Porucha pístového kompresoru u výrobce součástek automobilů

Společnost Neuron Soundware zjistila hrozící závadu na pístovém heliovém kompresoru pro kalení převodovek v automobilovém průmyslu.

V březnu 2021 naše umělá inteligence zjistila hrozící kritickou poruchu u pístového kompresoru, která později vyvrcholila odstávkou stroje. Včasné odhalení této závady je konkrétním výsledkem a důkazem toho, že algoritmy strojového učení mohou pomoci při prediktivní údržbu.

Nasazení umělé inteligence na klíčových výrobních zařízeních

V roce 2021 si uznávaný evropský výrobce z automobilového průmyslu zvolil detekci akustických anomálií od společnosti Neuron Soundware svou výrobu automobilových součástek , aby zachoval kontinuitu provozu kalící pece.

Dva pístové heliové kompresory jsou vybaveny touto technologií a slouží k stlačování heliových nádrží. Stlačené helium se používá k chlazení (kalení) pracovních kusů na částech převodovky v kalící komoře.

V případě poruchy tohoto zařízení se výrobce vystavuje riziku zpoždění výroby. Delší neplánované výpadky mohou vést i ke ztrátám v řádech milionů korun. Proto je nezbytné předcházet takovým výpadkům před jejich vznikem.

 
Válcový pístový kompresor J.P. Sauer&Sohn model WP 318L se snímači instalovanými na pístech elektromotoru a čerpadla.

Odhalování anomálií a nadcházejících závad v praxi

časový sled událostí od instalace zařízení IoT až po poruchu
  • V lednu 2021senzory a IoT vybavení byly nasazeny na kompresor.
  • 1. února 2021začalo nahrávání počátečního souboru dat kompresoru.
  • 5. února 2021: po shromáždění počátečního souboru dat byl nasazen model umělé inteligence pro detekci na kompresor. To znamená, že umělá inteligence strávila pět dní "učením se" nominálních datech (chování) kompresoru, aby rozpoznala zvuky normálního provozu a naučila se rozlišovat zvuky, které nejsou normální a mohou indikovat poruchu.
  • 12. března 2021Na pístu a válci 2 byly objeveny škrábance. To se stalo při pravidelné údržbě 12. března, kompresor byl opraven a otestován. Při následné analýze signálu náš technik zjistil, že se pravděpodobně jednalo o již existující poškození , které se dostalo do nominálních dat a proto je algoritmus nezjistil.
  • 14. března 2021: kompresor byl znovu uveden do provozu mezi 20. a 22. hodinou.
  • 16. března 2021: klient provedl kontrolní měření na kompresoru z hlediska vibrací a teploty. Výsledky byly v normě.
  • 16. března 2021: ve 12:11 krátce po kontrolních měřeních se na platformě Neuron Soundware zvýšilo anomální skóre označující stupeň poškození stroje nad prahovou hodnotou, při které model vyšle výstrahu. Byla vyslána tři upozornění :
    • 12:11 - 12:21 (v rozmezí 10 minut) dne 16. března.
    • 15:30 - 15:41 (v rozmezí 11 minut) dne 16. března.
    • 4:00 - 5:31 (v rozmezí 91 minut) dne 17. března. Bohužel kvůli jiným úkolům neměla diagnostická směna čas jít kompresor znovu zkontrolovat.
  • 17. března 2021, kolem čtvrté hodiny ranní: válec 2 vykazoval známky ztráty tlaku. Vzhledem k právě provedené kontrole a vzhledem k tomu, že podobná závada se u kompresoru vyskytla i v loňském roce, pracovníci údržby se rozhodli kompresor vyměnit namísto opravy.
  • 17. března 2021, 17:00: po přibližně 12 hodinách mimo provoz, nový kompresor je uveden do provozu.
Ukázka detekce anomálií v aplikaci nShield

Jakou hodnotu mají nainstalované monitorovací služby?

Diagnostika NSW opakovaně předpověděla nominální stav na válci 2 kompresoru, přestože konvenční způsoby vyhodnocování stavu stroje pomocí vibrodiagnostiky a měření teploty, provedené o několik hodin dříve, neodhalily hrozící poruchu. První upozornění přišlo 16 hodin před vznikem poruchy a kompresor byl vyřazen z provozu.

Vzhledem k tomu, že vyhodnocení výstrah nevedlo k pozastavení výroby, ukazuje nám tento případ hodnotu monitorovacího řešení v praxi. Společnost Neuron Soundware tím také získala cenný vzorek dat, který jí pomůže algoritmus dále vylepšovat.

Tento případ také dobře ilustruje důsledky poruch strojů, které nejsou včas odhaleny.

Tato závada způsobila tomuto uznávanému evropskému automotive výrobci dvanáctihodinovou odstávku výroby a kalení převodovky, včetně čtyř hodin vyprazdňování kalicí komory a 80% výrobního odpadu určeného k likvidaci v důsledku přerušeného kalicího procesu.

Hlavní výsledky této případové studie

Vzhledem k tomu, že k poruchám kompresorů dochází poměrně často a zařízení hraje v provozu zásadní roli, má instalovaná technologie velkou přidanou hodnotu. Včasné odhalení blížící se poruchy může pomoci odhalit závadu stroje a zabránit výpadkům ve výrobě, které mohou mít za následek ztráty v řádech milionů korun.

Nejlepší způsob, jak předcházet poruchám průmyslových strojů, je tento: Instalace zařízení a senzorů IoT na klíčové zařízení, sběr nominálních dat během provozu stroje pro "trénink" modelu umělé inteligence (trvá několik dní) a následné okamžité nasazení služby nepřetržitého monitorování vybraného stroje. Je důležité rychle reagovat na výstrahy a rozhodnout o vhodné akci, aby se minimalizovaly ztráty.

Hodnota služby pro zákazníka časem roste. Čím více anomálií odhalí, tím lepší je umělá inteligence v diagnostice.

Zpočátku, když je monitorovací řešení nasazeno na stroj, zákazník získá hodnotu v podobě vzdáleného monitorování zařízení. Ví, zda je stroj v provozu nebo zda došlo k poruše a má přístup k datům pro vlastní analýzy a kontroly. Následně získává informace o anomáliích v zařízení. Tyto informace jsou nejprve rozšířeny o kvalifikované rady lidského diagnostika. Nakonec je umělá inteligence díky pokročilému vyškolenému modelu schopna tyto anomálie vyhodnotit sama.

Monitorování s pomocí umělé inteligence je investicí do budoucnosti a postupem času se jen zvyšuje. Výrobní ředitelé, kteří tuto investici uskuteční, mají jasnou výhodu oproti těm, kteří spoléhají pouze preventivní údržbu a musí využívat drahou lidskou sílu pro všechny úkoly údržby.

Vzhledem k tomu, že na trhu je k dispozici méně odborníků a tlak na inovace a digitalizaci roste, je čas investovat do monitorování pomocí umělé inteligence. Pokud máte zájem o další informace, neváhejte nás kontaktovat.

Dodatek: Klíčové parametry zařízení - pístový kompresor a údaje o instalaci snímače

Sledovaným strojem je pístový kompresor J.P. Sauer&Sohn, model WP 318L, označený hodnotami: kapacita 235 m3/h, výkon 58 kW, pracovní tlak 40 bar, otáčky 1480 ot/min. Kompresor pracuje v režimu start/stop, kdy trvá asi pět minut nahuštění heliových nádrží na požadovaný tlak, následovaný přibližně desetiminutovou dobou provozního volna. Kompresor se spouští postupně: úroveň 1 - válce 1 a 2 vytvářejí tlak 2,6 baru, úroveň 2 - válec 3 vytváří tlak 12 barů a úroveň 3 - vytváří tlak 36 barů.

Pístový kompresor se skládá z chladicího mechanismu připojeného k bloku se čtyřmi válci, které jsou od sebe vzdáleny 45 stupňů do půlkruhu. Blok je rovněž připojen přírubou k elektromotoru.

J.P. Sauer&Sohn cylinder piston compressor model WP 318L.
Válcový pístový kompresor J.P. Sauer&Sohn, model WP 318L.
Disassembled, damaged piston from cylinder 2 with jammed piston rings.
Demontovaný, poškozený píst z válce 2 se zaseknutými pístními kroužky.

Měřící body - umístění snímačů