαλίας. Εδώ εκτελείται η διαγνωστική λογική, η οποία μπορεί να κυμαίνεται από απλά συστήματα βασισμένα σε κανόνες έως πολύπλοκους αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης. Για παράδειγμα, εάν το μπλοκ DM σηματοδοτήσει μια ειδοποίηση για υψηλή δόνηση σε συχνότητα που είναι ακριβώς διπλάσια από την ταχύτητα λειτουργίας του άξονα (2X), η λογική που βασίζεται σε κανόνες στο μπλοκ HA θα συσχετίσει αυτό το μοτίβο με ένα συγκεκριμένο σφάλμα και θα εξάγει μια διάγνωση «Πιθανού Άξονα». Λανθασμένη ευθυγράμμιση." Ομοίως, εάν η ειδοποίηση βρίσκεται σε μια μη σύγχρονη, υψηλής συχνότητας κορυφή με χαρακτηριστικές πλευρικές ζώνες, το μπλοκ HA θα διαγνώσει μια συγκεκριμένη "Ελάττωμα ρουλεμάν.” Το αποτέλεσμα αυτού του μπλοκ είναι μια συγκεκριμένη αξιολόγηση εύρυθμης λειτουργίας για το εξάρτημα του μηχανήματος.

5. 5. PA: Μπλοκ αξιολόγησης προγνωστικής:

   Αυτό το μπλοκ αντιπροσωπεύει την κορύφωση της προγνωστικής συντήρησης, με στόχο να απαντήσει στο κρίσιμο ερώτημα «Πόσο ακόμα μπορεί να λειτουργεί με ασφάλεια;». Παίρνει τη συγκεκριμένη διάγνωση σφάλματος από το μπλοκ Αξιολόγησης Υγείας (HA) και τη συνδυάζει με ιστορικά δεδομένα τάσεων για να προβλέψει τη μελλοντική εξέλιξη του σφάλματος. Αυτό είναι το πιο πολύπλοκο επίπεδο, που συχνά χρησιμοποιεί εξελιγμένους αλγόριθμους, μοντέλα μηχανικής μάθησης ή μοντέλα φυσικής αστοχίας. Ο στόχος είναι να παρεκταθεί ο τρέχων ρυθμός υποβάθμισης στο μέλλον για να εκτιμηθεί η Υπολειπόμενη Ωφέλιμη Ζωή (RUL) του εξαρτήματος. Για παράδειγμα, εάν το μπλοκ HA εντοπίσει ένα ελάττωμα ρουλεμάν, το μπλοκ PA θα αναλύσει τον ρυθμό με τον οποίο οι συχνότητες ελαττωμάτων έχουν αυξηθεί τους τελευταίους μήνες για να προβλέψει πότε θα φτάσουν σε κρίσιμο επίπεδο αστοχίας. Το αποτέλεσμα δεν είναι απλώς μια διάγνωση, αλλά ένα συγκεκριμένο χρονικό πλαίσιο για δράση.

6. 6. AP: Συμβουλευτικό μπλοκ παρουσίασης:

   Αυτό είναι το τελευταίο και πιο κρίσιμο επίπεδο από την οπτική γωνία του χρήστη, καθώς μεταφράζει όλα τα υποκείμενα δεδομένα και την ανάλυση σε αξιοποιήσιμη ευφυΐα. Το μπλοκ AP είναι υπεύθυνο για την επικοινωνία των ευρημάτων των κατώτερων επιπέδων σε ανθρώπινους χειριστές, μηχανικούς αξιοπιστίας και σχεδιαστές συντήρησης. Η κύρια λειτουργία του είναι να παρουσιάζει τις σωστές πληροφορίες στο σωστό άτομο στη σωστή μορφή. Αυτό μπορεί να λάβει πολλές μορφές, όπως διαισθητικούς πίνακες ελέγχου με χρωματικά κωδικοποιημένους δείκτες υγείας, αυτόματα δημιουργούμενες ειδοποιήσεις μέσω email ή SMS, λεπτομερείς διαγνωστικές αναφορές με φασματικά και κυματομορφικά διαγράμματα και, το πιο σημαντικό, συγκεκριμένες και σαφείς συστάσεις συντήρησης. Ένα αποτελεσματικό μπλοκ AP δεν δηλώνει απλώς ότι ένα ρουλεμάν έχει σφάλμα. Παρέχει μια ολοκληρωμένη συμβουλευτική οδηγία, όπως: "Εντοπίστηκε εσωτερικό ελάττωμα στο εξωτερικό ρουλεμάν του κινητήρα. Η υπολειπόμενη ωφέλιμη ζωή εκτιμάται σε 45 ημέρες. Σύσταση: Προγραμματίστε την αντικατάσταση του ρουλεμάν κατά την επόμενη προγραμματισμένη διακοπή λειτουργίας."

Βασικές Έννοιες

• Διαλειτουργικότητα: Αυτός είναι ο πρωταρχικός στόχος του ISO 13374. Ορίζοντας ένα κοινό πλαίσιο και μοντέλο δεδομένων, επιτρέπει σε μια εταιρεία να χρησιμοποιεί αισθητήρες από τον Προμηθευτή Α, ένα σύστημα συλλογής δεδομένων από τον Προμηθευτή Β και ένα λογισμικό ανάλυσης από τον Προμηθευτή Γ, και να τα έχει όλα μαζί.
• Ανοιχτή Αρχιτεκτονική: Το πρότυπο προωθεί τη χρήση ανοιχτών, μη ιδιόκτητων πρωτοκόλλων και μορφών δεδομένων, αποτρέποντας τον περιορισμό σε έναν προμηθευτή και ενθαρρύνοντας την καινοτομία στον κλάδο της παρακολούθησης συνθηκών.
• ΜΙΜΟΖΑ: Το πρότυπο βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στο έργο του οργανισμού MIMOSA. Η κατανόηση του C-COM (Common Conceptual Object Model) της MIMOSA είναι το κλειδί για την κατανόηση της λεπτομερούς εφαρμογής του ISO 13374.
• Από τα Δεδομένα στις Αποφάσεις: Το μοντέλο έξι μπλοκ παρέχει μια λογική διαδρομή από τις ακατέργαστες μετρήσεις αισθητήρων (Συλλογή Δεδομένων) έως τις εφαρμόσιμες συμβουλές συντήρησης (Συμβουλευτική Παρουσίαση), σχηματίζοντας τη ψηφιακή ραχοκοκαλιά ενός σύγχρονου προγράμματος προγνωστικής συντήρησης.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο