УДК 681.518.5
АРХИТЕКТУРА РАСПРЕДЕЛЁННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ
Яблоков А.Е., Благовещенский И.Г., Ольшанова Е.А.
Аннотация. Наиболее эффективным способом автоматизации процедур технического мониторинга оборудования является создание распределенной системы сбора и анализа диагностической информации. Основными элементами системы мониторинга являются: первичные датчики, системы сбора и обработки информации, серверная часть и веб-приложения для доступа конечных пользователей к информации. Преимуществом такого подхода является высокая квалификация специалистов – разработчиков системы, применение облачных технологий, использование нейросетевых методов анализа данных. Пользователями системы мониторинга являются эксплуатирующие и ремонтные организации, разработчики оборудования, органы технического надзора.
Ключевые слова: Техническая диагностика, мониторинг оборудования, оборудование пищевых производств, информационные технологии, распределенная система сбора и обработки данных, система мониторинга.
ARCHITECTURE OF A DISTRIBUTED SYSTEM FOR MONITORING AND TECHNICAL DIAGNOSTICS OF EQUIPMENT
Annotation. The most effective way to automate equipment technical control procedures is to create a distributed system for collecting and analyzing diagnostic information. The main elements of the system are: primary sensors, systems for collecting and processing information, server part and web applications for end-user access to information. The advantage of this approach is the high qualification of specialists — system developers, the use of cloud technologies, the use of neural network methods for data analysis. The users of the system are operating and repair organizations, equipment developers, and technical supervision bodies.
Keywords: Technical diagnostics, equipment monitoring, food production equipment, information technology, distributed data collection and processing system.
Экономическая эффективность работы комбикормового предприятия складывается из прибыли, суммы текущих и капитальных затрат. К текущим затратам относятся затраты на техническое обслуживание и ремонт (ТОиР) оборудования. Оптимизация мероприятий по ТОиР позволяет снизить эти затраты. В настоящее время разработаны различные стратегии обслуживания оборудования: реактивное обслуживание, обслуживание по регламенту, по фактическому состоянию, ориентированное на надежность (RCM), на основе оценке рисков (RBM), на оценки экономической эффективности воздействий на оборудование (NPV) и пр. [1]. Однако на зерноперерабатывающих предприятиях традиционно используются две стратегии: реактивное обслуживание (по факту выхода машины из строя) и система планово-предупредительного ремонта (ППР) [2]. Обе стратегии имеют свои недостатки. Аварийная остановка приводит к незапланированным простоям, а ремонтные работы по регламенту зачастую выполняется без их фактической необходимости [3]. Более прогрессивной стратегией ТОиР является обслуживание оборудования по фактическому состоянию [1,2,3]. При этом ремонтные работы проводятся по мере необходимости, исходя из текущего состояния машин.
Для определения текущего технического состояния производственных фондов необходимо разрабатывать и внедрять методы и средства технического мониторинга и диагностики. Задача диагностики сводится к определению класса технического состояния объекта диагностирования по значениям диагностических признаков. В качестве диагностических признаков могут использоваться различные физические величины (температура, вибрация, скорость рабочих органов, мощность привода и пр.), сопровождающие работу машины. Методы функционального мониторинга и диагностики широко применяются в различных отраслях промышленности (текстильной, нефтегазовый, деревообрабатывающий, и пр.). При этом системы мониторинга и диагностики позиционируются как локальные, и развертываются силами отдельных предприятий [4]. На комбикормовых заводах техническая диагностика пока еще мало используются из-за отсутствия методологической основы и квалифицированных специалистов для разработки и внедрения подобных систем.
В МГУПП на кафедре МПиИТС проводятся исследования по разработке систем мониторинга и диагностики оборудования зерноперерабатывающих предприятий. Целью работы является повышения безопасности производства, повышение показателей экономической эффективности (фондоотдачи) предприятия путем технического совершенствования оборудования, оптимизации мероприятий по его ТОиР.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
- разработать методологические основы создания автоматизированных систем мониторинга и технического диагностирования оборудования;
- разработать доступные аппаратные и программные средства сбора и предварительной обработки диагностической информации;
- разработать процедуру определения класса технического состояния оборудования на базе детерминированных моделей, методов нечеткой логики и нейросетевого анализа данных;
- разработать программное обеспечение серверной части системы мониторинга для сбора, хранения и обработки информации на базе облачных технологий и веб-приложения для обеспечения доступа конечных пользователей.
Создание системы мониторинга является системной задачей, а ее решение лежит в области автоматизации и информационных технологий путем интеграции объектов контроля и пользователей системы в одно общее информационное пространство. При этом эффективным решением является создание распределенной системы сбора и анализа диагностической информации. Подобные системы реализованы в энергетике и успешно используются для сбора и учета энергоресурсов [5].
На рисунке представлено концептуальное решение распределенной системы мониторинга и диагностики (РСМиД). Объектом системы является технологическое оборудование. Аппаратной частью системы являются датчики физических величин и системы сбора и предварительной обработки диагностической информации, которые в режиме реального времени измеряют физические параметры работы машины (расход, нагрузку, вибрацию, температуру и пр.). Измеренная информация через сеть Internet посредством проводных каналов связи (по интерфейсу RS485) или по радиоканалу (WiFi, GSM/GPRS) передается на серверную часть системы мониторинга. Примером аппаратных средств сбора и предварительной обработки диагностической информации является разработанная в МГУПП стационарная телеметрическая система мониторинга СТМ-12Т [6].
Рисунок. Концептуальное решение распределенной системы мониторинга и диагностики
Программные средства серверной части системы включают приложения обработки, моделирования, классификации, прогнозирования и принятия управленческих решений, обеспечивают комплексную обработку данных с последующей выдачей интеллектуальных решений и рекомендаций по дальнейшей эксплуатации, обслуживанию и совершенствованию оборудования. Для обработки больших массивов собранной диагностической информации и решения задачи классификации технического состояния объекта контроля используются различные методы статистического анализа данных, в т.ч. искусственные нейронные сети (ИНС) [7].
Согласно предложенной концепции, разработчиком и модератором системы мониторинга является специализирующаяся организация. Ее высококвалифицированные специалисты в области диагностики и IT-технологий обеспечивают методологическую, техническую и информационную поддержку РСМиД. Пользователями системы являются: эксплуатирующие предприятия (ремонтный персонал, служба главного энергетика, руководство предприятия); проектировщики и изготовители оборудования (разработчики, изготовители, менеджеры); организации технического надзора; ремонтные организации; независимые эксперты и пр. Доступ пользователей к информационной системе осуществляется по подписке посредством веб-приложений.
Веб-приложение – это клиент-серверное приложение, в котором клиентом выступает браузер, а сервером – веб-сервер. Логика веб-приложения распределена между сервером и клиентом, хранение данных осуществляется на сервере, обмен информацией происходит посредством сетевых протоколов. Веб-приложение состоит минимум из трех компонентов: серверной части, системы управления базами данных (СУБД) и клиенткой части. Серверная часть – совокупность программного обеспечения, расположенного на системном сервере и отвечающего за обработку пользовательских запросов и выдачу результатов. Система управления базами данных – обеспечивает администрирование располагающейся на сервере базы данных и извлечение из нее данных, необходимых для формирования ответа на клиентские запросы. Клиентская часть представляет собой графический интерфейс пользователя системы, отображаемый в браузере. Обычно, в рамках веб-ориентированных информационных систем реализуется так называемый «тонкий клиент», отвечающий только за отображение информации и не участвующий в ее обработке. В качестве средства разработки серверной части веб-приложения может быть использован практически любой из современных высокоуровневых языков программирования – PHP, Perl, Ruby, Java, C/C++, а также платформа .NET.
Использование распределенной системы позволит разработчикам и производителям контролировать оборудование, а также проводить ресурсные испытания новых машин в производственных условиях путем непрерывного сбора телеметрической информации с работающего оборудования. Это позволит оценить надежность оборудования, определить квалификационные требования к обслуживающему персоналу, накапливать статистические данные по режимам работы, получить представление об интенсивности и скорости изнашивания деталей, конкретизировать требования к видам и срокам технического обслуживания оборудования, а в случае необходимости, внести изменения в конструкцию машины.
С целью оптимизации затрат на инфраструктуру, связанных с развёртыванием и поддержанием IT-решений в области технического мониторинга и диагностики оборудования целесообразно применять облачные технологии. Это обеспечит гарантированный и безопасный доступ ко всей имеющейся информации. Доступ возможен из любой точки, где есть Интернет. Преимущество облачных технологий заключается в снижении затрат на обслуживания виртуальной инфраструктуры, повышение надежности системы.
Применение распределенных систем мониторинга и диагностики технологического оборудования пищевых производств обеспечит повышение безопасности на производстве. Функции прогнозирования и оптимизации сроков ТОиР, встроенные в систему, позволяют рассчитывать остаточный ресурс машин, оптимизировать сроки и виды ТОиР, позволяет перейти от технического обслуживания по регламенту (или по выходу из строя) к обслуживанию по фактическому состоянию.
Литература
- Антоненко И.Н., Крюков И.Э. Технологическое обслуживание и ремонт оборудования. Эволюция практик и систем управления / Молочная промышленность. 2011. № 10. С. 12-15.
- Яблоков А.Е. Техническая диагностика оборудования: перспективные методы и средства. / Комбикорма. 2013. № 5. С. 57-59.
- Терехин С.Ю., Глебов Л.А., Яблоков А.Е. Разработка методов и средств виброакустической диагностики оборудования комбикормового производства / Естественные и технические науки. 2008. № 5 (37). С. 370.
- Костюков В. Н. Основы виброакустической диагностики и мониторинга машин: учеб. пособие / В. Н. Костюков, А. П. Науменко. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. – 360 с. : ил.
- Архитектурные аспекты реализации корпоративной информационной системы мониторинга и учета ресурсов. Малютин А.Г., Лаврухин А.А., Окишев А.С. / Известия Транссиба. 2017. № 4 (32). С. 130-141.
- Яблоков А.Е., Федоренко Б.Н., Латышев М.А. Технический мониторинг, диагностика и защита оборудования / Комбикорма. 2018. № 6. С. 32-34.
- Яблоков А.Е. Нейросетевые технологии в задаче мониторинга машин комбикормового производства. / Хранение и переработка сельхозсырья. 2015. № 6. С. 41-44.