Razvoj MEMS senzorskih omrežij za prediktivno vzdrževanje mehanskih pogonov

Trajanje projekta

2011 - 2014

Kategorija projekta

SLO

Kontakt

prof. dr. Mitjan Kalin

Partnerji

Inštitut Jožef Stefan (Slovenija)

Mehanski pogoni so daleč najpogostejše naprave v industriji. Obraba, prevelike obratovalne obremenitve ali montažne napake pri sestavljanju lahko povzročijo prezgodnjo odpoved, kar lahko vodi v delni ali popolni zastoj proizvodne linije, poškodbe na opremi ali celo človeške žrtve. Primerno vzdrževanje opreme je zato izrednega pomena.

Opis projekta

Po ocenah ARTEMIS-a [Artemis] je neposredni strošek vzdrževanja v EU enak štirim do osmim odstotkom celotnih prihodkov od prodaje. Trideset do petdeset odstotkov vseh teh stroškov pa nastane zaradi neučinkovitega vodenja procesa vzdrževanja. Problem predstavljata trenutno prevladujoča in povsem zastarela pristopa reaktivnega in preventivnega vzdrževanja. Le-te bi bilo potrebno nadomestiti s ekonomsko učinkovitejšim prediktivnim vzdrževanjem, ki temelji na naprednih postopkih diagnostike, prognostike in upravljanja stanja (angl. prognostics and health management, PHM). Diagnostika ima namen ugotoviti trenutno stanje komponente, prognostika pa napoveduje razpoložljivo življenjsko dobo naprave. Upravljanje stanja se nanaša na sposobnost generiranja inteligentnih odločitev o vzdrževalskih posegih. Razloge za previdnost podjetij pri investicijah v PHM sisteme gre iskati predvsem v visokih kapitalskih vložkih, zahtevni namestitvi in splošni kompleksnosti trenutno obstoječih nadzornih sistemov.

Cilj projekta je najti rešitve za omenjene izzive in izdelati prototip zmogljive, enostavno uporabne in nizkocenovne platforme za prognostiko in upravljanje stanja (PHM) elektromehanskih pogonov, imenovane MEMS-PHM, ki bo združevala najbolj napredne tehnologije MEMS (mikroelektromehanski senzorji). Razlogi za za predlog takšnega projekta so naslednji:

  • PHM sistemi šele prihajajo na tržišče, izključno kot sestavni del specialne (npr. vojaška letala). Kaže se očitna potreba po "splošno-namenskih" PHM rešitvah, ki bi bile uporabne na širšem naboru trenutno delujočih pogonov.
  • Skoraj  40 odstotkov vseh strojev spada v močnostni razred 5-100 kW, kar pomeni relativno dragoceno opremo. Po neki raziskavi je v ZDA le en odstotek le-te pod neprekinjenim avtomatskim nadzorom. Ostalo pa je slabo ali kvečjemu periodično nadzorovano.
  • Na trgu so se v zadnjem času pojavile napredne generacije mikrosenzorjev, kot so MEMS merilniki pospeškov, temperature in drugih. Odlikuje jih izjemno nizka cena, majhni gabariti in zanesljivo delovanje. Pri tem ohranjajo natančnost, pasovno širino in robustnosti, ki je značilna za tradicionalne senzorje.

 

Glede na to, da bo projekt vključeval temeljne in aplikativne raziskave, pričakujemo naslednje rezultate:

  • Več različic platform MEMS-PHM, ki bodo zmožne opravljeti diagnostične in prognostične funkcije. Avtonomna oskrba z energijo preko lovilcev energije (ang: energy harvester), odsotnost ožičenja  in brezžična komunikacija predstavljajo osnovo za zmogljivo PHM funkcionalnost ob stroških, ki bodo po oceni znašali le eno desetino trenutnih investicijskih stroškov.
  • Inovativno orodje za avtomatsko generiranje kode in razvoj uporabniške programske opreme sistema MEMS-PHM, ki bo skrajšalo čas, potreben za razvoj in konfiguriranje.
  • Novi algoritmi za spremljanje stanja in prognostiko, ki temeljijo na konceptu zlivanja informacij in omogočajo pridobivanje informacij iz več različnih senzorjev, kot so merilniki pospeškov, termočleni, merilniki lastnosti olja idr.
  • Robustni algoritmi za zaznavanje in lokalizacijo poškodb v spremenljivih, negotovih obratovalnih pogojih in neodvisno od zunanjih motenj.

Različice prototipov sistema bodo preizkušene na laboratorijskem sistemu motor-generator in izbranem demonstracijskem objektu. Ob tem so podjetja, ki podpirajo projekt, že potrdila sodelovanje s praktičnimi implementacijami sistema, ki bodo služile tudi kot predstavitev projekta širšemu krogu uporabnikov.

Literatura

Artemis: www.artemis.com