MONITOROWANIE STANU SYSTEMU KIEROWCA - RODEK TRANSPORTOWY - DROGA

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 95 Transport 2013 Henryk Tylicki, Bolesaw Ochodek Instytut Politechniczny, Pastwowa Wysza Szkoa Zawodowa im. Stanisawa Staszica w Pile MONITOROWANIE STANU SYSTEMU KIEROWCA - RODEK TRANSPORTOWY - DROGA Rkopis dostarczono, kwiecie 2013 Streszczenie: W opracowaniu przedstawiono prolematyk wyznaczania algorytmów monitorowania stanu systemu Kierowca-rodek transportu-droga. Stanowi to podstaw do opracowania regu wnioskowania diagnostycznego i udowy pokadowego systemu monitorowania stanu. Sowa kluczowe: system Kierowca-rodek transportu-droga, monitorowanie stanu systemu. 1. CHARAKTERYSTYKA ZAGADNIENIA Zastosowanie w procesie eksploataci metod monitorowania stanu systemu antropotechnicznego Kierowca rodek transportowy Droga (K ST D) wymaga optymalizaci: zioru parametrów diagnostycznych, testów diagnostycznych, metod genezowania i metod prognozowania. Rozwizanie tych zada zaley od wielu czynników zwizanych z wykorzystaniem oserwaci wielosymptomowych oraz procesu zuycia elementów systemu. Monitorowanie stanu systemu K ST D powinno umoliwi [2,4,6]: 1. Okrelenie stanu systemu w czasie iecym na podstawie wyników ada diagnostycznych. Umoliwia ono kontrol stanu i lokalizac uszkodze elementów systemu. 2. Przewidywanie stanu w czasie przyszym na podstawie historii wyników ada diagnostycznych, co umoliwia oszacowanie czasu niezawodnego uytkowania systemu oraz wyznaczenie terminu osugiwania elementów systemu. 3. Przewidywanie stanu w czasie przeszym na podstawie historii wyników ada diagnostycznych, co umoliwia oszacowanie stanu systemu w przeszoci i okrelenie przyczyny wystpienia stanu niezdatnoci systemu. W procesie monitorowania stanu szczególnie wydae si y wana prolematyka wyoru: a) zioru parametrów diagnostycznych; ) metody wyznaczania testów diagnostycznych w zalenoci od wiarygodnoci diagnozy, iloci informaci i prawdopodoiestwa uszkodzenia elementów systemu;

2 486 Henryk Tylicki, Bolesaw Ochodek c) metody prognozowania w zalenoci od horyzontu prognozy, minimalne liczy elementów szeregu czasowego niezdne do uruchomienia predykci oraz czasu pracy elementów systemu; d) metody genezowania w zalenoci od horyzontu genezy, minimalne liczy elementów szeregu czasowego niezdne do uruchomienia genezy oraz czasu pracy elementów systemu. Prolematyka adania powyszych prolemów w procesie monitorowania stanu elementów systemu K ST D, wysokie wymagania stawiane przez uytkowników, a take oowizuce przepisy prawne dotyczce ezpieczestwa uytkowników oraz ochrony rodowiska, stanowi impuls do poszukiwania nowych metod monitorowania oraz wyznaczania nowych miar i narzdzi opisucych ich aktualne stany diagnostyczne w procesie eksploataci, które ponie zostay przedstawione ako odpowiednie procedury i algorytmy. 2. PROCEDURY PROCESU MONITOROWANIA 2.1. PROCEDURA WYBORU PARAMETRÓW DIAGNOSTYCZNYCH Ziór parametrów diagnostycznych wyrónia si ze zioru parametrów wyciowych. Na podstawie przeprowadzonych ada, macych na celu potwierdzenie niektórych propozyci zawartych w pracach dotyczcych redukci informaci diagnostyczne w procesie monitorowania stanu, uwaa si, e wyznaczanie zioru parametrów diagnostycznych w procesie oceny stanu, prognozowania i genezowania stanu maszyn powinno uwzgldnia [1,5,6]: a) zdolno odwzorowania zmian stanu rodka transportowego w czasie eksploataci; ) ilo informaci o stanie rodka transportowego; c) odpowiedni zmienno wartoci parametrów diagnostycznych w czasie eksploataci rodka transportowego. Dlatego odpowiednie algorytmy uwzgldniace te postulaty przedstawia si, ako metod korelaci wartoci parametrów diagnostycznych ze stanem oraz metod maksymalne poemnoci informacyne parametru diagnostycznego. Zalet przedstawionych metod est to, e pozwala one wyra ze zioru parametrów wyciowych, ednoelementowe oraz wieloelementowe ziory parametrów diagnostycznych. Ziór ednoelementowy odnosi si do przypadku, gdy konieczny est wyór ednego parametru diagnostycznego. Ziór wieloelementowy otrzymue si, gdy w przedstawionych procedurach stosue si mnie ostre ograniczenie polegace na zakwalifikowaniu do zioru parametrów diagnostycznych tych parametrów, których wartoci wskaników s wiksze (mniesze) od przytych, odpowiednio dla metody maych (duych) licz dodatnich. Algorytm metodyki wyznaczania optymalnego zioru wartoci parametrów diagnostycznych zawiera nastpuce etapy:

3 Monitorowanie stanu systemu Kierowca rodek transportowy Droga Akwizyca danych: a) ziór wartoci parametrów diagnostycznych w funkci czasu eksploataci systemu K ST D {y ( k )}, uzyskanych w czasie realizaci eksperymentu ierno czynnego, gdzie k ( 1, ); ) ziór wartoci parametrów diagnostycznych: {y ( 1 )} wartoci nominalne,{y g }- wartoci graniczne, =1,, m; c) ziór stanów systemu K ST D: { k : {s i }, k=1,, K; i=1,, I} uzyskanych w czasie realizaci eksperymentu ierno czynnego, gdzie k ( 1, ). 2. Optymalizaca zioru wartoci parametrów diagnostycznych (tylko w przypadku due liczenoci zioru Y, np. m>10). Ziór parametrów diagnostycznych wyznacza si za pomoc: a) metody korelaci wartoci parametrów diagnostycznych ze stanem rodka transportowego (z czasem eksploataci, r = r(w, y ), (r = r((, y )); ) metody iloci informaci parametrów diagnostycznych o stanie rodka transportowego h. W celu wyoru zioru parametrów diagnostycznych wykorzystue si wartoci wag w : w = 1, d = d * 2 * 2 ( 1 r ) (1 h ) (1) r h r *, h * (2) max r max h gdzie: W stan rodka transportu, h wskanik iloci informaci parametrów diagnostycznych. Jako kryterium wyoru parametru diagnostycznego (parametrów diagnostycznych) przymue si maksymalizac wartoci wag w i wyranie parametrów diagnostycznych wedug powyszego kryterium PROCEDURA OCENY STANU Wyznaczanie oceny stanu systemu K ST D wie si z adaniem relaci parametr diagnostyczny stan elementów systemu. Na podstawie wyników ada uwaa si, e wykorzystanie odpowiednich procedur powinno uwzgldnia: a) potrze uzyskania informaci diagnostyczne na odpowiednim poziomie dekompozyci; ) potrze uzyskania informaci diagnostyczne w odpowiednim zakresie oceny stanu (kontrola stanu, lokalizaca uszkodzenia, kontrola stanu i lokalizaca uszkodzenia); c) ilo informaci o relaci: parametr diagnostyczny stan, parametr diagnostyczny czas eksploataci systsmu;

4 488 Henryk Tylicki, Bolesaw Ochodek d) odpowiedni zmienno wartoci parametrów diagnostycznych w czasie eksploataci systemu K ST D. Badania w tym zakresie oemu: a) okrelenie metody wyznaczania testu kontroli stanu i lokalizaci uszkodze w funkci wiarygodnoci diagnozy; ) okrelenie metody wyznaczania testu kontroli stanu rodka transportowego; c) okrelenie metody wyznaczania testu lokalizaci uszkodze rodka transportowego, d) okrelenie metody wyznaczania testu kontroli stanu maszyny i lokalizaci uszkodze rodka transportowego. Algorytm metodyki wyznaczania testu diagnostycznego zawiera nastpuce etapy: 1. Akwizyca danych. 2. Optymalizaca zioru parametrów diagnostycznych. 3. Porzdkowanie zioru danych poprzez okrelenie zioru {s i ( k ), i=1,, 1; k=1,, K}. 4. Badanie istotnoci zmian wartoci parametrów diagnostycznych {y ( k )}w zalenoci od stanu {s i = f( k ); k ( 1, )}, tzn. który z parametrów diagnostycznych nalepie opisue stan s i : a) Za pomoc metody adania odlegoci pomidzy przedziaami ufnoci rednich wartoci parametrów diagnostycznych w przypadku adania grupy oiektów (licza oiektów wiksza od 10). Odpowiednio przymue si wartoci: 1 gdy test wykae, e przedziay ufnoci rednich parametrów {{y l }( 1 )} i {{y l }( k )}nie ma punktów wspólnych oraz 0, gdy gdy test odlegoci wykae e przedziay ufnoci rednich parametrów {{y l }( 1 )} i {{y l }( k )}ma punkty wspólne. ) Za pomoc relaci zmiennoci wartoci parametrów diagnostycznych w przypadku, gdy rozpatrue si poedynczy oiekt grupy oiektów ziór wartoci {y ( k )}. Odpowiednio przymue si wartoci: 1 oraz 0. W przypadku, gdy ziór {s i = f( k )} est ziorem wieloelementowym wyniki ada istotnoci zmian wartoci parametrów diagnostycznych {y ( k )}w zalenoci od stanu {s i = f( k ); k ( 1, )} s tosame dla wszystkich stanów {s i = f( k )}. 5. Wyznaczenie macierzy oolowskie: a) 1 gdy zmiana stanu s i powodue istotne zmiany wartoci parametru diagnostycznego y ; ) 0 gdy zmiana stanu s i nie powodue istotnych zmian wartoci parametru diagnostycznego y. 6. Wyznaczenie testu kontroli stanu T KS na podstawie macierzy oolowskie test T KS ako wektor wartoci logicznych (0, 1) parametrów diagnostycznych i tosamy emu wektor stanów: {(y 1,, y n,, y N )} S 0 S 1 = {(s 1,, s n,, s N ) dla stanu zdatnoci S 0 i stanu niezdatnoci S Wyznaczenie testu lokalizaci uszkodze T LU na podstawie macierzy oolowskie test T LU ako wektor wartoci logicznych <0, 1> parametrów diagnostycznych i tosamy emu wektor stanów: {(y 1,, y n,, y N )} S 1 = {(s 1,, s n,, s N ), przy czym: a) eeli warto logiczna wektora sprawdze parametru diagnostycznego przymue warto 1 warto parametru est w przedziale wartoci graniczne;

5 Monitorowanie stanu systemu Kierowca rodek transportowy Droga 489 ) eeli warto logiczna wektora sprawdze parametru diagnostycznego przymue warto 0 warto parametru est poza przedziaem wartoci granicznych. Przeprowadzona prezentaca moliwoci udowy testów diagnostycznych systemu K ST D pozwala na sformuowanie nastpucych wniosków: 1. Ze wzgldu na preferenc przy wyorze parametrów diagnostycznych metody podoiestwa oraz sposou adania zalenoci parametr diagnostyczny stan naley, w celu udowy macierzy diagnostyczne, wyra dla elementów systemu (n 10) metod adania odlegoci przedziaów ufnoci wartoci rednie parametru diagnostycznego, za dla poedynczego elementu systemu metod adania zmiennoci wartoci parametru diagnostycznego. 2. Ze wzgldu na powysze w celu wyznaczenia testu kontroli stanu i lokalizaci uszkodze proponue si wyra metod wektora sprawdze PROCEDURA GENEZOWANIA STANU Podemuc rozwaania na temat genezowania stanu systemu K ST D nie mona wykaza wyszoci pewnych metod genezowania nad innymi, owiem zaley to, aki oiekt est przedmiotem ada oraz aki est cel genezowania stanu elementów systemu. Rozwaa si zawsze: a) posta genezy (warto genezowana symptomu, szacowany stan w przeszoci, warto wykonane przez ni w przeszoci pracy lu okrelenie przyczyny stanu niezdatnoci systemu); ) wpyw zmiany warunków eksploataci i czynnoci osugowych na waciwoci eksploatacyne systemu, które naley uwzgldni przy wyorze metody genezowania; c) moliwe do wykorzystania metody genezowania (np. metody akociowe, zmodyfikowane metody symptomowe). Algorytm genezowania stanu wedug schematu szacowania wartoci parametrów diagnostycznych zawiera nastpuce elementy [6]: 1. Genezowanie wartoci zioru parametrów diagnostycznych {y * }: a) za pomoc metody aproksymaci wartoci parametru diagnostycznego y * w przedziale czasu ( 1, ) wraz z promieniem du aproksymaci kanau dowego r a metodami (metoda redniokwadratowa); ) za pomoc interpolaci wartoci parametru diagnostycznego y * w przedziale czasu ( 1, ) wraz z promieniem du interpolaci kanau dowego r i metodami (metoda funkci skleanych 1, 2 i 3 stopnia); c) wyór metody wedug minimalne lu maksymalne wartoci promienia du aproksymaci lu interpolaci (d dopasowania e G ). 2. Analiza przyczyny wystpienia stanu s i (T LU ): a) okrelenie punktu wspólnego kanau dowego wyznaczonego przez promie du r * = max (r a, r i ) i warto graniczn parametru diagnostycznego y * w chwili S ( 1, ), co oznacza e przyczyn wystpienia zlokalizowanego stanu s i yo chwilowe poawienie si tego stanu w czasie ( 1, );

6 490 Henryk Tylicki, Bolesaw Ochodek ) okrelenie wiksze liczy punktów wspólnych kanau dowego wyznaczonego przez promie du r=max (r a, r i ) i wartoci graniczne parametru diagnostycznego y * w chwilach s ( 1, ) oznacza, e przyczyn wystpienia zlokalizowanego stanu s i y narastacy rozwó stanu s i w czasie ( 1, ); c) w przypadku raku punktów wspólnych okrelenie minimalne odlegoci kanau dowego od wartoci graniczne w chwili S ( 1, ), co oznacza e prawdopodon przyczyn wystpienia zlokalizowanego stanu s i yo chwilowe niepene poawienie si si tego stanu w czasie ( 1, ); d) analiza zioru stanów {s i ( k ), k=1,, K}i zlokalizowanego przez T LU stanu s i w celu okrelenia przyczyny ego wystpienia w kontekcie otrzymanych ewentualnych punktów wspólnych lu minimalne odlegoci zlie PROCEDURA PROGNOZOWANIA STANU Algorytm prognozowania stanu elementów systemu K ST D zawiera nastpuce etapy [1,6,7,8]: 1. Prognozowanie wartoci parametru diagnostycznego y * : a) za pomoc metody adaptacyne Browna Mayera rzdu 1 (B-M1) z wspóczynnikiem = (0,5 0,8) i dla horyzontu prognozy = (1 3) wyznaczone dla przedziau czasu ( 1, ); ) za pomoc metody adaptacyne Holta z wspóczynnikiem 1 =(0,6 0,8) i 2 =(0,4 0,8) dla horyzontu prognozy = (1 3) wyznaczone dla przedziau czasu ( 1, ); c) za pomoc metod analitycznych (liniowa, wykadnicza, potgowa pierwszego, drugiego i trzeciego rzdu dla horyzontu prognozy = (1 3) wyznaczone dla przedziau czasu ( 1, ). 2. Wyznaczenie terminu nastpnego osugiwania elementów systemu K ST D d : a) d1 za pomoc metody poziomowania du prognozy dla promienia du prognozy r p (dla poziomu istotnoci 1 =0,05; 2 =0,1) wedug zalenoci: y ( ) y g r dla y ( ) > y g : d1 = + y ( ) y (, p ) y g y ( ) r dla y ( ) < y g : d1 = + y ( ) y ( ), p gdzie: r - promie przedziau du prognozy (oliczany a posteriori, odpowiednio dla kade metody wyznaczania wartoci prognozowane y,p ( +)); ) d2 za pomoc metody poziomowania wartoci graniczne parametru diagnostycznego (y g1 = y g ; y g1 = y g +(y n y g ) dla y n > y g oraz y g1 = y g ; y g1 = y g (y g y n ) dla y g > y n ), np. dla =0,1: (3) (4)

7 Monitorowanie stanu systemu Kierowca rodek transportowy Droga 491 y ( ) y dla y ( ) > y g : d2 = + y ( ) y ( dla y ( ) < y g : d2 = + y, p y ( g1, p ) y g1 y ( ) ) ( ) (5) (6) c) wyznaczenie terminu osugiwania elementów systemu K ST D: d * = min ( d1, d2 ). 3. PODSUMOWANIE Przeprowadzona prezentaca rónych procedur i algorytmów monitorowania stanu elementów systemu K ST D pozwala na sformuowanie nastpucych wniosków: 1. Wszystkie prezentowane procedury i algorytmy pozwala wyznaczy optymalne, ze wzgldu na przymowane kryteria, elementy monitorowania stanu: a) ziór parametrów diagnostycznych; ) test kontroli stanu i lokalizaci uszkodze; c) genez wartoci parametrów diagnostycznych i oszacowanie przyczyny stanu; d) prognoz wartoci parametrów diagnostycznych i oszacowanie terminu osugiwania; 2. Ze wzgldu na powysze przedstawione procedury i algorytmy mog stanowi podstaw do wyznaczania regu wnioskowania i udowy pokadowego systemu monitorowania stanu w zakresie: a) wyznaczenia optymalnego zioru parametrów diagnostycznych; ) wnioskowania o stanie elementów systemu K ST D i lokalizaci ego uszkodze; c) szacowania wartoci parametrów diagnostycznych w przeszoci i oszacowanie przyczyny stanu elementów systemu K ST D w chwili adania; d) szacowania wartoci parametrów diagnostycznych w przyszoci i oszacowanie terminu nastpnego osugiwania elementów systemu K ST D. Biliografia 1. Batko W.: Metody syntezy diagnoz predykcynych w diagnostyce techniczne. Mechanika, z. 4. Zeszyty Naukowe AGH, Kraków Cholewa W., Kamierczak J.: Data processing and reasoning in technical diagnostcs. WNT, Warszawa Niziski S.: Pokadowy i staconarny system rozpoznawania stanu maszyn. Opracowanie niepulikowane, UWM Olsztyn 2006, s Tylicki H.: Optymalizaca procesu prognozowania stanu technicznego poazdów mechanicznych. Wydawnictwa Uczelniane ATR, Bydgoszcz 1998.

8 492 Henryk Tylicki, Bolesaw Ochodek 5. Tylicki H.: Prolemy rozpoznawania stanu maszyn, 3 rd International Congress of Technical Diagnostics, Diagnostics ' 2004, Pozna Tylicki H.: Monitorowanie stanu rodków transportowych. TRANSCOMP 2009 International Conference Computer Systems Aided Science, Industry and Transport. Zakopane Williams E.J., Messina A.: Applications of the Multiple Damage Location Assurance Criterion, Proceedings of the International Conference on Damage Assessment of Structures (DAMAS 99), Dulin, Ireland, 1999, pp ótowski B.: Podstawy diagnostyki techniczne. Wydawnictwa uczelniane ATR, Bydgoszcz THE MONITORING CONDITION SYSTEM DRIVER - THE TRANSPORT VEHICLE - ROAD Summary: In the study the prolems marks the algorithms monitors the condition system Driver- Transport Vehicle-Road. This makes up the asis to the of the rule of inference of diagnostic study and the uilding of the deck system of monitoring the state. Keywords: the system Driver-Transport Vehicle-Road, the monitoring condition system