rozšírené vyhľadávanie
SK | EN | CZ
SúvisiaceNovinky

Využitie digitálneho dvojčaťa v oblasti údržby

V dnešnej dobe, kedy sa každý podnik snaží byť čo najviac konkurencieschopný, je veľký tlak na vysokú dostupnosť strojov a zariadení. Pre údržbu je táto úloha náročná, pretože musí zabezpečiť čo najnižšiu poruchovosť vybraných strojov. Na zabezpečenie plynulého chodu zariadení je potrebné dôkladné plánovanie údržby. Po poruchová údržba už dávno nie je „v kurze" a nahradila ju preventívna a prediktívna údržba. 
Rozdiel medzi starými a modernými strojmi je obrovský. Zatiaľ čo staré stroje a zariadenia boli jednoduchšie, moderné stroje sú tak komplikované, že údržbu na nich musí vykonávať jedine výrobca, alebo špecializovaná servisná firma. Zložitosť a „inteligencia" moderných strojov sa však dá veľmi dobre využiť práve na prediktívnu údržbu. Každé zariadenie generuje obrovské množstvo dát, ktoré je možné pomocou senzorov zbierať a využiť pri plánovaní opráv. Pre parametre, ktoré podliehajú trendu, sú počítané pravdepodobnosti prekročenia technologických medzí. V dnešnej digitálnej dobre sa začínajú využívať technológie ako digitálne dvojča práve pre predikciu vývoja jednotlivých parametrov stroja. Pokiaľ vie systém správne predvídať vývoj týchto parametrov, dokáže údržba zabezpečiť plynulý chod zariadenia aj bez mnohokrát zbytočných preventívnych prehliadok.

Vytvoriť digitálne dvojča pre špecifické zariadenie však nie je také jednoduché. Práve preto, že firmy využívajú špecifické a „na mieru" vyrobené zariadenia, nie je jednoduché vytvoriť digitálne dvojča, ktoré by na základe fyzikálnych parametrov reálneho zariadenia dokázalo predikovať priebeh opotrebenia komponentov. Keďže každý stroj bude mať svoj vlastný digitálny model, je nevyhnutné zadefinovať spoločný rámec pre vytvorenie digitálnej dvojice v rôznych priemyselných odvetviach a pre rôzne stroje.

Experti z University of Patras v Grécku navrhli čo najvšeobecnejší prístup, aby sa pri modelovaní digitálnych dvojičiek zabezpečilo vyváženie vynaloženého úsilia a presnosti výpočtov. Prístup je založený na troch fázach (obrázok 1), aby sa čo najviac znížilo úsilie pri modelovaní a aby sa pri vysokej zložitosti a množstve komponentov stroja nemuselo zachádzať do extrémnych detailov modelu.

Obrázok 1: Fázy tvorby pokročilého modelu Digitálneho dvojčaťa (www.sciencedirect.com)

Prvá fáza sa týka modelovania kineticko-dynamického správania sa stroja, druhá fáza je zameraná na modelovanie virtuálnych snímačov slúžiacich na zhromažďovanie údajov počas simulácie a tretia fáza sa zameriava na identifikáciu súboru parametrov, ktoré sa majú aktualizovať, aby sa zabezpečilo, že digitálny model predstavuje skutočný stav modelovaného zdroja (stroj, zariadenie...)

V prvej fáze sa vykonáva výber komponentov stroja, ktoré majú byť modelované, ako aj ich úroveň modelovania. Každý model digitálnych komponentov by mal pokrývať hlavné fyzikálne javy, ktoré značne ovplyvňujú správanie sa stroja (statické deformácie, vibrácie alebo vôľa). Tieto javy budú ovplyvnené degradáciou stavu modelovaného komponentu a v dôsledku toho môžu byť použité v kontexte prediktívnej údržby.

V druhej fáze prebieha výber a modelovanie virtuálnych senzorov. Senzory možno modelovať ako usporiadaný rad prvkov a ich funkciou je monitorovať a zbierať údaje z modelu stroja počas simulácie. V kontexte prediktívnej údržby je dôležité zbierať údaje počas simulácie na predpovedanie zostávajúcej životnosti komponentov. Je nutné jasne definovať a špecifikovať skupinu údajov, ktorá sa má počas simulácie získavať, pretože so zvyšujúcim sa počtom virtuálnych senzorov sa zvyšuje aj výpočtová doba simulácie.

Hlavnou úlohou tretej fázy je definovať parametre modelovanie, ktoré budú aktualizované, aby sa model prispôsobil správaniu sa stroja na základe údajov zo snímača. Tieto parametre budú editované a budú spojené so synchrónnym ladením simulácie. 

Prípadová štúdia

Popísaná metodika bola použitá na vytvorenie digitálneho modelu priemyselného robota. Jednotlivé podsystémy a komponenty robota boli definované pomocou CAD modelov. Všetky podsystémy robota boli dekomponované na úroveň komponentov a prvkov. Následne sa definoval vplyv každého komponentu na stav robota, na základe čoho sa vybrali tie komponenty, ktoré sú vhodne na modelovanie. Po výbere modelovaných komponentov bola definovaná ich úroveň modelovania podľa dostupných údajov (konštrukcia, kinematika, dynamika). Medzi modelované subsystémy a komponenty boli vybrané napr. mechanická konštrukcia, prevodovky, ovládače a kĺby.

Na základe popisovaných troch fáz bolo zadefinované, že sledovaný parameter bude krútiaci moment na prevodovke robota. Signály skutočného krútiaceho momentu boli zhromažďované riadiacou jednotkou robota, zatiaľ čo modelované signály vznikajú pri implementácií systému diferenciálnych rovníc druhého rádu pre dynamické správanie sa sériového manipulátora a pri aplikácií virtuálnych snímačov polohy, rýchlosti a hodnôt zrýchlenia.

Bola vykonaná simulácia modelu a výstupné signály simulácie boli porovnané so signálmi nameraných na reálnom stroji. Pokiaľ bola odchýlka príliš veľká, boli modelované parametre zodpovedajúcim spôsobom vyladené, aby sa dosiahlo čo najpresnejšie modelovanie. Tento krok sa niekoľko krát opakoval, kým sa nedosiahol požadovaný výsledok. Na obrázku 2 sú znázornené niektoré údaje z postupu ladenia parametrov na osi 1.

Obrázok 2: Postup ladenia parametrov na prevodovke (www.sciencedirect.com)


Táto metodika sa dá aplikovať na tvorbu digitálnych modelov a využitie koncepcie digitálneho dvojčaťa v prediktívnej údržbe. Aplikácia digitálneho dvojčaťa umožňuje využitie digitálnej repliky skutočného stroja, ktorý v kombinácií s degradačnými modelmi možno použiť na výpočet dĺžky zostávajúcej životnosti komponentu stroja na dlhé budúce obdobie. 

Zásadné trendy a technické objavy súčasnej doby, ktoré v mnohých prípadoch stoja za prelomovými zmenami nielen vo výrobe, budú jednou z tém na najbližšej konferencii zo série Očakávajme neočakávané – Výroba budúcnosti a exponenciálne technológie, ktorá sa uskutoční 12.09.2019 v Prahe. 


Chcete odoberať newsletter IPA Slovakia?

Zostaňte s nami v spojení s newslettrom IPA a vyberte si, o ktoré informácie máte záujem.

Komentáre

Tento článok ešte nemá žiadne komentáre. Buďte prvý!

TOP články

Umelá inteligencia, pomocník náš ...Vedeli ste, že švédska pálenica chce využiť ...

Využitie digitálneho dvojčaťa v oblasti ...V dnešnej dobe, kedy sa každý podnik snaží byť čo najviac ...

Tréning 5S priamo v PRAXI – IPA ...Vyskúšali sme unikátny koncept školenia. Trvanie - dva dni. ...

Najnovšie články

R2-D2, C-3POPoznáte robotov R2-D2 a C-3PO z kultového filmu ...

Život bez cieľa predsa dáva zmyselO ľuďoch bez cieľa sa hovorí ako o tých, ktorí nevedia ...

Keď menej je viacVeľa diskutujeme o zdravom rozume a jeho nedostatku na ...
Klasická verzia webu
© 2012 IPA Slovakia, All rights reserved