Способ эксплуатации системы контроля состояния вибрационной машины и система контроля состояния

Описывается создание базы знаний экспертной системы и использование такой системы для установления диагноза и/или выдачи прогноза аномалии в состоянии вибрационной машины или других вибрационных машин, рекомендации по мероприятиям технического обслуживания или информацию о времени выхода из строя вибрационной машины или других вибрационных машин. Посредством автоматизации и цифровой обработки сигналов создаются преимущества в скорости работы экспертной системы. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способу эксплуатации системы контроля состояния вибрационной машины согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и к системе контроля состояния согласно ограничительной части пункта 7 формулы изобретения.

Контроль состояния вибрационной машины представляет интерес во многих отношениях. Так, как вибрационные машины подвержены длительным динамическим нагрузкам, множество комплектующих изделий этих машин испытывают высокий износ. Поскольку поломки деталей или всей вибрационной машины приводят к сокращению выпуска продукции и потерям промышленного оборота, производители вибрационных машин стремятся выдавать клиентам по возможности более точную информацию о необходимости замены изнашивающихся деталей, или о сроках выполнения регламентных работ для предотвращения более значимых повреждений или простоев.

Из публикации WO 2015/150267 A1 известна, например, система тестирования вибраций, способная детектировать вибрации или другие параметрические значения вибрационного устройства и обрабатывать их в виде выдаваемого на основе определенных величин и предопределенного общего срока службы вибрационного устройства остаточного времени эксплуатации вибрационной системы. При этом согласно германскому промышленному стандарту DIN 13306, говорят о заданном техническом обслуживании, основывающемся, в конечном счете, на опыте, в зависимости от времени или от нагрузки.

Кроме того, из публикации WO 2015/117750 A1 известна вибрационная машина с устройством для контроля состояния с возможностью регистрации с помощью метрологических инструментов и обработки характеристик вибрации вибрационной машины. С помощью этого известного устройства для контроля состояния можно устанавливать: осуществляет ли вибрационная машина вибрации в ожидаемом режиме, а вследствие этого удовлетворяет ли она своим техническим требованиям. Кроме того, это устройство может обнаруживать уже возникшие повреждения в конструктивных элементах и вызывающих, поэтому отклонения от идеальных характеристик вибраций. В этой связи можно говорить о техническом обслуживании, ориентированном на состоянии машины.

Тем не менее, интерпретация повреждений по характеристикам вибрации или принятие решения о замене конструктивных элементов, или осуществлении определенных мероприятий для устранения неполадок в характеристиках вибрации, - по-прежнему остаются функцией экспертов. На основе зарегистрированных с помощью метрологических средств данных характеристик вибрации, они делают выводы о возможных неполадках и поломках и принимают соответствующие решения, или организовывают процедуры заказов, регламентные работы и так далее.

Исходя из этого, задача настоящего изобретения состоит в усовершенствовании известных способов эксплуатации системы контроля состояния вибрационной машины и системы контроля ее состояния.

Эта задача решается с помощью способа эксплуатации системы контроля состояния вибрационной машины с признаками пункта 1 формулы изобретения и системы контроля состояния с признаками пункта 7 формулы изобретения.

Предпочтительные формы исполнения изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Основная идея данного изобретения состоит в создании способа эксплуатации системы контроля состояния вибрационной машины, в частности, вибросита или вибрационного конвейера, в котором система контроля состояния содержит, по меньшей мере, один датчик, установленный в вибрационной машине и сконструированный с возможностью регистрации данных измерений, регистрации движения и/или регистрации ускорения.

При этом под контролем работы состояния понимают производимые вручную или автоматически действия для измерения признаков и параметров истинного состояния устройства в определенные промежутки времени. Поэтому под системой контроля состояния понимают систему для автоматизированного осуществления контроля работы состояния.

В предлагаемом согласно изобретению способе, на первом этапе - а) датчик регистрирует сигналы, перерабатываемые затем в виде характеристик в соединенном с датчиком вычислительном блоке. Таким образом, измерительная система в виде датчика воспринимает специфические для эксплуатации и зависящие от машины параметры, причем в зависимости от конструкции датчика измеряемые физические величины преобразовываются в электрические величины. Для этого соединение с вычислительным блоком может быть в виде беспроводного соединения, радиосвязи, передачи данных или существовать в виде кабельного соединения. Альтернативно к этому, датчик встраивают в вычислительный блок или, он может быть частью его.

На втором этапе b) эти характеристики записывают в виде массива данных или в виде нескольких массивов данных.

На третьем этапе c) зарегистрированные с помощью метрологических средств массивы данных расширяют метаданными, содержащими информацию, относящуюся к актуальному состоянию вибрационной машины. Затем на следующем этапе обрабатывают характеристики и записанные массивы данных.

Оценка или анализ служат для преобразования электрических сигналов, характеристик и массивов данных, в результате чего они непосредственно коррелируют с контролируемым состоянием эксплуатации и машины. Кроме того, оценку или анализ данных измерений, полученных посредством трансформации данных измерений, можно осуществлять в виде частотно - траекторного анализа.

В данном изобретении массивы данных и расширенные метаданными массивы данных передают во внешнюю, центральную память данных и записывают в ней. Кроме того, при объединении состоящей из данных и соответствующей семантики информации, называемом также "просевом информации", создаются знания. Накопление этих созданных знаний называют, в свою очередь, так называемой базой знаний. Кроме того, база знаний может подпитываться из двух источников, с одной стороны, из памяти данных посредством ранее описанного использования "просева информации", а с другой стороны, - с помощью теоретических моделей.

Кроме того, на основе базы знаний можно создавать экспертную систему, которая может основываться, как на ранее описанном просеве информации, так и на теоретических моделях. При этом под экспертной системой понимают программное обеспечение, помогающее людям в качестве эксперта при решении сложных проблем, выдавая из базы знаний рекомендации к действиям. Экспертная система содержит компонент приобретения знания, в частности, функционал для формирования базы знаний и ее совершенствования и компонент для решения проблем, служащий для обработки информации, собранной в базе знаний.

При контроле работы состояния вибрационных машин необходимы экспертные знания для интерпретации сигналов. При этом исходят из предпосылки, что вибрационная машина ведет себя, как жесткое тело и имеет шесть степеней свободы движения. В соответствии с этим, вибрационная машина может осуществлять различные стереотипы движения, любой сложности в направлении оси x-, y-и z и вокруг этих осей.

С одной стороны, требуются широкие сведения относительно системы контроля состояния, в частности, величин переменных состояния, спектров, траектории движения и т.д. а также, с другой стороны, причинно – следственные связи контролируемой вибрационной машины. Эти сведения необходимы для постановки диагноза и сопоставления полученных результатов измерений с конкретной причиной поломки. Без этих экспертных знаний невозможно, например, исходя из причин, делать вывод, что поперечное ускорение непрерывно возрастает, в то время, как продольное ускорение непрерывно уменьшается. Для определения вероятности протекания этих значений переменной состояния/характеристик в ходе процесса по времени и срока действительного выхода машины из строя (прогноза), требуются, кроме того, обширная опытная база, касающаяся идентичных в прошлом процессов поломок. Таким образом, в отношении вибрационных машин, на множество значения переменной состояния, действует множество факторов воздействия, например, загрузка, привод, процессы износа. Как для человека, так и для вычислительного блока большой проблематикой является необходимость сопоставления друг с другом множества значений переменной состояния и одновременного учета их протекания по времени для постановки достаточно надежного диагноза и прогноза. Это относится, как к получению знаний, так и к решению проблемы. В конце концов, экспертная система (созданный искусственный интеллект) должен быть в состоянии с помощью данных измерений отличать один случай повреждения от другого, например, перегрузку от разрыва. Одновременно экспертная система (созданный искусственный интеллект) должен уметь отличать естественные и безвредные колебания, например, состояния загрузки, скорости привода, наружные температуры и т.д., от действительных состояний повреждения. Если диагноз поставлен с достаточной степенью надежности, экспертная система (искусственный интеллект) должен помогать в решении вопроса: до какого времени будут действительными мероприятия по обслуживанию и ремонту и какие из них следует осуществлять, например, замену пустотелой поперечины, оптимизацию подачи материала для обеспечения оптимизированного предсказуемого технического обслуживания. В частности, созданная экспертная система может повторно передаваться назад в систему контроля состояния вибрационной машины, из которой получают данные для базы знаний экспертной системы, для автоматической интерпретации в ней массивов данных в реальном времени. Дополнительно экспертная система может передаваться также в системы контроля состояния других вибрационных машин.

Предпочтительно, если характеристики/значения переменной состояния, обрабатываемые вычислительным блоком, относятся, по меньшей мере, к одному параметру из группы: амплитуда колебания, частота колебания, угол основного направления колебания, отклонение от заданного направления колебания, гармония колебания или фазовая характеристика колебаний.

В соответствии с этим оценку или анализ характеристик можно осуществлять в виде анализа тенденции или анализа критических значений. Для этого могут рассматриваться, например, максимальные значения, действующие значения или частоты. Согласно изобретению, оценка происходит так, что на основе характеристик и/или записанных массивов данных вычислительный блок при подключении экспертной системы устанавливает или выдает диагноз аномалии состояния вибрационной машины, классификацию неисправностей, информацию о сроке выхода из строя вибрационной машины и/или рекомендации по мероприятиям обслуживания и ремонту. В то время как существующие системы контроля состояния содержат только этапы способа, касающиеся измерения и анализа, причем анализ ограничивается сравнением характеристик с заданными критическими значениями, с помощью предлагаемого согласно изобретению способа, автоматически осуществляют оценку и интерпретацию характеристик или данных измерений. Это способствует в существенной степени повышению коэффициента полезного действия и эффективности в области технического обслуживания. В этой связи говорят также об экспертной системе контроля состояния или CMES (экспертная система текущего контроля). Для создания экспертной системы контроля состояния CMES предпочтительно, если вышеназванные этапы: от a) до b) или от a) до c) повторяются c произвольной частотой. Преимущество предлагаемого согласно изобретению способа, по сравнению со способами, в которых интерпретацию осуществляют, благодаря эксперту - человеку, состоит в том, что посредством автоматизации и цифровой обработки сигналов создаются преимущества в скорости. Кроме того, способ можно непрерывно продолжать совершенствовать или улучшать, накапливая множество характеристик и массивов данных. Кроме того, этапы способа и результаты можно воспроизводить сколько угодно. Результаты оценки характеристик и массивов данных представлены в цифровом формате, а поэтому ими можно легко обмениваться и архивировать.

Кроме того, способ предусматривает, что метаданные, которыми расширяют полученные с помощью метрологических средств массивы данных, содержат информацию относительно класса вибрационной машины, действительно наблюдаемого состояния машины, дополнительных данных вибрационной машины, рабочей информации, температуре окружающей среды, времени эксплуатации, циклов эксплуатации, нагрузки, числа оборотов, времени выхода из строя и/или уже осуществленных мероприятиях по обслуживанию и ремонту.

Согласно альтернативным вариантам осуществления способа метаданные могут размещаться в массивах данных, либо посредством ручного ввода, либо посредством цифрового поиска данных.

Кроме того, расширенные метаданными массивы данных также могут записываться и, благодаря этому, также предоставляться в распоряжение другим пользователям.

Создание знаний экспертной системы контроля состояния можно осуществлять предпочтительно посредством того, что создание характеристик, создание массивов данных, оценка характеристик, массивов данных и/или расширенных метаданными массивов данных основывается на эмпирической модели и или на теоретической модели.

Кроме того, с помощью изобретения предоставляется система контроля состояния для вибрационной машины, имеющая, по меньшей мере, датчик, сконструированный для регистрации измеренных величин и вычислительный блок, сконструированный для поиска данных и/или для архивного хранения данных и/или обработки данных. Предлагаемая, согласно изобретению, система контроля состояния содержит, кроме того, устройство отображения, предусмотренное для визуализации диагноза или прогноза аномалии, основанного на обработке данных диагноза или прогноза аномалии данной, или другой вибрационной машины, рекомендаций мероприятий по обслуживанию и ремонту или отображения времени выхода из строя данной или другой вибрационной машины. При этом между вычислительным блоком системы контроля состояния и внешней, центральной памятью данных или внешним центральным вычислительным блоком, служащим, например, для создания на основе переданных массивов данных и/или теоретических моделей экспертной системы, предусмотрено двустороннее соединение. Благодаря этому, можно ставить диагноз, выдавать рекомендации или данные системы контроля состояния на основе информации/данных из экспертной системы.

Альтернативные варианты выполнения системы контроля состояния для вибрационной машины предусматривают, что датчик и/или вычислительный блок расположены в ручном компьютере, портативном устройстве или в устройстве, подключенном к сети. В то время, как ручной компьютер представляет собой очень компактную форму исполнения изобретения с простым обслуживанием, портативное устройство богаче в отношении метрологических инструментов и требует трудоемкой установки в вибрационной машине. В противоположность к этому, под подключенным к сети устройством понимают стационарно инсталлированную систему, установленную в машине на неопределенное время для контроля работы.

При этом особенно предпочтительным оказывается, если система контроля состояния располагает достаточным количеством измерительных каналов или датчиков, с возможностью регистрации каких - либо физических параметров, характеристик, воспроизводящих состояние эксплуатации и/или износа вибрационной машины.

Предпочтительно, если система контроля состояния выполнена в отношении измерительных каналов и датчиков модульно, что создает возможность адаптации системы ко множеству типов вибрационных машин и устройств.

Далее приводится более детальное разъяснение предлагаемого согласно изобретению способа посредством иллюстрации процесса, причем отображены другие признаки и преимущества изобретения. При этом показаны:

фиг. 1. Иллюстрация процесса последовательности осуществления согласно изобретению этапов способа,

фиг. 2. Другая форма исполнения изобретения согласно предлагаемому способу,

фиг. 3. Схематическое изображение осуществления предложенного согласно изобретению способа эксплуатации системы контроля состояния.

В месте 3 установки вибрационной машины 1 стартует основной процесс систематического создания и подготовки характеристик, данных, информации или знаний и для интеграции этих параметров, данных, информации и знаний в систему 2 контроля состояния. Входные параметры для поиска 5 данных поступают, с одной стороны, из информации в месте 3 установки вибрационной машины, из информации о вибрационной машине 1 или от датчика или датчиков, содержащихся в системе 2 контроля состояния. В то время как информацию из системы 2 контроля состояния называют характеристиками или данными, то для информации из места собственной установки или из самой вибрационной машины используют термин "метаданные". Из этой информации, характеристик, данных, метаданных образуется массив 4 данных или несколько массивов данных, записываемых затем в память 6 данных и предоставляемых для обработки 7 данных. При этом под обработкой 7 данных понимают трансформацию данных или информации в знания, используя способ "просева информации". Обычно, для создания знаний, к эмпирическим способам („просев информации", "компьютерное осмысление") добавляют теоретические способы. В частности, создание знаний можно осуществлять также посредством информационного эксперта, - или экспертного блока машины на основе опыта, документации или на основе имитационной модели. В соответствии с этим создание или расширение так называемой базы 8 знаний может осуществляться вручную или автоматически.

Собранная в базе 8 знаний информация поступает, в свою очередь, в экспертную систему 10 контроля состояния, как правило, в программный продукт, поэтому на ее основе вычислительный блок выдает диагноз состояния, рекомендации по техническому обслуживанию, а также прогноз неисправностей, касающийся контролируемой вибрационной машины.

С одной стороны, эти рекомендации или информация могут выдаваться расположенным удаленно от места 3 установки вибрационной машины 1 вычислительным блоком или диспетчерским постом, или же непосредственно предоставляются в распоряжение вибрационной машины 1 и преобразовываются в ней.

Кроме того, эти характеристики, данные, информация и рекомендации, или содержание базы 8 знаний могут использоваться также и применяться, как показано на фиг. 2 для других или альтернативных мест 11 установки, вибрационных машин.

На фиг. 2 изображено расширение предложенного согласно изобретению эмпирического подхода. В соответствии с ним, базу 8 знаний дополнительно расширяют информацией, разработанной с помощью математической или имитационной модели 9. Вводимую информацию для имитационной модели обеспечивают, как правило, внешние экспертные блоки машины, получающие свои знания из специальной литературы, относящейся к машине документации, или из практического опыта обслуживания вибрационных машин. Содержание базы 8 знаний, образующей основу исходных данных для диагноза, построенного на контроле работы состояния, содержит, например, математические и логические правила, производственные процессы, условные вероятности, нейронные и байесовские сети.

На фиг. 3 схематически изображен предлагаемый согласно изобретению способ эксплуатации системы контроля состояния одной или нескольких вибрационных машин 1a, 1b, 1c в виде вибросита. На боковых сторонах вибрационной машины 1 установлены, по меньшей мере, два датчика 12, соединенные в сети передачи данных с вычислительным блоком 13 системы 2a, 2b, 2c контроля состояния. Соединение в сети данных, изображенное на фигуре штриховой линией, может осуществляться по радиосвязи, посредством кабельного соединения, постоянного или временного соединения. Поступающие от датчиков 12 данные измерения обрабатываются в вычислительном блоке 13 в характеристики и записываются в виде массивов данных. Вычислительный блок 13 системы 2b, 2c контроля состояния, в свою очередь, поддерживает связь с памятью 6 данных, в которую записываются массивы данных из одной или нескольких систем 2b, 2c контроля состояния. Массивы данных, содержащие зарегистрированные метрологическими инструментами характеристики, могут расширяться, кроме того, метаданными, содержащими фактические состояния вибрационной машины 1 или другую эксплуатационную информацию. Из массивов данных или расширенных метаданными массивов данных получают информацию и объединяют ее, создавая базу 8 знаний. Для этого эта база 8 знаний питается из двух источников, с одной стороны, при просеве информации из зарегистрированных инструментальными средствами массивов данных и из расширенных метаданными массивов данных, а, с другой стороны, от теоретических или имитационных моделей 9. Знания, записанные в базе 8 знаний передаются в программный продукт, называемый экспертной системой 10. Затем экспертная система 10 может переписываться в системах 2a, 2b, 2c контроля состояния для локальной интерпретации в них данных измерения или полученных из данных измерений характеристик. Рекомендации по действиям, выводимые из экспертной системы 10, могут отображаться, в свою очередь, в системе контроля 2a, 2b, 2c состояния.

Преимущество заключается в том, что для предложенной, согласно изобретению, системы 2a, 2b, 2c контроля состояния, не требуется больше эксперт – человек для интерпретации регистрируемых с помощью метрологических инструментов данных, обеспечивает, тем не менее, базирующееся на состоянии машины и /или предсказуемое техническое обслуживание.

Перечень ссылочных позиций

1. Вибрационная машина.

2. Система контроля состояния.

3. Место размещения вибрационной машины.

4. Массив данных.

5. Поиск данных.

6. Память данных.

7. Обработка данных.

8. База знаний.

9. Имитационная модель.

10. Экспертная система, встроенная в программное обеспечение.

11. Альтернативные места установки вибрационных машин.

12. Датчики.

13. Вычислительный блок.

1. Способ эксплуатации системы (2, 2а, 2b, 2c) контроля состояния вибрационной машины (1, 1a, 1b, 1c) в виде вибрационного конвейера или вибросита, причем система (2, 2а, 2b, 2c) контроля состояния содержит, по меньшей мере, один датчик (12), сконструированный для регистрации движения и/или регистрации ускорения, установленный в вибрационной машине (1, 1a, 1b, 1c); причем

а) посредством датчика (12) передают данные измерений, которые перерабатывают затем в характеристики в соединенном с датчиком (12) вычислительном блоке (13); причем

b) характеристики записывают в виде массива данных или множества массивов данных во внешней, центральной памяти данных;

с) учитывают полученную посредством массивов данных информацию и создают базу (8) знаний для экспертной системы (10), при необходимости с дополнительным использованием теоретических моделей;

d) массивы данных обрабатывают затем с привлечением экспертной системы (10) в вычислительном блоке (13) этой или других вибрационных машин (1, 1a, 1b, 1c) таким образом, что они непосредственно коррелируют с контролируемым состоянием эксплуатации и вибрационной машины; причем

е) посредством вычислительного блока (13) ставят диагноз и/или выдают прогноз аномалии в состоянии вибрационной машины или других вибрационных машин, рекомендации по мероприятиям технического обслуживания или информацию о времени выхода из строя вибрационной машины или других вибрационных машин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что характеристики относят, по меньшей мере, к одному параметру из группы: амплитуда колебания, частота колебания, угол основного направления колебания, отклонение от заданного направления колебания, гармония колебания или фазовая характеристика колебаний.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для создания базы (8) знаний этапы: a) и b) повторяют c произвольной частотой.

4. Способ по любому из пп. 1–3, отличающийся тем, что массивы данных, содержащие зарегистрированные метрологические средства, расширяют метаданными, содержащими информацию относительно класса вибрационной машины, дополнительных данных вибрационной машины, измерительных параметров системы контроля состояния, рабочей информации, температуры окружающей среды, времени эксплуатации, циклов эксплуатации, нагрузки, числа оборотов, времени выхода из строя и/или уже осуществленных мероприятиях по обслуживанию и ремонту.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что метаданные размещают в массивах данных, либо посредством ручного ввода, либо посредством цифрового поиска данных.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что создание характеристик, создание массивов данных, оценка характеристик, записанных массивов данных и/или расширенных метаданными массивов данных основывают на эмпирической и/или на теоретической модели.

7. Система (2, 2а, 2b, 2c) контроля состояния вибрационной машины (1, 1a, 1b, 1c), имеющая, по меньшей мере, один датчик (12), сконструированный для регистрации измеренных величин и вычислительный блок (13), сконструированный для поиска данных и/или для архивного хранения данных, и/или обработки данных, причем система (2, 2а, 2b, 2c) контроля состояния содержит устройство отображения, предусмотренное для отображения основанного на обработке данных диагноза или прогноза аномалии вибрационной машины (1, 1a, 1b, 1c), рекомендаций мероприятий по обслуживанию и ремонту или отображения времени выхода из строя вибрационной машины (1, 1a, 1b, 1c), отличающаяся тем, что между вычислительным блоком (13) системы (2, 2а, 2b, 2c) контроля состояния и внешней, центральной памятью (6) данных, служащей для создания экспертной системы (10) на основе переданных массивов данных, содержащих переработанные в характеристики вычислительным блоком (13) данные измерений от датчика (12), и при необходимости теоретических моделей, предусмотрена такая двусторонняя связь, что постановка диагноза, рекомендации или данные выдаются на основе информации/данных из экспертной системы (10).

8. Система (2, 2а, 2b, 2c) по п.7, отличающаяся тем, что датчик (12) и/или вычислительный блок (13) расположены в ручном компьютере, портативном устройстве или в устройстве, подключенном к сети.