ISO 13374: Spremljanje stanja in diagnostika strojev – Obdelava podatkov, komunikacija in predstavitev

Povzetek

Standard ISO 13374 je zelo vpliven standard v svetu industrijskega interneta stvari in programske opreme za spremljanje stanja. Obravnava izziv interoperabilnosti med različnimi sistemi za spremljanje, senzorji in programskimi platformami. Namesto da bi opredeljeval merilne tehnike, določa standardizirano, odprto arhitekturo za obdelavo, shranjevanje in izmenjavo podatkov o spremljanju stanja. Pogosto se imenuje arhitektura Zveze odprtih sistemov za upravljanje informacij o strojih (MIMOSA), na kateri temelji. Cilj je ustvariti okolje »plug-and-play« za tehnologije spremljanja stanja.

Kazalo vsebine (konceptualna struktura)

Standard je razdeljen na več delov in opredeljuje večplastno informacijsko arhitekturo. Jedro standarda je funkcionalni blokovni diagram s šestimi ključnimi plastmi, ki predstavljajo pretok podatkov v katerem koli sistemu za spremljanje stanja:

1. 1. DA: Blok za zajem podatkov:

   To je temeljna plast, ki deluje kot most med fizičnim strojem in digitalnim nadzornim sistemom. Primarna funkcija bloka DA je neposredna povezava s senzorji – kot so merilniki pospeška, bližinske sonde, temperaturne senzorje ali pretvornike tlaka – in za pridobivanje surovih, neobdelanih analognih ali digitalnih signalov, ki jih ti proizvajajo. Ta blok je odgovoren za vse interakcije s strojno opremo nizke ravni, vključno z napajanjem senzorjev (npr. napajanje IEPE za merilnike pospeška), izvajanjem obdelave signalov, kot sta ojačanje in filtriranje za odstranitev neželenega šuma, ter izvajanjem analogno-digitalne pretvorbe (ADC). Izhod bloka DA je digitaliziran tok surovih podatkov, običajno časovni val, ki se nato posreduje naslednji plasti v arhitekturi za obdelavo.

2. 2. DP: Blok za obdelavo podatkov:

   Ta blok je računalniški mehanizem nadzornega sistema. Prejema surov, digitaliziran podatkovni tok (npr. časovno valovno obliko) iz bloka za pridobivanje podatkov (DA) in ga pretvori v bolj smiselne podatkovne tipe, ki so primerni za analizo. Osrednja funkcija bloka DP je izvajanje standardiziranih izračunov obdelave signalov. To vključuje predvsem izvajanje Hitra Fourierjeva transformacija (FFT) za pretvorbo signala v časovni domeni v signal v frekvenčni domeni spekterDruge ključne naloge obdelave, opredeljene v tem bloku, vključujejo izračun metrik širokopasovnega dostopa, kot so splošne RMS vrednosti, izvajanje digitalne integracije za pretvorbo signalov pospeška v hitrost ali premik in izvajanje naprednejših, specializiranih procesov, kot so demodulacija ali analiza ovojnice za zaznavanje kontrolnih visokofrekvenčnih udarnih signalov, povezanih z okvarami kotalnih ležajev.

3. 3. DM: Blok za manipulacijo podatkov (zaznavanje stanja):

   Ta blok označuje kritični prehod od obdelave podatkov k avtomatizirani analizi. Obdelane podatke (kot so vrednosti RMS, specifične frekvenčne amplitude ali spektralni pasovi) vzame iz bloka DP in z uporabo logičnih pravil določi operativno stanje naprave. Tukaj pride do začetnega »zaznavanja« težave. Primarna funkcija bloka DM je izvajanje preverjanja pragov. Primerja izmerjene vrednosti z vnaprej določenimi nastavitvenimi vrednostmi alarma, kot so meje con, definirane v ISO 10816 ali uporabniško določene odstotne spremembe od izhodišča. Na podlagi teh primerjav blok DM podatkom dodeli diskretno »stanje«, kot je »Normalno«, »Sprejemljivo«, »Opozorilo« ali »Nevarnost«. Ta izhod ni več le podatek; gre za uporabne informacije, ki jih je mogoče posredovati naslednji plasti za diagnozo ali uporabiti za sprožitev takojšnjih obvestil.

4. 4. HA: Blok za oceno zdravja:

   Ta blok deluje kot »možgani« diagnostičnega sistema in odgovarja na vprašanje »Kaj je težava?«. Prejme informacije o stanju (npr. stanje »Opozorilo«) iz bloka za manipulacijo podatkov (DM) in uporabi plast analitične inteligence za določitev specifičnega vzroka anomalije. Tukaj se izvede diagnostična logika, ki lahko sega od preprostih sistemov, ki temeljijo na pravilih, do kompleksnih algoritmov umetne inteligence. Če na primer blok DM označi opozorilo za visoke vibracije pri frekvenci, ki je natanko dvakrat večja od hitrosti vrtenja gredi (2X), bi logika, ki temelji na pravilih, v bloku HA povezala ta vzorec s specifično napako in izdala diagnozo »Verjetna gred«. NeusklajenostPodobno, če je opozorilo na nesinhronem, visokofrekvenčnem vrhu z značilnimi stranskimi pasovi, bi blok HA diagnosticiral določeno "Okvara ležajaIzhod tega bloka je specifična ocena zdravja strojne komponente.

5. 5. PA: Blok prognostične ocene:

   Ta blok predstavlja vrhunec napovednega vzdrževanja, katerega cilj je odgovoriti na ključno vprašanje: »Koliko časa lahko še varno deluje?« Združuje specifično diagnozo napake iz bloka za oceno zdravja (HA) in jo združuje s podatki o zgodovinskih trendih, da napove prihodnje napredovanje napake. To je najkompleksnejša plast, ki pogosto uporablja sofisticirane algoritme, modele strojnega učenja ali modele fizike odpovedi. Cilj je ekstrapolirati trenutno stopnjo degradacije v prihodnost, da se oceni preostala uporabna življenjska doba (RUL) komponente. Če na primer blok HA prepozna napako ležaja, blok PA analizira hitrost, s katero se pogostost napak povečuje v zadnjih nekaj mesecih, da napove, kdaj bodo dosegle kritično raven odpovedi. Izhod ni le diagnoza, temveč konkreten časovni okvir za ukrepanje.

6. 6. AP: Svetovalni predstavitveni blok:

   To je zadnja in najpomembnejša plast z vidika uporabnika, saj vse osnovne podatke in analize pretvarja v uporabne informacije. Blok AP je odgovoren za sporočanje ugotovitev nižjih plasti človeškim operaterjem, inženirjem za zanesljivost in načrtovalcem vzdrževanja. Njegova glavna funkcija je predstaviti prave informacije pravi osebi v pravi obliki. To je lahko v različnih oblikah, vključno z intuitivnimi nadzornimi ploščami z barvno kodiranimi indikatorji zdravja, samodejno ustvarjenimi opozorili po e-pošti ali besedilnih sporočilih, podrobnimi diagnostičnimi poročili s spektralnimi in valovnimi diagrami ter, kar je najpomembneje, specifičnimi in jasnimi priporočili za vzdrževanje. Učinkovit blok AP ne navede le, da ima ležaj napako; nudi tudi celovito opozorilo, kot je: »Na zunanjem ležaju motorja je bila zaznana napaka notranjega obroča. Preostala uporabna doba je ocenjena na 45 dni. Priporočilo: Načrtujte zamenjavo ležaja ob naslednji načrtovani zaustavitvi.«

Ključni koncepti

• Interoperabilnost: To je glavni cilj standarda ISO 13374. Z opredelitvijo skupnega okvira in podatkovnega modela lahko podjetje uporablja senzorje prodajalca A, sistem za zajem podatkov prodajalca B in programsko opremo za analizo prodajalca C ter jih tako vključi v delovanje.
• Odprta arhitektura: Standard spodbuja uporabo odprtih, nelastniških protokolov in podatkovnih formatov, preprečuje vezavo na prodajalca in spodbuja inovacije v industriji spremljanja stanja.
• MIMOZA: Standard močno temelji na delu organizacije MIMOSA. Razumevanje modela skupnega konceptualnega objekta (C-COM) organizacije MIMOSA je ključnega pomena za razumevanje podrobne implementacije standarda ISO 13374.
• Od podatkov do odločitev: Šestblokni model zagotavlja logično pot od surovih meritev senzorjev (zajem podatkov) do uporabnih nasvetov za vzdrževanje (predstavitev svetovanja) in tvori digitalno hrbtenico sodobnega programa napovednega vzdrževanja.

← Nazaj na glavno kazalo