Умные фабрики будущего. Как искусственный интеллект и прогнозируемое обслуживание меняют промышленность. Александр Юрьевич ЧесаловЧитать онлайн книгу.
ей (IIoT). Эти данные включают: температуру, вибрации, давление, ток и напряжение, акустические сигналы.
Анализ данных для выявления аномалий и закономерностей, которые могут указывать на будущий отказ в работе оборудования. Собранные данные систематизируются и анализируются с использованием современных методов искусственного интеллекта и машинного обучения. Для анализа сложных последовательных данных, таких как временные ряды, которые позволяют выявлять аномалии и закономерности в данных, изменяющихся во времени, и прогнозирования отказов используются следующие модели и методы:
Рис. 7 – Сравнительный анализ существующих моделей и методов прогнозирования временных рядов
В настоящее время наибольшее применение в задачах прогнозирования получили методы авторегрессионного анализа и искусственные нейронные сети, которые позволяют определять причины и виды повреждения оборудования, работать с зашумленными данными, а также обучаться в процессе накопления экспериментальных данных [2].
Например, для оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса насосно-компрессорного оборудования в составе сложных технических комплексов в нефтегазовой отрасли используется интегральный диагностический параметр поврежденности D∑, количественно характеризующий фактическое состояние оборудования, и позволяющий прогнозировать возникновение аварийных ситуаций.
D∑ определяется нейронной сетью по следующей формуле:
где w – весовые коэффициенты нейронной сети для соответствующих диагностических параметров; m – количество выходов нейронной сети; Dm – значение поврежденности отдельных элементов оборудования; КIn – коэффициент гармонических составляющих токов (индексы А, В, С соответствуют фазам); КUn – коэффициент гармонических составляющих напряжений; φui(n) – угол сдвига по фазе между соответствующими гармоническими составляющими фазных токов и напряжений; Тподш – температуры подшипников агрегата; Тизол – температура изоляции обмотки статора электродвигателя; p – число подшипников агрегата.
Способ, расчета D∑ основан на анализе гармонического состава токов и напряжений двигателя электропривода насосно-компрессорного оборудования, что позволяет определять как его механические, так и электрические повреждения на ранней стадии их развития.
Прогнозирование технического состояния заключается в анализе временных рядов значений интегрального диагностического параметра D∑ с использованием методов статистического и структурного анализа. Таким образом уровень поврежденности оборудования определяется исходя из следующих значений D∑: «Повреждение не обнаружено» в интервале 0-45 %, «Повреждение обнаружено» – в интервале 46-80 %, «Обнаружено критическое повреждение» – в интервале 81-100 %.
Для моделирования процессов воздействия окружающей среды и учета внешних факторов (параметров), влияющих на работу промышленного оборудования, рекомендуется использование модели прогнозирования ARIMAX (англ., Autoregressive Integrated Moving Average eXtended), которая является расширенной моделью авторегрессии скользящего среднего.
Существуют и другие методы оценки текущего технического состояния промышленного оборудования (например, в теплоэнергетических комплексах металлургических предприятий, которые представляют собой, с точки зрения науки, распределенные нелинейные динамические системы), которые позволяют принять решение о необходимости планирования технического обслуживания [3, 4]. Например, на основе метода определения значений показателей обобщенного индивидуального ресурса rt) и критического ресурса контролируемого оборудования r0(min на основе исторических и текущих статистических данных, которые рассчитываются как:
где rB(t) – текущий механический ресурс оборудования, оцениваемый на основе анализа текущих показателей работоспособности; rM(t) – назначенный индивидуальный ресурс контролируемого агрегата, определяемый на основе данных, предоставляемых специализированной организацией, осуществляющей ремонт оборудования; rГ(t) – текущее значение коэффициента готовности рассматриваемого оборудования; αi(i=1,3) – удельные веса частных составляющих rB(t), rM(t) и rГ(t) обобщенного индивидуального ресурса оборудования.
Прогнозирование технического состояния промышленного оборудования заключается в анализе динамики изменения показателя обобщенного индивидуального ресурса r0(t) во времени, что дает возможность своевременно определить предаварийное состояние и планировать работы по техническому обслуживанию оборудования.
Таким образом, чтобы достичь функциональной и эксплуатационной эффективности промышленного оборудования в сложных технологических комплексах применяется принцип управления, основанный на упреждающих оценках
2
. Юмагузин У.Ф. Баширов М.Г. Прогнозирование остаточного ресурса оборудования предприятий нефтегазовой отрасли. Фундаментальные исследования. 2014. № 3 (часть 2) С. 277-280 URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=33623 (дата обращения: 15.03.2025).
3
. Казаринов Лев Сергеевич, Шнайдер Дмитрий Александрович, Хасанов Алексей Романович. Метод оценки текущего состояния контролируемого оборудования в задаче оперативного планирования ремонтнопрофилактических работ. [Электронный ресурс] cyberleninka.ru URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metod-otsenki-tekuschego-sostoyaniya-kontroliruemogo-oborudovaniya-v-zadache-operativnogo-planirovaniya-remontnoprofilakticheskih (дата обращения: 15.03.2025)
4
. Казаринов Лев Сергеевич, Шнайдер Дмитрий Александрович. Метод упреждающего управления сложными технологическими комплексами по критериям энергетической эффективности. [Электронный ресурс] cyberleninka.ru URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metod-uprezhdayuschego-upravleniya-slozhnymi-tehnologicheskimi-kompleksami-po-kriteriyam-energeticheskoy-effektivnosti (дата обращения: 15.03.2025)