Co má holografický princip společného s prediktivní údržbou?

Pavel Konečný, CEO a spoluzakladatel Neuron Soundware

Fyzika definuje zvuk jako kmitání, které se šíří jako slyšitelná tlaková vlna přenosovým prostředím jako je plyn, kapalina nebo pevná látka. Většina zvuků, které slyšíme, včetně lidské řeči, je generována pevnými materiály. Přestože k mluvení potřebujeme dýchat, musí být svalové napětí hlasivek přesně řízeno, aby vydaly hlas.

Pokud člověk náhodou uslyší podivný zvuk, například železnou lžíci pomalu se pohybující po skle nebo nízkofrekvenční řev z dálky, může to v těle vyvolat automatickou reakci v podobě husí kůže jako reakci na potenciální nebezpečí. Richard Feynman, známý teoretický fyzik, se jednou podělil o myšlenku, že pozorováním vln v rohu bazénu můžeme vypočítat, co se děje ve vodě. Tento stav, kdy to, co se děje uvnitř objektu, může být zcela obsaženo v povrchových fluktuacích, je znám jako "holografický princip". Tento princip je základem mnoha prediktivních technologií, které se používají pro včasnou detekci mechanických poruch.

Stroje jsou většinou vyrobeny z kovu, který velmi dobře nese zvuk. Ve zvucích, které vydává se projevují fyzikální jevy, jako je degradace uvnitř ložiska. Takovou degradaci lze měřit neinvazivně na povrchu ložiska, tento způsob se proto používá k určení mechanického stavu stroje nebo dokonce v některých případech k výpočtu zbývající životnosti. Takové diagnostické metody se v průmyslu uplatňují již desítky let, zejména u strojů s jednoduchým typem pohybu, jako jsou rotační zařízení, kde fungují jednoduché rovnice (primární rozsah technologie vibrodiagnostiky).

Předpovědi poruch ve světě složitých strojů

Svět je však plný složitých strojů (např. robotů, jeřábů, tiskařských strojů a motorů). Tyto stroje se vyznačují rysy, jako je více pohyblivých os, ovlivňující klouby, převodovky, lineární, diperiodický provoz, atd. Z toho vyplývá otázka, zda by bylo možné všechny tyto aspekty dostat pod kontrolu.

K přesné analýze stavu složitých strojů by bylo třeba použít mnoho senzorů a velmi složité rovnice. Takový postup se však zdá být příliš nákladný a nepraktický; až na několik výjimek, jako je turbína jaderné elektrárny pokrytá stovkami senzorů. V reálném světě jsme omezeni počtem senzorů, množstvím dostupných dat a cenou výpočetního výkonu. Nejběžnější stroje jsou obvykle monitorovány pouze jedním, případně několika málo snímači. Proto se signály přicházející z různých zdrojů snadno překrývají a lidskému uchu to někdy může znít jako naprostý zmatek.

Zde se projevuje krása moderních algoritmů umělé inteligence (AI) a strojového učení, jako jsou hluboké neuronové sítě, které dokáží zpracovávat složité signály a určovat autuální stav stroje. Samoučící se algoritmus si dokáže zapamatovat, jak se projevují různé problémy, a přitom se kalibrovat na konkrétní fungování každého stroje zvlášť. Komplexní algoritmy umělé inteligence umožňují sledovat každý senzor jednotlivě nebo v kombinacích. Zde můžeme vidět budoucnost predikce mechanických problémů. S rychlým pokrokem v technologiích internetu věcí (IoT) můžeme očekávat větší množství dat ze senzorů, která budou k dispozici pro analýzy, včetně velkých souborů zvukových dat, které dnes může zpracovávat umělá inteligence za přijatelnou cenu.

Kromě toho si lze představit, že s rostoucí schopností 3D tištěných komponent by se do materiálu mohly brzy zabudovat senzory. V kombinaci s edge computingem by mohlo být lokálně zpracováváno velké množství dat, což by vytvořilo nový smysl - stroje budou schopny cítit své bolesti a v případě potřeby si přivolat pomoc.