Multiparametrická diagnostika technických systémů (FSI-9MDT)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. Ing. Miloš Hammer, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚAI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština či angličtina
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je získání teoretických a praktických znalostí a zkušeností z oblasti diagnostiky technických systémů, a to s důrazem na nové moderní přístupy a postupy.
Výstupy studia a kompetence:
Student získá ve smyslu uvedené anotace a osnovy rozsáhlé a komplexní znalosti z oblasti multiparametrické diagnostiky technických systémů, které mu umožní se v průmyslové strojírenské a elektrotechnické praxi erudovaně zapojit do řešení různých technických problémů.
Prerekvizity:
Předpokládají se znalosti ze středoškolské matematiky, fyziky, elektrotechniky a jsou vítány základní znalosti z automatizace a případně informatiky.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět je zaměřen na multiparametrickou diagnostiku technických systémů. Pozornost je věnována nejprve úvodu do technické diagnostiky. Dále je krátce zmíněna senzorika, jako důležitá součást technické diagnostiky. Student je také seznámen se zpracováním diagnostického signálu. Následně se již rozebírá poměrně podrobně vibrodiagnostika s důrazem na základy diagnostiky různých závad, jako např. statická, dynamická a momentová nevyváženost, úhlová a osová nesouosost, ohnutý hřídel, excentrický rotor, mechanické uvolnění. Jedná se o závady, které mohou způsobit vyřazení celého technické systému z provozu a tím způsobit značné především ekonomické ztráty. Řeší se také diagnostika závad ložisek, čerpadel, kompresorů apod. V současné době se v rámci multiparametrické diagnostiky využívá elektrodiagnostika, která je značně perspektivní diagnostickou metodou pro popis stavu technických systémů. Totéž je možné konstatovat o termodiagnostice, tribodiagnostice apod. Vše uvedené je součástí moderního přístupu, a to využití multiparametrické diagnostiky. Proto se student také značně podrobně prakticky a teoreticky seznámí s tvorbou protokolu z diagnostického šetření konkrétního vybraného technického systému. Moderní přístup k multiparametrické diagnostice se neobejde bez on-line diagnostiky, která zvláště v poslední době nabývá po stránce metodiky, hardwaru i softwaru na významu. S tímto je spojena celá řada problémů, jako je např. analýza, automatizace a vizualizace velkých dat (big data). Rovněž je pozornost věnována využití nových moderních směrů, jako je např. digital twin (digitální dvojče). V oblasti multiparametrické diagnostiky je perspektivní nasazení různých metod umělé inteligence a strojového učení.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek a dále konzultací v předem domluvených termínech. U studia tohoto předmětu se předpokládá i intenzivní příprava ze základní a doporučené literatury.
Způsob a kritéria hodnocení:
Ke zkoušce studenti nastudují předepsanou látku. Dále písemně v určeném rozsahu zpracují předem zadané konkrétní téma z oblasti multiparametrické diagnostiky, jehož obhajoba je součástí ústní zkoušky. Ústní zkouška probíhá po obhajobě písemně zpracovaného tématu z oblasti multiparametrické diagnostiky formou rozpravy nad problémy dle osnovy předmětu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Předmět je realizován formou přednášek, konzultací a je nutné samostudium. Konzultace je třeba navštěvovat, a to z důvodu zvládnutí předepsaného učiva. Konzultace jsou kontrolovány.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  10 × 2 hod. nepovinná                  
Osnova:
    Přednáška Přednáška (konzultace):
1. Úvod do technické diagnostiky-základní pojmy, diagnostická veličina, diagnostický prostředek a systém. Diagnostický řetězec. Rozdělení technické diagnostiky dle diagnostické veličiny, popis. Diagnostika off-line a on-line. Pochůzková diagnostika – rozbor, diagnostické prostředky, vlastnosti. Multiparametrická diagnostika. On-line diagnostika. Normy z technické diagnostiky.
2. Senzorika, funkce senzoru, rozdělení, vývoj senzorů, parametry, smart senzory, měřící řetězec, senzory v diagnostické praxi.
3. Diagnostický signál, jeho popis a rozbor. Metody analýzy signálů. Fourierova transformace, popis metod výpočtu FFT, popis charakteristik signálů, postup měření a vyhodnocení spekter a frekvenčních charakteristik. Teorie analytického signálu, Hilbertova transformace.
4. Vibrodiagnostika. Mechanické kmitání technických systémů. Senzory, klasifikace signálů, algoritmus FFT, měření a vyhodnocení spektra signálů, zásady volby měřicích míst.
5. Vibrodiagnostika. Základní metody vibrační diagnostiky, frekvenční analýza pomocí FFT, mohutnost kmitání, trendování vibrací, kepstrální analýza, orbitální analýza, modální analýza, metoda zviditelnění provozních tvarů kmitů, měření fáze.
6. Základy diagnostiky závad s využitím vibrodiagnostiky-statická, dynamická a momentová nevyváženost, úhlová a osová nesouosost, ohnutý hřídel, excentrický rotor, mechanické uvolnění, ozubené a řemenové převody, valivá a kluzná ložiska, čerpadla, kompresory apod.
7. Elektrodiagnostika. Poruchy a jejich zjišťování. Provozní diagnostika točivých elektrických strojů (přerušení rotorové tyče, vadné ustavení motoru, analýza statorového proudu, závitové zkraty). Metody diagnostiky vinutí. Další projevy provozu elektrických zařízení – ložiskové proudy, hřídelové napětí. Diagnostika transformátorů. Diagnostika kabelů. Diagnostika stejnosměrných strojů. Elektrické výboje a jejich diagnostika u elektrických zařízení.
8. Termodiagnostika-kontaktní a bezkontaktní. Diagnostické prostředky a jejich vlastnosti. Termokamery. Tribodiagnostika – olejů a maziv, strojů a zřízení – teplotní pole. On-line tribodiagnostika. Hluková diagnostika. Montážní a optická diagnostika.
9. Komplexní posouzení stavu technických systémů. Multiparametrická diagnostika. Zpracování protokolů z diagnostických šetření – pravidla, postupy, tvorba protokolu na základě posouzení stavu konkrétního systému. Závěry pro další provoz technických systémů, doba života, údržba. Návrh údržby v rámci moderních přístupů a metod.
10. On-line diagnostika zařízení. Vyhodnocovací jednotky. Dispečerský PC, OPC server-vizualizace. Vnitřní nezávislá podniková síť. Server, vyhodnocovací SW. GSM Router. Internet, ethernet. Vzdálený monitoring a správa on-line systému. Analýza a vyhodnocení získaných dat. Nástroje pro analýzu, automatizaci a vizualizaci velkých dat (big data). Digital twin (digitální dvojče), využití v diagnostice a údržbě technických systémů. Umělá inteligence a strojové učení.
Literatura - základní:
1. KREIDL, Marcel a ŠMÍD, Radislav. Technická diagnostika. 4. díl, senzory neelektrických veličin: senzory-metody-analýza signálu. 1. vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2006. 408 s. ISBN 80-7300-158-6.
2. KADLEC, Karel a kolektiv. Měření a řízení chemických, potravinářských a biotechnologických procesů. Díl I. Provozní měření. 1. vyd. Ostrava: Key publishing s.r.o., 2017. 584 s. ISBN 978-80-7418-284-6.
3. FRADEN, Jacob. Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs and Applications. Fifth Edition. Springer International Publishing Switzerland, 2016. 758 p. ISBN 978-3-319-19302-1.
4. LEGÁT, Václav a kol. Management a inženýrství údržby. 2. doplněné vyd. Příbram: Kamil Mařík PBtisk, 2016. 622 s. ISBN 978-80-7431-163 -2.
5. HELEBRANT, František a ZIEGLER, Jiří. Technická diagnostika a spolehlivost II. Vibrodiagnostika. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2004.173 s. ISBN 80-248-0650-9.
6. ZIEGLER, Jiří, HELEBRANT, František a MARASOVÁ, Daniela. Technická diagnostika a spolehlivost. Tribodiagnostika. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2001. 155 s. ISBN 80-7078-883-6.
7. HRABEC, Ladislav, HELEBRANT, František a MAZALOVÁ, Jana. Technická diagnostika a spolehlivost III. Ustavování strojů. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2007. 91 s. ISBN 978-80-248-1449-0.
8. JAMRICHOVÁ, Zuzana a kolektiv. Diagnostika strojov a zariadení. 1. vyd. Žilina: EDIS – vydavatel´stvo Žilinskej univerzity, 2011. 281 s. ISBN 978-80-554-0385-4.
9. CZICHOS, Horst. Handbook of Technical Diagnostics. 1. vyd. Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. 566 s. ISBN 978-3-642-25849-7.
Literatura - doporučená:
10. KADLEC, Karel a kolektiv. Measurement and Control of Chemical, Food and Biotechnological Processes. Volume I. Process Measurememnt. 1. vyd. Ostrava: Key publishing s.r.o., 2019. 610 s. ISBN 978-80-7418-306-5.
11. TŮMA, Jiří. Zpracování signálů z mechanických systémů užitím FFT. 1. vyd. Praha: Sdělovací technika, 1997. 174 s. ISBN 80-901936-1-7.
12. ŽIARAN, Stanislav. Nízkofrekvenčný hluk a kmitanie. 1. vyd. Bratislava: Slovenská technická univerzita v Bratislave, vydavateľstvo STU, 2016. 316 s. ISBN 978-80-227-4536-9.
13. SMETANA, Ctirad a kolektiv. Hluk a vibrace, měření a hodnocení. 1. vyd. Praha: Sdělovací technika, 1998. 188 s. ISBN 80-901936-2-5.
14. ŽIARAN, Stanislav. Technická diagnostika. 1. vyd. Bratislava: Slovenská technická univerzita v Bratislave, vydavateľstvo STU, 2013. 332 s. ISBN 978-80-227-4051-7.
15. PEŤKOVÁ, Viera a SVOBODA, Jiří. Termodiagnostika. 1. vyd. Košice: Vydavateľstvo VIENALA, 2016. 310 s. ISBN 978-80-8126-132-9.
16. PEŤKOVÁ, Viera a kolektiv. Tribotechnika v teórii a praxi. 1. vyd. Košice: Vydavateľstvo VIENALA, 2012. 366 s. ISBN 978-80-8126-057-5.
17. HAMMER,M. Metody umělé inteligence v diagnostice elektrických strojů. 1.vydání. Praha: BEN-technická literatura, 2009,400 s. ISBN 978-80-7300-231-2.
18. TAYLOR,J.I. The Vibration Analysis Handbook. 1. vydání. Tampa: Vibration Consultants, 2003,375 s.ISBN 0-9540517-2-9.
19. BERNARD,K.aj. Nedestruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí. 1.vydání. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2008,ISBN 978-80-7204-591-4.
20. DUFFUAA, S. O., RAOUF, A. Planning and Control of Maintenance Systems. Modelling a Analysis. 2. vydání. Springer International Publishing AG, Switzerland, 2016. 348 s. ISBN 9783319371818.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
D-KPI-P prezenční studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 L
D-KPI-K kombinované studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 L