Εφαρμογή νοημόνων μεθόδων επεξεργασίας δυναμικών σημάτων στη διάγνωση βλαβών μηχανολογικού εξοπλισμού
Authors: Γρύλλιας Κωνσταντίνος 
Published: January 2014

Αρχικά μελετάται η αποδιαμόρφωση δυναμικών σημάτων με χρήση δύο προσεγγίσεων, με στόχο την αυτοματοποιημένη εξαγωγή διαγνωστικής πληροφορίας. Η πρώτη προσέγγιση βασίζεται στον Μη Γραμμικό Διαφορικό Ενεργειακό Τελεστή Teager-Kaiser και χρησιμοποιείται ο Αλγόριθμος Διαχωρισμού Ενεργειακού Τελεστή (Energy Operator Separation Algorithm - EOSA). Η δεύτερη προσέγγιση βασίζεται στη χρήση μετατοπισμένων μιγαδικών κυματιδίων Morlet. Για την αυτόματη και βέλτιστη επιλογή των δύο κυματιδιακών παραμέτρων έχουν προταθεί μια σειρά από μεθοδολογίες και κριτήρια. Τα κριτήρια αυτά ελέγχονται συστηματικά και συγκρίνονται μεταξύ τους. Προτείνεται ένα νέο κριτήριο για την ταυτόχρονη βέλτιστη επιλογή των κρισίμων παραμέτρων προσφέροντας δυνατότητες για αυτοματοποίηση της διαδικασίας υπολογισμού της περιβάλλουσας καθώς και εγκυρότερο και ασφαλέστερο εντοπισμό της ζώνης αποδιαμόρφωσης. Στη συνέχεια επιχειρείται ο εντοπισμός ρωγμών σε κατασκευές δοκών με συνδυασμό των μεθόδων Αποσύνθεσης Ορθοκανονικών Προβολών και Μορφολογικής Επεξεργασίας. Οι τέσσερεις βασικοί μορφολογικοί τελεστές συγκρίνονται, χρησιμοποιώντας διαφορετικούς τύπους δομικών στοιχείων. Ο τελεστής της διάβρωσης (erosion) με ένα καμπύλο (spline) δομικό στοιχείο φαίνεται να παρουσιάζει τα καλύτερα αποτελέσματα. Η απόδοση της μεθόδου εκτιμάται σε διαφορετικές κατασκευές δοκών που παρουσιάζουν μια “αναπνέουσα” ρωγμή, αναφορικά με διάφορους παράγοντες, όπως οι οριακές συνθήκες, η θέση της ρωγμής, το βάθος της ρωγμής, η ύπαρξη πολλαπλών ρωγμών, η απόσταση μεταξύ των πολλαπλών ρωγμών, το επίπεδο του θορύβου κατά την μέτρηση και η χωρική ευκρίνεια των μετρούμενων σημείων. Επιπλέον προτείνεται Αυτόματο Σύστημα Διάγνωσης Βλαβών Ένσφαιρων Τριβέων με χρήση της μεθόδου Μηχανών Διανυσματικής Υποστήριξης (Support Vector Machines). Η Αυτόματη Διάγνωση Βλαβών μπορεί να χωριστεί σε δύο βασικά τμήματα, στην εισαγωγή-προεπεξεργασία των σημάτων και στην μέθοδο ταξινόμησης. Προτείνεται ένας υβριδικός αλγόριθμος που βασίζεται σε ένα Στοχαστικό Μοντέλο Προσομοίωσης Δυναμικής Απόκρισης Ένσφαιρων Τριβέων, στην στρατηγική Ένας-Εναντίον-Όλων (One-Against-All) και στην χρησιμοποίηση της μεθόδου Μηχανών Διανυσματικής Υποστήριξης SVM. Τα προσομοιωμένα σήματα παράγονται από ένα καλά καθορισμένο μοντέλο που περιγράφει την δυναμική απόκριση φθαρμένων ένσφαιρων τριβέων. Εξετάζονται χαρακτηριστικά που μπορούν να εξαχθούν από τα φάσματα τόσο των αρχικών σημάτων όσο και της περιβάλλουσάς τους και αποτελούν περιγραφικούς δείκτες της μεταβολής της Κατάστασης Λειτουργίας της Μηχανής. Ως κύριο μέτρο-χαρακτηριστικό λαμβάνεται ο υπολογισμός της ενέργειας που κατανέμεται και αναπτύσσεται σε προσεκτικά, ορθά και αυστηρά καθορισμένες ζώνες συχνοτήτων, που μπορούν να καθοριστούν με βάση την καλή κατανόηση της φύσης του φαινομένου εμφάνισης της βλάβης από την σκοπιά ενός μηχανικού. Ο πετυχημένος ορισμός των συχνοτικών αυτών ζωνών μπορεί να οδηγήσει σε ακριβέστερη, πιο αξιόπιστη και αυτοματοποιημένη παρακολούθηση της κατάστασης λειτουργίας περιστρεφόμενου εξοπλισμού και στην έγκυρη και έγκαιρη διάγνωση βλαβών. Παράλληλα για να ξεπεραστεί η αλλοίωση του φάσματος συχνοτήτων λόγω εμφάνισης μεταβατικών φαινομένων προτείνεται η χρήση Ανάλυσης Τάξης (Order Analysis). Οι προτεινόμενες μέθοδοι αξιολογούνται με εφαρμογή τους σε προσομοιωμένα και πραγματικά σήματα. Τα πραγματικά σήματα προέρχονται από μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις και από διεθνείς βάσεις δεδομένων που περιλαμβάνουν μετρήσεις σε πειραματικές διατάξεις.