ISO 13374: Monitorovanie stavu a diagnostika strojov – Spracovanie údajov, komunikácia a prezentácia

Zhrnutie

Norma ISO 13374 je veľmi vplyvná norma vo svete priemyselného internetu vecí a softvéru na monitorovanie stavu. Rieši výzvu interoperability medzi rôznymi monitorovacími systémami, senzormi a softvérovými platformami. Namiesto definovania meracích techník špecifikuje štandardizovanú, otvorenú architektúru pre spracovanie, ukladanie a výmenu údajov z monitorovania stavu. Často sa označuje ako architektúra Aliancie otvorených systémov pre správu informácií o strojoch (MIMOSA), na ktorej je založená. Cieľom je vytvoriť prostredie „plug-and-play“ pre technológie monitorovania stavu.

Obsah (koncepčná štruktúra)

Norma je rozdelená do niekoľkých častí a definuje vrstvenú informačnú architektúru. Jadrom normy je funkčná bloková schéma so šiestimi kľúčovými vrstvami, ktoré predstavujú tok údajov v akomkoľvek systéme monitorovania stavu:

1. 1. DA: Blok zberu údajov:

   Toto je základná vrstva, ktorá slúži ako most medzi fyzickým strojom a digitálnym monitorovacím systémom. Primárnou funkciou bloku DA je priame prepojenie so senzormi – ako napríklad akcelerometre, bezdotykové sondy, teplotné senzory alebo prevodníky tlaku – a na získavanie nespracovaných analógových alebo digitálnych signálov, ktoré produkujú. Tento blok je zodpovedný za všetky nízkoúrovňové hardvérové interakcie vrátane napájania senzorov (napr. napájanie IEPE pre akcelerometre), vykonávania úpravy signálu, ako je zosilnenie a filtrovanie na odstránenie nežiaduceho šumu, a vykonávania analógovo-digitálneho prevodníka (ADC). Výstupom bloku DA je digitalizovaný prúd nespracovaných údajov, zvyčajne časový priebeh, ktorý sa potom odovzdá ďalšej vrstve v architektúre na spracovanie.

2. 2. DP: Blok spracovania údajov:

   Tento blok je výpočtovým enginom monitorovacieho systému. Prijíma surový, digitalizovaný dátový tok (napr. časový priebeh) z bloku zberu údajov (DA) a transformuje ho na zmysluplnejšie dátové typy, ktoré sú vhodné na analýzu. Hlavnou funkciou bloku DP je vykonávať štandardizované výpočty spracovania signálu. To zahŕňa najmä vykonávanie Rýchla Fourierova transformácia (FFT) previesť signál v časovej doméne do frekvenčnej domény spektrumMedzi ďalšie kľúčové úlohy spracovania definované v tomto bloku patrí výpočet metrík širokopásmového pripojenia, ako napríklad celkové RMS hodnoty, vykonávanie digitálnej integrácie na prevod signálov zrýchlenia na rýchlosť alebo posunutie a vykonávanie pokročilejších, špecializovanejších procesov, ako napríklad demodulácia alebo analýza obálky na detekciu kontrolných vysokofrekvenčných nárazových signálov spojených s poruchami valivých ložísk.

3. 3. DM: Blok manipulácie s dátami (detekcia stavu):

   Tento blok označuje kritický prechod od spracovania údajov k automatizovanej analýze. Berie spracované údaje z bloku DP (ako sú hodnoty RMS, špecifické frekvenčné amplitúdy alebo spektrálne pásma) a aplikuje logické pravidlá na určenie prevádzkového stavu stroja. Tu dochádza k počiatočnej „detekcii“ problému. Primárnou funkciou bloku DM je vykonávanie kontroly prahových hodnôt. Porovnáva namerané hodnoty s vopred definovanými nastavenými hodnotami alarmu, ako sú hranice zón definované v ISO 10816 alebo používateľom definované percentuálne zmeny od základnej línie. Na základe týchto porovnaní blok DM priradí dátam diskrétny „stav“, napríklad „Normálny“, „Prijateľný“, „Výstraha“ alebo „Nebezpečenstvo“. Tento výstup už nie je len dátami; sú to informácie, ktoré možno preniesť na ďalšiu vrstvu na diagnostiku alebo použiť na spustenie okamžitých upozornení.

4. 4. HA: Blok hodnotenia zdravia:

   Tento blok funguje ako „mozog“ diagnostického systému a odpovedá na otázku „Aký je problém?“. Prijíma informácie o stave (napr. stav „Výstraha“) z bloku manipulácie s údajmi (DM) a aplikuje vrstvu analytickej inteligencie na určenie konkrétnej príčiny anomálie. Tu sa vykonáva diagnostická logika, ktorá sa môže pohybovať od jednoduchých systémov založených na pravidlách až po zložité algoritmy umelej inteligencie. Napríklad, ak blok DM signalizuje výstrahu pre vysoké vibrácie pri frekvencii, ktorá je presne dvojnásobkom rýchlosti otáčania hriadeľa (2X), logika založená na pravidlách v bloku HA by korelovala tento vzorec s konkrétnou poruchou a vypísala diagnózu „Pravdepodobná chyba hriadeľa“. Nesprávne zarovnaniePodobne, ak sa výstraha nachádza na nesynchrónnom vysokofrekvenčnom vrchole s charakteristickými bočnými pásmami, blok HA by diagnostikoval špecifický „Porucha ložiskaVýstupom tohto bloku je špecifické posúdenie stavu komponentu stroja.

5. 5. PA: Blok prognostického hodnotenia:

   Tento blok predstavuje vrchol prediktívnej údržby a zameriava sa na odpoveď na kľúčovú otázku: „Ako dlho to ešte môže bezpečne fungovať?“ Preberá konkrétnu diagnózu poruchy z bloku Hodnotenie stavu (HA) a kombinuje ju s historickými trendovými údajmi, aby predpovedal budúci vývoj poruchy. Ide o najzložitejšiu vrstvu, ktorá často využíva sofistikované algoritmy, modely strojového učenia alebo modely fyziky poruchy. Cieľom je extrapolovať aktuálnu mieru degradácie do budúcnosti, aby sa odhadla zostávajúca životnosť (RUL) komponentu. Napríklad, ak blok HA identifikuje poruchu ložiska, blok PA by analyzoval rýchlosť, akou sa frekvencie porúch zvyšovali za posledných niekoľko mesiacov, aby predpovedal, kedy dosiahnu kritickú úroveň poruchy. Výstupom nie je len diagnóza, ale konkrétny časový rámec pre akciu.

6. 6. AP: Blok prezentácie s poradenským obsahom:

   Toto je posledná a najdôležitejšia vrstva z pohľadu používateľa, pretože premieňa všetky podkladové údaje a analýzy na užitočné informácie. Blok AP je zodpovedný za komunikáciu zistení nižších vrstiev s ľudskými operátormi, technikmi spoľahlivosti a plánovačmi údržby. Jeho primárnou funkciou je prezentovať správne informácie správnej osobe v správnom formáte. To môže mať mnoho foriem vrátane intuitívnych dashboardov s farebne odlíšenými indikátormi stavu, automaticky generovaných e-mailových alebo textových upozornení, podrobných diagnostických správ so spektrálnymi a vlnovými grafmi a, čo je najdôležitejšie, konkrétnych a jasných odporúčaní na údržbu. Efektívny blok AP nielenže uvádza, že ložisko má poruchu; poskytuje komplexné upozornenie, napríklad: „Zistená chyba vnútorného krúžku na vonkajšom ložisku motora. Zostávajúca životnosť sa odhaduje na 45 dní. Odporúčanie: Naplánujte výmenu ložiska pri najbližšom plánovanom odstavení.“

Kľúčové koncepty

• Interoperabilita: Toto je primárny cieľ normy ISO 13374. Definovaním spoločného rámca a dátového modelu umožňuje spoločnosti používať senzory od dodávateľa A, systém na zber údajov od dodávateľa B a analytický softvér od dodávateľa C a zabezpečiť, aby všetky fungovali spoločne.
• Otvorená architektúra: Táto norma podporuje používanie otvorených, neproprietárnych protokolov a dátových formátov, čím zabraňuje závislosti od dodávateľa a podporuje inovácie v odvetví monitorovania stavu.
• MIMOSA: Táto norma je vo veľkej miere založená na práci organizácie MIMOSA. Pochopenie modelu C-COM (Common Conceptual Object Model) organizácie MIMOSA je kľúčom k pochopeniu podrobnej implementácie normy ISO 13374.
• Od dát k rozhodnutiam: Šesťblokový model poskytuje logickú cestu od meraní zo senzorov (zber údajov) k praktickým radám v oblasti údržby (prezentácia odporúčaní), čím tvorí digitálnu chrbticu moderného programu prediktívnej údržby.

← Späť na hlavný index