Projekti / Programi
E-vzdrževanje elektromehanskih pogonov: postopki za napovedovanje in upravljanje stanja pri nestacionarnih pogojih obratovanja
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.01 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Tehnologija vodenja sistemov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P170 |
Naravoslovno-matematične vede |
Računalništvo, numerična analiza, sistemi, kontrola |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
E-vzdrževanje; nadzor stanja; diagnostika napak; prognostika in upravljanje stanja; rotacijski stroji in pogoni; obdelava signalov
Raziskovalci (14)
Organizacije (3)
Povzetek
Rotacijske stroje najdemo povsod, v vseh vejah industrije, energetike in transporta. Vzdrževanje industrijeke opreme je sicer povezano z ogromnimi stroški, ki po nekaterih ocenah v EU znašajo cca. 450 milijard letno, od tega se 70 milijard porabi neučinkovito. Zmanjšanje tovrstnih stroškov je nujno za gospodarske družbe, ki si prizadevajo ostati konkurenčne na globalnem trgu. Način kako to doseči je z bolj učinkovitim izkoriščanjem informacijskih tehnologij in njihovo integracijo preko koncepta e-vzdrževanja.
Ključen dejavnik za delovanje sistemov e-vzdrževanja je kakovostna podpora odloočanju. Le-to omogočajo sistemi za prgnostika in upravljanje stanja (PHM), vključno z nadzorom stanja (CM). Kljub tehnološkemu napredku, še vedno ni masovne uporabe CM in PHM sistemov v industriji. Anketa v ZDA je pokazala, da je zgolj 1% strojev pod sprotnim nadzorem stanja!
Kljub očitni potrebi po "splošno-namenskih" PHM rešitvah, ki bi bile uporabne na širšem naboru rotacijskih strojev in pogonov, so uporabniki še precej zadržani kar zadeva investicije. Razloga sta relativno visoki vstopni stroški ter stroški lastništva, ti pa so posledica:
(i) -zahtevnega in dragega procesa načrtovanja PHM sistema,
(ii) -prevladujočih konvencionalnih CM postopkov, ki delujejo učinkovito le pri stacionarnih pogojih, pri nestacionarnih pa imajo težave,
(iii) -obstoječi komercialni sistemi v glavnem ne omogočajo napovedovanje preostale življenjske dobe,
(iv) -povezovanje med CM opremo in obstoječimi informacijskimi sistemi ERP (angl. enterprise resource planning) in MMS (angl. maintenance management systems) je predrago.
Z namenom iskanja odgovora na na te izzive je namen projekta:
1. Razviti TRL5 prototip vgrajenega nizkocenovnega CM&PHM modula (v nadaljevanju CM&PHM), ki bo (i) uporaben tako za širok nabor delujočih strojev kot tudi (ii) v obliki vgrajenega modula kot sestavnega dela na novo izdelanih strojev. Modul bo opravljal analizo stanja stroja in bo rezultate pošiljal vsem deležnikom sistema e-vzdrževanja.
2. Razviti nove postopke za diagnostiko in prognostiko preostale življenjske dobe, ki bodo robustni na nepopolne informacije o stroju, nepopolne podatke o delovnih režimih stroja, obtežbi in vrtljajih, zunanjih motnjah in drugih podatkih. Ti postopki bodo osrednji del CM&PHM. Poudarek bo zaenkrat na razredu strojev, ki se proizvajajo v serijah. Z uporabo Bayesovega pristopa bo možno zlivati informacije iz senzorjev, triboloških analiz in preteklih obratovalnih podatkov z namenom ocene časa odpovedi stroja.
3. Razviti nove vmesnike za med CM&PHM in ostalimi informacijskimi sistemi. Informacije o stanju stroja bodo dostopne povsod in vaskomur, kar bo omogočako optimalne posege vzdrževalcev. S tem se bo radikalno zmanjšala možnost nepričakovanih ustavitev.
4. Preizkusiti prototip sistema na laboratorijskih napravah, na industrijskem preizkuševališču ter, nenazadnje, na konkretnem industrijskem objektu, ki je dogovorjen z industrijskim partnerjem.
Projektna skupina ima vrhunska znanja na področju CM in PHM, razvoju vgrajenih sistemov in tribologije. Industrijski partner je svetovno ugleden proizvajalec elektromotorjev.
Takojšnji pričakovani učinki projekta so:
(i) izdelovalci strojev in opreme v Sloveniji bodo imeli možnost nadgraditve svojih izdelkov z PHM rešitvami, kar bo pomenilo novo generacijo pametnih strojev na svetovnem trgu. Vizija Domela je 1 mil. EC motorjev letno z vgrajenim PHM do leta 2020.
(ii) Rezultate projekta bo možno neposredno uporabiti na obstoječih strojih. Njihovi lastniki lahko pričakujejo delovanje brez nenadejanih izpadov, praktično brez odvečnega vzdrževanja ter večjo zanesljivost.
Pomen za razvoj znanosti
Pričakovani izvirni raziskovalni dosežki, ki bodo prispevali k področju PHM, so sledeči:
· Učinkovita metoda za določitev alarmnih pragov pri nadzorovanju stanja mehanskih pogonov v nestacionarnih pogojih delovanja. Zaenkrat še ni znana rešitev za ta problem. Pričakujemo in upamo, da bo nova rešitev potrebovala samo en parameter in bo neobčutljiva na spremenljive pogoje delovanja. To bo imelo daljnosežni vpliv na pohitritev načrtovalske faze in zniževanje stroškov.
· Nov Bayesov pristop za napovedovanje preostale uporabne življenjske dobe bo pomenil kvalitativno nov pristop na področju PHM. Združevanje mešanih podatkovnih tipov, kot so podatki iz poskusovna življenjsko dobo, rezultati o vzdrževanju, podatki o zanesljivosti komponent danih od strani proizvajalcev in tribološki parametri, bo mogoče opraviti na poenoten način.
· Podatkovno gnan model, ki opisuje razmerje med tribološkimi parametri, vibracijskimi vzorci in RUL, se bo po pričakovanjih razvil iz eksperimentalnih podatkov. Zelo verjetno bomo privzeli Gaussov procesni model, to je neparametrični model, ki ne potrebuje predhodnih podatkov. To bo prav tako nov rezultat.
· Predlagani kiber-fizični sistem (CM in PHM s pridruženimi algoritmi in integracijskim modulom ERP) predstavlja povezavo med nivojem upravljanja in proizvodnje. Takšen sistem bo dajal pomembno informacijo o trenutnem stanju kritičnih komponent industrijske opreme, in tako omogočal optimizacijo procesov proizvodnje, vzdrževanja in upravljanja. Informacija o stanju strojev postane bo trenutno dosegljiva prek predhodno nameščenih sistemov ERP/MMS in bo omogočala optimalno načrtovanje vzdrževanja in proizvodnje. To bo vodilo do precejšnjega zmanjšanja tveganja zaradi nepredvidenih zaustavitev.
· Obsežen podsklop podatkov, ki bo pridobljen med testiranji na različnih sistemih, bo javno dostopen ostalim raziskovalcem. Zbrani podatki o naravno napredujočih napakah in nadzorovani tribološki procesi so neprecenljivi za srenjo, saj so v veliko pomoč raziskovalcem, da razvijejo lastne ideje za PHM.
Pomen za razvoj Slovenije
a. Pomembnost za proizvajalce strojev (PS). PS zlasti kovinski industriji in orodjarske sektorjuso po pričakovanjih najbolj primerni uporabniki razvitih prototipov. Gre za sector s 50,000 zaposlenimi in 6,4 milijarde € prihodkov, vglavnem na svetovnih trgih. Podjetja so močno predana investiranju v učinkovite tehnologije. Iz omenjenih številk je jasno, da obstaja velik potencialni trg za CM&PHM sisteme. Takšne naprave so zelo privlačne za končne uporabnike, ker je popolna funkcionalnost e-vzdrževanja dostopna pri skoraj ničnih stroških vzdrževanja in radikalno znižanih stroških lastništva. Domel, kot vodilno podjetje na področju elektromotorjev za sesalnike, ima močno vizijo v razširjanju njihovih trenutnih EC motorjev z vgrajeno funkcionalnostjo PHM. Z novo družino pametnih produktov bodo najverjetneje postali pionirji na tem zelo zahtevnem področju z ocenjenim povečanjem prodaje od trenutno 200.000 kosov na leto na 1 mio kos/leto do 2020.
b. Pomembnost za končne uporabnike v industriji. V nasprotju z nekaterimi izjemami je splošen nivo vzdrževalne prakse v Slovenije precej nizek. Rotacijski stroji z nadzorom stanja v realnem času so zelo redki. Nekateri industrijski partnerji iz Kompetenčnega centra za napredne tehnologije vodenja, proizvajalci krogličnih ležajev in vodovodno podjetje so že izrazili zanimanje za prototipne implementacije.
c. Ustanovitev novega podjetja. Rezultati projekta naj bi prinesli izvirno znanje in nove veščine na področju e-vzdrževanja, kar naj bi postavilo trdne temelje za inovativno podjetje "spin-out". Nabor rešitev naj bi takemu podjetju zagotovil visoko konkurenčnost glede na trenutne ponudnike opreme in storitev CM. Dejansko so danes ponudniki sistemov PHM precej redki in osredotočeni na najvišji cenovni razred opreme.
d. Pomembnost za državo. V primeru uspešno zaključenega projekta obstaja težnja po nadaljevanju z izvedbo industrijskega prototipa sistema CM in PHM in njegove komercialne eksploatacije. V tem primeru bi bila celotna veriga vrednosti, od razvoja do proizvodnje, v Sloveniji. Programski moduli so izvirni (imajo avtorsko pravico), uporabljena programska oprema je prosto dostopna.
e. Prispevek na nivoju EU. Projekt pomembno prispeva k ciljem na širšem področju Evropske Unije, v glavnem prek delovnega programa "Leadership in enabling and industrial technologies". Projekt je v skladu s številnimi iniciativami Horizon 2020, in sicer:
• FoF 1-2014, Cyber-Physical Systems; ker predlagani koncept pripada večjemu razredu tehnologij pametnih senzorjev, razvoju pametnih senzorjev in vgrajenih sistemov.
• SPIRE 1 – 2014: Integrated Process Control. Predlagani sistem CM in PHM omogoča točno oceno stanja strojev v realnem času, kar omogoča zanesljivejše in vzdržljivejše delovanje teh strojev v industriji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
