Prvky automotive implementované ve VUZ

Z uvedených prvků bychom chtěli vyzdvihnout 5S a TPM, které implementujeme do našich procesů. Především se jedná o pracoviště Dynamické zkušebny (DZS) a Zkušebního okruhu (haly, kanceláře, odstavné koleje, místa pro dispečery, ale i naše lokomotivy).
Velký důraz ve Výzkumném Ústavu Železničním (VUZ) klademe na implementaci systému TPM (Total Productive Maintenance), který je jedním z nejdůležitějších prvků v oblasti snižování a předcházení poruchovosti strojů. Systém TPM a autonomní údržba, jež je jeho nezbytnou součástí, má za úkol zvyšovat výkonnost strojů a zařízení (nástrojů) prostřednictvím snižování jejich poruchovosti a prodlužování životnosti.
Ve spolupráci s Fyzikálním ústavem AV ČR (FZÚ) spolupracujeme na výzkumném projektu, jenž zahrnuje instalaci a provoz zařízení, které – mimo jiné – slouží k zajišťování a vyhodnocování informací potřebných pro úspěšné zavádění prediktivní údržby. Instalace zařízení je provedena v hale DZS u klíčových pohonů – elektromotorů, pracujících v nepřetržitém režimu. Konkrétně jde o elektromotory Schenk Hydraulikaggregat Typ PP 165B a několik dalších pomocných strojů.
Zatímco VUZ určil klíčová zařízení a definoval potřebné výstupy, FZÚ připravil zařízení, které je vhodné nejenom pro sledování výše uvedených pohonů, ale i pro jiné obdobné elektrické stroje. Tímto zařízením jsme v našem případě schopni zaznamenat i minimální anomálie svědčící o postupné degradaci materiálu, mechanickém poškození ložisek, resp. degradaci maziva ložisek, a jiných vadách. Zařízení zatím není schopno přesně přiřadit zaznamenaný poruchový jev konkrétnímu typu poruchy, to bude možné až po získání většího množství provozních dat.
Zařízení je v současné době provozováno v režimu bez přístupu k internetu s následným uložením dat na SD kartu a pozdějším vyhodnocením dat, avšak jako perspektivnější se jistě jeví režim „on-line“, ve kterém bude docházet k automatickému průběžnému vyhodnocování stavu sledovaných strojů a standardizovaných výstupů pro potřeby TPM.
Ovšem ještě před tím, než bylo monitorovací zařízení sestrojeno a instalováno v DZS, bylo nutné urazit dlouhou cestu od teoretických základů přes experimentální měření magnetického pole a také nezbytnou náhodu, která pomohla uvědomit si, k čemu všemu je sledování magnetického pole dobré.
Na základě dlouhodobého výzkumu na poli magnetismu prováděného ve FZÚ na oddělení spintroniky a nanoelektroniky je známo, že každé elektrické zařízení má ve frekvenčním spektru svůj specifický obraz (pro přiblížení si jej lze představit jako otisk prstu). Obraz je navíc tím zřetelnější, čím je větší magnetické pole v okolí zařízení, resp. proud tekoucí přívodním kabelem k takovému zařízení.
Pokud nedochází k přemisťování sledovaného zařízení nebo k výrazným změnám v jeho blízkém okolí, otisk takového zařízení zůstává v čase shodný, či téměř neměnný. Dochází-li k jeho změnám, pak lze předpokládat změny v technickém stavu zařízení, typicky související s opotřebením stroje a potřebou servisního zásahu.

Prototyp průmyslově použitelného zařízení
Za pomoci optimalizovaných bezdotykových detekčních zařízení sestrojených na FZÚ, pokročilých výpočetních metod a s využitím umělé inteligence (AI) lze výše popisované změny otisku sledovaných zařízení velice dobře sledovat a vyhodnocovat. Společně s paralelním pozorováním skutečného stavu zařízení lze dovodit kauzality ve změně otisku a jeho projekci do skutečného stavu zařízení. Příkladem může být změna otisku a k ní příslušející postupné zvýšení vibrací stroje, nebo např. postupné zvyšování teploty ložiska, značící jeho vyšší opotřebení.
Pro potvrzení experimentálně zjištěných kauzalit tak nakonec vznikl ve spolupráci FZÚ a VUZ prototyp průmyslově použitelného zařízení, které je schopné monitorovat až 8 zařízení a zobrazovat jejich stav na displeji v místě nasazení a také vzdáleně. Klíčové informace jsou dále shromažďovány v databázi a prostřednictvím speciálních algoritmů, pomocí kterých je možné identifikovat odchylky a potenciálně nebezpečné děje, dále tříděny.
Zařízení je nasazeno v budově DZS pro sledování dlouhodobě provozovaných klíčových zařízení (viz obr. 1).          
Zařízení je umístěno v blízkosti kabelových přívodů ke klíčovým elektrickým strojům tak, aby byl sledován co největší počet takových strojů. Jednotlivé bezdotykové magnetické sondy jsou umístěny přímo na přívodní kabely k jednotlivým strojům (viz obr. 2). Signál ze sond je dále přes rozbočovač veden do mikropočítače, který provádí základní zpracování a vyhodnocení dat a zobrazuje výsledky na displeji.
Komplexní vyhodnocení dat a hledání kauzalit pak probíhá vzdáleně za použití složitějších algoritmů a AI (viz obr. 3, 4). Ze shromážděných dat lze mimo speciálních, výše uvedených informací získat i další údaje, jako je orientační průběh zatížení stroje (lze si představit jako bezdotykový ampérmetr) a provozní časy strojů, resp. jejich využití v čase. Veškeré tyto informace poslouží k tomu, aby odpovědné osoby zajišťující provoz a údržbu dokázaly zajistit potřebnou údržbu, ale také k tomu, aby získaly potřebné technicko-ekonomické znalosti o rentabilitě jednotlivých zařízení.     

Úspěšné ověření předpokladů
V současné době, přibližně po 2 měsících ostrého provozu zařízení v DZS, lze s jistotou říci, že zvolené technické řešení úspěšně ověřilo předchozí teoretické a experimentální předpoklady a poskytuje očekávané informace. Dalším vývojovým krokem by mělo být zohlednění zákaznické zpětné vazby do systému tak, aby poskytoval jednoduché a srozumitelné informace. Cílem by měla být integrace informací ze zařízení do podnikového systému.
Závěrem bychom rádi poděkovali zaměstnancům VUZ za to, že umožnili využití vědeckých poznatků v praxi, a rovněž kolektivu vývojářů FZÚ, mimo jiné RNDr. Janu Kučerovi, CSc., Mgr. Evě Matuszné a Ing. Tomášovi Nepivodovi.

Lubomír Křivánek, Xavier Martí, Jaroslav Brabec, Libor Beneš, VUZ
Foto: VUZ

Publikováno: 28. 7. 2022 | Počet zobrazení: 376 88